Choisir le bon matériel CNC

L'usinage CNC peut produire des pièces à partir de presque n'importe quel métal ou plastique. Cela étant, il existe une vaste gamme de matériaux disponibles pour les pièces produites par fraisage et tournage CNC. Choisir le bon pour votre application peut être tout un défi, et comprendre les avantages et les meilleures utilisations de chaque matériau disponible peut être crucial.

Dans cet article, nous comparons les matériaux CNC les plus courants, en termes de propriétés mécaniques et thermiques, de coût et d'applications typiques (et optimales).

Comment sélectionnez-vous les bons matériaux CNC ?

Lorsque vous concevez une pièce à usiner CNC, le choix des bons matériaux est essentiel. Voici les étapes de base que nous vous recommandons de suivre pour sélectionner les bons matériaux pour vos pièces personnalisées.

• Définir les exigences matérielles :elles peuvent inclure des exigences mécaniques, thermiques ou autres, ainsi que le coût et la finition de surface. Réfléchissez à la manière dont vous utiliserez vos pièces et au type d'environnement dans lequel elles se trouveront. 

• Identifiez les matériaux candidats :identifiez quelques matériaux candidats qui répondent à toutes (ou à la plupart) de vos exigences de conception.

• Sélectionnez le matériau le plus approprié :un compromis est généralement requis ici entre deux ou plusieurs des exigences de conception (par exemple, les performances mécaniques et le coût).

Dans cet article, nous allons nous concentrer sur la deuxième étape. À l'aide des informations présentées ci-dessous, vous pouvez identifier les matériaux les plus adaptés à votre application, tout en respectant le budget de votre projet.

Quelles sont les directives de Hubs pour le choix des matériaux pour la CNC ?

Dans les tableaux ci-dessous, nous résumons les caractéristiques pertinentes des matériaux CNC les plus courants, recueillies en examinant les fiches techniques fournies par les fabricants de matériaux. Nous divisons les métaux et les plastiques en deux catégories distinctes.

Les métaux sont principalement utilisés dans des applications nécessitant une résistance, une dureté et une résistance thermique élevées. Les plastiques sont des matériaux légers dotés d'un large éventail de propriétés physiques, souvent utilisés pour leur résistance chimique et leurs capacités d'isolation électrique.

Dans notre comparaison des matériaux CNC, nous nous concentrons sur la résistance mécanique (exprimée en limite d'élasticité à la traction), l'usinabilité (la facilité d'usinage affecte les prix CNC), le coût, la dureté (principalement pour les métaux) et la résistance à la température (principalement pour les plastiques).

Voici une infographie que vous pouvez utiliser comme référence rapide pour identifier rapidement les matériaux CNC qui répondent à des besoins d'ingénierie spécifiques :

Matériel	Niveau	Force*	Dureté+	Machinabilité	Coût	Applications typiques
Aluminium	6061	Moyen	Moyen	★★★★★	$	Usage général Composants aéronautiques Pièces automobiles Cadres de vélo Conteneurs alimentaires
	6082	Moyen	Moyen	★★★★★	$	Pièces automobiles à usage général Conteneurs alimentaires
	7075	Élevé	Moyen	★★★★	$$$	Composants aéronautiques et aérospatiaux Pièces automobiles Applications marines Équipements sportifs
	5083	Moyen	Faible	★★★★★	$$	Applications marines Construction Récipients sous pression
Acier inoxydable	304	Élevé	Moyen	★★	$$$	Usage général Dispositifs médicaux Industrie alimentaire Applications marines Traitement chimique
	316	Élevé	Moyen	★★	$$$$	Matériel de préparation alimentaire Applications marines Architecture Implants chirurgicaux Conteneurs pour produits chimiques
	2205 Duplex	Élevé	Élevé	★	$$$$$	Pétrole et gaz Applications marines Traitement chimique Échangeurs de chaleur
	303	Élevé	Élevé	★★★	$$$$	Composants d'aéronefs Pièces de machines Écrous, boulons, engrenages, bagues
	17-4	Élevé	Très élevé	★★	$$$$$	Aubes de turbine Applications marines Navires chimiques Pétrole et gaz Applications nucléaires
Acier doux	1018	Moyen	Moyen	★★★	$$	Pièces de machines à usage général Gabarits et fixations
	1045	Moyen	Élevé	★★	$$$	Pièces de machines à usage général
	A36	Élevé	Moyen	★★★	$$	Pièces de machines de construction Gabarits et fixations
Acier allié	4140	Moyen	Élevé	★★	$$$	Pièces de machines à usage général Outillage
	4340	Élevé	Élevé	★★	$$$	Trains d'atterrissage d'avion Transmission de puissance Outillage
Acier à outils	D2	Élevé	Très élevé	★	$$$$	Outillage pour travail à froid Matrices et poinçons Outils de coupe et couteaux
	A2	Élevé	Très élevé	★	$$$$	Outillage pour travail à froid Matrices et poinçons Outils de coupe et couteaux
	O1	Élevé	Très élevé	★	$$$$	Outillage de travail à froid Matrices et poinçons
Laiton	C36000	Moyen	Moyen	★★★★★	$$	Pièces mécaniques Vannes &Buses Architecture

• :Résistance à la traction - Moyenne :200-400 MPa, Élevée :400-600 MPa
  
•  :Dureté - Moyenne :50-90 HRB, Élevée :90 HRB - 50 HRC, Très élevée :supérieure à 50 HRC
  

Matériel	Force*	Température de fonctionnement+	Machinabilité	Coût	Applications typiques
ABS	Moyen	Jusqu'à 60oC	★★★	$$	Automobile Boîtiers électroniques Tuyaux et raccords Produits de consommation
Nylon	Élevé	Jusqu'à 100oC	★	$$	Pièces automobiles Pièces mécaniques Fixations
Polycarbonate (PC)	Élevé	Jusqu'à 120oC	★★	$$	Architecture Automobile Boîtiers électroniques Conteneurs alimentaires
POM (Delrin)	Moyen	Jusqu'à 82oC	★★★★	$$	Pièces mécaniques Boîtiers électroniques Bagues et raccords
PTFE (téflon)	Faible	Jusqu'à 260oC	★★★★	$$	Applications haute température Traitement chimique Boîtiers électroniques Traitement alimentaire
PEHD	Faible	Jusqu'à 80oC	★	$$	Conteneurs pour produits chimiques Tuyaux et raccords Produits de consommation
COUP D'OEIL	Élevé	Jusqu'à 260oC	★★	$$$$	Applications médicales Transformation chimique Transformation alimentaire Vannes haute pression

•  : Résistance à la traction - Basse :5-30 MPa, Moyenne :30-60 MPa, Élevée :60-100 MPa
  
•  :Température de fonctionnement maximale recommandée pour une utilisation constante
  

Qu'est-ce que l'aluminium ? L'alliage robuste et économique

Les alliages d'aluminium ont un excellent rapport résistance/poids, une conductivité thermique et électrique élevée et une protection naturelle contre la corrosion. Ils sont faciles à usiner et rentables en vrac, ce qui en fait souvent l'option la plus économique pour produire des prototypes et d'autres types de pièces.

Bien que les alliages d'aluminium aient généralement une résistance et une dureté inférieures à celles des aciers, ils peuvent être anodisés, créant ainsi une couche protectrice dure à leur surface.

Décomposons les différents types d'alliages d'aluminium.

• L'aluminium 6061 est l'alliage d'aluminium à usage général le plus courant, avec un bon rapport résistance/poids et une excellente usinabilité.

• L'aluminium 6082 a une composition et des propriétés de matériau similaires à celles du 6061. Il est plus couramment utilisé en Europe (car il est conforme aux normes britanniques).

• L'aluminium 7075 est l'alliage le plus couramment utilisé dans les applications aérospatiales où la réduction de poids est essentielle. Il possède d'excellentes propriétés de fatigue et peut être traité thermiquement pour obtenir une résistance et une dureté élevées, ce qui le rend comparable aux aciers.

• L'aluminium 5083 a une résistance plus élevée que la plupart des autres alliages d'aluminium et une résistance exceptionnelle à l'eau de mer. Cela le rend optimal pour les applications de construction et marines. C'est aussi un excellent choix pour le soudage.
  

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique des alliages d'aluminium :2,65-2,80 g/cm3

• Peut être anodisé

• Non magnétique

Qu'est-ce que l'acier inoxydable ? L'alliage solide et durable

Les alliages d'acier inoxydable ont une résistance élevée, une ductilité élevée, une excellente résistance à l'usure et à la corrosion et peuvent être facilement soudés, usinés et polis. Selon leur composition, ils peuvent être (essentiellement) amagnétiques ou magnétiques.

Décomposons les types d'acier inoxydable que nous proposons sur la plateforme.

• L'acier inoxydable 304 est l'alliage d'acier inoxydable le plus courant. Il possède d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne usinabilité. Il résiste à la plupart des conditions environnementales et des milieux corrosifs.

• L'acier inoxydable 316 est un autre alliage d'acier inoxydable courant avec des propriétés mécaniques similaires à celles du 304. Il a cependant une résistance à la corrosion et aux produits chimiques plus élevée, en particulier aux solutions salines (par exemple l'eau de mer), il est donc souvent préférable de faire face à des environnements plus difficiles.

• L'acier inoxydable 2205 Duplex a la résistance la plus élevée (deux fois celle des alliages d'acier inoxydable courants) et une excellente résistance à la corrosion. Il est utilisé dans des environnements extrêmes, avec de nombreuses applications dans le pétrole et le gaz.

• L'acier inoxydable 303 a une excellente ténacité, mais une résistance à la corrosion inférieure à celle du 304. En raison de son excellente usinabilité, il est souvent utilisé dans des applications à grand volume, telles que la production d'écrous et de boulons pour l'aérospatiale.

• L'acier inoxydable 17-4 (grade SAE 630) a des propriétés mécaniques comparables à celles du 304. Il peut être durci par précipitation à un degré très élevé (comparable aux aciers à outils) et possède une excellente résistance chimique, ce qui le rend adapté aux applications à très hautes performances, telles que comme fabrication de pales pour éoliennes.

Caractéristiques du matériau :

• Densité typique :7,7-8,0 g/cm3

• Alliages d'acier inoxydable non magnétique :304, 316, 303

• Alliages d'acier inoxydable magnétique :2205 Duplex, 17-4

Qu'est-ce que l'acier doux ? L'alliage à usage général

Les aciers doux sont également appelés aciers bas carbone et présentent de bonnes propriétés mécaniques, une grande usinabilité et une bonne soudabilité. Parce qu'ils sont relativement peu coûteux, les fabricants les utilisent pour de nombreuses applications à usage général, comme les gabarits et les montages. Les aciers doux sont sensibles à la corrosion et aux dommages chimiques.

Décomposons les types d'aciers doux disponibles sur la plate-forme.

• L'acier doux 1018 est un alliage à usage général avec une bonne usinabilité et soudabilité et une excellente ténacité, résistance et dureté. C'est l'alliage d'acier doux le plus couramment utilisé.

• L'acier doux 1045 est un acier à carbone moyen avec une bonne soudabilité, une bonne usinabilité et une résistance élevée à la résistance et aux chocs.

• L'acier doux A36 est un acier de construction courant avec une bonne soudabilité. Il convient à une variété d'applications industrielles et de construction.

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :7,8-7,9 g/cm3

• Magnétique

Qu'est-ce que l'acier allié ? L'alliage le plus dur et résistant à l'usure

Les aciers alliés contiennent d'autres éléments d'alliage en plus du carbone, ce qui améliore la dureté, la ténacité, la fatigue et la résistance à l'usure. Comme les aciers doux, les aciers alliés sont sensibles à la corrosion et aux attaques chimiques

• L'acier allié 4140 a de bonnes propriétés mécaniques globales, avec une bonne résistance et ténacité. Cet alliage convient à de nombreuses applications industrielles mais n'est pas recommandé pour le soudage.

• L'acier allié 4340 peut être traité thermiquement à des niveaux élevés de résistance et de dureté, tout en conservant sa bonne ténacité, sa résistance à l'usure et sa résistance à la fatigue. Cet alliage est soudable.

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :7,8-7,9 g/cm3

• Magnétique

Qu'est-ce que l'acier à outils ? L'alliage exceptionnellement dur et résistant

Les aciers à outils sont des alliages métalliques avec une dureté, une rigidité, une résistance à l'abrasion et thermique exceptionnellement élevées, tant qu'ils subissent un traitement thermique. Ils sont utilisés pour créer des outils de fabrication (d'où le nom) tels que des matrices, des tampons et des moules.

Décomposons les aciers à outils que nous proposons chez Hubs.

• L'acier à outils D2 est un alliage résistant à l'usure qui conserve sa dureté jusqu'à une température de 425°C. Il est couramment utilisé pour fabriquer des outils de coupe et des matrices.

• L'acier à outils A2 est un acier à outils à usage général trempé à l'air avec une bonne ténacité et une excellente stabilité dimensionnelle à des températures élevées. Il est couramment utilisé pour fabriquer des matrices de moulage par injection.

• L'acier à outils O1 est un alliage trempé à l'huile avec une dureté élevée de 65 HRC. Il est couramment utilisé pour les couteaux et les outils de coupe.
  

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :7,8 g/cm3

• Dureté typique :45-65 HRC

Qu'est-ce que le laiton ? L'alliage conducteur &cosmétique

Le laiton est un alliage métallique avec une bonne usinabilité et une excellente conductivité électrique, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant un faible frottement. Vous trouverez souvent des pièces cosmétiques en laiton utilisées à des fins architecturales (détails dorés (.

Voici les cuivres que nous proposons chez Hubs.

• Le laiton C36000 est un matériau à haute résistance à la traction et à la corrosion naturelle. C'est l'un des matériaux les plus faciles à usiner, il est donc souvent utilisé pour les applications à grand volume.

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :8,4-8,7 g/cm3

• Non magnétique

Qu'est-ce que l'ABS ? Le thermoplastique de prototypage

L'ABS est l'un des matériaux thermoplastiques les plus courants offrant de bonnes propriétés mécaniques, une excellente résistance aux chocs, une résistance élevée à la chaleur et une bonne usinabilité.

L'ABS a une faible densité, ce qui le rend idéal pour les applications légères. Les pièces ABS usinées CNC sont souvent utilisées comme prototypes avant la production en série avec moulage par injection.

Caractéristiques du matériau :

• Densité typique :1,00-1,05 g/cm3

Qu'est-ce que le nylon ? Le thermoplastique technique

Le nylon (alias polyamide (PA)) est un thermoplastique souvent utilisé pour les applications d'ingénierie, en raison de ses excellentes propriétés mécaniques, de sa bonne résistance aux chocs et de sa résistance élevée aux produits chimiques et à l'abrasion. Il est sensible à l'absorption d'eau et d'humidité.

Le nylon 6 et le nylon 66 sont les nuances les plus couramment utilisées dans l'usinage CNC.

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :1,14 g/cm3

Qu'est-ce que le polycarbonate ? Le thermoplastique résistant aux chocs

Le polycarbonate est un thermoplastique à haute ténacité, bonne usinabilité et excellente résistance aux chocs (meilleure que l'ABS). Il est généralement transparent, mais peut être teint dans une variété de couleurs. Ces facteurs le rendent idéal pour une large gamme d'applications, y compris les dispositifs fluidiques ou les vitrages automobiles.

Caractéristiques du matériau :

• Densité typique :1,20-1,22 g/cm3

Qu'est-ce que le POM (Delrin) ? Le plastique CNC le plus usinable

Le POM est communément connu sous le nom commercial Delrin, et c'est un thermoplastique technique avec la plus grande usinabilité parmi les plastiques.

Le POM (Delrin) est souvent le meilleur choix lors de l'usinage CNC de pièces en plastique nécessitant une grande précision, une grande rigidité, un faible frottement, une excellente stabilité dimensionnelle à des températures élevées et une très faible absorption d'eau.

Caractéristiques du matériau :

• Densité typique :1,40-1,42 g/cm3

Qu'est-ce que le PTFE (téflon) ? Le thermoplastique extrême température

Le PTFE, communément appelé Téflon, est un thermoplastique technique doté d'une excellente résistance chimique et thermique et du plus faible coefficient de frottement de tous les solides connus. C'est l'un des rares plastiques capables de résister à des températures de fonctionnement supérieures à 200 degrés Celsius et c'est un isolant électrique exceptionnel. Il possède également des propriétés mécaniques pures et est souvent utilisé comme revêtement ou insert dans un assemblage.

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :2,2 g/cm3

Qu'est-ce que le PEHD ? Le thermoplastique extérieur &tuyauterie

Le polyéthylène haute densité (HDPE) est un thermoplastique avec un rapport résistance/poids élevé, une résistance élevée aux chocs et une bonne résistance aux intempéries. Le PEHD est léger et convient à une utilisation en extérieur et à la tuyauterie. Comme l'ABS, il est souvent utilisé pour créer des prototypes avant le moulage par injection.

Caractéristiques du matériau :

• Densité typique :0,93-0,97 g/cm3

Qu'est-ce que le PEEK ? Le plastique pour remplacer le métal

Le PEEK est un thermoplastique technique de haute performance avec d'excellentes propriétés mécaniques, une stabilité thermique sur une très large plage de températures et une excellente résistance à la plupart des produits chimiques.

Le PEEK est souvent utilisé pour remplacer les pièces métalliques en raison de son rapport résistance/poids élevé. Des qualités médicales sont également disponibles, ce qui rend le PEEK également adapté aux applications biomédicales.

Caractéristiques matérielles :

• Densité typique :1,32 g/cm3

Questions fréquemment posées

Quel est le matériau le plus rentable pour l'usinage CNC ?

Cela dépend beaucoup de l'application en question, mais dans l'ensemble, l'aluminium 6061 est le métal le plus courant et le moins cher pour l'usinage CNC.

Quel est le meilleur plastique pour l'usinage CNC ?

Le POM (Delrin) est le plastique le plus économique pour l'usinage CNC. Ceci est dû en partie à l'excellente usinabilité des thermoplastiques.

Quels sont les avantages de l'usinage CNC avec des métaux ?

Les métaux sont idéaux pour les applications de fabrication qui nécessitent une résistance élevée, une dureté et/ou des résistances fiables aux températures extrêmes.

Quels sont les avantages de l'usinage CNC avec des plastiques ?

Bien qu'ils soient plus courants dans l'impression 3D, les plastiques sont idéaux pour l'usinage CNC lorsque vous cherchez à produire des pièces légères avec des exigences matérielles particulières. Les plastiques sont également viables pour la production de prototypes (surtout avant de commencer à fabriquer de plus grandes quantités avec le moulage par injection).