6 stratégies éprouvées pour réduire les coûts du prototypage CNC

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Publié le 10 juin 2019 | Par Tony, Chef de projet WayKen

Le coût du prototypage CNC n'est pas bon marché malgré les avancées technologiques modernes, et c'est compréhensible. Après tout, cela nécessite des spécialistes hautement qualifiés, du matériel professionnel et parfois l'utilisation d'alliages coûteux. Intégrer la production de prototypes dès la phase de conception vous servira longtemps pour réduire le coût global du projet de prototypage CNC.

De quoi se compose le coût du prototypage CNC

Pour comprendre comment réduire les coûts de l'usinage de prototypes, examinons d'abord la liste des principales dépenses.

1. Métal en vrac (brut). Le principe de base de l'usinage CNC sur mesure est qu'il faut d'abord un gros bloc de métal à partir duquel usiner. En prototypage et petite série, ces bruts (ou « pumps ») sont en réalité bien plus gros que la masse totale de la pièce finale (jusqu'à 5 fois dans certains cas). C'est pourquoi le choix de l'alliage est important : vous payez en réalité 3 à 4 fois la masse de votre pièce.
2. Temps de préparation (set-up). Une fois le plan technique reçu par le service CNC, il y a inévitablement une phase de préparation : préparation de l'équipement, rédaction des programmes CNC, fabrication ou assemblage de l'outillage. Ce temps est facturé.
3. Temps d'usinage. Une fois les préparatifs terminés, l'usinage a lieu. Le paramètre principal du prototypage rapide CNC est le temps total requis. Il inclut le temps de coupe effectif, les changements d'outil, le chargement/déchargement de la pièce et le temps de déplacement entre machines si nécessaire. Cette dépense est de loin la plus importante et il est absolument nécessaire de la réduire.
4. Temps additionnel. Tout processus de fabrication comporte des pauses administratives inévitables : documentation, expédition, etc. Ceux-ci dépendent uniquement du fabricant de prototypes rapides, il faut donc choisir avec soin et demander le temps nécessaire pour le contrat ou l'expédition des pièces usinées sur mesure.

Après avoir analysé toutes les dépenses influençant le coût final du prototypage rapide CNC, nous pouvons établir une liste de conseils pour réduire le coût de votre projet.

Conseils pour réduire le coût du prototype

Choisir le bon métal

Beaucoup de débutants ne réfléchissent pas vraiment au matériau. Ils mettent soit de l'acier de construction par défaut, soit quelque chose de « plus cool » comme le titane ou l'acier inoxydable pour éviter la rouille. Les deux choix peuvent être bons ou mauvais. Ce qu'il faut comprendre, c'est que le prix de l'alliage n'est pas le facteur décisif. Par exemple, si vous avez un gros volume à usiner, mieux vaut choisir l'aluminium car vous l'usinerez beaucoup plus vite et l'économie sur le temps d'usinage compensera les coûts supplémentaires.

Autre problème : quand vous avez besoin d'une propriété spéciale du matériau, par exemple résister à haute température, mais vous allez trop loin en choisissant un matériau d'un grade supérieur au nécessaire. Par exemple, vous avez besoin de 800 °C et vous choisissez un matériau pour 950 °C, bien plus dur à usiner et plus cher, alors que ces 150 °C supplémentaires ne sont pas nécessaires.

Ajouter des éléments de base (surfaces de référence)

Réduire le temps de préparation est possible en ajoutant des surfaces spéciales à la pièce, qui pourront être utilisées de manière cohérente pour fixer le brut sur la machine-outil. Par exemple, pour une pièce de type arbre, vous pourriez ajouter deux trous coniques sur ses faces pour la fixer sur les pointes du tour. Ou pour une pièce de type boîte à fraiser, ajoutez un plan avec deux trous perpendiculaires.

Éviter les surfaces complexes

Les surfaces complexes avec une finition de surface très lisse ne sont pas souhaitables si votre option est le prototypage rapide. La raison : les surfaces complexes sont généralement finies par une fraise à bout hémisphérique de petit diamètre. Elle a un pas très faible (environ 0,1-0,05 mm) et doit parcourir toute la surface d'un seul côté (si elle va dans les deux sens, il y aura de petites nervures). Quand la surface complexe est grande, il faut des heures pour la finir.

Éviter les parois minces et les poches profondes

Le prototypage CNC implique beaucoup de force et de friction. Les forces de coupe doivent être importantes pour enlever de l'acier ou un autre alliage. Cette force ne s'applique pas qu'à la coupe. Si l'outil est émoussé ou les paramètres de coupe trop élevés, la pièce elle-même peut se déformer légèrement. Cela peut être négligé si la pièce a beaucoup de matière et une rigidité élevée, mais plus la pièce est mince et longue, plus vous remarquerez la déformation due aux forces de coupe. On peut un peu contrer cela en réduisant les paramètres de coupe, mais cela augmentera le temps d'usinage. Les pièces prototypes usinées devraient donc avoir des parois plus épaisses.

Commander un petit lot au lieu d'une seule pièce

S'il y a la moindre possibilité que vous ayez besoin de plus d'un prototype pour les tests, vous devriez commander un petit lot dès le début plutôt que de commander plus tard, car ce sera beaucoup moins cher. L'atelier n'aura qu'à préparer ses machines une seule fois au lieu de deux.

Définir la précision adéquate

Beaucoup de designers pensent que plus une pièce est précise, mieux c'est, plus les finitions de surface sont élevées, mieux elle sera belle (les pièces polies brillantes sont jolies, oui ?). Mais des tolérances élevées et des finitions de surface extrêmes signifient que le fabricant devra utiliser des machines de rectification pour atteindre ces dimensions et finitions. Et pour rectifier, il faut une dureté minimale du matériau. Cela entraîne un traitement thermique. Or, le traitement thermique prend au moins une journée : chauffer la pièce, la maintenir, puis la refroidir. Il est donc préférable que la majorité des surfaces soient en IT9 ou moins avec une finition Ra 3,2 ou plus rugueuse, et que seules les surfaces les plus importantes aient des tolérances plus serrées.