Impression 3D ou CNC ? Choisir la bonne méthode de fabrication

Impression 3D et usinage CNC  sont les deux méthodes les plus couramment utilisées en matière de prototypage et de production à faible volume. Cependant, étant donné que les deux offrent deux approches de fabrication très différentes, l'une additive et l'autre soustractive, l'identification de la bonne méthode de fabrication pour votre application est cruciale pour rationaliser le développement de produits, obtenir une plus grande efficacité et, finalement, des pièces de meilleure qualité.

Dans ce tutoriel, nous examinerons les différences entre l'impression 3D et l'usinage CNC et partagerons quelques conseils pour choisir la bonne méthode.

Impression 3D vs CNC

Lorsque vous cherchez à produire des prototypes fonctionnels et/ou des pièces d'extrémité, l'impression 3D et l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) peuvent offrir une gamme d'avantages. Cependant, bien que les deux reposent sur des données CAO et utilisent une variété de matériaux, les similitudes s'arrêtent là.

Impression 3D (ou fabrication additive) couvre une gamme de technologies qui fonctionnent en déposant du matériau couche par couche sur la plate-forme de construction d'une imprimante 3D pour créer une pièce. Aucun outillage n'est requis pendant le processus et des pièces complexes peuvent être créées sans affecter le temps ou le coût de production.

Usinage CNC , en revanche, est une technologie soustractive. Cela signifie qu'au lieu d'ajouter des couches de matériau successivement, le processus commence par un bloc solide de matériau; un outil est ensuite utilisé pour ébrécher et découper le bloc le long d'un chemin désigné par ordinateur pour le façonner dans l'objet souhaité.

Tracer les différences

Conditions de main-d'œuvre
Comme l'usinage CNC implique une gamme de machines complexes, le processus nécessite un machiniste qualifié pour ajuster les outils, définir la trajectoire de coupe et repositionner une pièce pour obtenir la bonne forme.

L'impression 3D, en revanche, est un processus automatisé, et donc beaucoup moins gourmand en main-d'œuvre. Bien sûr, le fichier doit être préparé pour l'impression (y compris la conversion en STL, la définition de l'orientation optimale), mais le processus global ne devrait pas prendre plus de 30 minutes. Une fois le fichier préparé et l'imprimante configurée, aucune intervention n'est requise tant que la pièce n'est pas terminée.

Délai de fabrication
Pour les deux procédés, divers facteurs peuvent affecter les délais de production. Le temps de fabrication pour l'usinage CNC dépend des caractéristiques de conception (taille, type de matériau, épaisseur de paroi, etc.) et du nombre de caractéristiques (par exemple, la taille et la profondeur des poches et des trous). Par exemple, des fonctionnalités plus petites nécessiteront des vitesses de coupe plus lentes, ce qui ajoute du temps.

Pour l'impression 3D, les facteurs incluent le volume du matériau pour la pièce et sa hauteur. Sans surprise, plus il faut de matériel, plus le processus d'impression est long. Certaines fonctionnalités nécessitent également des structures de support, ce qui peut ajouter entre 5% et 15% de temps supplémentaire au processus d'impression.

Coût
L'un des avantages supplémentaires de l'impression 3D est la possibilité de créer des pièces complexes de manière rentable, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles la technologie est de plus en plus utilisée pour les applications d'allègement des métaux. Avec la CNC, c'est tout le contraire :plus la pièce est complexe, plus le processus d'usinage est lent et plus l'effort requis est important, ce qui entraîne des coûts plus élevés.

Il existe d'autres facteurs qui peuvent affecter le coût de production, des prix des matériaux (CNC et impression 3D) au coût de réparation ou de changement de machine (CNC).

Propriétés des pièces, précision dimensionnelle
Puisque la CNC fonctionne en coupant une pièce dans un bloc de matériau solide, le processus crée des pièces structurellement solides et dimensionnellement précises.

En revanche, l'approche successive couche par couche de la fabrication additive signifie que la technologie produit généralement des pièces plus fragiles que la CNC. L'impression 3D en métal peut être particulièrement problématique, avec des problèmes tels que la porosité entraînant une résistance inégale des pièces.

Déchets de matériaux
La CNC peut produire beaucoup de déchets en excès, car elle retire du bloc des matériaux qui ne peuvent souvent pas être recyclés par la suite.

Par rapport à la CNC, l'impression 3D produit beaucoup moins de déchets (de 1 à 3 %), certaines technologies telles que le Binder Jetting et le SLS permettant de réutiliser tout matériel restant.

Taille de la pièce
Puisque l'usinage CNC fonctionne avec des blocs de matériau, il est capable de fabriquer des pièces à grande échelle relativement facilement. En revanche, l'impression 3D est plus adaptée aux pièces et composants plus petits, bien que les systèmes de FA à grande échelle entrent de plus en plus sur le marché.

Post-traitement
Les pièces produites avec CNC ont une excellente finition de surface et ne nécessitent généralement aucun post-traitement obligatoire.

Les pièces imprimées en 3D, cependant, nécessiteront presque toujours une sorte de post-traitement, en fonction de la technique choisie (retrait des structures de support, dépoudrage, nettoyage, polissage, etc.). De plus, selon la pièce, le retrait du support peut prendre de 5 minutes à quelques heures pour un lot de pièces.

Conseils pour choisir la bonne méthode

Au moment de décider du bon processus pour votre application, il est important de prendre en compte les différences entre les technologies. En outre, tenez compte des conseils suivants :

1. Quel est votre volume de production ?
L'économie du choix de l'impression 3D ou de l'usinage peut souvent se résumer au volume de production dans ce cas d'utilisation particulier et au nombre de pièces que vous devez produire. Il est prudent d'opter pour l'impression 3D lorsqu'un petit lot de pièces est nécessaire (moins de 100 pièces) et d'envisager l'usinage CNC lorsque vous visez une production en moyenne série (moins de 1000 pièces).

Pour les petits volumes de des pièces sur mesure très complexes, il est moins cher et plus rapide de les imprimer en 3D plutôt que d'utiliser l'usinage. Des dépenses associées à l'équipement lui-même au paiement d'un opérateur qualifié, les coûts d'usinage CNC sont élevés.

2. Avez-vous besoin de plusieurs itérations de conception rapides ?
L'impression 3D est la technologie de choix pour les applications de prototypage où des itérations de conception rapides sont nécessaires. Avec les technologies additives, il suffit de peaufiner la conception pour créer un autre prototype. Avec l'usinage, les modifications de conception sont beaucoup plus complexes, nécessitant de multiples configurations et changements d'outils, souvent exigeants en main-d'œuvre.

3. Quelle est l'importance de la complexité géométrique ?
En matière de complexité géométrique, l'impression 3D règne en maître. Grâce à cette technologie, des géométries complexes peuvent être créées qu'aucune autre méthode de fabrication ne peut reproduire. Et tandis que des structures de support peuvent être nécessaires pour certaines technologies comme la stéréolithographie (SLA), d'autres, comme le SLS n'en ont pas du tout besoin.

En plus des structures légères, l'impression 3D est idéale pour produire des assemblages comme un composant unique et pièces nécessitant des caractéristiques internes complexes, comme des canaux de refroidissement conformes pour les moules d'injection.

4. De quels matériaux avez-vous besoin ?
L'usinage CNC étant la technologie la plus établie, il existe une plus grande gamme de matériaux compatibles, notamment les métaux (y compris l'aluminium, l'acier inoxydable et les alliages), les plastiques (y compris l'ABS, le nylon, le polycarbonate, l'acrylique et le PEEK) et le bois.

Cependant, lorsqu'un matériau difficilement usinable est requis (comme les superalliages métalliques, le titane ou le TPU flexible), alors l'impression 3D est l'option la plus judicieuse. L'impression 3D peut également créer des pièces à partir de thermoplastiques (notamment ABS, PLA, ULTEM, PEEK et nylon), de résines, de céramiques et de métaux.

Une solution hybride ?

En apparence, l'usinage CNC et l'impression 3D peuvent sembler être des technologies qui s'excluent mutuellement :en effet, l'une soustrait de la matière, tandis que l'autre l'ajoute.

Cependant, dans de nombreux cas, les deux techniques peuvent très bien fonctionner ensemble – c'est pourquoi le nombre de machines hybrides disponibles sur le marché augmente.

Alors que la CNC a l'avantage lorsqu'il s'agit d'atteindre une précision dimensionnelle élevée, l'impression 3D peut réduire les coûts de production pour la production à faible volume, offre une plus grande liberté de conception et offre des délais d'exécution plus rapides. En combinant les avantages des deux méthodes, des pièces aux formes complexes peuvent être imprimées en 3D puis usinées pour des tolérances plus serrées et une surface plus lisse.

En fin de compte, le choix de la technologie adaptée à vos besoins dépendra d'une série de facteurs, notamment le matériel nécessaire, la complexité de la pièce, le volume de production, le budget et le calendrier. Cependant, il peut parfois ne pas s'agir d'en choisir un seul. Adopter une approche hybride peut aider à réduire le temps et les coûts de fabrication tout en permettant un processus de production plus rationalisé.