Impression 3D vs Usinage CNC : différences clés expliquées

L'usinage CNC et l'impression 3D sont des méthodes de fabrication extrêmement importantes aujourd'hui, non seulement chez Xometry mais mondialement. Bien qu'elles diffèrent dans presque tous les aspects, elles sont concurrentes directes pour la création de pièces solides, et parmi leurs plus grandes différences se trouve le fait qu'une méthode fonctionne en enlevant de la matière, tandis que l'autre l'ajoute couche par couche. Découvrons-en plus.

Définition de l'impression 3D et comparaison à l'usinage CNC

Également connue sous le nom de fabrication additive, l'impression 3D fait en réalité référence à une famille de procédés qui fonctionnent de manière similaire. Un modèle est conçu sur ordinateur puis tranché en différentes parties. L'épaisseur est définie selon la machine et les réglages utilisés, et l'imprimante prendra cette information et construira chaque couche jusqu'à ce que la pièce entière soit finie. C'est ainsi qu'elle peut transformer une série d'étapes 2D en un objet 3D — en faisant adhérer chaque couche à celle du dessous et en les liant internement aussi. Ces machines peuvent généralement travailler avec de nombreux matériaux différents, dont certains incluent : filaments polymères extrudés, résines photosensibles, poudres fondues au laser, matière première en filament, ondes, et matériaux biologiques.

Pour produire des pièces par fabrication additive, vous aurez besoin de plus qu'une simple imprimante. Vous aurez aussi besoin d'un logiciel CAO (conception assistée par ordinateur) pour faire votre design et l'enregistrer comme fichier STL (stéréolithographie). Un logiciel de tranchage utilisera alors ce fichier STL pour donner à l'imprimante une série d'instructions 2D pour faire la pièce. Les systèmes d'impression 3D ont commencé à s'infiltrer sur le marché à la fin des années 1980, bien que loin d'être aussi efficaces et largement compatibles avec les matériaux que les imprimantes 3D modernes. L'image suivante est un exemple d'imprimante 3D FDM :

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur Qu'est-ce que l'impression 3D ?

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'impression 3D est si populaire, en commençant par le fait qu'elle est relativement rapide à configurer et ne coûte pas des sommes folles pour faire des formes complexes. Elle ne nécessite aucune intervention pendant le processus — vous pouvez juste la laisser faire son travail jusqu'à ce qu'elle soit finie. De plus, de nombreuses imprimantes 3D sont adaptées aux bureaux et aux débutants.

Quelques inconvénients potentiels, cependant : les pièces imprimées en 3D peuvent varier significativement en résistance, surtout comparées à la résistance du matériau d'origine. Par exemple, si vous utilisiez la FFF (fabrication par filament fondu) pour imprimer une pièce en ABS (acrylonitrile butadiène styrène), elle ne pourrait être qu'environ 10 % aussi résistante que l'ABS massif. Mais quelque chose comme le SLS (frittage laser sélectif) utilisant du nylon peut résulter en près de 100 % aussi résistant que le nylon massif. De plus, l'impression 3D est bonne pour la précision dimensionnelle mais peut être délicate pour les pièces et caractéristiques extrêmement précises, et elle peine avec les surfaces lisses, surtout concernant la résolution Z (la hauteur de couche), qui peut créer des marches visibles sur les surfaces inclinées ou courbes.

Quels sont les avantages de l'impression 3D par rapport à l'usinage CNC ?

Les avantages de l'impression 3D comparée à l'usinage CNC sont :

1. L'impression 3D livre des pièces à forme nette rapidement, alors que l'usinage CNC nécessite une configuration individuelle et (généralement) une programmation manuelle plus supervision.
2. L'impression 3D est généralement une méthode à coût inférieur que d'autres façons de faire des formes nettes complexes. Elle nécessite une configuration et une intervention opérationnelle minimales. Il est courant que les composants CNC coûtent 10x le prix des pièces imprimées en 3D.
3. Les imprimantes 3D adaptées aux bureaux et ne nécessitant que des compétences modestes en configuration et maintenance sont de plus en plus courantes. Elles sont aussi de plus en plus capables de satisfaire la majorité des besoins. Le CNC reste un processus de génie lourd et hautement qualifié nécessitant des compétences constamment rafraîchies chez les opérateurs.

Quels sont les inconvénients de l'impression 3D par rapport à l'usinage CNC ?

Les inconvénients de l'impression 3D comparée à l'usinage CNC sont :

1. Divers procédés d'impression 3D offrent une résistance variée comparée aux propriétés « natives » des matériaux. Par exemple, aussi bas que 10 % de la Rm du matériau pour FFF en ABS est rapporté, et jusqu'à 100 % pour SLS de nylon. L'usinage CNC produit des pièces en matériaux natifs non perturbés, donc la résistance est généralement élevée.
2. L'impression 3D peut atteindre une bonne précision dimensionnelle, mais là où une haute précision est requise, cela peut être un défi. L'usinage CNC est hautement précis et permet une précision améliorée par un traitement plus lent.
3. L'impression 3D est généralement affectée par la mécanique du procédé concernant la finition de surface. La résolution Z en particulier apporte des surfaces en marches et des perturbations visuelles. La finition de surface CNC est telle qu'usinée ; elle peut être extrêmement uniforme et hautement précise si les trajectoires d'outil sont programmées pour une finition lisse.

Définition de l'usinage CNC et comparaison à l'impression 3D

Un procédé de fabrication informatisé, l'usinage CNC (commande numérique par ordinateur) utilise des logiciels et codes programmés au préalable pour contrôler le mouvement de plusieurs outils de coupe et de formage comme tours, fraiseuses et rectifieuses et créer une variété de pièces d'usinage CNC. L'idée est créditée à James Parson, qui cherchait un meilleur moyen de faire des pales d'hélicoptère et d'avion. En 1958, Richard Kegg, avec des ingénieurs du MIT, a créé la première fraiseuse CNC. Même si le processus peut être plutôt coûteux et compliqué à configurer, cela en vaut la peine si vous voulez faire des pièces de haute qualité et durables avec des surfaces lisses. Vous pouvez en apprendre plus sur l'usinage CNC en lisant notre article dédié. Voici à quoi ressemble une machine CNC :

L'impression 3D offre des avantages en termes de coût et de temps pour construire des pièces. L'usinage CNC, d'autre part, peut livrer une corrélation proche des caractéristiques de production de masse chaque fois que la précision de la pièce est un facteur critique.

Impression 3D vs Usinage CNC : Comparaison des coûts initiaux

L'usinage CNC portera tous les coûts de programmation et de configuration et sera coûteux en comparaison à l'impression 3D — souvent cinq à dix fois le prix. Cependant, chaque fois qu'une série de prototypes avec de petits ajustements est requise, les pièces CNC modifiées porteront un coût de configuration beaucoup plus faible, alors qu'une deuxième pièce imprimée en 3D coûtera le même prix que la première.

Impression 3D vs Usinage CNC : Comparaison de la vitesse

La préparation pour l'impression d'un composant 3D nécessite peu de temps pour configurer avant qu'une impression puisse commencer. Bien que l'impression soit lente par certaines mesures, la plupart des impressions se termineront probablement en quelques heures et seront prêtes à l'emploi. L'usinage CNC, d'autre part, nécessite une préparation qualifiée de la programmation pour la sélection d'outil et le chemin d'outil. Cela nécessite souvent des dispositifs de maintien personnalisés ou modifiés pour retenir la pièce pendant le traitement (y compris le repositionnement possible de la pièce). Cela peut consommer un temps considérable avant la première coupe. La coupe, cependant, est généralement rapide, et les pièces complexes peuvent généralement être terminées en une heure ou moins d'usinage réel. Le temps total pour la préparation et l'usinage peut s'étendre sur une journée ou plus, selon la complexité.

Impression 3D vs Usinage CNC : Comparaison des volumes

Lorsque l'effort de configuration extensif peut être partagé sur plusieurs pièces, l'usinage CNC peut produire des pièces plus rentables comparé à l'impression 3D. L'impression 3D a moins d'avantages de volume, car chaque pièce prend le même matériau et les mêmes coûts machine, indépendamment du volume.

Impression 3D vs Usinage CNC : Comparaison des matériaux

En sélection de matériaux (et livraison réussie des propriétés des matériaux), le CNC offre de meilleures options. Essentiellement, le choix de matériaux est ouvert à tous les matériaux d'ingénierie, jusqu'à et y compris l'usinage CNC par érosion par étincelles d'aciers à outils pré-durcis. Les pièces usinées CNC livrent les propriétés natives du matériau brut, largement non perturbées par les caractéristiques de traitement.

Les pièces imprimées en 3D sont restreintes à celles supportées par des procédés particuliers. Les méthodes de construction de la technologie d'impression 3D particulière imposent de sévères restrictions sur la livraison des propriétés. Les impressions sont souvent affaiblies par un « grain » anisotrope dans la méthode de construction, la porosité, la mauvaise liaison inter-couches, et la substitution de matériaux imprimables mais non d'ingénierie.

Questions fréquentes sur l'impression 3D et l'usinage CNC

Quelles sont les alternatives mutuelles à l'impression 3D et l'usinage CNC ?

Oui, bien sûr. Une alternative qui pourrait potentiellement convenir aux deux est le moulage par injection, en ce qu'il s'agit d'un processus à opération unique qui peut produire des pièces identiques à leur fichier 3D. Mais faire les moules pour cela peut être plutôt coûteux et chronophage, donc ça n'en vaut vraiment la peine que si vous faites des tonnes de pièces. Donc finalement, surtout comparé aux travaux d'impression 3D quotidiens, le moulage par injection n'est pas si pratique que ça.

Quelles sont les similitudes entre l'impression 3D et l'usinage CNC ?

L'impression 3D et l'usinage CNC sont similaires en ce que les deux procédés peuvent produire des produits fonctionnels. En termes de processus, cependant, l'impression 3D et l'usinage CNC n'ont rien en commun.

Quelles sont les autres comparaisons pour l'impression 3D en dehors de l'usinage CNC ?

Certains types d'impression 3D utilisent des lasers, comme le SLS (frittage laser sélectif), le DMLS (frittage laser direct de métal), et le SLM (fusion laser sélective), et, tout comme la découpe laser, c'est aussi utilisé dans de nombreuses industries et fonctionne avec beaucoup de métaux différents. Mais la découpe laser utilise ce même laser pour graver ou couper la matière d'une pièce, plutôt que de construire. Vous pouvez en lire plus dans notre article sur l'Impression 3D vs Découpe Laser.

Quelles sont les autres comparaisons pour l'usinage CNC en dehors de l'impression 3D ?

De manière similaire à l'usinage CNC, la fonderie sous pression est une autre excellente façon de faire des pièces métalliques complexes. Mais la fonderie sous pression n'est vraiment pas bon marché, surtout pour les coûts d'outillage. Si vous êtes intéressé par d'énormes séries de production, cependant, le coût baisse, en faisant une option plus comparable.

Kat de Naoum

Kat de Naoum est une rédactrice, auteure, éditrice et spécialiste de contenu du Royaume-Uni avec 20+ ans d'expérience d'écriture. Kat a de l'expérience dans l'écriture pour une variété d'organisations manufacturières et techniques et adore le monde de l'ingénierie. Parallèlement à l'écriture, Kat a été parajuriste pendant presque 10 ans, dont sept dans la finance navale. Elle a écrit pour de nombreuses publications, imprimées et en ligne. Kat a une licence en littérature anglaise et philosophie, et un master en écriture créative de l'Université Kingston.

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