Impression 3D vs usinage CNC :explication des principales différences

L'usinage CNC et l'impression 3D sont aujourd'hui des méthodes de fabrication extrêmement répandues, non seulement ici chez Xometry mais dans le monde entier. Bien qu’ils diffèrent sur presque tous les points, ils sont des concurrents directs pour la création de pièces solides, et l’une de leurs plus grandes différences réside dans le fait qu’une méthode fonctionne en supprimant de la matière, tandis que l’autre l’ajoute couche par couche. Découvrons-en plus.

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

Également connue sous le nom de fabrication additive, l’impression 3D fait en réalité référence à une famille de procédés fonctionnant de manière similaire. Un modèle est conçu sur un ordinateur puis découpé en différentes parties. L'épaisseur est définie en fonction de la machine et des paramètres utilisés, et l'imprimante prendra ces informations et construira chaque couche jusqu'à ce que la pièce entière soit terminée. C’est ainsi qu’il peut transformer une série d’étapes 2D en un objet 3D, en adhérant chaque couche à celle située en dessous et en les liant également en interne. Ces machines peuvent généralement fonctionner avec de nombreux matériaux différents, dont certains incluent des filaments polymères extrudés, des résines photosensibles, des poudres fondues au laser, des matières premières pour filaments, des ondes et des matériaux biologiques.

Pour produire des pièces grâce à la fabrication additive, vous aurez besoin de plus qu’une simple imprimante. Vous aurez également besoin d’un package de CAO (conception assistée par ordinateur) pour réaliser votre conception et l’enregistrer sous forme de fichier STL (stéréolithographie). Un progiciel de découpe utilisera ensuite ce fichier STL pour donner à l'imprimante une série d'instructions 2D pour fabriquer la pièce. Les systèmes d’impression 3D ont commencé à apparaître sur le marché à la fin des années 1980, bien qu’ils soient loin d’être aussi efficaces et largement compatibles avec les matériaux que le sont 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, à commencer par le fait qu’elle est relativement rapide à mettre en place et ne coûte pas des sommes folles pour créer des formes complexes. Il ne nécessite également aucune intervention pendant le processus :vous pouvez simplement le laisser faire son travail jusqu'à ce qu'il soit terminé. En outre, de nombreuses imprimantes 3D sont adaptées aux bureaux et aux débutants. 

Certains inconvénients potentiels, cependant, sont que la résistance des pièces imprimées en 3D peut varier considérablement, en particulier par rapport à la résistance du matériau d'origine. Par exemple, si vous deviez utiliser du FFF (fabrication de filaments fondus) pour imprimer une pièce en ABS (acrylonitrile butadiène styrène), elle pourrait n'être qu'environ 10 % plus résistante que l'ABS solide. Mais quelque chose comme le SLS (frittage sélectif au laser) utilisant du nylon peut donner lieu à une résistance près de 100 % supérieure à celle du nylon solide. De plus, l'impression 3D est bonne pour la précision dimensionnelle, mais peut être délicate lorsqu'il s'agit de pièces et de caractéristiques extrêmement précises, et elle a du mal avec les surfaces lisses, en particulier lorsqu'il s'agit de la résolution Z (la hauteur de la couche), qui peut créer des marches visibles sur des surfaces inclinées ou courbes.

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

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

1. L'impression 3D permet d'obtenir rapidement des pièces de forme nette, tandis que l'usinage CNC nécessite une configuration individuelle et (généralement) une programmation manuelle et une supervision.
2. L'impression 3D est généralement une méthode moins coûteuse que les autres méthodes permettant de créer des formes de réseau complexes. Il nécessite une configuration et une intervention opérationnelle minimales. Il est courant que les composants CNC coûtent 10 fois plus cher que les pièces imprimées en 3D.
3. Les imprimantes 3D conviviales et ne nécessitant que des compétences modestes en matière de configuration et de maintenance sont de plus en plus courantes. Ils sont également de plus en plus capables de satisfaire la majorité des besoins. La CNC reste un processus d'ingénierie lourde et hautement qualifié nécessitant des compétences constamment renouvelées de la part des opérateurs.

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

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

1. Divers procédés d'impression 3D offrent des résistances variées par rapport aux propriétés "natives" des matériaux. Par exemple, on rapporte aussi peu que 10 % de matériau UTS pour FFF dans l'ABS, et jusqu'à 100 % pour le SLS du nylon. L'usinage CNC produit des pièces dans des matériaux natifs intacts, de sorte que la résistance est généralement élevée.
2. L'impression 3D permet d'obtenir une bonne précision dimensionnelle, mais lorsqu'une haute précision est requise, cela peut s'avérer difficile. L'usinage CNC est très précis et permet une précision améliorée grâce à un traitement plus lent.
3. L'impression 3D est généralement affectée par la mécanique des processus concernant la finition de surface. La résolution Z en particulier entraîne des surfaces en escalier et des perturbations visuelles. La finition de surface CNC est telle qu'usinée ; il peut être extrêmement uniforme et très précis si les trajectoires de coupe sont programmées pour une finition lisse.

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

Processus de fabrication informatisé, l'usinage CNC (commande numérique par ordinateur) utilise des logiciels et des codes préalablement programmés pour contrôler le mouvement de plusieurs outils de coupe et de façonnage tels que des tours, des fraiseuses et des meuleuses et créer une variété de pièces d'usinage CNC. L'idée est attribuée à James Parson, qui essayait de trouver une meilleure façon de fabriquer des pales d'hélicoptères et d'avions. En 1958, Richard Kegg et les ingénieurs du MIT ont créé la première fraiseuse CNC. Même si le processus peut être assez coûteux et compliqué à mettre en place, cela en vaut la peine si vous souhaitez fabriquer des pièces de haute qualité et durables avec des surfaces lisses. Vous pouvez en savoir 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 de fabrication des pièces. L'usinage CNC, en revanche, peut offrir une corrélation étroite avec les caractéristiques de la production de masse chaque fois que la précision de la pièce est un facteur critique.

Impression 3D et usinage CNC :comparaison des coûts des prospects

L’usinage CNC supportera tous les coûts de programmation et de configuration et sera coûteux par rapport à l’impression 3D – souvent cinq à dix fois plus cher. Cependant, chaque fois qu'une série de prototypes avec de petits ajustements sont nécessaires, les pièces découpées CNC modifiées auront un coût d'installation bien inférieur, tandis qu'une deuxième pièce imprimée en 3D coûtera le même prix que la première.

Impression 3D et usinage CNC :comparaison des vitesses

La préparation à l'impression d'un composant 3D nécessite peu de temps de mise en place avant qu'une impression puisse commencer. Bien que l'impression soit lente dans certaines mesures, la plupart des impressions seront probablement terminées en quelques heures et seront prêtes à être utilisées. L'usinage CNC, en revanche, nécessite une préparation compétente de la programmation pour la sélection et la trajectoire de la fraise. Cela nécessite souvent des gabarits personnalisés ou modifiés pour retenir la pièce pendant le traitement (y compris un éventuel repositionnement de la pièce). Cela peut prendre un temps considérable avant la première coupe. Cependant, la découpe est généralement rapide et les pièces complexes peuvent généralement être réalisées en une heure ou moins d'usinage réel. Le temps total de préparation et d'usinage peut durer une journée ou plus, selon la complexité.

Impression 3D et usinage CNC :comparaison des volumes

Lorsque l'effort de configuration étendu peut être partagé sur plusieurs pièces, l'usinage CNC peut produire des pièces plus rentables que l'impression 3D. L'impression 3D présente moins d'avantages en termes de volume, car chaque pièce nécessite les mêmes coûts de matériaux et de machine, quel que soit le volume.

Impression 3D et usinage CNC :comparaison des matériaux

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

Les pièces imprimées en 3D sont limitées à celles prises en charge par des processus 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 le « grain » anisotrope dans la méthode de construction, la porosité, une mauvaise liaison des couches et le remplacement de matériaux imprimables mais non techniques.

Questions fréquemment posées sur l'impression 3D et l'usinage CNC

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

Oui, bien sûr. Une alternative qui pourrait potentiellement convenir aux deux est le moulage par injection, dans la mesure où il s’agit d’un processus en une seule opération qui peut produire des pièces identiques à leur fichier 3D. Mais fabriquer les moules à cet effet peut être assez coûteux et prendre beaucoup de temps, donc cela n'en vaut vraiment la peine que si vous fabriquez une tonne de pièces. En fin de compte, surtout par rapport aux travaux d'impression 3D quotidiens, le moulage par injection n'est pas si pratique.

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

L'impression 3D et l'usinage CNC sont similaires dans la mesure où les deux processus peuvent produire des produits fonctionnels. Cependant, en termes de processus, 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 métaux) et le SLM (fusion laser sélective) et, tout comme la découpe laser, il est également utilisé dans de nombreuses industries et fonctionne avec de nombreux métaux différents. Mais la découpe au laser utilise ce même laser pour graver ou découper le matériau d'une pièce, plutôt que de l'accumuler. Vous pouvez en savoir plus dans notre article sur l'impression 3D et la découpe laser.

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

À l’instar de l’usinage CNC, le moulage sous pression est un autre excellent moyen de fabriquer des pièces métalliques complexes. Mais le moulage sous pression n’est vraiment pas bon marché, surtout en ce qui concerne les coûts d’outillage. Toutefois, si vous êtes intéressé par de grandes séries de production, le coût diminue, ce qui en fait une option plus comparable.

Kat de Naoum

Kat de Naoum est une écrivaine, auteure, éditrice et spécialiste du contenu originaire du Royaume-Uni avec plus de 20 ans d'expérience en écriture. Kat a de l'expérience en matière d'écriture pour diverses organisations manufacturières et techniques et aime le monde de l'ingénierie. Parallèlement à l'écriture, Kat a travaillé comme parajuriste pendant près de 10 ans, dont sept dans le domaine du financement maritime. Elle a écrit pour de nombreuses publications, tant imprimées qu'en ligne. Kat est titulaire d'un baccalauréat en littérature anglaise et en philosophie, ainsi que d'une maîtrise en écriture créative de l'Université de Kingston.

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