Dois-je utiliser l'usinage CNC ou l'impression 3D pour créer mon modèle principal ?

La fabrication de pièces nécessite souvent un moule qui peut être rempli avec le matériau de coulée. Ces moules sont créés avec un modèle principal, qui est essentiellement une réplique du produit final - bien que généralement légèrement plus grand que la taille prévue de l'objet final pour tenir compte d'un certain degré de retrait du matériau de moulage.

Les modèles doivent être fabriqués selon des normes rigoureuses pour deux raisons principales. Tout d'abord, les objets moulés ne seront aussi précis que les moules à partir desquels ils sont fabriqués, les modèles doivent donc être bien construits. Deuxièmement, un modèle doit être réutilisable; la construction de haute qualité garantit qu'ils peuvent être utilisés à plusieurs reprises pour créer des moules aux dimensions précises.

En raison de ces exigences, les ingénieurs se sont traditionnellement tournés vers les services de modélistes, des travailleurs hautement qualifiés connaissant l'outillage, la fabrication de matrices et la fabrication de moules. Cependant, les développements dans le domaine de la fabrication permettent désormais aux ingénieurs de créer des modèles maîtres à l'aide de méthodes soustractives traditionnelles telles que l'usinage CNC ou l'impression 3D.

Lorsque vous décidez du processus de fabrication à utiliser lors de la création d'un modèle principal, vous devez garder à l'esprit certaines considérations clés. Celles-ci incluent les spécifications de conception, telles que la taille, la complexité géométrique et le degré de spécialisation du motif, ainsi que le volume du cycle de production, l'application prévue de la pièce et les matériaux du produit.

Création de modèles maîtres à l'aide de l'usinage CNC

L'usinage CNC est un processus de fabrication soustractif, utilisant des outils de coupe ou des perceuses pour façonner une pièce en retirant de la matière d'un bloc plus grand. Les modèles maîtres usinés CNC sont fabriqués à l'aide de planches d'outillage ou de dalles de matériau usinables qui peuvent être rapidement et facilement découpées en modèles. Plusieurs planches d'outillage peuvent être fixées ensemble pour créer de grands modèles principaux, faisant de l'usinage CNC un processus utile pour les modèles qui seront utilisés dans la coulée de métal ou de plastique ou utilisés pour créer des prototypes.

Il existe différents types de planches à outils, notamment le polyuréthane, l'époxy, l'uréthane et le renshape. Ces planches d'outillage sont disponibles dans une gamme de densités et sont généralement légères, ce qui les rend utiles pour les prototypes automobiles ainsi que pour les modèles de fonderie et les applications d'outillage rapide. Certaines variétés offrent une résistance élevée aux températures, ce qui constitue un avantage lors de la création de modèles maîtres pour les pièces de production industrielle que l'on trouve dans les avions, les automobiles, les bateaux et autres véhicules.

Les modèles maîtres usinés CNC peuvent répondre à des exigences de tolérance dimensionnelle plus strictes que leurs homologues imprimés en 3D, ce qui est utile lors de la création de moules pour les pièces aérospatiales et médicales, où une variation dimensionnelle minimale est essentielle. L'usinage CNC permet la construction de caractéristiques stratégiques du moule, telles que des bouches d'aération dans le modèle principal, tout en réduisant simultanément la quantité de finition de surface requise en post-production.

Une restriction clé de l'usinage CNC, cependant, est que les géométries internes complexes peuvent être difficiles et coûteuses à créer, car les outils de coupe doivent être positionnés à des angles très précis. Certaines géométries sont si complexes qu'elles doivent être divisées en plusieurs pièces plus petites et plus simples qui doivent être assemblées, ce qui augmente les coûts et réduit la résistance globale de l'assemblage.

Création de modèles maîtres à l'aide de l'impression 3D

Les principaux avantages offerts par l'impression 3D par rapport à l'usinage CNC sont l'efficacité, la vitesse et la flexibilité de conception. L'impression 3D étant un processus additif, des conceptions complexes peuvent être créées en une seule fabrication, éliminant ainsi le besoin d'usinage ou d'assemblage supplémentaire. Dans la plupart des cas, cela fait de l'impression 3D une meilleure option pour les motifs aux géométries complexes qui incluent des formes organiques, des trous multiples, des détails plus petits ou des caractéristiques de moule stratégiques. De plus, les pièces imprimées en 3D ont tendance à fournir une résolution de surface élevée, ce qui est important pour les pièces aux conceptions complexes.

Étant donné que les modèles imprimés en 3D sont créés à l'aide de fichiers de conception, le processus de fabrication du moule peut commencer dès que la conception est finalisée. Les modèles usinés CNC, en revanche, ont des délais de livraison beaucoup plus longs et peuvent nécessiter plusieurs séries de tests avant que la production puisse commencer. Un motif usiné peut prendre des semaines ou des mois à produire, alors qu'un motif imprimé en 3D peut être réalisé en quelques jours. De plus, comme les fichiers de conception des modèles imprimés en 3D sont stockés numériquement, les modèles principaux peuvent être reproduits à la demande.

Cependant, les modèles maîtres imprimés en 3D ne sont pas aussi durables que ceux créés par usinage CNC. Pour cette raison, les modèles maîtres imprimés en 3D sont rarement aussi rentables pour les grandes séries de production nécessitant plusieurs moules. Pour des modèles plus durables et résistants à la chaleur, l'usinage CNC est souvent un meilleur choix.

Peser le pour et le contre de chaque processus

En fin de compte, il appartient aux ingénieurs, aux fonderies et aux modélistes de trier les principaux avantages et inconvénients de toutes les options disponibles avant de décider quel processus convient le mieux au modèle qu'ils envisagent de créer.

Les modèles usinés CNC sont plus coûteux et prennent plus de temps à créer, mais les dépenses initiales sont souvent réparties sur plusieurs pièces, ce qui en fait un bon choix pour les cycles de production à volume élevé. L'impression 3D peut produire rapidement des motifs très détaillés, offrant des options de prototypage flexibles, en particulier pour les pièces aux géométries complexes.

Lorsque vous choisissez de travailler avec Fast Radius, nous vous aiderons à prendre ces décisions pour vous assurer que vos pièces sont fabriquées de manière abordable, fiable et dans les délais, de la conception des modèles maîtres à la finition post-production.

Pour en savoir plus sur l'usinage CNC, l'impression 3D et les autres services que nous proposons, visitez notre centre de ressources, où vous pourrez également vous renseigner sur les différents matériaux de fabrication pouvant être utilisés pour chaque processus.

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