Top 11 des plastiques haute performance pour l'usinage CNC : avantages clés

Les plastiques sont essentiels à l'industrie manufacturière moderne — ils sont largement disponibles, la plupart sont abordables, et ils sont compatibles avec des procédés de fabrication populaires comme le moulage par injection, l'impression 3D et l'usinage CNC.

L'usinage CNC est un procédé de fabrication soustractif qui utilise des outils rotatifs et des forets pour retirer systématiquement du matériau d'un bloc solide de matériau, façonnant ainsi la pièce. Quand il s'agit de fabriquer des pièces en plastique, l'usinage CNC est plus précis que le moulage par injection. De plus, l'usinage CNC est compatible avec une gamme de plastiques plus large que de nombreuses autres méthodes de fabrication, faisant de la production de pièces par usinage un choix souhaitable pour de nombreuses équipes produit. Voici 11 des plastiques d'usinage CNC les plus courants disponibles aujourd'hui :

11 plastiques CNC courants

1. Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)

L'ABS est un thermoplastique d'ingénierie populaire connu pour sa résistance et sa résistance aux chocs, sa haute résistance à la chaleur et sa bonne usinabilité. Ce plastique est un bon isolant, idéal pour les applications électriques, et reste mécaniquement stable dans le temps.

Puisque l'ABS est si léger, abordable et largement disponible, de nombreuses équipes produit l'utilisent pour le prototypage rapide. D'autres applications courantes incluent les boîtiers électroniques, les touches de clavier et les composants de tableau de bord dans les voitures.

Même si l'ABS est solide, il est hautement sensible à l'usure par certaines graisses, solvants et alcools. De plus, les qualités ABS ordinaires qui n'ont pas été traitées avec des stabilisateurs thermiques modifiés brûlent facilement et continueront parfois à brûler même après que la flamme a été retirée.

Spécifications mécaniques :

• Allongement à la rupture : 10 – 50 %
• Module de flexion : 1,6 – 2,4 GPa
• Résistance à la traction : 29,8 – 43 MPa
• Dureté Shore D : 100

2. Nylon 66

Le Nylon, également connu sous le nom de polyamide (PA), est une large catégorie de thermoplastiques d'ingénierie à faible frottement avec une haute résistance aux chocs, une haute résistance à l'abrasion et aux produits chimiques, et d'excellentes propriétés mécaniques globales.

Le Nylon 66 est particulièrement bien adapté à l'usinage CNC car il est assez solide et durable pour une grande variété d'applications dans de nombreuses industries, y compris l'automobile et les dispositifs médicaux. Ce plastique est naturellement haute performance, peut résister à beaucoup d'usure, et résiste aux dommages causés par l'huile et le carburant. Cependant, le nylon 66 a une faible stabilité dimensionnelle lorsqu'il absorbe l'humidité, et il absorbe l'humidité très facilement. Il ne tient pas non plus bien en présence d'acides minéraux forts.

Spécifications mécaniques :

• Allongement à la rupture : 150 – 300 %
• Module de flexion : 2965 MPa
• Résistance à la traction : 76 MPa
• Dureté : 116, Rockwell R

3. Polyétheréthercétone (PEEK)

Le PEEK est un thermoplastique haute performance connu pour sa combinaison inhabituelle de propriétés mécaniques. Ce plastique est résistant aux produits chimiques, à l'usure, au fluage, à la fatigue, aux liquides et aux températures jusqu'à 260 °C (480 °F). Il est également léger, assez solide pour endurer des conditions environnementales difficiles, et insoluble dans tous les solvants courants. De plus, le PEEK est recyclable et biocompatible.

Comme le nylon, le PEEK est souvent utilisé pour remplacer le métal dans l'usinage CNC. Les applications courantes incluent les unités de piston, les pièces critiques de moteurs d'avion et les seringues dentaires.

Pour toutes ses forces, le PEEK n'est pas résistant à la lumière UV et ne tient pas bien en présence d'halogènes ou de sodium. De plus, c'est l'un des plastiques d'usinage CNC les plus chers du marché — les équipes produit ne devraient envisager de l'utiliser que pour leurs applications les plus exigeantes.

Spécifications mécaniques (PEEK non chargé) :

• Allongement à la rupture : 30 – 150 %
• Module de flexion : 3,7 – 4 GPa
• Densité : 1,26 – 1,32 g/cm³
• Tenacité (Impact Izod entaillé à température ambiante) : 80 – 94 J/m

4. (Polyacétal polyoxyméthylène) POM

Le plus souvent connu sous son nom commercial, Delrin, le POM est l'un des plastiques CNC les plus usinables. Les équipes produit choisissent le POM quand elles ont besoin d'un plastique à haute résistance, haute rigidité avec une excellente résistance à la chaleur, l'usure, la météo, les produits chimiques et le carburant.

Delrin 570 et 150 sont les qualités de POM les plus courantes utilisées en usinage CNC car elles ont une excellente stabilité dimensionnelle et sont idéales pour créer des pièces précises avec des tolérances serrées. Cependant, ce plastique a une mauvaise résistance aux acides. De plus, il peut être difficile à coller. Les applications courantes pour le POM incluent les composants de ceinture de sécurité, les cigarettes électroniques, les stylos à insuline et les compteurs d'eau.

Spécifications mécaniques (Delrin 570) :

• Module de traction : 4900 MPa
• Module de flexion : 4600 MPa
• Résistance aux chocs, IZOD entaillé : 6 kJ/m²
• Résistance à la traction à la rupture : 53 MPa

5. Polycarbonate (PC)

Le PC est bien connu et largement utilisé dans l'industrie manufacturière. Il est dur mais léger, naturellement retardateur de chaleur, et offre d'excellentes propriétés d'isolation électrique. Le PC est également plus efficace que les autres thermoplastiques d'ingénierie.

Les concepteurs devraient savoir que le PC est naturellement transparent et peut transmettre la lumière aussi bien que le verre — de plus, il prend bien la couleur. Les applications courantes incluent les lunettes de sécurité, les instruments chirurgicaux, les disjoncteurs et les CD/DVD.

Malheureusement, les bonnes propriétés mécaniques du PC se dégraderont après une exposition prolongée à l'eau au-dessus de 60 °C. De plus, bien que le PC soit résistant aux acides dilués, aux huiles et aux graisses, il est sensible à l'usure par les hydrocarbures et jaunira avec le temps après une exposition prolongée aux rayons UV.

Spécifications mécaniques :

• Allongement à la rupture : 50-120 %
• Module de flexion : 2,2-2,5 GPa
• Résistance à la traction à la rupture : 55-77 MPa
• Dureté Shore D : 90-95

6. Polytétrafluoroéthylène (PTFE)

Le PTFE, communément connu sous le nom de Téflon, est un polymère haute performance polyvalent avec un certain nombre de propriétés mécaniques qui le rendent précieux pour les équipes produit conçant des produits commerciaux. Ce plastique est résistant aux produits chimiques, à la température, à la lumière, aux UV, à l'eau, aux intempéries et à la fatigue. Connu pour ses excellentes propriétés anti-adhésives, le PTFE se trouve le plus souvent dans les revêtements pour poêles antiadhésives, mais il est également utilisé pour les joints, les pièces de semi-conducteurs et même les patchs cardiaques.

Le PTFE a le coefficient de frottement le plus bas de tout matériau solide et est l'un des cinq plastiques les plus résistants à la corrosion. Cependant, les propriétés mécaniques du PTFE sont généralement inférieures aux autres plastiques d'ingénierie à température ambiante — bien que cela puisse être remédié en ajoutant des charges appropriées. Il est également important de noter qu'il y a des limites sur l'épaisseur des pièces faites avec le PTFE car il est généralement uniquement disponible en plaques ou barres de deux pouces d'épaisseur. Le PTFE est également sensible au fluage et à l'abrasion.

Spécifications mécaniques :

• Allongement à la rupture : 300-550 %
• Module de traction : 550 MPa
• Rigidité diélectrique : 19,7 kV/mm
• Coefficient de frottement dynamique : 0,04

7. Plastiques polyéthylène haute densité (PEHD)

Le PEHD est un plastique flexible, facile à traiter, résistant à la fissuration sous contrainte, aux produits chimiques et aux corrosifs même à basses températures. Il offre la même résistance aux chocs exceptionnelle que le polyéthylène basse densité (PEBD) avec une résistance à la traction quatre fois supérieure. Cependant, ce matériau a une mauvaise résistance aux UV. Les applications courantes incluent les bouchons, joints et isolateurs électriques.

Spécifications mécaniques :

• Allongement à la rupture : 500 %
• Résistance à la traction : 4 000 PSI
• Densité : 0,035 lbs / cu. in.
• Dureté : Rockwell R65

8. Polyéthylène à poids moléculaire ultra-élevé (UHMW)

L'UHMW est un plastique dur, polyvalent et hautement usinable avec une haute résistance à l'abrasion et à l'usure. Les équipes produit se tournent vers ce matériau quand elles ont besoin d'un plastique durable à faible frottement pour leurs applications industrielles.

Les équipes produit doivent garder à l'esprit que l'UHMW n'est pas adapté aux applications à haute charge car il est hautement sensible au fluage, et ne devrait pas être utilisé à des températures dépassant 80 à 100 °C. L'UHMW se trouve couramment dans les revêtements de benne de camion, les pièces de machines de transformation alimentaire, les bandes d'usure et les tampons de quai marins.

Spécifications mécaniques :

• Résistance à la traction : 3 100 PSI
• Module de flexion : 110 000 PSI
• IZOD impact (entaillé) : 18,0

9. Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)

Le PMMA, communément connu sous le nom d'acrylique ou de verre acrylique, est un thermoplastique rigide largement connu pour sa résistance aux chocs. Il est dur, léger, résistant à la plupart des produits chimiques de laboratoire. Il se dégrade cependant lorsqu'il est utilisé avec des hydrocarbures chlorés ou aromatiques, des cétones ou des éthers.

Comparé au polystyrène, le PMMA transmet mieux la lumière et est plus résistant aux intempéries et aux UV. D'un point de vue conception, ce plastique offre des options de coloration illimitées et un indice de réfraction de 1,49.

Cependant, le PMMA n'est pas très résistant à la chaleur, aux chocs, à l'usure ou à l'abrasion. De plus, ce matériau est sujet à la fissuration sous charges lourdes. En tant que tel, les équipes produit ne devraient envisager le PMMA que pour des applications à faible contrainte comme les auvents de serre, les caches de feux indicateurs de voiture, les panneaux solaires et les dispositifs de test de médicaments.

Spécifications mécaniques :

• Allongement à la rupture : 2 – 10 %
• Module de flexion : 2,5 – 3,5 GPa
• Dureté Shore D : 90 – 99
• Résistance à la traction à la rupture : 38 – 70 MPa

10. Polypropylène (PP)

Le polypropylène est un plastique d'usinage CNC rentable qui offre une combinaison unique de propriétés qu'on ne trouve pas dans beaucoup d'autres plastiques. Il est léger, hautement résistant aux produits chimiques dans les environnements corrosifs, et résistant à la plupart des solvants organiques, agents dégraissants et électrolytes.

Comparé au PEBD et PEHD, le PP a une résistance aux chocs plus faible mais il compense par sa résistance à la traction. Similaire au PTFE, le PP est généralement limité à des feuilles de trois pouces pour l'usinage, donc la taille de la pièce est limitée.

Spécifications mécaniques :

• Résistance à la traction au rendement : 4800 PSI
• Résistance à la flexion : 5400 PSI
• Module de flexion : 160 000 PSI
• Dureté : 80 Rockwell R

11. Polyéthylène basse densité (PEBD)

Le PEBD est un plastique d'usinage CNC dur mais flexible connu pour sa flexibilité à basse température et sa résistance à la corrosion. Il est facile à souder et à sceller thermiquement et offre une bonne résistance chimique.

Le PEBD est principalement utilisé pour les orthèses et prothèses. Cependant, le PEBD ne devrait pas être utilisé pour des applications dans lesquelles la rigidité, la haute résistance structurelle et la résistance aux hautes températures sont requises. La taille de la pièce est également limitée en raison des limitations d'épaisseur sur le PEBD commercialement disponible.

Spécifications mécaniques :

• Résistance à la traction : 1 400 PSI
• Module de flexion : 30 000 PSI
• Résistance aux chocs IZOD (entaillé) : pas de rupture

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L'usinage CNC est un procédé de fabrication polyvalent qui permet aux équipes de développement produit et aux ingénieurs de créer des pièces de haute qualité avec des géométries complexes. Cependant, comme l'usinage CNC est compatible avec presque n'importe quel matériau qui peut être usiné, les ingénieurs ont l'embarras du choix. Naviguer parmi toutes les options possibles et choisir le matériau qui est le meilleur pour leur cas d'usage peut être difficile et chronophage.

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