Usinage CNC vs Impression 3D : différences clés expliquées

Lorsque vous voulez créer de nouvelles pièces ou des projets de production en petites séries, vous pouvez utiliser deux méthodes de fabrication : l'usinage CNC et l'impression 3D. Ces deux options sont essentielles pour les processus de fabrication modernes. Chaque option a une liste d'avantages par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Les deux sont des processus de fabrication informatisés, tandis que l'usinage CNC et l'impression 3D sont dans le processus. La capacité de production et les résultats du produit final sont assez différents.

Bien que ces deux processus produisent parfois des résultats similaires dans des applications spécifiques, la façon dont ils obtiennent ces résultats est assez différente. Chaque processus a été développé pour répondre à des besoins différents - il est donc important de savoir quelle méthode convient le mieux à vos besoins. Dans ce qui suit, nous présentons les avantages de chaque produit pour vous aider à parcourir votre prochain ordre de production.

Usinage CNC :

L'usinage CNC est une technologie de fabrication soustractive courante. Le processus commence généralement par un bloc de matériau solide, puis divers outils de coupe rotatifs tranchants ou fraises sont utilisés pour enlever le matériau pour obtenir la forme finale souhaitée. Il peut être utilisé pour la production unique, en petites séries et en séries moyennes.

(Qu'est-ce que l'usinage CNC ?)

Comment ça marche

D'abord, les ingénieurs utilisent la CAO ou un logiciel de conception assistée par ordinateur pour créer des modèles 2D ou 3D. Ensuite, un programme de fabrication assistée par ordinateur (FAO) est utilisé pour convertir le fichier CAO en instructions. Après la création de l'instruction, le programme de post-traitement la convertit en une commande spécifique, puis la transmet à la machine-outil CNC pour exécution, découpant les composants requis du matériau en bloc. Il a une excellente répétabilité, une haute précision, et une large gamme de matériaux et de finitions de surface.

Impression 3D

La fabrication additive (FA) ou le processus d'impression 3D construit les pièces en ajoutant du matériau couche par couche. Le processus FA ne nécessite pas d'outils ou de fixations spéciaux, donc le coût de configuration initial peut être minimisé.

L'impression 3D a de grandes utilisations dans le domaine médical, qui peut créer des organes, des prothèses et des implants. L'industrie alimentaire utilise également cette technologie pour produire de la nourriture en l'extrudant couche par couche. Les artistes l'utilisent souvent pour faire de l'art, tandis que les designers de mode l'utilisent pour faire des vêtements et des bijoux.

Comment ça marche

D'abord, les ingénieurs utilisent la CAO pour créer un modèle 3D. Les erreurs dans le modèle fini de l'analyse incluent généralement des trous et des faces intersectantes.

Ensuite, un programme appelé trancheur transforme l'imprimante 3D en une série de fines couches 2D pour préparer le modèle pour l'imprimante 3D, générant ainsi des fichiers G-code. Ce fichier contient un ensemble d'instructions à exécuter par l'imprimante.

Ensuite, une imprimante 3D lit le fichier G-code et dépose une couche de matériau à la fois pour créer un objet tridimensionnel. Selon la taille et la complexité du modèle et la méthode utilisée, le processus d'impression peut durer de quelques heures à plusieurs jours. Parfois, les composants peuvent avoir besoin d'être nettoyés, polis ou scellés avant de pouvoir être utilisés.

Différences entre l'usinage CNC et l'impression 3D

L'usinage CNC et l'impression 3D ont quelques points de base en commun : par exemple, ils sont tous basés sur des modèles 3D et fabriquent des produits 3D conformément aux instructions sur l'ordinateur. Ils sont compatibles avec les types de fichiers STL et OBJ. En plus de ces similitudes de base, l'usinage CNC et l'impression 3D peuvent également répondre à différentes exigences et fournir différents avantages. Mais ils ont encore de nombreuses différences.

Matériau

Le CNC est principalement utilisé pour l'usinage des métaux. Il peut également être utilisé pour traiter les thermoplastiques, l'acrylique, le bois tendre et le bois dur, la mousse de modelage et la cire d'usinage. Les pièces de précision CNC sont principalement utilisées dans les moteurs, les avions, les machines de production et d'autres environnements à haute résistance.

L'impression 3D est principalement utilisée pour les plastiques, tandis que l'utilisation du métal est relativement faible. Certaines techniques peuvent produire des pièces à partir de céramiques, cire, sable et matériaux composites. Les matériaux difficiles à traiter (comme le TPU et les superalliages métalliques) peuvent être imprimés en 3D. Comparées aux pièces CNC, elles peuvent avoir des propriétés mécaniques plus faibles.

La plupart des imprimantes 3D utilisent des processus de fabrication additive pour fabriquer des produits à partir de plastiques spéciaux, résines, métaux et autres matériaux. En raison des matériaux uniques utilisés dans le processus d'impression, les pièces 3D n'ont généralement pas la résistance requise pour une utilisation dans des environnements difficiles tels que les avions, les véhicules et les machines de production.

Vitesse

Une autre différence majeure entre le CNC et la fabrication additive est la vitesse. Lors de la production en série de produits, l'usinage CNC est plus rapide car il implique la chaîne de montage de la machine qui produit chaque pièce. Une imprimante 3D fabrique le produit entier du début à la fin, donc elle n'est pas adaptée à la production en série. Le processus additif de l'impression 3D à partir de zéro prend plus de temps que le processus soustractif d'enlèvement de matériau à partir de blocs de matériau existants.

Précision

L'usinage CNC a des tolérances strictes et une excellente répétabilité. Des pièces de grande à petite taille peuvent être usinées avec précision par CNC. Différents systèmes d'impression 3D offrent différentes précisions dimensionnelles. Les machines industrielles peuvent produire des pièces avec de très bonnes tolérances. Si des jeux serrés sont nécessaires, les dimensions clés de l'impression 3D peuvent être surdimensionnées puis traitées en post-traitement. Les matériaux traités sur les fraiseuses CNC (comme l'aluminium) sont plus précis que le FDM utilisé dans de nombreuses imprimantes 3D, et le FDM a tendance à se déformer lorsqu'il est exposé à une chaleur excessive.

Complexité des pièces

Lors de la conception de pièces usinées CNC, de nombreuses restrictions doivent être prises en compte. Les machines-outils CNC ne peuvent pas utiliser certaines géométries (même avec des systèmes CNC 5 axes) car l'outil ne peut pas accéder à toutes les surfaces de la pièce. La plupart des formes géométriques nécessitent de faire pivoter les pièces pour accéder à différents côtés. Le repositionnement augmentera le temps de traitement et de main-d'œuvre, et peut nécessiter des dispositifs et fixations personnalisés, ce qui affectera le prix final.

Comparé au CNC, l'impression 3D a presque pas de restrictions géométriques. La plupart des technologies (comme FDM ou SLM/DMLS) nécessitent des structures de support, et elles sont enlevées pendant le post-traitement.

Puisqu'aucun support n'est requis, les formes géométriques organiques à forme libre peuvent être facilement fabriquées par un processus de fusion sur lit de poudre à base de polymère. La capacité de produire des formes géométriques hautement complexes est l'un des avantages clés de l'impression 3D. Cela ouvre également la porte à la fusion de pièces, dans laquelle plusieurs composants peuvent être combinés dans une conception de pièce pour réduire le nombre de moules.

Déchets

L'une des principales différences entre la fabrication additive et la fabrication soustractive est la quantité de déchets qu'elles génèrent. Puisque l'usinage CNC enlève du matériel, il finira par produire une grande quantité de déchets non recyclables. Le nettoyage est un peu salissant. Cependant, il y a moins de déchets dans l'impression 3D car la technologie ne nécessite que les matériaux nécessaires pour construire la pièce. L'imprimante 3D utilise seulement la quantité exacte de matériau nécessaire pour faire la pièce, donc il n'y a pas besoin de nettoyer après. Les imprimantes 3D produisent aussi moins de bruit car elles ne vibrent pas pendant la production.

Domaine d'application

Lorsque la fabrication nécessite des pièces très résistantes, précises et/ou résistantes à la chaleur, le fraisage CNC est une meilleure solution. L'impression 3D a des domaines d'application plus particuliers : elle peut être utilisée pour le bioprinting, l'impression alimentaire, la construction, et peut être utilisée dans l'espace.

Coût

Lors de l'utilisation d'une machine CNC pour fabriquer une pièce, une petite quantité apporte généralement un coût unitaire plus élevé, mais la production en série devient de plus en plus économique. Cela fait du CNC un choix idéal pour la production en série.

Lors de l'utilisation de l'impression 3D, le coût de sortie par unité est le même quelle que soit la taille du lot. Lors de la production d'un petit nombre d'articles, le coût équivalent par unité produite est un avantage, mais lors de la production en série, la cohérence du produit peut devenir un problème.

En utilisant des machines CNC, le coût unitaire du produit augmentera selon la complexité et la précision de la sortie. Le coût plus élevé de la sortie CNC complexe est généralement dû au plus grand nombre de chemins d'outil requis, au plus petit nombre d'outils utilisés, et à la quantité de temps requise pour accomplir ces tâches. Quelle que soit la complexité de l'unité produite, le coût d'un travail d'impression 3D est le même.

Conclusion

Dans une certaine mesure, la technologie CNC et l'impression 3D se chevauchent en fonction, mais leurs avantages respectifs les rendent adaptés à des applications spéciales. C'est comme un crayon et un stylo à bille. Pour certains travaux, vous avez besoin d'un crayon, mais pour d'autres travaux, un stylo à bille est un meilleur outil. L'usinage CNC est généralement le mieux adapté pour les projets qui nécessitent des produits précis, de haute précision, fabriqués à partir de matériaux facilement disponibles. Les caractéristiques des imprimantes 3D les rendent très adaptées à la création de prototypes, de bases visuelles et de produits conçus sur mesure.

En résumé, il y a beaucoup de place pour les imprimantes 3D et les machines CNC dans le monde.