L'usinage CNC est un excellent moyen de transformer des conceptions innovantes en modèles fonctionnels précis. Cependant, les utilisateurs ne peuvent profiter pleinement des avantages de ce procédé que s'ils utilisent les matériaux d'usinage CNC appropriés.
Utiliser le matériau le plus adapté permet de réaliser des produits qui dépassent vos attentes. À l'inverse, ne pas choisir le meilleur matériau pour l'usinage CNC d'un projet donné peut engendrer une profonde déception à la vue ou à l'utilisation de la pièce finie.
L'usinage CNC offre une polyvalence exceptionnelle. Vous avez l'embarras du choix : une vaste gamme de matériaux se prête à l'usinage CNC. Le matériau le plus adapté à un projet dépendra de nombreux facteurs.
Cet article vous guidera dans le choix des différents matériaux d'usinage CNC, vous permettant ainsi de réaliser le meilleur projet d'usinage CNC et d'obtenir les meilleurs résultats !
Quels sont les facteurs qui influencent le choix des matériaux pour l'usinage CNC ?
De nombreux facteurs influencent le choix des matériaux CNC les plus adaptés à un projet donné. Par exemple, les exigences techniques pour la fabrication des composants des moteurs de navette spatiale sont bien plus élevées que celles pour la construction d'équipements de loisirs haute performance.
Tenez compte des facteurs ci-dessous et de leur impact potentiel sur votre situation avant de choisir le matériau le plus adapté à votre projet.
Interet
Utilisez la fonction du composant pour sélectionner les matériaux appropriés. Par exemple, pour fabriquer des jouets, évitez les métaux. La fabrication de composants isolants nécessite un matériau à faible conductivité.
Installation intérieure ou extérieure
Un composant destiné à un usage extérieur doit résister aux rayons UV, à la pluie et aux intempéries. Ces pièces requièrent des matériaux durables et une conception robuste. À l'inverse, un composant destiné à un usage intérieur n'est pas exposé à des conditions environnementales extrêmes ; un plus large éventail de matériaux adaptés est donc disponible.
Charge de contrainte
De nombreux fabricants négligent de prendre en compte les contraintes mécaniques subies par les pièces, ce qui peut entraîner leur rupture. Un composant ou une pièce soumise à des contraintes élevées nécessite des matériaux robustes, dotés de bonnes propriétés mécaniques et d'une excellente stabilité dimensionnelle, tels que les métaux, les alliages ou les matières plastiques à haute résistance.
Tolérance dimensionnelle
Chaque matériau possède une tolérance dimensionnelle qui influe sur la précision globale de la pièce fabriquée. Dans de nombreux cas, la tolérance dimensionnelle n'est pas un facteur critique, mais des applications telles que les équipements médicaux exigent des pièces de précision. La précision a un coût ; par conséquent, si un projet requiert des tolérances extrêmement faibles, des outils de coupe spécialisés seront nécessaires sur la machine CNC.
Utiliser dès le départ un matériau présentant une tolérance dimensionnelle appropriée est moins coûteux que de devoir payer pour redimensionner la pièce ultérieurement.
Usinabilité
Les matériaux à haute résistance et dureté peuvent sembler idéaux, mais leur usinage est souvent plus long et ils entraînent une usure accrue des outils de coupe. Choisir des matériaux offrant une bonne usinabilité permet d'accélérer la production et de réduire la maintenance.
fermoir
L'usinage CNC permet souvent de créer des pièces qui, lors d'un assemblage ultérieur, formeront des composants plus complexes intégrant des fixations. Les dispositifs de fixation sont intégrés dès la conception CNC initiale. Cependant, tous les matériaux usinés CNC ne sont pas adaptés à la fixation, et certaines propriétés spécifiques, comme la résistance à la corrosion galvanique, peuvent s'avérer cruciales. Il est donc essentiel de choisir un matériau répondant aux exigences spécifiques de fixation.
Plage de température
Tenez compte de la plage de températures de fonctionnement du produit final et de ses conditions environnementales. Le matériau doit supporter la température de fonctionnement requise et les variations thermiques prévues. De nombreux matériaux se dilatent sous l'effet des variations de température. Par exemple, certains plastiques peuvent supporter les températures de fonctionnement habituelles, mais se détériorent ou se déforment lorsque les variations de température sont trop fréquentes.
Les procédés d'usinage CNC, comme le fraisage CNC, utilisent des outils de coupe qui génèrent de la chaleur. Cette chaleur se transmet au matériau de la pièce. Assurez-vous que le matériau choisi puisse supporter les températures élevées induites par l'usinage CNC sans se déformer.
Résistance chimique
La résistance chimique est tout aussi importante que la résistance aux hautes températures. Par exemple, une pièce usinée CNC destinée à être utilisée dans un environnement chimiquement réactif, comme un laboratoire ou un centre de recherche, doit être chimiquement résistante. L'utilisation de matériaux métalliques en milieu acide est fortement déconseillée.
Résistance à la corrosion
En milieu humide, privilégiez la résistance à la corrosion des matériaux. Les matériaux peu résistants à la corrosion rouillent et se dégradent rapidement. Votre projet exige-t-il des métaux à haute résistance pour un environnement de travail humide ? Dans ce cas, optez pour des alliages résistants à la corrosion.
Capacité de charge
Le poids du matériau et sa capacité de charge sont des facteurs essentiels pour la plupart des projets. Si la pièce doit supporter un poids important, il est impératif de choisir un matériau suffisamment résistant. Ces matériaux sont généralement plus lourds. Le poids de la pièce est-il un critère déterminant ? Dans ce cas, un matériau présentant un rapport résistance/poids élevé est la meilleure option.
Durabilité et résistance
Un processus de fabrication robuste est essentiel pour garantir la durée de vie prévue de la pièce. Il convient donc d'évaluer les exigences de résistance et de durabilité de l'application et de choisir un matériau répondant à ces caractéristiques. Prenez en compte les facteurs suivants :
- Résistance à la traction: La tension qu'un matériau peut supporter avant de se rompre.
- Résistance à l'abrasion : Le degré de résistance à l'abrasion ou à l'usure naturelle au cours de sa durée de vie.
- Force d'endurance : La capacité d'absorption des chocs d'un objet. Un matériau résistant aux chocs possède une grande résistance à l'usure.
Finition de surface
Lorsque l'esthétique est importante, choisissez un matériau offrant une finition de surface de haute qualité . Par exemple, une surface métallique peut être traitée pour obtenir un aspect lisse, brillant ou mat. Ce n'est généralement pas le cas pour les matériaux à base de plastique.
Coût des matières premières
Enfin, le coût est un facteur déterminant dans le choix du matériau idéal pour l'usinage CNC. Votre budget est limité ? Privilégiez les plastiques ou la céramique. Les métaux et leurs alliages possèdent des propriétés physiques exceptionnelles, mais sont des matériaux CNC onéreux.
Quelles sont les différentes options de matériaux pour un projet d'usinage CNC ?
Les matériaux utilisés en usinage CNC se répartissent en plusieurs grandes catégories : métaux, plastiques, bois, mousses, céramiques et composites. Vous trouverez ci-dessous la liste de ces différentes catégories, accompagnée d’exemples de matériaux pour chacune d’elles.
Les métaux
Les pièces métalliques offrent la meilleure précision et la plus grande robustesse parmi tous les matériaux usinés par CNC. Cependant, leur coût est élevé et elles présentent des vulnérabilités telles que la corrosion en milieu humide. Les alliages métalliques éliminent la plupart de ces vulnérabilités. Parmi les métaux et alliages couramment utilisés en usinage CNC, on trouve :
Aluminium
L'aluminium et ses alliages sont les matériaux les plus couramment utilisés dans les projets d'usinage CNC. L'aluminium est reconnu pour son excellent rapport résistance/poids. Les pièces en aluminium sont légères tout en supportant des contraintes élevées. Grâce à son excellente usinabilité et au faible coût de ses matières premières, l'aluminium est plus prisé que d'autres métaux pour les projets de production en série à bas coût. Parmi les différents types d'alliages d'aluminium utilisés en fraisage CNC, on trouve :
- Aluminium 6061
- Aluminium 7075
- Aluminium 6082
- Aluminium 5083
Applications de l' aluminium usiné CNC :
- Electronique grand public
- Dispositifs médicaux
- Cadres aérospatiaux
- Composants automobiles
Acier
L'acier est un alliage de fer et de carbone, présentant les propriétés de résistance mécanique et de résistance à la corrosion supérieures à celles du fer. Il est largement utilisé dans l'usinage CNC sous différentes formes : tôles, barres, cylindres et blocs. Il existe de nombreux types d'aciers, avec des teneurs en carbone variables.
Certains types courants incluent :
- Inox
- Acier 1018
- Acier 12L14
- acier au carbone
- Acier au carbone 1045
L'acier au carbone contient une plus grande quantité de carbone que les autres aciers. De ce fait, il présente une résistance et une dureté élevées, mais il est plus fragile.
L'acier se caractérise par une très haute résistance, une grande ductilité (aptitude au tréfilage), une excellente usinabilité, une forte résistance à la corrosion et à l'usure, ainsi qu'un bon état de surface. Cependant, la production en grande série de pièces en acier peut s'avérer coûteuse.
Applications de l'acier usiné CNC :
- Composants automobiles
- Accessoires de voiture
- Composants d'aéronefs
- Outils
Acier Inoxydable
L'acier inoxydable est l'un des types d'acier les plus utilisés en usinage CNC. Son volume est comparable à celui de nombreux autres matériaux comme le bois. Cependant, il nécessite une compréhension de base de ses caractéristiques.
Il existe en plusieurs qualités différentes :
- Acier inoxydable 303
- Acier inoxydable 304
- Acier inoxydable 316
- Acier inoxydable 416
- Acier inoxydable de qualité marine
- Et plus encore
La qualité la plus recherchée de l'acier inoxydable est sa résistance à l'usure et à l'abrasion. Il est idéal pour la fabrication de pièces de précision, mais son coût est élevé pour une production en grande série.
Applications de l'acier inoxydable dans l'industrie de l'usinage :
- industrie médicale
- Outillage
- Construction d'aéronefs
- Pétroliers et navires
- Ustensiles et équipements de restauration
Laiton
Le laiton est l'un des matériaux les plus onéreux pour l'usinage CNC. Parmi les types de laiton couramment utilisés, on trouve le C3604 et le C3602. Il est souvent privilégié pour les pièces uniques et les projets à vocation esthétique, sans contrainte budgétaire.
Le laiton présente une surface lisse et facile à polir. Son usinage est aisé, ce qui réduit les coûts d'exploitation des machines à commande numérique. Parmi ses autres atouts, citons sa conductivité électrique, sa haute résistance à la corrosion et son faible coefficient de frottement. Ces qualités font du laiton un matériau idéal pour :
- Sanitaires
- Verrouillage
- Charnières
- Fermetures à glissière / Tirettes
- Valves
- Verrouillage
- Installations artistiques
Titane
La robustesse et la dureté du titane en font un matériau idéal pour les applications exigeant une résistance et une durabilité élevées. Le titane est également très résistant à la corrosion et se décline en diverses finitions de surface.
Applications du titane usiné CNC :
- Industrie aérospaciale
- Équipements sportifs comme les clubs de golf
- Couteaux
- Montres-bracelets
- Lunettes
- Bijoux
- Sculptures
Copper
Le cuivre possède une conductivité électrique et thermique exceptionnelle. Il est fréquemment utilisé en usinage CNC en raison de sa grande ductilité, de sa malléabilité et de sa résistance à la corrosion. Cependant, son coût peut être élevé comparé à d'autres matériaux, notamment les métaux, ce qui le rend peu économique pour la production en série de pièces métalliques.
Les applications du cuivre pour l'usinage CNC sont les suivantes :
- Valves
- Connecteurs électriques
- Radiateurs
- Composants d'isolation
- Les échangeurs de chaleur
Autres métaux et alliages
Outre ces matériaux couramment utilisés pour l'usinage CNC, certains autres métaux et alliages trouvent des applications plus rares. Il s'agit notamment de :
- de bronze
- Zinc
- Magnésium
- Molybdène
- Tungstène
- Journal
- Invar
- Nickel
- Hastelloy
Les matières plastiques
Bien que les métaux possèdent d'excellentes propriétés physiques, leur production en série peut s'avérer coûteuse. Pour les grandes séries, les plastiques sont généralement plus économiques. De nombreuses résines plastiques offrent une résistance et d'autres propriétés physiques suffisantes pour en faire des alternatives idéales aux métaux.
Plastiques courants utilisés en usinage CNC :
Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
L'ABS est l'un des plastiques les plus couramment utilisés en usinage CNC. C'est un thermoplastique aux excellentes propriétés physiques. Il est également très facile à usiner. L'ABS offre de bonnes performances sur une large plage de températures, contrairement à de nombreux autres plastiques. Le faible coût des matières premières de l'ABS le rend économique pour une production à grande échelle.
Applications courantes de l'ABS :
- Pipes
- Installations
- Composants sous vide
- Les touches du clavier
- Boîtier électronique
- Prototypes
- Bâtiment 3D
Chlorure de polyvinyle thermoplastique (PVC)
Le PVC est un autre plastique largement utilisé dans l'usinage CNC. Ses qualités remarquables incluent sa robustesse et sa résistance aux produits chimiques, à la corrosion et au feu. Son faible coût en fait un matériau adapté aux projets à budget limité.
Applications du PVC :
- Pipes
- la fabrication de dispositifs médicaux
- Boîtier électronique
- Acoustique
- intérieurs de l'industrie automobile
- Chaussures
- revêtements de sièges
Acétal-Delrine (POM)
Le polyoxyméthylène, également appelé acétal, polyacétal, Delrin ou POM, est un matériau thermoplastique offrant une grande stabilité dimensionnelle et un faible coefficient de frottement. Il constitue un excellent choix pour la production en série de pièces de précision usinées par commande numérique (CNC) et par moulage par injection.
Quelques applications courantes de l'usinage CNC pour le Delrin :
- Jouets
- Équipement de sport
- Pièces mécaniques telles que vis, chaînes, engrenages, etc.
- maquettes à petite échelle
- Équipement médical
- Fermetures à glissière / Tirettes
Acrylique (PMMA)
Le polyméthacrylate de méthyle, également appelé PMMA ou acrylique PMMA, est un matériau thermoplastique courant. Sa transparence lui vaut le nom de verre acrylique. Plusieurs marques déposées, telles que Plexiglas, Lucite et Perspex, utilisent ce matériau. Il présente une résistance élevée à la flexion et à la traction, une bonne résistance aux UV et à l'abrasion.
Applications de l'acrylique pour l'usinage CNC :
- LED
- Architecture
- Vitrines et Écrans Numériques
- Applications industrielles
- pièces d'éclairage automobile
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Polycarbonate (PC):
Les polycarbonates (PC) présentent certaines similitudes avec les acryliques PMMA, car certaines qualités de polycarbonate sont visuellement transparentes. Leur excellente usinabilité facilite le moulage de pièces diverses.
Applications du polycarbonate :
- Plafonniers
- Composants d'isolation
- Diélectriques
- Murs antibruit
- Impression 3D
- DVD
- Lunettes de vue et de soleil
Noryl (PPO)
Le Noryl est un mélange de résine plastique, comme le PPO ou le PPE, et de polystyrène. Le matériau obtenu présente une bonne stabilité dimensionnelle, une bonne usinabilité et une faible densité. Le Noryl peut également résister aux hautes températures et posséder des propriétés d'isolation électrique.
Applications du Noryl :
- Électrodes
- Équipement électrique
- Les pompes à eau
Polypropylène (PP):
Le polypropylène (PP) est le plastique le plus produit après le polyéthylène. C'est un matériau robuste qui présente une excellente résistance chimique et thermique. Sa haute résistance et sa rigidité en font un matériau idéal pour les réseaux de distribution d'eau pure. Il est également résistant au lessivage chimique et à la corrosion.
Applications du propylène :
- plomberie potable
- Chauffage hydronique
- Équipement de laboratoire
- Capsules de bouteilles
- Bouteilles
- Tambours
- Unités d'entraînement des haut-parleurs
Téflon (PTFE)
Le polytétrafluoroéthylène, plus communément appelé Téflon, est un polymère très répandu. C'est un matériau hydrophobe insensible à l'eau et aux liquides aqueux. Son coefficient de frottement est extrêmement faible, inférieur à celui de la plupart des autres solides.
Applications du téflon dans les projets d'usinage :
- Isolation des fils
- Joints d'étanchéité des roulements
- Instruments de musique
- Accessoires de cuisine
Polyéthylène haute densité (HDPE)
Le PEHD, également appelé PEHD, est un polymère thermoplastique courant. Il présente une résistance élevée à la corrosion et un rapport résistance/densité élevé. Il est fréquemment recyclé et consommé en grandes quantités à l'échelle mondiale.
Applications :
- Pipes
- Bouteilles
- Jerricans
- Pots à lait
Polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWPE)
Le polyéthylène à ultra-haute masse moléculaire (UHMWPE), également appelé polyéthylène haut module, est un type de polyéthylène thermoplastique. Sa robustesse en fait le matériau thermoplastique le plus résistant aux chocs. Il est également chimiquement résistant à la plupart des acides et des bases.
Les applications courantes:
- Fibres pour lignes de parachutisme et de pêche
- biomatériaux pour implants médicaux
- Infrastructures maritimes
Nylon
Le nylon est un thermoplastique à la texture soyeuse. Ses propriétés physiques varient considérablement selon les matériaux qui y sont ajoutés. Parmi les types courants, on trouve le nylon 6, 66, 510 et 1.6.
Applications :
- Vis à métaux, engrenages et joints
- Pièces composites automobiles
- Armes à feu
- Brosse à dents
- Coupe-bordures
Autres plastiques
Le polyétheréthercétone (PEEK) possède un haut niveau de résistance aux substances corrosives et un point de fusion élevé, ce qui en fait un matériau populaire pour l'usinage de pièces et divers autres projets.
Voici d'autres matières plastiques pouvant être usinées par commande numérique :
- Polyfluorure de vinylidène (PVDF)
- Polyétherimide – Ultem (PEI)
- Phénols (Bakélite)
Les bois
Les bois comme le contreplaqué et le bois massif étaient autrefois très utilisés en usinage CNC. Cependant, des facteurs environnementaux, de disponibilité et de coût ont orienté l'intérêt vers les métaux et les plastiques. Malgré cette évolution, l'usinage CNC du bois conserve un rôle important dans les industries exigeant un rendu esthétique, des structures légères ou un savoir-faire artisanal.
Applications :
- Cadres de meubles
- Sculptures
- Pieds pour tables, chaises et lits
- Pièces de décoration
Mousses autocollantes
Le choix des matériaux pour l'usinage CNC ne se limite pas aux matériaux durs. Même des substances plus souples comme les mousses rigides et les mousses de sculpture sont d'excellents matériaux pour l'usinage CNC dans les applications industrielles.
Applications de l'usinage de mousse par commande numérique :
- Éléments d'emballage
- Isolations
- Articles de décoration
- Props
Céramique
Les céramiques sont esthétiquement très belles et leurs propriétés physiques les rendent idéales pour diverses applications. Elles constituent de bons isolants thermiques et électriques et présentent une grande résistance à la compression.
Applications de l'usinage CNC de la céramique :
- Objets de décoration
- Éléments isolants
- Pièces de bijouterie
- boîtier de composants électriques
Composites
Les matériaux composites, comme les PRF (polymères renforcés de fibres), sont aujourd'hui largement utilisés grâce à leurs propriétés mécaniques exceptionnelles, leur capacité à résister à des charges superficielles localisées, leur résistance à la traction et bien d'autres atouts. Ils constituent le matériau idéal pour les applications exigeant une solution robuste, durable et économique.
Applications :
- éléments de décoration comme les fontaines
- Remplacement de verre
- Applications aérospatiales telles que les radars et les antennes
- pièces de l'industrie aéronautique
- Sports
- Pales d'éoliennes
Conseils pour optimiser le choix des matériaux pour l'usinage CNC
Alors, comment améliorer le processus de sélection des matériaux et apporter davantage de valeur ajoutée à votre projet ?
Allez au-delà des métaux
De nombreux fabricants pensent immédiatement aux métaux lorsqu'ils envisagent un projet d'usinage CNC. Ces dernières années, les matériaux non métalliques ont démontré leur supériorité en offrant un meilleur rapport qualité-prix, grâce à des propriétés physiques similaires à celles des métaux et à un coût moindre. De plus, ils sont plus faciles à usiner.
Choisir les bonnes qualités de matériaux
De nombreux matériaux existent en différentes qualités. Lorsque vous choisissez un matériau pour votre projet, par exemple de l'acier ou de la mousse, sélectionnez la qualité la plus adaptée, car leurs propriétés peuvent varier considérablement. Par exemple, la mousse rigide et la mousse à sculpter ont des usages différents pour les pièces finies, en raison de leurs propriétés distinctes.
Filtration de la poussière
De nombreux matériaux, tels que les composites, le bois et même les métaux, génèrent une quantité excessive de poussière lors de l'usinage CNC. Cette poussière excessive peut nuire à la santé des opérateurs et endommager les pièces finies. Dans de nombreux cas, notamment pour les composants aérospatiaux et aéronautiques ainsi que pour les applications de R&D, la propreté est primordiale. Lors du choix de matériaux générateurs de poussière, il est essentiel de suivre les protocoles de dépoussiérage appropriés afin de garantir un environnement de travail sûr et de préserver l'intégrité des pièces finies.
Quel est le meilleur matériau pour un projet d'usinage CNC ?
Aucun matériau ne peut être considéré comme idéal pour tous les projets d'usinage CNC. Chaque matériau possède des propriétés et des usages spécifiques, bien que l'aluminium soit le plus répandu grâce à ses propriétés polyvalentes qui répondent à la plupart des exigences.
Conclusion
Choisir le bon matériau pour l'usinage CNC peut s'avérer complexe face à la multitude d'options disponibles. L'aluminium est un excellent choix grâce à sa légèreté, sa résistance et son usinabilité, tandis que l'acier inoxydable est idéal pour les pièces nécessitant durabilité et résistance à la corrosion. D'autres matériaux, comme le titane, le laiton et le bronze, constituent également des solutions viables pour des applications spécifiques. Le matériau optimal pour l'usinage CNC dépendra des exigences du projet. Lors de la sélection d'un matériau pour l'usinage CNC, il convient de prendre en compte ses propriétés, ses performances et son coût.
Choisir le bon matériau est une décision cruciale dans le développement et la fabrication de produits. Le matériau sélectionné influence la performance, la durabilité, le coût et la facilité de fabrication. Si vous hésitez sur les matériaux les plus adaptés à votre projet, notre guide complet de sélection des matériaux est là pour vous aider. Ce guide numérique passe en revue les points clés, compare les matériaux de fabrication courants et fournit des conseils pratiques pour optimiser vos choix de conception. Téléchargez le guide complet de sélection des matériaux pour découvrir leurs propriétés, leurs applications et les recommandations d'experts pour votre prochain projet.
Choisir le bon matériau est la première étape. Mais opter pour les services d'usinage CNC adaptés est tout aussi crucial. 3ERP est la solution idéale dans ce domaine. En tant que prestataire professionnel de services d'usinage CNC , 3ERP est en mesure de répondre à tous vos besoins et vous propose l'ensemble des matériaux nécessaires.
Foire Aux Questions (FAQ)
Voici les réponses à quelques questions fréquemment posées concernant le choix du meilleur matériau pour un processus de fabrication CNC :
1. Quel est le matériau le plus couramment utilisé pour l'usinage CNC ?
Les matériaux couramment utilisés pour la fabrication par commande numérique sont l'acier, l'aluminium et les plastiques.
2. Quels sont les matériaux les plus difficiles à usiner par CNC ?
Les alliages traités thermiquement, tels que l'acier allié et les alliages à base de cobalt, sont généralement les matériaux les plus difficiles à usiner.
3. Quel matériau d'usinage CNC possède la meilleure usinabilité ?
L'acier d'usinage libre est le matériau qui présente la plus grande usinabilité. Les matériaux comme les plastiques et les composites sont plus faciles à découper mais peuvent mal réagir aux températures élevées générées lors du processus de découpe.
4. Quel est le matériau le plus durable pouvant être usiné par CNC ?
L'acier maraging est le matériau le plus durable pour l'usinage CNC.
5. Quel matériau d'usinage CNC présente la meilleure résistance à la chaleur et à la température ?
La céramique offre la plus haute résistance à la chaleur et aux variations de température.
