Pour la plupart des gens, les connaissances actuelles sur les technologies de fabrication et de prototypage se limitent principalement à ce qu'ils apprennent à l'école ou à ce qu'ils découvrent par hasard sur Internet.
Nombreux sont ceux qui connaissent, au moins de loin, le procédé d'impression 3D, qui offre des possibilités de fabrication durables et écologiques . Cependant, malgré sa popularité croissante, l'impression 3D ne peut encore rivaliser avec les opportunités offertes par la variété des machines CNC utilisées par d'innombrables entreprises à travers le monde.
Bien que beaucoup moins connue du grand public, l'usinage CNC a été une véritable révolution lors de son introduction et reste une méthode de fabrication irremplaçable, essentielle à de nombreux secteurs, dont l'aérospatiale, la médecine et l' industrie automobile.
Mais que sont les machines CNC ? Et comment peut-on les utiliser pour concevoir différentes pièces ?
Explorons ci-dessous le processus de conception de pièces usinées par CNC et les décisions que vous devrez prendre.
Qu'est-ce que l'usinage CNC?
L'usinage CNC est un type d' usinage qui utilise la technologie de commande numérique par ordinateur pour effectuer des tâches et des mouvements spécifiques.
Ce procédé part d'une pièce de matériau brut et utilise ensuite une gamme de forets, de tours et de fraiseuses pour la découper jusqu'à ce que la pièce corresponde aux dimensions exactes du dessin numérique qui a servi de base.
Contrairement à l'impression 3D , qui assemble des matériaux pour former une figure, l'usinage CNC est un processus soustractif qui enlève des couches de matériau jusqu'à obtenir la forme souhaitée.
Une autre distinction importante réside dans le processus CNC lui-même. Contrairement aux machines à commande manuelle, le processus utilisant la technologie CNC est entièrement automatisé, ce qui signifie qu'une supervision beaucoup moins importante est nécessaire pour mener à bien un projet.
De plus, le processus automatisé permet également de réduire au minimum le risque d'erreur humaine, et chaque copie de la pièce est identique à l'originale, jusque dans les moindres détails identifiables.
Cependant, même si le processus peut être très efficace, de nombreux éléments doivent être pris en compte afin d'éviter des erreurs coûteuses et de garantir le bon déroulement du projet.
Passons en revue quelques-unes des considérations les plus importantes concernant les machines CNC afin de vous donner une meilleure compréhension du processus de conception des différentes pièces.
Types de machines CNC
Bien que l'usinage CNC puisse sembler un terme suffisamment spécifique, il englobe en réalité toute une gamme de types de machines CNC différents , comme une fraiseuse ou un tour.
Chaque machine possède ses propres atouts, ainsi que des usages typiques qu'il est important de connaître si l'on veut obtenir les meilleurs résultats.
Le tour est une option populaire, notamment pour la conception de formes cylindriques, car il offre une polyvalence et une rentabilité difficiles à égaler par d'autres types de fabrication.
Une autre option standard est la machine de fraisage CNC , qui trace les trajectoires d'outils sur 3 axes, offrant un large éventail de possibilités pour la création de pièces tout en réduisant au minimum le gaspillage de matériaux.
Il existe deux types de fraiseuses : les fraiseuses CNC verticales et les fraiseuses CNC horizontales . Toutes deux utilisent un outil de coupe aligné avec le banc de la machine ; la principale différence réside dans leur orientation : l’une est verticale, l’autre horizontale.
Matériaux possibles
Lors de la conception et de la fabrication d'une pièce, l'une des premières décisions importantes que vous devrez prendre concerne le type de matériau que vous souhaitez utiliser.
Et la bonne nouvelle, c'est qu'il existe un large éventail de matériaux parmi lesquels choisir lorsque vous utilisez des machines CNC pour le prototypage ou la fabrication de vos pièces.
Plusieurs facteurs sont à prendre en compte lors du choix d'un matériau : sa durabilité et sa robustesse, sa rigidité, sa résistance aux produits chimiques et ses propriétés mécaniques. Dans certains cas, l'esthétique peut également jouer un rôle, mais les autres critères doivent primer.
L'avantage principal de l'usinage CNC réside dans sa compatibilité avec une grande variété de matériaux , tels que l'acier, le cuivre, le laiton et l'aluminium , pour n'en citer que quelques-uns. Vous pouvez ainsi personnaliser votre conception en fonction de ses exigences spécifiques et tirer parti des propriétés uniques de chaque métal.
Dans certains cas, les matières plastiques peuvent s'avérer plus judicieuses, et les machines CNC peuvent les usiner sans problème. Le nylon est sans doute l'option la plus courante, mais vous pouvez également utiliser l'ABS, le polycarbonate, le Delrin, voire le PTFE si vous avez besoin d'un matériau à faible absorption d'humidité.
Exigences d'ajustement
Il y a une raison pour laquelle la NASA et d'autres programmes spatiaux utilisent largement l'usinage CNC : c'est un procédé de fabrication qui permet d'atteindre une précision inégalée pour chaque pièce.
Mais même si cette technologie est incroyablement précise, il existe généralement une marge de tolérance quant à l'écart possible d'une dimension, même si les valeurs sont généralement minimes.
La tolérance standard pour les machines CNC est de ± 0.125 millimètre, ce qui est pratiquement imperceptible. Cependant, même cette tolérance peut s'avérer trop importante dans les applications où chaque fraction de millimètre compte, et il est possible de la réduire à ± 0.050 mm, voire moins.
Lors de la conception d'une pièce, il est essentiel de connaître précisément les tolérances admissibles et de comparer les avantages potentiels d'une réduction maximale des écarts aux coûts accrus liés à une réduction des tolérances au-delà des normes.
Il faut tenir compte du fait que, dans la plupart des cas, les machines CNC sont déjà incroyablement précises ; il est donc probable que les imperfections n'auront aucun impact sur les performances et l'ajustement de votre pièce.
Vous devriez également réfléchir à la conception de votre pièce et à la manière dont elle peut être modifiée pour mieux s'adapter aux capacités des machines CNC.
Par exemple, si votre conception nécessite des trous, vous pourriez réduire les coûts en perçant complètement le matériau au lieu de ne percer que partiellement.
Il faut également tenir compte de l'épaisseur minimale des murs. Celle-ci dépendra non seulement du design, mais aussi du matériau que vous choisirez pour votre projet.
Enfin, évitez les pièces aux caractéristiques complexes, car cela pourrait limiter le choix des machines CNC capables de réaliser la tâche. Notamment, réfléchissez bien à la nécessité d'assemblages en queue d'aronde ou à rainure en T, car ils requièrent un outillage spécial et un travail considérable.
Options de finition
Un autre élément essentiel à prendre en compte lors de la conception de pièces usinées par commande numérique est la finition souhaitée. De nombreuses options s'offrent à vous ; il vous faudra donc déterminer si vous pouvez tolérer des imperfections de finition sans incidence sur les performances de la pièce.
Lorsqu'on utilise une fraiseuse CNC, il est probable que la finition fraisée, bien que très précise, laisse des marques d'outil visibles, ce qui peut avoir un impact sur l'esthétique de la pièce.
L'anodisation est une autre finition possible : il s'agit d'un procédé consistant à déposer une couche d'oxyde sur des pièces métalliques à l'aide d'électrolytes. Ce type de finition se décline en plusieurs variantes, certaines étant plus adaptées à l'aérospatiale et d'autres aux pièces de moteurs et à diverses autres applications.
Vous pouvez également opter pour le microbillage, un procédé qui consiste à éliminer les dépôts de surface en projetant de fines billes de verre à haute pression. Le microbillage est une bonne option pour améliorer l'esthétique de votre pièce. Cependant, ce procédé étant manuel, des imperfections peuvent subsister.
Conseils essentiels
Comme vous pouvez l'imaginer, la conception de pièces à l'aide de machines CNC peut être un processus complexe impliquant de nombreuses décisions importantes. Voici donc quelques conseils qui vous aideront à obtenir les meilleurs résultats.
Il est primordial de bien se familiariser avec les limites des matériaux et du type d'usinage envisagé. L'usinage CNC présente des avantages et des inconvénients, et certaines pièces ne se prêtent pas particulièrement bien à cette technologie.
Des parois fines, des détails minuscules et même des cavités inhabituelles peuvent non seulement faire exploser les coûts de votre projet, mais aussi rendre la pièce beaucoup moins stable.
Cependant, chaque pièce étant unique, la seule façon de garantir l'obtention des résultats souhaités est parfois de consulter des personnes ayant déjà été confrontées à des situations similaires.
Si vous choisissez une entreprise d'usinage CNC fiable , celle-ci pourra analyser vos besoins en pièces et vous conseiller sur les outils et machines les mieux adaptés à la réalisation du travail.
Un spécialiste expérimenté peut également examiner votre projet et vous faire des suggestions concernant les meilleurs matériaux à utiliser, la finition qui conviendrait à vos besoins et la machine qui vous offrirait la solution la plus rentable, ainsi que les résultats les plus constants et fiables.
Ils peuvent également vous fournir des informations spécifiques dans diverses situations, vous aidant ainsi à éviter des problèmes coûteux tels que la déformation des pièces lors de l'usinage CNC de l'aluminium.
Parfois, vous constaterez peut-être que des modifications apparemment mineures apportées à la conception, sans incidence sur les performances de votre pièce, peuvent contribuer à réduire considérablement les coûts de production . Il est donc certainement judicieux de prendre le temps d'explorer vos options dès le début du processus.
