Quelles sont les différences entre l'usinage CNC et l'impression 3D ?

3 avril 2023

L'usinage CNC et l'impression 3D sont des technologies rapides, polyvalentes et rentables pour la fabrication de prototypes et de pièces d'utilisation finale. Cependant, si vous étudiez les deux en détail, il existe de nombreuses différences mineures mais importantes. Lorsqu'il s'agit de savoir lequel utiliser pour une partie particulière, la réponse commence généralement par "Cela dépend…".

Lors de la fabrication d'une pièce par usinage CNC, le processus commence par un matériau solide (une « ébauche ») et le processus d'usinage utilise une variété d'outils de coupe pour enlever la matière, petit à petit conformément aux parcours d'outils programmés, pour laisser la géométrie requise. L'usinage CNC est appelé processus soustractif car il enlève de la matière pour créer la pièce.

En revanche, l'impression 3D construit la pièce couche par couche. SLS le fait au moyen d'un laser haute puissance qui fusionne une poudre fine, tandis que SLA, PµSL, DLP et PolyJet construisent des pièces à partir de résines liquides photopolymérisables (photopolymères). L'impression 3D est donc qualifiée de procédé additif.

On dit parfois que les procédés soustractifs sont un gaspillage en termes d'utilisation de matière, par rapport aux procédés additifs. Cela peut être vrai, selon la géométrie de la pièce. Néanmoins, pour la plupart des projets dans lesquels nous sommes impliqués, le coût des matériaux n'est qu'un des nombreux facteurs à prendre en compte lors du choix de la technologie de fabrication, et il est peu probable qu'il soit le facteur décisif.

Que la pièce soit destinée à un prototype ou à une application finale, le concepteur saura quelles propriétés matérielles sont nécessaires, en gardant à l'esprit les exigences fonctionnelles de la pièce et son environnement d'exploitation. Les propriétés des matériaux peuvent souvent être cruciales dans la décision d'utiliser l'usinage CNC ou l'impression 3D - même si cela signifie que la géométrie de la pièce doit être légèrement modifiée pour améliorer l'usinabilité ou l'imprimabilité.

Nous détenons des stocks importants des matériaux les plus couramment spécifiés pour l'usinage CNC, à savoir l'alliage d'aluminium de qualité 6082, l'acier inoxydable de qualité 304 (A2), l'acier inoxydable de qualité 316 (A4), l'acétal (POM, Delrin) et l'acrylique (PMMA). Les autres métaux que nous utilisons souvent sur machine CNC comprennent le cuivre, le laiton, le bronze phosphoreux, l'acier doux, l'acier à outils. Nous usinons également une grande variété de plastiques techniques, allant de l'ABS, du PEHD et du polypropylène au PEEK et au PTFE.

De plus, la polyvalence de l'usinage CNC nous permet d'acheter et d'usiner presque tous les matériaux solides, tels que les mousses à modeler, les MDF et les planches d'outillage.

Pour l'impression 3D, il existe des centaines de matériaux différents sur le marché, bien que chaque technologie d'impression 3D ne soit compatible qu'avec un sous-ensemble d'entre eux. De plus, il y aura toujours des paramètres de fonctionnement optimaux pour chaque combinaison de machine et de matériau. Afin de pouvoir maintenir une qualité élevée et des délais d'exécution rapides, nous avons sélectionné un portefeuille de matériaux qui, d'après notre expérience, répondent à la grande majorité des exigences de nos clients. Ayant produit des milliers de pièces avec ces matériaux, nous savons comment en tirer le meilleur parti.

Nous conseillons aux clients de décider quelles propriétés sont requises pour la pièce, puis de regarder quelle technologie d'impression 3D construit des pièces à partir de matériaux appropriés, tout en gardant à l'esprit les avantages et les inconvénients des différentes technologies d'impression 3D.

Avec cinq technologies en interne et un choix de matériaux pour tous sauf un (nous n'utilisons que du nylon PA2200 dans nos machines SLS), nous proposons une très large gamme de propriétés de matériaux pour les pièces imprimées en 3D. À une extrémité du spectre se trouvent des matériaux solides et rigides tandis qu'à l'autre extrémité, les pièces peuvent avoir des propriétés souples et caoutchouteuses.

Il convient de noter que presque tous les matériaux rigides peuvent être usinés CNC, mais pas les matériaux élastomères souples. C'est un domaine où l'impression 3D a un avantage sur l'usinage CNC. Mais n'oubliez pas qu'il existe une autre option pour les pièces en élastomère : soit une machine CNC, soit une impression 3D d'un modèle principal, puis utilisez-la pour couler sous vide une ou plusieurs pièces dans une formulation souple de résine polyuréthane.

Un dernier point à noter à propos des matériaux est de savoir si l'isotropie est importante. Si les propriétés des matériaux doivent être uniformes ou très similaires dans les trois axes, l'usinage CNC à partir d'un solide sera meilleur que les technologies d'impression 3D telles que SLS ou FDM. Les autres technologies d'impression 3D que nous utilisons, à savoir SLA, DLP, PµSL et PolyJet, ont une isotropie raisonnablement bonne car la résine liquide forme des liaisons intercouches plus fortes (dans l'axe Z) que la poudre n'obtient lorsqu'elle est fusionnée par le laser en SLS.

L'un des principaux avantages de l'impression 3D est qu'elle peut fabriquer des pièces qui ne peuvent tout simplement pas être usinées à partir de solides. Par exemple, l'impression 3D peut créer des structures en treillis tridimensionnelles, des éléments creux et des pièces telles que des collecteurs avec des passages internes complexes.

Les concepteurs supposent souvent que les pièces prototypes avec des surfaces lisses et incurvées doivent être imprimées en 3D, mais ce n'est pas le cas. Grâce aux technologies d'usinage CAD, CAM et CNC, des surfaces complexes peuvent être usinées à partir de solides. Cependant, si les surfaces internes et externes possèdent une courbure tridimensionnelle, l'impression 3D pourrait être la meilleure option. En effet, l'usinage des deux surfaces peut nécessiter la réalisation d'un montage afin que la pièce puisse être positionnée et maintenue en toute sécurité pour la seconde surface à usiner. La production de l'appareil ajoute du temps et des coûts au projet.

Un autre point à garder à l'esprit est qu'une seule pièce peut parfois être usinée CNC en deux éléments ou plus qui sont ensuite assemblés par collage ou fixations mécaniques. Cette approche peut être utile si certaines tolérances doivent être plus strictes que celles qui pourraient être respectées avec l'impression 3D.

De même, si des caractéristiques particulières nécessitent des tolérances serrées, elles peuvent être usinées CNC comme un petit élément qui est ensuite fixé dans le corps principal de la pièce qui a été imprimée en 3D ou coulée sous vide. Alternativement, de petites caractéristiques peuvent être produites à l'aide de la technologie d'impression 3D PµSL de haute précision, puis placées dans une pièce plus grande qui a été imprimée en 3D à l'aide d'une technologie différente.

Si les clients ne savent pas si la géométrie d'une pièce se prête à l'usinage CNC ou à l'impression 3D, nous pouvons fournir des conseils impartiaux car nous disposons en interne des deux types de technologie de fabrication. De plus, notre expérience des deux signifie que nous pouvons discuter de la conception de la pièce du client et suggérer des moyens par lesquels de petites modifications de la géométrie pourraient la rendre plus adaptée (et moins chère/plus rapide) à l'usinage CNC ou à l'impression 3D. Ces concessions peuvent souvent être faites sans modifier la fonction ou l'aspect extérieur de la pièce.

L'usinage CNC est généralement plus précis que l'impression 3D. Nous citons une tolérance générale de ± 0,1 mm sur les pièces usinées CNC alors que nous citons ± 0,5 mm pour les pièces imprimées en 3D. Cependant, les machines CNC ont normalement des tolérances beaucoup plus strictes que ± 0,1 mm et les clients sont invités à nous contacter s'ils ont besoin de tolérances particulières sur des caractéristiques critiques.

Outre que l'usinage CNC est plus précis que l'impression 3D, la cohérence d'une pièce à l'autre est également bien meilleure, ce qui peut être important lorsque de petits lots sont nécessaires.

Avec l'usinage CNC et l'impression 3D, la précision dépend dans une large mesure de la géométrie et du matériau de la pièce.

Bien que nous citions une tolérance générale de ± 0,5 mm pour les pièces imprimées en 3D, l'exception significative concerne les pièces créées à l'aide de la technologie PµSL. Grâce à la résolution (jusqu'à 10 µm) et à la faible épaisseur de couche (5-40 µm), nous citons une tolérance générale sur les pièces de ±25 µm. PµSL construit donc des pièces avec des détails très fins, des parois fines, des arêtes vives et des surfaces exceptionnellement lisses.

Un dernier point à noter concernant la précision est que, selon la géométrie, nous pouvons imprimer une pièce en 3D, puis des détails spécifiques à la machine CNC sur la pièce imprimée en 3D. Cela signifie que les clients bénéficient des avantages de l'impression 3D tout en bénéficiant de tolérances serrées sur les fonctionnalités critiques.

Nous proposons un service de livraison express pour l'usinage CNC et l'impression 3D. Avec nos services Express, les pièces imprimées en 3D sont expédiées le jour ouvrable suivant tandis que les pièces usinées CNC sont expédiées en trois jours ouvrables. Cela suggère que l'impression 3D est plus rapide, mais ce n'est pas toujours le cas. Le délai d'exécution dépend de la géométrie de la pièce, de la quantité requise et des options de finition.

Les pièces usinées CNC ont des surfaces lisses avec des marques d'usinage visibles distinctives - bien que l'application du test « ongle » révèle que les surfaces sont très lisses. Les courbes ou les pentes tridimensionnelles peuvent avoir des marques d'usinage plus prononcées, selon le parcours d'outil qui a été programmé. Si nécessaire, l'aspect peut être amélioré par un léger microbillage ou une finition à la main.

Les pièces imprimées en 3D à l'aide de la technologie PµSL ont des surfaces exceptionnellement lisses grâce à la haute résolution et à la faible épaisseur de couche. Cependant, les pièces SLS, SLA, DLP et PolyJet peuvent présenter un effet "escalier" sur les surfaces inclinées en raison de leur construction en couches. Si nécessaire, les pièces peuvent être légèrement sablées ou finies à la main pour fournir une surface plus lisse.

Parfois, une pièce n'a besoin que d'un simple nettoyage, en particulier s'il s'agit d'un prototype fonctionnel. D'une manière générale, la disponibilité des options de finition dépend davantage du matériau que du fait que la pièce ait été produite par usinage CNC ou impression 3D. Certaines finitions peuvent être appliquées sur des pièces produites en utilisant les deux types de technologie (par exemple la peinture humide) mais d'autres sont plus restreintes. Par exemple, la teinture SLS n'est disponible que sur les pièces en nylon PA2200 produites à l'aide de SLS, tandis que l'anodisation de couleur n'est disponible que sur les pièces en alliage d'aluminium, qui doivent être usinées CNC.

L'usinage CNC et l'impression 3D sont deux technologies polyvalentes. En tant que tels, ils peuvent être utilisés pour une variété d'applications, y compris des modèles conceptuels, des modèles visuels et des prototypes fonctionnels, ainsi que des pièces d'utilisation finale. Chaque projet doit être considéré en termes de propriétés des matériaux, de finition, de précision, de rapidité et de coût. Dans certains cas, la meilleure approche consiste à marier l'usinage CNC et l'impression 3D pour créer une pièce répondant à toutes les exigences fonctionnelles et esthétiques.

Que vous ayez besoin d'usinage CNC ou d'impression 3D, ou si vous souhaitez discuter de ce qui conviendrait le mieux à vos pièces, parlez à nos experts en appelant le 01763 249760.