Pièces réalisées en DMLS (impression 3D) avec finition par usinage CNC pour celle de gauche. © Proto Labs
L’usinage CNC et l’impression 3D sont deux technologies très présentes dans de nombreuses industries. Mais se font-elles concurrence ou se complètent-elles ? Bernard Faure, directeur de Proto Labs France, fait le point. Proto Labs est spécialiste du prototypage rapide ainsi que de la production de petites séries de pièces.
En termes simples, l’usinage CNC correspond à l’impression 3D inversée. Si l’impression 3D crée des objets en construisant des couches en trois dimensions, l’usinage CNC procède à une coupe de ces couches. Cela renvoie à la différence entre l’exécution d’une sculpture en argile (processus additif) et sa réalisation en taillant dans le marbre (processus soustractif).
Il est clair qu’il est préférable de produire certains éléments au moyen d’un seul de ces processus. Mais dans de nombreux cas, ils fonctionnent bien ensemble. L’exemple suivant illustre tout à fait ce cas de figure : un objet imprimé en 3D est « fini » par usinage CNC, éventuellement pour affiner la surface ou encore ajouter des trous, des rainures ou des filetages.
Alors quand s’avère-t-il avisé de bien séparer les deux processus ? Quels sont les avantages de l’un par rapport à l’autre ? Les utilisateurs qui ont déjà eu recours à l’impression 3D savent que c’est une technique particulièrement bien adaptée aux conceptions très spécialisées. La méthode visant à démarrer à partir de rien et d’ajouter des couches signifie qu’il est possible d’obtenir une variété de résultats quasi infinie et limitée uniquement par les capacités de l’imprimante. De même, étant un processus flexible, il permet de passer rapidement d’une tâche à une autre. Et le coût unitaire d’un élément donné reste toujours le même, quelle que soit la quantité. L’impression 3D est donc particulièrement adaptée à la production d’objets personnalisés, voir uniques. Il n’est pas étonnant de constater qu’elle devient de plus en plus utile dans nombre d’applications médicales et dentaires où elle peut s’utiliser pour personnaliser des éléments adaptés à chaque patient.
Mais un tel avantage peut également constituer un inconvénient : l’impression 3D peut ne pas être rentable pour certains types de fabrication à grande échelle. Il existe également des restrictions en termes de taille d’éléments produits. Si ce processus convient parfaitement aux éléments de petite taille très détaillés, il s’utilise à l’heure actuelle pour des dimensions maximum approchant celles d’un lave-linge (pour une production utilisant la stéréolithographie dans certaines matières).
C’est dans ce type de cas de figure que l’usinage CNC marque des points d’avance. Il peut produire avec efficacité des quantités considérables de produits de haute précision, dans des matières très variées. Les pièces destinées à des équipements et des machines commerciaux et industriels constituent des applications très populaires, notamment celles réalisées dans des métaux haute densité. Cette technologie peut également être utilisée pour les petites séries de produits, mais généralement à un coût unitaire plus élevé.
Alors choisir entre l’impression 3D et l’usinage CNC peut souvent reposer sur la taille de la série de production et sur la taille des éléments à obtenir. Mais lorsque ces facteurs ne sont ni trop importants ni trop minimes au point d’éliminer l’un ou l’autre de ces processus, il est possible de combiner ces deux technologies avec succès.
Et il est urgent d’explorer et de développer cette approche combinée. Les fabricants devant faire face à des demandes croissantes de la part des clients, la technologie doit progresser afin de rester à jour. L’enjeu consiste à réaliser des produits et des services plus efficaces, plus rapidement, et de manière plus rentable. C’est la raison pour laquelle l’association de l’impression 3D et de l’usinage CNC peut apporter des avantages majeurs.
Notamment, les deux technologies combinées peuvent permettre de relever les défis de conception auxquels sont confrontés les fabricants – en particulier la demande de composants et de produits plus légers et les éléments dotés de géométries de plus en plus complexes. C’est dans de tels cas que l’impression 3D associée à l’usinage CNC permet d’obtenir des résultats supérieurs à n’importe quel autre processus. La flexibilité de l’impression 3D est optimisée par la précision de l’usinage en vue de produire des objets encore plus détaillés.
Et parce qu’il permet d’intervenir en tant qu’outil supplémentaire de réglage de précision pour l’impression 3D, l’usinage CNC n’est pas obligatoirement limité aux grandes séries. Proto Labs proposant des équipements à la fois pour l’impression 3D et l’usinage CNC, nous combinons donc souvent ces technologies afin de produire des prototypes et des modèles, ou dans le cadre d’éléments nécessaires aux tests de performance. Cette double approche convient également très bien à la réalisation de pièces de rechange destinées à des produits devenus obsolètes.
L’astuce consiste à reconnaître la valeur particulière de chaque technologie et de l’appliquer aux processus de conception et de production de la manière la plus indiquée. Durant le cycle de prototypage, d’essais et de fabrication, l’impression 3D et l’usinage CNC peuvent être utilisés l’un ou l’autre à différentes étapes ou ils peuvent être combinés. Travailler avec un fournisseur disposant de ces deux technologies en un seul point permet de faire appel à l’une ou à l’autre avec agilité. Le résultat ? Vous tirez parti des deux processus afin de répondre aux exigences des marchés en évolution rapide d’aujourd’hui.
Bernard Faure
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Bonjour et merci @ Bernard Faure pour ce point permettant à la communauté d'Aerobuzz de mieux comprendre l'impression 3D et sa complémentarité avec les processus de fabrication traditionnels notamment pour produire rapidement des prototypes ou des petites séries et ce, avec une économie importante sur ce que les spécialistes appellent l’industrialisation, c’est-à-dire la création et la mise au point des moyens de fabrication (il peut s’agit de moules, de préformes, de supports d’usinage, …).
Aujourd'hui la fabrication additive sait mettre en œuvre des matériaux divers : métalliques, composites, polymères (j'oublie le chocolat ou le béton ... eh! oui ... mais c'est un peu éloigné du focus des lecteurs d'Aerobuzz..) ; dans cette liste on voit même apparaître des « métaux durs » qui permettent à SNECMA, GE, TURBOMECA, … d’annoncer la fabrication additive « en série » de premières pièces moteurs.
Mais la fabrication additive nous apporte autre chose que la rapidité et l'économie sur appelle l'industrialisation : c'est ls capacité à fabriquer "facilement" des formes impossibles qui en tout autre procédé auraient été impossible à produire ou démesurément cher.
Et cette capacité ouvre la porte à ce que les spécialistes appellent l'OPTIMISATION TOPOLOGIQUE qui permet de ne mettre de la matière qu'uniquement là où c’est nécessaire.
A partir de l'analyse des fonctions d'une pièce (le support d'un axe, la reprise d'efforts, ...), des surfaces qui remplissent ces fonctions et des efforts repris par cette pièce, il est facilement possible de modéliser les axes de efforts et internes et à partir de là décider de ne laisser de la matière que sur ces axes sans se demander (ou presque) comment la pièce pourra être fabriquée puisque les possibilités sont (presque) sans limites. Le tout permettant un gain de masse de plusieurs dizaines de pourcent.
Pour plus de détails, j'invite les lecteurs à visiter la page :
http://www.3dnatives.com/optimisation-topologique-3d-07032016/
Aujourd’hui, ce processus est très peu cher pour des matériaux « peu chargés » (c’est-à-dire ne transmettant pas d’efforts significatifs) et les prix augmentent significativement pour les matériaux « plus nobles », mais notre industrie attend que la diffusion des procédés et l’augmentation de la consommation des matériaux concernés en réduisent progressivement et rapidement les coûts.
Demain et déjà aujourd’hui (ou presque …).
Bonne journée à tous.
Très intéressant par contre à quel type de pièce correspondant la 1ère photo ? Des composants aéronautiques ?
Il s’agit d’une pièce automobile fabriquée par DMLS (frittage laser direct de métal), un processus d'impression 3D industriel permettant de produire des prototypes et des pièces de production en métal.