Impression 3D versus Usinage 3 axes : Qualité de surface (5/5)

Aujourd’hui c’est déjà le dernier article qui concerne la comparaison entre l’impression 3D et les machines d’usinage. Ces deux techniques qui me passionnent ont été abordées au fil de 5 sujets variés. Le thème de l’article d’aujourd’hui est la qualité des surfaces obtenues, à la fois d’un point de vue esthétique (aspect lisse, beau, détails) et du point de vue tolérances (précision atteignable).

Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°5/5 : l'état de la surface.
Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°5/5 : l’état de la surface.

#5 : Fini de surface & tolérances

Tolérances, KESSAKO ?

Les tolérances sont la définition, pour un mécanicien, de l’écart maximum que peut avoir une pièce « réelle » (fabriquée donc) par rapport à une valeur théorique, un dessin. Exemple : Ø6 +/- 1 mm signifie : le diamètre peut faire de 5 à 7mm. Cette notion est lié à la possibilité, par la suite, d’assembler des pièces ensemble. Plus les tolérances sont fines, plus la machine, la personne, les paramètres de fabrication de la pièce doivent être précises.

Tolérances de dimensions : exemples.
Tolérances de dimensions : exemples.

Exemple concret : Si vous essayez d’assembler un tube ou un cylindre dans une planche en bois.

Cas n°1 : impossible d’assembler, votre perçage est trop petit (ou votre cylindre est trop grand).

Cas n°2 : cela s’assemble « trop facilement » et votre cylindre passe « au travers » ou est mal positionné dans votre planche en bois.

Pour que tout « se passe bien », il faut que votre assemblage soit selon une des possibilités ci-après :

  • Cylindre Ø5 +/- 0.25 mm (min 4.75 mm, max 5.25mm) et Perçage Ø6 +/- 0.5 mm (min 5.5 max, 6.5).
  • Cylindre Ø5 +/- 0.75  (min 4.25, max 5,75) et perçage Ø6 +/- 0.1 (min 5.9 max, 6.1).
  • etc.

Le cas Cylindre Ø5 +/- 0.5et Perçage Ø6 +/- 0.5 est « risqué », car vous pouvez avoir un cylindre de 5.5 (maxi) et un perçage de 5.5 (mini) –> un bon marteau va être nécessaire au risque de casser la planche de bois ou de réveiller les voisins !

Comme vous l’aurez compris, le choix des tolérances dépend de la fonctionnalité mais aussi du procédé de fabrication. Si une de vos deux pièce peut être très précise l’autre peut l’être un peu moins.

État de surface & tolérances en usinage

Lors de la réalisation d’une pièce par « enlèvement de matière », il est possible d’obtenir des surfaces très lisses selon les paramètres de coupe utilisés. Généralement, le travail sur machine à commande numérique se réalise en 2 étapes : une « ébauche » (enlèvement de beaucoup de matière, passes très importantes) ensuite une ou plusieurs passes de finition.

Passes d'ébauches en usinage (pobot.org)
Passes d’ébauches en usinage (pobot.org)

La passe de finition est celle qui garanti la qualité finale en terme de « brillance » et en terme de précision (tolérance). Différents outils permettent d’obtenir une bonne précision (alésoirs, …).

Exemple d’ordre de grandeur :

  • Roland, ma machine 3 axes (la mienne à moi) : +/- 0.02 mm (la classe !)
  • Une machine outil pour de l’usinage de précision descendent en dessous des microns : 0.001 mm
  • Les « grosses machines » peu précises sont plutôt de l’ordre de : +/- 0.5 mm

Les machines-outils permettent donc d’obtenir des pièces très précises et avec un très bon état de surface. C’est la raison pour laquelle elles sont largement utilisées pour la « mécanique de précision », la fabrication de moules, les petits composants circulaires, etc…

État de surface en impression 3D

Selon la technologie utilisée pour l’impression 3D (fil, Laser sur poudre, impression d’encre ou laser sur liquide), les états de surfaces sont très différents. Mais en général, de par la méthode « couche par couche », les différents « escaliers » se marquent (plus ou moins) sur la pièce. La technique la plus répandue chez les particuliers est l’impression 3D par fil de plastique fondu, c’est malheureusement celle qui a les couches les plus grossières.

Comparaison impression 3D sur un sifflet
2 sifflets imprimés en 3D, le premier (à gauche) impression par fil, le deuxième (à droite) en impression 3D stéréolithographie.

Il existe néanmoins toute une série de « méthodes » ou de trucs pour retraiter la pièce imprimée en 3D (utilisation d’acétone sur les pièces ABS, utilisation de résines époxydes, …), dans ce cas, l’aspect esthétique prime sur la précision des pièces. Toute une série de nettoyages et de ponçage peuvent (ou doivent) aussi être réalisés : sablage, ébavurage, retrait des supports, …

La précision des machines pour l’impression 3D dépend aussi beaucoup de la technologie utilisée, mais les tolérances atteignables sont rarement plus fines que +/- 0.3% avec des limites inférieures de +/- 0.3 mm.

Bien entendu, les technologies sur le sujet sont toujours en cours d’amélioration et il est possible d’améliorer les tolérances et les états de surface en optimisant les vitesses, orientation et épaisseurs de travail (actuellement ces méthodes sont très couteuses).

Méthode « hybride »

Vous l’aurez bien sûr compris, il est possible de combiner l’impression 3D et l’usinage à commande numérique. Les pièces en impression 3D peuvent être creuses et complexes et servir d’ébauches qui seront reprises (usinées) sur une machine à commande numérique pour les endroits qui nécessite une finition particulière (état de surface très lisse) ou des précisions importantes !

J’espère que cette série d’articles vous a plu ! Je vais faire un résumé sur tous les articles parus le mois prochain pour que vous ayez plus facile d’y voir clair !

 

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