Impression 3D versus Usinage 3+ axes : Résumé

Les méthodes de fabrication numériques me passionnent ! J’ai donc écrit une série de 5 articles consacré à la comparaison entre les technologies additives (impression 3D) et la technologie soustractive (usinage à commande numérique). Il existe bien entendu plein d’autres méthodes numériques (découpe de vynil, graveuses et découpeuses laser, …) mais j’ai moins d’expérience dans ce domaine ! Donc, un article qui résume les 5 articles précédents, que je vous inviterai à lire si vous souhaitez plus de précisions !

Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : Résumé.
Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : Résumé.

Les points communs

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Visualisation d’un fichier 3D pour impression ou usinage (source : fichier3D.fr)

Avant de comptabiliser toutes les différences entre l’impression 3D et l’usinage à commande numérique, un aperçu des points communs de ces deux méthodes de fabrication de pièces :

  1. Ce sont des méthodes numériques, c’est-à-dire que ces méthodes utilisent la même base de travail : des fichiers informatiques. Le document à la base est un fichier 2D ou 3D qui est ensuite converti en « programme machine » via un ou plusieurs logiciels spécifiques. Ce programme, parfois totalement non-accessible à l’utilisateur, est une succession de lignes de code qui dictent à la machine des instructions (ex. va à droite, enclenche la rotation, découpe sous forme d’un cercle, lance l’extrusion, …).
  2. Ce sont des méthodes à utiliser pour des pièces spécifiques (géométrie complexe, petite séries, formes techniques, …). Lorsque l’on travaille par milliers ou millions de pièces (bics, éléments de plastiques de votre Senseo, baffles, casques, bouteilles plastiques, …) d’autres méthodes de fabrication sont utilisées telles que l’injection plastique, le formage, la fonderie, etc…
  3. Ces méthodes permettent de faire des pièces « à façon », personnalisables. Pour chaque nouveau modèle, un nouveau fichier 3D et un nouveau programme est nécessaire.
  4. Ces méthodes nécessitent un certain nombre d’étapes de finition : ébavurage (usinage), enlever les supports et sablage (impression 3D), et bien entendu des étapes de peintures si on souhaite une couleur spécifique.

Différence #1 – Méthode additive / Méthode soustractive

L'impression 3D et l'usinage à Commande Numérique sont deux technologies très différentes : article n°1/5 : méthode additives et méthodes soustractives.
L’impression 3D et l’usinage à Commande Numérique sont deux technologies très différentes : article n°1/5 : méthode additives et méthodes soustractives.
Animation sur l'impression 3D et l'usinage à commande numérique
Différence n°1 entre l’impression 3D et l’usinage : méthode additive et soustractive.

L’impression 3D est une méthode dite « additive », on parle même d’additive manufacturing. C’est à dire, qu’avec la méthode couche par couche, la matière est ajoutée petit à petit pour fabriquer la pièce finale.

Tandis que l’usinage est une méthode plus « conventionnelle », c’est à dire que l’on part d’une matière brute (un morceau de bois, une planche, un bloc d’aluminium, …) et on vient y découper, usiner, enlever la matière jusqu’à obtenir la pièce finale.

Pour en savoir plus :

Différence #2 – Les matériaux travaillés

Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°2/5 : les matériaux utilisés.
Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°2/5 : les matériaux utilisés.
Matériaux qui sont généralement usinés (par commande numérique)
Matériaux qui sont généralement usinés (par commande numérique)
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Matériaux qui sont imprimables en 3D

Les imprimantes 3D sont limitées à des matériaux qui se prêtent à la technique « couche par couche », tandis que les machines à commande numérique peuvent « a priori » usiner toutes les matières disponibles : aluminium, aciers, céramiques, composites carbone, le bois, … sans aucune limitation à part qu’il faut que la machine soit adaptée ainsi que les outils coupants.

Pour en savoir plus :

Différence #3 – Les outils

Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°3/5 : les outils utilisés.
Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°3/5 : les outils utilisés.

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L’impression 3D a deux grande famille d’outils :

  1. utilisation d’une tête d’extrusion ou d’impression qui « ajoute » la matière (ou fait coller des grains)
  2. utilisation d’un laser qui fait « fondre » la matière (sous forme de poudre),

Tandis que les centres d’usinages utilisent des broches (élément tournant jusqu’à 45.000 tr/min) et des outils de coupe (fraises, bedons, …).

Pour en savoir plus :

Différence #4 – Les Structures réalisables (creuses/pleines)

Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°4/5 : les Géométries Réalisables.
Impression 3D et Usinage à Commande numérique, les 5 différences : article n°4/5 : les Géométries Réalisables.

 

L’impression 3D a ceci de totalement révolutionnaire : la créativité du designer ou du concepteur n’est plus ou presque plus bridée par la technique vu que la structure de la pièce peut être totalement libre (structure creuses, treillis internes, faces inaccessibles, …). De plus, l’impression 3D permet la réalisation de pièces très complexes tout en limitant au maximum la quantité de matière (optimisation topologique) et en limitant les assemblages (diminution des coûts).

La grande limitation de l’usinage est que les surfaces à découper doivent être accessibles à l’outil coupant. On préfèrera donc des pièces ayant un « centre » massif et des découpes « en surface » pour ne pas avoir trop de travail.

Pour en savoir plus :

Différence #5 – L’état de surface & la précision

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.

 

Lors de la réalisation d’une pièce par usinage, 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 jusqu’à obtenir le fini souhaité.

Par sa part, 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 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.

Pour en savoir plus :

Méthodes hybrides

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 !

Résumé

Impression 3D

  1. Méthode Additive, technologie « couche par couche »,
  2. Matériaux pouvant êtres fondus ou collés,
  3. Outils : tête d’impression/d’extrusion (déposer/coller) ou laser (fondre)
  4. Possibilités en terme de géométries quasi infinies (structures creuses, pièces interconnectées, …)
  5. État de surface « en escalier » nécessitant une finition supplémentaire

Usinage à Commande numérique

  1. Méthode soustractive, technologie par enlèvement de matière (copeaux)
  2. Tous les matériaux sont possibles (en adaptant les outils)
  3. Outils : broche tournante et outils coupants (fraises, mèches, bedons, forêts, …)
  4. Limitations géométriques car l’outil doit pouvoir « se rendre » à l’endroit où il faut enlever la matière (pas de structures creuses)
  5. État de surface pouvant aller jusqu’au poli.

Technologies

J’espère que ce petit résumé et cette série d’articles vous a plu ! Je continue bien entendu à écrire sur des sujets « technologiques » tous les 1er mardi du mois. Les prochains thèmes abordés seront différents de l’impression 3D (pour changer un peu).

Si vous avez des questions ou êtes simplement intéressés par le sujet, suivez-moi sur twitter.

twitter_s @AliceSalmon

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