Dans la fabrication en petites séries, il est difficile de nommer une meilleure technologie que l'usinage CNC.Il offre une combinaison complète d'avantages, notamment un potentiel de débit élevé, une précision et une répétabilité, une large sélection de matériaux et une facilité d'utilisation.Alors que presque toutes les machines-outils peuvent être commandées numériquement, l'usinage à commande numérique par ordinateur fait généralement référence au fraisage et au tournage multiaxes.
Pour en savoir plus sur la façon dont l'usinage CNC est utilisé pour l'usinage personnalisé, la production à faible volume et le prototypage, engineering.com s'est entretenu avec Wayken Rapid Manufacturing, un service de fabrication de prototypes personnalisés basé à Shenzhen, sur les matériaux, la technologie, les applications et le fonctionnement des machines-outils CNC. .
En ce qui concerne les matériaux, s'il s'agit de feuilles, de plaques ou de barres, il y a de fortes chances que vous puissiez l'usiner.Parmi les centaines d'alliages métalliques et de polymères plastiques pouvant être usinés, l'aluminium et les plastiques techniques sont les plus courants pour l'usinage de prototypes.Les pièces en plastique conçues pour être moulées en production de masse sont souvent usinées dans la phase de prototype afin d'éviter les coûts et les délais élevés de fabrication de moules.
L'accès à une large gamme de matériaux est particulièrement important lors du prototypage.Étant donné que différents matériaux ont des coûts différents et des propriétés mécaniques et chimiques différentes, il peut être préférable de découper un prototype dans un matériau moins cher que ce qui est prévu pour le produit final, ou un matériau différent peut aider à optimiser la résistance, la rigidité ou le poids de la pièce. par rapport à sa conception.Dans certains cas, un matériau alternatif pour un prototype peut permettre un processus de finition spécifique ou être rendu plus durable qu'une pièce de production pour faciliter les tests.
L'inverse est également possible, avec des matériaux de base à faible coût remplaçant les résines techniques et les alliages métalliques haute performance lorsque le prototype est utilisé pour des utilisations fonctionnelles simples comme la vérification de l'ajustement ou la construction de maquettes.
Bien que développés pour le travail des métaux, les plastiques peuvent être usinés avec succès avec les connaissances et l'équipement appropriés.Les thermoplastiques et les thermodurcissables sont usinables et sont très rentables par rapport aux moules à injection à court terme pour les pièces prototypes.
Par rapport aux métaux, la plupart des thermoplastiques comme le PE, le PP ou le PS fondront ou brûleront s'ils sont usinés avec les avances et les vitesses communes au travail des métaux.Des vitesses de coupe plus élevées et des vitesses d'avance plus faibles sont courantes, et les paramètres de l'outil de coupe comme l'angle de coupe sont critiques.Le contrôle de la chaleur dans la coupe est essentiel, mais contrairement aux métaux, le liquide de refroidissement n'est généralement pas pulvérisé dans la coupe pour le refroidissement.De l'air comprimé peut être utilisé pour éliminer les copeaux.
Les thermoplastiques, en particulier les qualités de produits de base non chargés, se déforment élastiquement lorsque la force de coupe est appliquée, ce qui rend difficile l'obtention d'une précision élevée et le maintien de tolérances étroites, en particulier pour les caractéristiques et les détails fins.L'éclairage automobile et les lentilles sont particulièrement difficiles.
Avec plus de 20 ans d'expérience dans l'usinage CNC du plastique, Wayken est spécialisé dans les prototypes optiques tels que les lentilles automobiles, les guides de lumière et les réflecteurs.Lors de l'usinage de plastiques transparents tels que le polycarbonate et l'acrylique, l'obtention d'une finition de surface élevée pendant l'usinage peut réduire ou éliminer les opérations de traitement telles que le meulage et le polissage.L'usinage microfin utilisant l'usinage au diamant à point unique (SPDM) peut fournir une précision inférieure à 200 nm et améliorer la rugosité de surface inférieure à 10 nm.
Alors que les outils de coupe en carbure sont couramment utilisés pour les matériaux plus durs tels que les aciers, il peut être difficile de trouver la bonne géométrie d'outil pour couper l'aluminium dans les outils en carbure.Pour cette raison, des outils de coupe en acier rapide (HSS) sont souvent utilisés.
L'usinage CNC de l'aluminium est l'un des choix de matériaux les plus courants.Comparé aux plastiques, l'aluminium est coupé à des avances et à des vitesses élevées, et peut être coupé à sec ou avec un liquide de refroidissement.Il est important de noter la qualité de l'aluminium lors de la configuration pour le couper.Par exemple, les grades 6000 sont très courants et contiennent du magnésium et du silicium.Ces alliages offrent une maniabilité supérieure par rapport aux nuances 7000, par exemple, qui contiennent du zinc comme ingrédient d'alliage principal et ont une résistance et une ténacité supérieures.
Il est également important de noter la désignation de trempe d'un matériau en aluminium.Ces désignations indiquent le traitement thermique ou l'écrouissage, par exemple, que le matériau a subi et peut affecter les performances lors de l'usinage et de l'utilisation finale.
L'usinage CNC à cinq axes est plus complexe et coûteux que les machines à trois axes, mais ils gagnent en popularité dans l'industrie manufacturière en raison de plusieurs avantages technologiques.Par exemple, couper une pièce avec des caractéristiques des deux côtés peut être beaucoup plus rapide avec une machine à 5 axes, car la pièce peut être fixée de telle sorte que la broche puisse atteindre les deux côtés dans la même opération, alors qu'avec une machine à 3 axes , la pièce nécessiterait deux configurations ou plus.Les machines 5 axes peuvent également produire des géométries complexes et des finitions de surface fines pour un usinage de précision car l'angle de l'outil peut être adapté à la forme de la pièce.
Outre les fraiseuses, les tours et les centres de tournage, les machines EDM et autres outils peuvent être commandés par CNC.Par exemple, les centres de fraisage et de tournage CNC sont courants, ainsi que l'électroérosion à fil et par enfonçage.Pour un fournisseur de services de fabrication, une configuration flexible des machines-outils et des pratiques d'usinage peuvent augmenter l'efficacité et réduire les coûts d'usinage.La flexibilité est l'un des principaux avantages d'un centre d'usinage 5 axes, et lorsqu'elle est combinée au prix d'achat élevé des machines, un atelier est fortement incité à le faire fonctionner 24h/24 et 7j/7 si possible.
L'usinage de précision fait référence aux opérations d'usinage qui offrent des tolérances de ± 0,05 mm, ce qui est largement applicable dans la fabrication de pièces automobiles, de dispositifs médicaux et aérospatiaux.
L'application typique de l'usinage microfin est l'usinage diamanté monopoint (SPDM ou SPDT).Le principal avantage de l'usinage au diamant concerne les pièces usinées sur mesure avec des exigences d'usinage strictes : précision de forme inférieure à 200 nm et amélioration de la rugosité de surface inférieure à 10 nm.Lors de la fabrication de prototypes optiques tels que des pièces en plastique transparent ou en métal réfléchissant, la finition de surface dans les moules est une considération importante.L'usinage au diamant est un moyen de produire une surface de haute précision et de haute finition lors de l'usinage, en particulier pour le PMMA, le PC et les alliages d'aluminium.Les fournisseurs spécialisés dans l'usinage de composants optiques à partir de plastiques sont hautement spécialisés, mais offrent un service qui peut réduire considérablement les coûts par rapport aux moules à petites séries ou prototypes.
Bien sûr, l'usinage CNC est largement utilisé dans toutes les industries manufacturières pour la production de pièces d'utilisation finale en métal et en plastique et d'outillage.Cependant, dans la production de masse, d'autres processus tels que les techniques de moulage, de coulée ou d'emboutissage sont souvent plus rapides et moins chers que l'usinage, une fois que les coûts initiaux des moules et de l'outillage sont amortis sur un grand nombre de pièces.
L'usinage CNC est un processus préféré pour produire des prototypes en métaux et en plastique en raison de son temps de rotation rapide par rapport à un processus comme l'impression 3D, le moulage, le moulage ou les techniques de fabrication, qui nécessitent des moules, des matrices et d'autres étapes supplémentaires.
Cette agilité « bouton-poussoir » pour transformer un fichier CAO numérique en une pièce est souvent présentée par les partisans de l'impression 3D comme un avantage clé de l'impression 3D.Cependant, dans de nombreux cas, la CNC est également préférable à l'impression 3D.
Cela peut prendre plusieurs heures pour terminer chaque volume de construction de pièces imprimées en 3D, tandis que l'usinage CNC prend quelques minutes.
L'impression 3D construit des pièces en couches, ce qui peut entraîner une résistance anisotrope de la pièce, par rapport à une pièce usinée fabriquée à partir d'une seule pièce de matériau.
Une gamme plus restreinte de matériaux disponibles pour l'impression 3D peut limiter la fonctionnalité d'un prototype imprimé, tandis qu'un prototype usiné peut être fabriqué dans le même matériau que la pièce finale.Les prototypes usinés CNC peuvent être utilisés pour les matériaux de conception d'utilisation finale afin de répondre à la vérification fonctionnelle et à la vérification technique des prototypes.
Les éléments imprimés en 3D tels que les alésages, les trous taraudés, les surfaces de contact et la finition de surface nécessitent un post-traitement, généralement par usinage.
Bien que l'impression 3D offre des avantages en tant que technologie de fabrication, les machines-outils CNC d'aujourd'hui offrent bon nombre des mêmes avantages sans certains inconvénients.
Les machines CNC à rotation rapide peuvent être utilisées en continu, 24 heures sur 24.Cela rend l'usinage CNC économique pour les petites séries de pièces de production qui nécessitent une large gamme d'opérations.
Pour en savoir plus sur l'usinage CNC pour les prototypes et la production en petites séries, veuillez contacter Wayken ou demander un devis via leur site Web.
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Heure de publication : 30 novembre 2019