Fabrication additive ou soustractive ?
Contrairement au processus soustractif d’enlèvement de matière d’une pièce plus grande, les procédés de fabrication additive ou d’impression 3D produisent des objets en ajoutant de la matière une couche à la fois, chaque couche successive étant liée à la couche précédente jusqu’à ce que la pièce soit complète. Tout comme les outils CNC soustractifs, les … Continued
Comment optimiser le processus de fabrication avec l’arrivée de la 3D?
Les processus de fabrication additive produisent des objets en ajoutant du matériau couche par couche, tandis que la fabrication soustractive enlève le matériau à partir d’une forme pleine pour créer des pièces. Bien que ces approches soient fondamentalement différentes, les procédés de fabrication soustractive et additive sont souvent utilisés de manière adjacente en raison du chevauchement de leurs domaines d’application et de leurs apports respectifs.
Au début, il peut être difficile de comprendre comment tirer le meilleur parti de chaque type de technologie pour optimiser le développement et la fabrication des produits. Dans les deux cas, il est logique d’utiliser une approche plutôt qu’une autre, par exemple, un processus peut être plus utile pour un certain volume de production ou à une étape spécifique du développement du produit.
Fabrication soustractive
La fabrication soustractive est un terme générique pour divers processus d’usinage et d’enlèvement de matière contrôlés qui commencent avec des blocs solides, des barres, des tiges de plastique, de métal ou d’autres matériaux qui sont façonnés par enlèvement de matière par découpe, perçage et rectification.
Ces processus sont effectués soit manuellement, soit plus couramment, à l’aide d’une commande numérique par ordinateur (CNC).
La CNC
Dans la CNC, un modèle virtuel conçu dans un logiciel de CAO sert d’entrée pour l’outil de fabrication. La simulation logicielle est combinée avec l’entrée utilisateur pour générer des parcours d’outils qui guident l’outil de découpe à travers la géométrie de la pièce. Ces instructions indiquent à la machine comment effectuer les coupes nécessaires, les canaux, les trous et toutes les autres caractéristiques qui nécessitent l’enlèvement de matière, en tenant compte de la vitesse de l’outil de coupe et de la matière. Les outils CNC fabriquent des pièces à partir de ces données de fabrication assistée par ordinateur (FAO), avec peu ou pas d’aide ni d’interaction humaine.
Aussi, les procédés de fabrication soustractive sont généralement utilisés pour créer des pièces en plastique ou en métal à des fins de prototypage, de fabrication d’outils et d’utilisation finale. Elles sont idéales pour les applications qui nécessitent des tolérances étroites et des géométries difficiles à mouler, à couler ou à produire avec d’autres méthodes de fabrication traditionnelles.
Il est clair que la fabrication soustractive offre une variété de matériaux et de méthodes de transformation. En effet, les matériaux plus souples sont beaucoup plus faciles à usiner à la forme désirée, mais ils s’usent plus rapidement.
Fabrication additive
Contrairement au processus soustractif d’enlèvement de matière d’une pièce plus grande, les procédés de fabrication additive ou d’impression 3D produisent des objets en ajoutant de la matière une couche à la fois, chaque couche successive étant liée à la couche précédente jusqu’à ce que la pièce soit complète.
Tout comme les outils CNC soustractifs, les technologies de fabrication additive créent des pièces à partir de modèles CAO. La préparation des modèles pour l’impression 3D à l’aide d’un logiciel de préparation d’impression ou d’un logiciel de slicing (découpage en tranche de la pièce) est généralement automatisée, ce qui facilite et accélère considérablement la configuration des travaux par rapport aux outils CNC. Selon la technologie, l’imprimante 3D dépose le matériau, fait fondre et fusionne sélectivement la poudre, ou durcit les matériaux photopolymères liquides pour créer des pièces à partir des données CAM. Les pièces imprimées en 3D nécessitent souvent une certaine forme de nettoyage et de finition pour obtenir leurs propriétés finales et leur apparence avant d’être prêtes à l’emploi.
La fabrication d’additifs est idéale pour une gamme d’applications d’ingénierie et de fabrication, y compris le prototypage, la fabrication d’outils et de modèles de coulée. De plus, la fabrication sur mesure de pièces finales peut également être réalisée avec cette technique et les petites séries peuvent être envisagées lorsque la gamme d’usinage est complexe ou que le cout de réalisation d’un moule est important ou encore pour réduire le délai de mise sur le marché. Les imprimantes 3D offrent un très haut degré de liberté de conception et peuvent produire des modèles complexes qu’il serait impossible ou excessivement coûteux de créer avec toute autre méthode de fabrication.
Les matériaux les plus couramment utilisés dans la fabrication additive sont les plastiques et les métaux.
Quand utiliser la fabrication soustractive et la fabrication additive ?
Bien qu’il y ait des différences clés, la fabrication soustractive et la fabrication additive ne s’excluent pas mutuellement. En fait, elles sont souvent utilisées de manière adjacente et à différentes étapes du développement et de la fabrication des produits.
Par exemple, le processus de prototypage repose souvent à la fois sur des outils additifs et soustractifs. Les premiers modèles et prototypes sont généralement plus économiques et plus rapides à produire avec des procédés de fabrication additive en plastique, comme la stéréolithographie (SLA) ou le frittage sélectif au laser (SLS). Indubitablement, l’impression 3D offre une grande variété d’options de matériaux pour le prototypage fonctionnel de pièces plastiques. Les technologies additives sont aussi généralement mieux adaptées aux petites pièces et aux conceptions complexes ou même très complexes.
Lorsque les étapes ultérieures du processus de développement nécessitent des productions plus importantes, les processus soustractifs deviennent plus compétitifs. Les objets plus grands et moins complexes se prêtent aussi davantage à la fabrication soustractive. En raison de la myriade de choix de finitions de surface et de la rapidité du processus, la fabrication soustractive est le plus souvent le choix pour la fabrication de pièces finies nécessitant des tolérances faibles.
Les deux processus
Dans la fabrication, les procédés soustractifs et additifs se complètent souvent dans la production d’outillage, de gabarits, de montages, de consoles, de moules et de modèles. Les fabricants utilisent souvent des pièces plastiques imprimées en 3D pour des pièces rapides, personnalisées, de faible volume ou de remplacement et optent pour des procédés soustractifs pour des volumes plus importants ou pour des pièces soumises à des contraintes mécaniques plus extrêmes.
L’utilisation de la fabrication additive et soustractive aboutit à un procédé hybride. Cela permet aux concepteurs et aux fabricants de produits de combiner la polyvalence et la rapidité d’exécution de la fabrication additive avec la force des pièces produites par soustraction.
Systèmes de fabrication additive vs fabrication soustractive
Les technologies additives et soustractives se présentent sous de nombreuses formes, avec une gamme de coûts et de capacités, allant des machines de bureau aux gros équipements industriels. Voice un tableau pour vous donner des exemples concrets.
Entraînement
Les imprimantes de bureau sont pratiquement prêtes à l’emploi et nécessitent une formation minimale pour la configuration de l’impression, la maintenance, le fonctionnement de la machine et la finition. Les systèmes de fabrication additive pour l’industrie nécessitent un personnel dédié et une formation complète.
Les petites machines CNC nécessitent une formation modérée sur les logiciels, la configuration des tâches, la maintenance, le fonctionnement de la machine et la finition. Les grands systèmes de soustraction industriels nécessitent un personnel dédié et une formation complète.
Exigences d'installation
Les machines de bureau / de table conviennent au bureau et à un environnement d’atelier de laboratoire avec un espace modéré. Les imprimantes 3D industrielles nécessitent souvent un espace ou une pièce dédiée avec contrôle HVAC.
Les petites machines CNC conviennent aux ateliers. Les installations industrielles nécessitent un espace plus grand et plus dédié.
Équipement auxiliaire
Outils et systèmes (certains automatiques) pour le nettoyage, le lavage, le post-traitement et la finition, selon le processus.
Divers équipements. Les systèmes les plus avancés automatisent les processus tels que le changement d’outil, l’enlèvement et la manipulation des copeaux et la gestion du liquide de refroidissement.
Frais d'équipement
Les imprimantes de bureau professionnelles coûtent à partir de 3 500 € pour le plastique. Les machines industrielles à grande échelle pour les métaux commencent à 150 000 €.
Les petites machines CNC pour les ateliers commencent à environ 2 000 euros. Les outils d’atelier les plus avancés vont au-delà, selon le nombre d’axes, les caractéristiques, la taille des pièces et les outils nécessaires pour des matériaux spécifiques.
