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Polymères en usinage CNC ou impression 3D : tout ce qu’il faut savoir pour faire le bon choix

Comment choisir entre usinage CNC et l’impression 3D pour l'usinage de polymères ? Découvrez tous nos conseils pour faire le bon choix

Certains polymères (comme l’ABS, le nylon PA ou les polycarbonates) peuvent être aussi bien usinés en CNC qu’imprimés en 3D. La question de savoir quand utiliser l’un ou l’autre de ces deux procédés revient donc assez souvent. Cet article expose les principales différences qu’il peut y avoir entre l’usinage CNC des polymères et l’impression 3D. Il vous donnera aussi un certain nombre de clés pour vous aider à faire le bon choix.

Deux approches possibles : fabrication soustractive ou additive

Bien que le résultat final puisse paraître similaire au premier abord, le principe de fonctionnement de l’usinage CNC et celui de l’impression 3D sont littéralement à l’opposé l’un de l’autre

Usinage CNC (procédé soustractif)

L’usinage CNC est un procédé de fabrication soustractif, qui part d’un bloc de matière plastique brute auquel de la matière sera progressivement retirée, par découpes successives effectuées à l’aide d’outils aiguisés, opérant en translation ou en rotation, afin de lui donner la forme désirée.                                

Image montrant l’outil retirant de la matière (approche descendante)

Impression 3D (procédé additif)

L’impression 3D est un procédé de fabrication additive, dans lequel le produit final est construit en empilant de la matière une couche après l’autre, au lieu d’en retirer comme dans la fabrication soustractive. L’impression 3D crée des objets en 3 dimensions à partir d’un modèle numérique pré-chargé que l’imprimante va s’attacher à concrétiser, à l’aide de filaments extrudés ou de matières pulvérulentes.

Image montrant la pièce construite couche par couche (approche ascendante)

Comment choisir entre l’usinage CNC et l’impression 3D

Quand il s’agit de choisir entre l’usinage CNC et l’impression 3D, il est conseillé de se poser quelques questions basiques :

À quel point ma pièce doit-elle être résistante ?

Les pièces usinées en CNC sont isotropes et ont tendance à avoir de meilleures propriétés mécaniques et thermiques, comparées aux pièces imprimées en 3D qui, elles, sont anisotropes. En effet, la construction par empilement successif de couches peut introduire des faiblesses structurelles entre ces mêmes couches. 

Conclusion : si la résistance de votre pièce constitue une priorité (dans le cas, par exemple, d’une pièce fonctionnelle pour une machine), alors l’usinage CNC devra être privilégié. Si la résistance passe au second plan derrière des considérations esthétiques ou autres, alors l’impression 3D est l’option à choisir (par exemple, pour des prototypes).

Suis-je pressé ?

Si l’on part du principe que la pièce ci-dessus doit être fabriquée en utilisant de l’ABS comme matériau, le temps de réponse dans le cadre de l’impression 3D (avec la technologie FDM) s’élève en moyenne à 3~5 jours ouvrés chez Xometry. Dans le cadre de l’usinage CNC, la même pièce pourra être prête en 10 jours. 

Conclusion : choisissez l’impression 3D si vous être pris par le temps.

Combien de pièces me faut-il ?

La quantité de pièces demandées est un facteur déterminant quant au procédé à choisir. Pour de grosses quantités, l’usinage CNC s’avérera probablement meilleur marché par rapport à des pièces imprimées en 3D en gros. Pour les faibles volumes (comprendre, moins de 10 pièces), en revanche, l’impression 3D conviendra davantage et sera moins onéreuse.

Si l’on considère une technologie d’impression relativement simple (comme le FDM ou le SLS) utilisée en conjonction avec des matériaux peu couteux (ABS, PC, Nylon), alors l’impression 3D est définitivement la solution à considérer pour fabriquer des pièces uniques ou en faibles quantités (et ce, que les pièces soient identiques ou non). La technologie MJF, qui est aussi largement répandue, peut être une bonne option pour des volumes intermédiaires. 

Considérons le modèle de référence ci-dessous et jetons un œil aux prix donnés par la plateforme de devis instantané de Xometry :

Pour cette pièce, nous avons analysé le coût à l’unité pour les trois technologies suivantes : usinage CNC (ABS), FDM (ABS) et MJF (PA12 Grey). Les résultats sont reportés sur le graphique ci-dessous. On peut voir à quel point le prix diminue avec la quantité de façon drastique pour l’usinage CNC, alors qu’il demeure peu ou prou le même pour l’impression 3D FDM et diminue à peine pour l’impression 3D MJF.

Pour un lot important (par exemple, plus de 500 pièces), le coût de l’usinage CNC sera plus bas que n’importe quel procédé d’impression 3D, en particulier pour les pièces qui demande à retirer plus de matière qu’il n’en faut pour les imprimer.

Ce graphique est réalisé à partir des prix fournis par la plateforme de devis instantané de Xometry

Conclusion : choisissez l’impression 3D pour les petites séries et, le prix allant en diminuant avec la quantité, l’usinage CNC pour les volumes de grande taille ou intermédiaires. La technologie MJF peut également être considérée pour les volumes intermédiaires car, de par sa capacité à imprimer plusieurs pièces en simultané, elle permet de réduire les coûts à l’unité.

La fabrication soustractive est-elle capable de réaliser mon ouvrage ?

Les pièces plastiques de forme libre ou présentant des géométries organiques sont facilement réalisables à l’aide des technologies basées sur lit de matière pulvérulente en fusion, comme le SLS ou le MJF, car ces dernières ne demandent pas de structures de maintien. Cependant, même si de telles structures sont exigées dans le cadre des technologies FDM ou SLA, elles peuvent être retirées une fois imprimées, en phase de post-usinage.

La capacité à produire des géométries hautement complexes (par exemple, des structures maillées) est la plus grande force de l’impression 3D, ces géométries pouvant être extrêmement difficiles, voire impossibles à réaliser par usinage CNC, les outils de découpe ne pouvant pas accéder à toutes les surfaces de la pièce.

Structure complexe ne pouvant pas être réalisée par usinage CNC

Conclusion : choisissez l’impression 3D si votre ouvrage comporte des éléments qui ne peuvent pas être réalisés par usinage CNC.

Quelle est la taille de mon ouvrage et les tolérances nécessaires ?

L’usinage CNC offre de meilleures propriétés en opération et une plus grande exactitude dimensionnelle que l’impression 3D. Si votre ouvrage présente un contour unique avec des tolérances serrées, l’impression 3D ne sera sans doute pas la meilleure option. D’une façon générale, ce n’est pas l’option qui convient pour les composants mécaniques critiques.

TolérancesÉpaisseur de couche minimaleVolume d’ouvrage maximal
CNC ± 0.025 – 0.125 mmprofondeur de découpe 0,01 mmjusqu’à 2000 x 800 x 1000 mm
SLS± 0.3 mm0.1-1.5 mmjusqu’à 340 x 340 x 605 mm
FDM± 0.3 mm0.2-0.8 mmjusqu’à 914 x 610 x 914 mm
MJF± 0.3 mm0.08 mmjusqu’à 380 x 284 x 380 mm

En comparaison, l’usinage CNC est clairement supérieur à l’impression 3D en termes de propriétés mécaniques conférées aux pièces réalisées. Pour les composants de précision communément exigés dans les industries médicales et aérospatiales, l’usinage CNC est l’option de choix car la marge d’erreur est quasi inexistante.

L’usinage CNC est également capable de fabriquer des pièces beaucoup plus volumineuses que les technologies d’impression 3D comme le FDM, le SLS ou le MJF.

Conclusion : choisissez l’usinage CNC si vous voulez fabriquer des ouvrages volumineux ou avec des tolérances serrées et une meilleure exactitude dimensionnelle.

Quel matériau me faut-il ?

Bien qu’il existe des polymères pouvant être aussi bien imprimés en 3D qu’usinés en CNC (par exemple, l’ABS, le PA, ou le PC), l’impression 3D offre tout de même un choix beaucoup plus étendu de polymères, y compris avec des propriétés plus avancées.

À titre d’exemple, pour certaines résines spéciales (les résines CLIP) utilisées par la technologie Carbon de DLS et certains plastiques flexibles (les TPU), qui offrent tout à la fois de hautes performances et une grande flexibilité, l’usinage CNC n’est pas une option envisageable. 

TPU flexibles fabriqués par SLS (référence : Simplify3D)

Conclusion : si vous pouvez vous contenter de plastiques rigides, comme l’ABS, le PC ou le PA, l’usinage CNC et l’impression 3D sont tous deux des options envisageables. À l’inverse, pour les plastiques flexibles ou les résines, seule l’impression 3D pourra être considérée.

Vérification rapide

Les deux technologies étant chacune extrêmement utile et ayant fait leurs preuves, il n’y a pas de réponse définitive à apporter. Tout dépend en effet des facteurs déjà cités : matériau choisi, complexité, volume demandé et, bien sûr, budget. Pour vous aider à faire une vérification rapide, le tableau ci-dessous résume tout cela :

Usinage CNC polymèresImpression 3D
Propriétés mécaniques⭐⭐⭐
Prototypage⭐⭐⭐
Coût Meilleur marché pour les gros volumes et intermédiairesMeilleur marché pour les petites séries
Temps de réponse⭐⭐⭐
Choix des polymères⭐⭐⭐⭐⭐
Complexité d’ouvrage⭐⭐⭐⭐⭐
Exactitude dimensionnelle⭐⭐⭐
Résolution et niveau de détails⭐⭐⭐⭐⭐
Volume d’ouvrage⭐⭐⭐
Bien-⭐    Mieux-⭐⭐    Le meilleur-⭐⭐⭐

Pour déterminer quelle est la meilleure option pour votre projet d’usinage de polymères et comparer les coûts, rendez-vous sur la plateforme de devis instantané de Xometry.

Publié dans Usinage CNC