Un guide complet du prototype CNC Usinage

Usinage CNC de prototypes est un choix judicieux pour produire rapidement de petites quantités de prototypes jusqu'à des volumes importants par rapport aux autres méthodes. Plusieurs types de prototypes peuvent être réalisés simplement par l'usinage de prototypes CNC. Les prototypes d'apparence, comme dans le cas des voitures, offrent des indices visuels sur l'aspect et le comportement de la pièce finale. En revanche, les prototypes fonctionnels nécessitent une plus grande précision et mettent l'accent sur la structure et la stabilité du produit.

L'article présente les prototypes usinés CNC, ainsi que leurs avantages et inconvénients. En outre, il met en évidence les aspects clés, notamment ;

Qu'est-ce qu'un prototype ? CNC L'usinage ?

L'usinage CNC de prototypes est un processus de fabrication soustractive qui permet de produire avec précision des composants prototypes pouvant être utilisés à différentes fins. Ces composants prototypes sont utilisés pour les phases d'essai et de conception des fonctionnalités des pièces. En outre, les principaux objectifs de ces tests sont l'identification de visuels, le marketing ou la collecte de fonds. Fondamentalement, l'usinage de prototypes CNC produit des échantillons d'un produit ou d'une machine qui, s'ils sont approuvés, passeront aux étapes de la finalisation de la conception, de la fabrication et de la vente.

La polyvalence de la CNC vous permet de fabriquer des prototypes à partir de différents matériaux, tels que des plastiques économiques ou des métaux très résistants.

Pourquoi l'usinage CNC est-il un processus précieux ?

L'usinage CNC est une option exceptionnelle pour le prototypage de pièces détaillées. Tout d'abord, il offre une grande précision, une grande exactitude et une grande stabilité dimensionnelle aux pièces grâce à ses commandes informatisées qui supervisent strictement le mouvement de la pièce à usiner et de l'outil de coupe. Ce degré de contrôle garantit que le prototype produit est exactement identique à la conception. En outre, l'usinage rapide de prototypes est particulièrement rapide et permet de reproduire des modèles de prototypes compliqués avec des tolérances allant jusqu'à +/- 0,005x. À l'inverse, les processus tels que le moulage par injection, le forgeage ou l'impression 3D, qui prennent souvent des mois pour répondre à des exigences de tolérances strictes, et les moules. Ainsi, les machines CNC avancées vous permettent de réaliser des prototypes immédiatement après que le modèle CAO a été converti en fichiers FAO ou en codes g.

Types de machines CNC utilisées pour le prototypage :

Différentes méthodes d'usinage sont utilisées pour façonner des prototypes fonctionnels et des produits finis.

Tournage CNC Prototypage :

Le tournage CNC, qui utilise une machine rotative appelée tour, pour la création de prototypes CNC de pièces arrondies ou symétriques. Le processus est une combinaison du matériau tournant rapidement et d'un outil de coupe selon un code programmé pour façonner des pièces ou des produits de haute qualité répondant à des spécifications exactes. Les tours sont considérés comme des machines idéales pour les prototypes avec des sections médianes rondes en raison de leur spécialisation dans les composants ronds.

Prototype de fraisage CNC :

Pour les prototypes complexes, une machine CNC ayant jusqu'à cinq axes peut être nécessaire, le fraisage CNC est crédible. Les axes supplémentaires sont ceux qui permettent une coupe plus précise, et donc la création de pièces compliquées, mais le coût est plus élevé. Dans les opérations de fraisage CNC de prototypes, la tête de l'outil contrôlé par ordinateur découpe le prototype final à partir d'un grand bloc de matériau. Le bloc de départ est la base de tout le processus d'usinage.

Défonceuses CNC

La défonceuse CNC est le meilleur moyen de réaliser un prototype, car elle permet de concevoir le produit exactement comme on le souhaite. Les routeurs CNC sont semblables aux fraiseuses et aux machines CNC, mais ils sont plus abordables et disposent d'un système de portique qui rend la zone de travail plus grande que la taille de la machine. Néanmoins, cette disposition limite leur complexité. Les défonceuses sont la meilleure option pour travailler des matériaux tels que le bois, le plastique et les métaux tendres comme l'aluminium. Elles sont généralement adoptées par les machinistes industriels et les petits entrepreneurs amateurs pour reproduire des produits de conception exacte.

En général, les défonceuses à 3 axes ou à 2 axes sont largement utilisées pour les conceptions complexes. Parmi elles, les défonceuses bidimensionnelles sont utilisées pour les composants géométriques plus simples, tandis que les pièces tridimensionnelles sont fabriquées à l'aide de composants tridimensionnels. Néanmoins, elles ne peuvent pas être aussi précises que les fraiseuses CNC. En effet, le processus de création ou de tournage de fichiers CNC détaillés en fonction de l'outil et de la machine requiert beaucoup de compétences ou de professionnels qualifiés.

Découpeuse laser CNC

La découpeuse laser CNC est une technique qui utilise un faisceau laser à haute énergie pour façonner un prototype de produit, qui est ensuite testé et amélioré jusqu'à ce que le produit final soit fabriqué.

Les découpeuses laser qui sont suffisamment robustes pour être utilisées par les petites entreprises peuvent traiter des métaux tels que l'aluminium, ainsi que des plastiques solides tels que l'acrylique, les textiles, les composites et le bois pour l'usinage CNC de prototypes. Leur flexibilité est la raison pour laquelle elles sont les plus populaires parmi les petites entreprises qui souhaitent fabriquer un grand nombre de prototypes sans dépasser leur budget.

Néanmoins, les découpeurs laser peuvent provoquer des "marques de brûlure" sur la surface de la pièce prototype en raison de la chaleur générée pendant le processus de découpe. En outre, la complexité de la conception est généralement limitée, car la plupart de ces découpeurs CNC peuvent utiliser avec précision plusieurs axes pour le développement du produit.

L'usinage CNC est considéré comme un processus idéal appliqué dans différents domaines de fabrication. Il permet de former des pièces très détaillées et complexes avec une stabilité dimensionnelle exceptionnelle et un haut degré de précision. Dans la plupart des industries, un prototype fonctionnel, ou même une version qui montre la fonctionnalité du produit, est indispensable.

En revanche, pour les prototypes fonctionnels qui nécessitent une résistance rigoureuse, une stabilité mécanique et des caractéristiques spécifiques que les méthodes additives ne peuvent pas fournir, le choix se porte généralement sur l'outillage usiné.

Applications de l'usinage CNC de prototypes de précision

Discutons des différentes industries qui utilisent l'usinage de prototypage de précision pour façonner des composants légers à des fins de test et de validation des conceptions avant de lancer leurs projets de production de pièces à plus grande échelle. Voici quelques-unes des industries les plus courantes qui utilisent l'usinage CNC comme source principale pour fabriquer des pièces ou des produits répondant à des normes de qualité strictes et à des spécifications exactes.

Industrie médicale

Dans le domaine médical, l'usinage CNC est le facteur le plus important pour accélérer le processus de prototypage. Par exemple, les entreprises pharmaceutiques ont généralement besoin de prototypes pour démontrer le fonctionnement du produit avant la production finale. La précision et l'exactitude sont les facteurs les plus importants, en particulier pour les dispositifs médicaux, et l'usinage CNC garantit que les prototypes sont des copies exactes du produit final et qu'ils peuvent fonctionner parfaitement dans les fonctions prévues. Voici quelques exemples de l'industrie médicale : orthèses, enceintes sécurisées, implants, appareils d'IRM, équipements de recherche, etc.

Industrie militaire et de défense

Les services d'usinage CNC de prototypage rapide sont la principale raison pour laquelle ils sont très importants dans le secteur de la défense, car les mécanismes compliqués qui sont nécessaires pour les munitions et les véhicules militaires en sont les principaux facteurs.

Les prototypes sont les principaux éléments qui garantissent le bon fonctionnement de ces mécanismes, c'est pourquoi l'usinage CNC des prototypes est la méthode la plus privilégiée. Les produits ou articles tels que les composants d'avions, les systèmes de transport et de communication, les munitions et divers équipements sont des exemples de produits fabriqués par l'usinage CNC dans cette industrie.

Industrie aérospatiale

L'industrie aérospatiale est très sensible à la précision, car les moindres imprécisions peuvent entraîner une augmentation de la traînée ou une usure des composants de l'avion. C'est pourquoi l'industrie a besoin de prototypes pour s'assurer qu'ils sont parfaits et sans défaut avant d'entrer en production. Le prototypage consiste à tester les composants dans des environnements contrôlés afin de s'assurer qu'ils conviennent aux applications réelles.

L'usinage de prototypes CNC est un élément crucial de la fabrication de nombreux composants pour cette industrie, tels que les orifices de trains d'atterrissage, les bagues, les collecteurs et les profils aérodynamiques. L'application généralisée de l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) dans l'industrie aérospatiale doit être explorée.

Industrie automobile

Les constructeurs automobiles et les équipementiers pratiquent toujours le prototypage rapide afin de mettre au point de nouvelles conceptions et d'apporter des améliorations esthétiques. D'où la nécessité de produire des prototypes pour les tester avant la production en série. Ces prototypes sont soumis à des tests stricts pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement et qu'ils sont bien adaptés, testés et fonctionnels avant le début de la fabrication à grande échelle.

Le processus d'usinage CNC des prototypes est le facteur clé de la production de prototypes automobiles précis, conçus selon les spécifications données. En outre, le prototypage CNC peut également être utilisé pour produire des pièces pour divers véhicules, tels que des cargos, des véhicules de livraison, etc.

Avantages de l'usinage par prototypage rapide

Examinons les avantages de l'usinage par prototypage rapide.

Rentable :

L'usinage CNC est une option peu coûteuse lorsque vous devez produire quelques prototypes. Contrairement au moulage par injection, qui nécessite plusieurs mois pour la préparation du moule et l'ajustement des tolérances, l'usinage de prototypes CNC peut commencer quelques semaines après la finalisation des plans et des tolérances.

Haute tolérance :

L'un des principaux avantages de l'accélération de la production de prototypes réside dans les plages de tolérance élevées que permet l'usinage CNC. En revanche, l'usinage CNC diffère de l'impression 3D en ce qu'il permet de créer des prototypes détaillés très proches du produit final. Ceci est particulièrement utile pour les tests structurels et fonctionnels.

Prototypage Usinage

Dans la plupart des cas, le prototype est le dernier processus de production. En outre, le prototype permet d'identifier rapidement les problèmes ou les défauts du produit et d'accélérer la production, la plupart des composants étant déjà préparés à ce stade.

Production à faible volume

Bien que le prototypage rapide soit généralement associé au prototypage, il est également très efficace pour la production de faibles volumes. Les méthodes telles que le moulage par injection, le moulage sous vide et même l'impression 3D produisent des produits de haute qualité qui peuvent satisfaire efficacement la demande initiale du marché.

Quelles sont les limites du prototypage par usinage CNC ?

Examinons quelques-uns des inconvénients de l'usinage par prototypage rapide.

Plus cher que l'impression 3D :

L'usinage de prototypes CNC est plus coûteux que l'impression 3D pour les petites entreprises en démarrage en raison des exigences élevées en matière de supervision humaine et d'alimentation électrique. En outre, les matières premières utilisées dans le prototypage CNC sont généralement plus chères que les matériaux utilisés dans l'impression 3D, tels que le PLA.

Cette différence de coût est l'une des principales raisons pour lesquelles les ingénieurs recherchent d'autres techniques de prototypage, même s'ils ont l'intention d'utiliser l'usinage pour les pièces finales. Bien que le développement soit un processus à forte intensité de ressources, les entreprises essaient généralement de réduire les coûts dès les premières étapes du prototypage.

Peu respectueux de l'environnement :

L'usinage CNC, qui est un processus soustractif, produit beaucoup de déchets, tandis que l'enlèvement de matière a tendance à entraîner des coûts plus élevés pour le budget de développement du produit. Ces déchets sont principalement constitués de métaux ou de plastiques ébréchés qui ne peuvent être réutilisés et doivent donc être jetés. Ce facteur est responsable du caractère peu écologique du processus d'usinage CNC.

Prototypage conventionnel vs. Prototypage rapide : Principales différences

Traditionnellement, le prototypage pour le développement d'un produit suivait les étapes suivantes :

1. Le processus de conception d'un produit à l'aide d'un logiciel de modélisation solide pour créer un modèle CAO en 3D et des dessins en 2D. Ce processus prend généralement des jours ou des semaines.
2. Obtenir des devis de différents fabricants pour produire les pièces répondant aux spécifications exactes requises.
3. Les délais d'exécution sont généralement longs, de quelques jours à plusieurs mois, avant d'obtenir le prototype usiné.

Les techniques de prototypage conventionnelles, comme le moulage au sable, impliquent en outre l'utilisation de modèles manuels en argile, en bois, en fil de fer ou en ruban adhésif pour produire les pièces. Par conséquent, le processus de prototypage rapide prend généralement beaucoup de temps. Grâce à l'usinage de précision de prototypes comme l'usinage CNC, l'impression 3D et le prototypage rapide, les ingénieurs peuvent aujourd'hui créer des prototypes fonctionnels plus rapidement et plus efficacement qu'avec les techniques conventionnelles.

Résumé

L'usinage de prototypes CNC est une méthode unique de fabrication de prototypes. prototypesqui se caractérise par sa rapidité d'exécution et ses temps de cycle pour la fabrication de produits de différentes spécifications. Il s'agit donc de la méthode la plus efficace par rapport à d'autres solutions telles que l'impression 3D. En outre, l'usinage CNC produit des prototypes qui sont plus proches du produit réel.

En outre, son utilisation est vitale et très répandue dans les industries manufacturières, notamment l'automobile, l'aérospatiale et l'électronique grand public, car elle permet d'obtenir des pièces intérieures et extérieures de haute performance en respectant des caractéristiques détaillées et des tolérances de pièces exactes, jusqu'à +/- 0,005. Avant d'initialiser votre projet d'usinage CNC de prototype, il est recommandé de consulter des professionnels de l'industrie pour obtenir des résultats optimaux dans vos projets. N'hésitez donc pas à nous contacter pour savoir si les prototypes usinés CNC sont la meilleure solution pour votre projet.