L'usinage CNC est souvent représenté sur une pièce métallique. Cependant, l'usinage CNC est non seulement largement applicable aux plastiques, mais il est également courant dans de nombreux secteurs industriels.
L'acceptation de l'usinage du plastique comme procédé de fabrication s'explique par la vaste gamme de matériaux plastiques CNC disponibles. De plus, avec l'introduction de la commande numérique par ordinateur, le procédé gagne en précision, en rapidité et en adaptation à la fabrication de pièces aux tolérances serrées. Que savez-vous de l'usinage du plastique CNC ? Cet article présente les matériaux compatibles avec ce procédé, les techniques disponibles et d'autres éléments susceptibles d'aider votre projet.
Plastiques pour l'usinage CNC
De nombreux plastiques usinables conviennent à la fabrication de pièces et de produits de plusieurs industries. Leur utilisation dépend de leurs propriétés, certains plastiques usinables, comme le nylon, possédant d'excellentes propriétés mécaniques qui leur permettent de remplacer les métaux. Voici les plastiques les plus courants pour l'usinage sur mesure :
ABS:
L'acrylonitrile butadiène styrène, ou ABS, est un matériau CNC léger reconnu pour sa résistance aux chocs, sa robustesse et sa grande usinabilité. Malgré ses bonnes propriétés mécaniques, sa faible stabilité chimique se manifeste par sa sensibilité aux graisses, aux alcools et autres solvants chimiques. De plus, la stabilité thermique de l'ABS pur (c'est-à-dire sans additifs) est faible, car le polymère plastique brûle même après retrait de la flamme.
Avantages
Il est léger sans perdre sa résistance mécanique.
Le polymère plastique est hautement usinable, ce qui en fait un matériau de prototypage rapide très populaire.
L'ABS a un point de fusion bas adapté (ce qui est important pour d'autres processus de prototypage rapide tels que l'impression 3D et le moulage par injection).
Il a une résistance à la traction élevée.
L'ABS a une grande durabilité, ce qui signifie une durée de vie plus longue.
C'est abordable.
Inconvénients
Il libère des fumées de plastique chaudes lorsqu'il est soumis à la chaleur.
Une ventilation adéquate est nécessaire pour éviter l’accumulation de ces gaz.
Son point de fusion est bas, ce qui peut provoquer une déformation due à la chaleur générée par la machine CNC.
Applications
L'ABS est un thermoplastique technique très populaire, utilisé par de nombreux services de prototypage rapide pour la fabrication de produits en raison de ses excellentes propriétés et de son prix abordable. Il est utilisé dans les industries électrique et automobile pour la fabrication de pièces telles que des touches de clavier, des boîtiers électroniques et des composants de tableau de bord.
Nylon
Le nylon, ou polyamide, est un polymère plastique à faible coefficient de frottement offrant une résistance élevée aux chocs, aux produits chimiques et à l'abrasion. Ses excellentes propriétés mécaniques, telles que sa résistance (76 mPa), sa durabilité et sa dureté (116R), le rendent particulièrement adapté à l'usinage CNC et optimisent son application dans les secteurs de la fabrication de pièces automobiles et médicales.
Avantages
Excellentes propriétés mécaniques.
Il a une résistance à la traction élevée.
Rentable.
C'est un polymère léger.
Il est résistant à la chaleur et aux produits chimiques.
Inconvénients
Il présente une faible stabilité dimensionnelle.
Le nylon peut facilement absorber l’humidité.
Il est sensible aux acides minéraux forts.
Applications
Le nylon est un thermoplastique technique hautes performances, utilisé pour le prototypage et la fabrication de pièces dans les secteurs médical et automobile. Les composants fabriqués à partir de ce matériau CNC comprennent des roulements, des rondelles et des tubes.
Acrylique
L'acrylique, ou PMMA (polyméthacrylate de méthyle), est populaire dans l'usinage CNC du plastique en raison de ses propriétés optiques. Translucide et résistant aux rayures, ce polymère plastique est idéal dans les industries qui exigent de telles propriétés. De plus, il présente d'excellentes propriétés mécaniques, notamment sa robustesse et sa résistance aux chocs. Grâce à son faible coût, l'usinage CNC de l'acrylique est devenu une alternative aux polymères plastiques tels que le polycarbonate et le verre.
Avantages
Il est léger.
L'acrylique est très résistant aux produits chimiques et aux UV.
Il a une usinabilité élevée.
L'acrylique a une résistance chimique élevée.
Inconvénients
Il n’est pas très résistant à la chaleur, aux chocs et à l’abrasion.
Il peut se fissurer sous une charge importante.
Il n'est pas résistant aux substances organiques chlorées/aromatiques.
Applications
L'acrylique peut remplacer des matériaux tels que le polycarbonate et le verre. Il est ainsi utilisé dans l'industrie automobile pour la fabrication de conduits de lumière et de caches de clignotants, ainsi que dans d'autres industries pour la fabrication de panneaux solaires, d'auvents de serres, etc.
POM
Le POM, ou Delrin (nom commercial), est un plastique CNC hautement usinable, choisi par de nombreux services d'usinage CNC pour sa grande solidité et sa résistance à la chaleur, aux produits chimiques et à l'usure. Il existe plusieurs qualités de Delrin, mais la plupart des industries privilégient les Delrin 150 et 570 pour leur stabilité dimensionnelle.
Avantages
Ils sont les plus usinables de tous les matériaux plastiques CNC.
Ils ont une excellente résistance chimique.
Ils présentent une grande stabilité dimensionnelle.
Il a une résistance à la traction et une durabilité élevées, garantissant une durée de vie plus longue.
Inconvénients
Il a une faible résistance aux acides.
Applications
Le POM est utilisé dans de nombreux secteurs. Par exemple, dans le secteur automobile, il est utilisé pour fabriquer des composants de ceintures de sécurité. L'industrie des équipements médicaux l'utilise pour produire des stylos à insuline, tandis que le secteur des biens de consommation l'utilise pour fabriquer des cigarettes électroniques et des compteurs d'eau.
PEHD
Le polyéthylène haute densité (PEHD) est un thermoplastique très résistant aux contraintes et aux produits chimiques corrosifs. Il offre d'excellentes propriétés mécaniques, telles qu'une résistance à la traction (4 000 psi) et une dureté (R65), supérieures à celles de son homologue, le PEBD le remplaçant dans les applications exigeant de telles exigences.
Avantages
C'est un plastique souple usinable.
Il est très résistant au stress et aux produits chimiques.
Il possède d'excellentes propriétés mécaniques.
L'ABS a une grande durabilité, ce qui signifie une durée de vie plus longue.
Inconvénients
Il a une faible résistance aux UV.
Applications
Le PEHD est utilisé dans de nombreuses applications, notamment le prototypage, la création d'engrenages, de roulements, d'emballages, d'isolants électriques et d'équipements médicaux. Idéal pour le prototypage, il s'usine rapidement et facilement, et son faible coût permet de créer de multiples itérations. De plus, c'est un matériau idéal pour les engrenages grâce à son faible coefficient de frottement et sa grande résistance à l'usure, ainsi que pour les roulements grâce à ses propriétés autolubrifiantes et sa résistance chimique.
PEBD
Le PEBD est un polymère plastique robuste et flexible offrant une bonne résistance chimique et aux basses températures. Il est largement utilisé dans l'industrie de la fabrication de composants médicaux, notamment pour la fabrication de prothèses et d'orthèses.
Avantages
Il est résistant et flexible.
Il est très résistant à la corrosion.
Il est facile de le sceller en utilisant des techniques thermiques telles que le soudage.
Inconvénients
Il ne convient pas aux pièces nécessitant une résistance aux températures élevées.
Il présente une faible rigidité et une faible résistance structurelle.
Applications
Le PEBD est souvent utilisé pour la production d'engrenages et de composants mécaniques sur mesure, de composants électriques tels que des isolants et des boîtiers pour appareils électroniques, ainsi que de pièces à l'aspect poli ou brillant. De plus, son faible coefficient de frottement, sa grande résistance d'isolation et sa durabilité en font un matériau idéal pour les applications hautes performances.
Polycarbonate
Le PC est un polymère plastique résistant mais léger, doté de propriétés ignifuges et isolantes électriques. Comme l'acrylique, il peut remplacer le verre grâce à sa transparence naturelle.
Avantages
Il est plus efficace que la plupart des thermoplastiques techniques.
Il est naturellement transparent et peut transmettre la lumière.
Il prend très bien la couleur.
Il a une résistance à la traction et une durabilité élevées.
Le PC résiste aux acides dilués, aux huiles et aux graisses.
Inconvénients
Il se dégrade après une exposition prolongée à l’eau à plus de 60°C.
Il est sensible à l’usure par hydrocarbures.
Il jaunira avec le temps après une exposition prolongée aux rayons UV.
Applications
Grâce à ses propriétés de légèreté, le polycarbonate peut remplacer le verre. Il est ainsi utilisé dans la fabrication de lunettes de sécurité et de CD/DVD. Il convient également à la fabrication d'instruments chirurgicaux et de disjoncteurs.
Méthodes d'usinage CNC du plastique
L'usinage CNC de pièces en plastique consiste à utiliser une machine commandée par ordinateur pour retirer une partie du polymère plastique afin de former le produit souhaité. Le procédé de fabrication soustractive permet de créer une multitude de pièces avec une tolérance, une uniformité et une précision rigoureuses grâce aux méthodes suivantes.
Tournage CNC
Le tournage CNC est une technique d'usinage qui consiste à maintenir la pièce sur un tour et à la faire tourner contre l'outil de coupe par rotation. Il existe également plusieurs types de tournage CNC, notamment :
Le tournage CNC droit ou cylindrique convient aux grandes coupes.
Le tournage CNC conique convient à la création de pièces aux formes coniques.
Il existe plusieurs directives que vous pouvez utiliser dans le tournage CNC de plastique, notamment :
Assurez-vous que les bords de coupe ont une inclinaison arrière négative pour minimiser le frottement.
Les bords de coupe doivent avoir un grand angle de relief.
Polissez la surface de la pièce pour une meilleure finition de surface et une accumulation de matière réduite.
Réduisez la vitesse d'avance pour améliorer la précision des coupes finales (utilisez une vitesse d'avance de 0,015 IPR pour les coupes brutes et de 0,005 IPR pour les coupes précises).
Adaptez les angles de dégagement, latéraux et de coupe au matériau plastique.
Fraisage CNC
Le fraisage CNC consiste à utiliser une fraise pour enlever de la matière de la pièce afin d'obtenir la pièce souhaitée. Il existe différentes fraiseuses CNC, divisées en fraiseuses 3 axes et fraiseuses multiaxes.
D'une part, une fraiseuse CNC 3 axes peut se déplacer sur trois axes linéaires (gauche-droite, avant-arrière, haut-bas). Elle est donc parfaitement adaptée à la création de pièces de conception simple. D'autre part, les fraiseuses multiaxes peuvent se déplacer sur plus de trois axes, ce qui les rend idéales pour l'usinage CNC de pièces plastiques aux géométries complexes.
Il existe plusieurs directives que vous pouvez utiliser dans le fraisage CNC de plastique, notamment :
Usiner un thermoplastique renforcé de carbone ou de verre avec un outillage en carbone.
Augmentez la vitesse de la broche en utilisant des pinces.
Réduisez la concentration de stress en créant des coins internes arrondis.
Refroidissement directement sur le routeur pour disperser la chaleur.
Choisissez la vitesse de rotation.
Ébavurer les pièces en plastique après le fraisage pour améliorer la finition de surface.
Perçage CNC
Le perçage CNC du plastique consiste à percer un trou dans une pièce en plastique à l'aide d'une perceuse équipée d'un foret. La taille et la forme du foret déterminent la taille du trou. De plus, elles jouent un rôle dans l'évacuation des copeaux. Vous pouvez utiliser des perceuses à colonne d'établi, verticales et radiales.
Il existe plusieurs directives que vous pouvez utiliser pour le perçage CNC du plastique, notamment :
Assurez-vous d'utiliser des forets CNC tranchants pour éviter d'exercer une pression sur la pièce en plastique.
Utilisez le foret adapté. Par exemple, un foret de 90 à 118° avec un angle de lèvre de 9 à 15° convient à la plupart des thermoplastiques (pour l'acrylique, utilisez un angle de 0°).
Assurez une éjection facile des copeaux en choisissant le bon foret.
Utilisez un système de refroidissement pour atténuer davantage les émissions générées pendant le processus d'usinage.
Pour retirer le foret CNC sans l'endommager, assurez-vous que la profondeur de perçage est inférieure à trois ou quatre fois le diamètre du foret. Réduisez également l'avance lorsque le foret est presque sorti du matériau.
Alternatives à l'usinage du plastique
Outre l'usinage CNC de pièces plastiques, d'autres procédés de prototypage rapide peuvent constituer des alternatives. Parmi les plus courants, on peut citer :
Moulage par injection
Il s'agit d'un procédé de production de masse courant pour le travail des pièces en plastique. Le moulage par injection consiste à créer un moule en aluminium ou en acier, selon des critères tels que la longévité. Ensuite, le plastique fondu est injecté dans la cavité du moule, refroidi et prend la forme souhaitée.
Le moulage par injection plastique convient aussi bien au prototypage qu'à la fabrication de pièces réelles. De plus, c'est une méthode économique, adaptée aux pièces de conception simple ou complexe. De plus, les pièces moulées par injection ne nécessitent pratiquement aucun travail ni traitement de surface supplémentaire.
Impression 3D
L'impression 3D est la méthode de prototypage la plus courante dans les petites entreprises. La fabrication additive est un outil de prototypage rapide qui intègre des technologies telles que la stéréolithographie (SLA), le dépôt de fil fondu (FDM) et le frittage sélectif par laser (SLS), utilisées pour travailler sur des thermoplastiques tels que le nylon, le PLA, l'ABS et l'ULTEM.
Chaque technologie implique la création de modèles numériques 3D et la fabrication des pièces souhaitées couche par couche. Ce procédé s'apparente à l'usinage CNC du plastique, mais génère moins de pertes de matière. De plus, il élimine le besoin d'outillage et est plus adapté à la fabrication de pièces aux designs complexes.
Coulée sous vide
La coulée sous vide, ou coulée de polyuréthane/uréthane, utilise des moules en silicone et des résines pour réaliser une copie d'un modèle maître. Le prototypage rapide permet de créer du plastique de haute qualité. De plus, les copies permettent de visualiser des idées ou de corriger des défauts de conception.
Applications industrielles de l'usinage CNC du plastique
L'usinage CNC des plastiques est largement utilisé grâce à ses avantages tels que la précision, l'exactitude et les tolérances strictes. Les applications industrielles courantes de ce procédé comprennent :
Industrie médicale
L'usinage CNC des plastiques est actuellement utilisé dans la fabrication de pièces médicales usinées, telles que les prothèses et les cœurs artificiels. Son haut degré de précision et de répétabilité lui permet de répondre aux normes de sécurité strictes du secteur. De plus, il offre une multitude d'options de matériaux et permet de produire des formes complexes.
Composants automobiles
Les concepteurs et ingénieurs automobiles utilisent l'usinage CNC plastique pour fabriquer des composants et des prototypes automobiles en temps réel. Le plastique est largement utilisé dans l'industrie pour la fabrication de pièces CNC sur mesure, telles que des tableaux de bord, grâce à sa légèreté, qui réduit la consommation de carburant. De plus, il résiste à la corrosion et à l'usure, contrairement à la plupart des composants automobiles. De plus, il se moule facilement dans des formes complexes.
Pièces aérospatiales
La fabrication de pièces aéronautiques exige une méthode de fabrication de haute précision et aux tolérances strictes. C'est pourquoi l'industrie opte pour l'usinage CNC pour la conception, les tests et la fabrication de différentes pièces usinées. Les matières plastiques sont particulièrement adaptées aux formes complexes, à la robustesse, à la légèreté et à la résistance élevée aux produits chimiques et à la chaleur.
Industrie électronique
L'industrie électronique privilégie également l'usinage CNC des plastiques en raison de sa haute précision et de sa répétabilité. Ce procédé est actuellement utilisé pour la fabrication de pièces électroniques en plastique usinées CNC, telles que des boîtiers de câbles, des claviers d'appareils et des écrans LCD.
Quand choisir l'usinage CNC du plastique
Choisir parmi les nombreux procédés de fabrication du plastique présentés ci-dessus peut s'avérer complexe. Voici donc quelques éléments à prendre en compte pour vous aider à déterminer si l'usinage CNC du plastique est le procédé le plus adapté à votre projet :
Si la conception d'un prototype en plastique présente une tolérance serrée
L'usinage CNC du plastique est la méthode la plus adaptée pour la fabrication de pièces dont la conception requiert des tolérances strictes. Une fraiseuse CNC classique peut atteindre une tolérance serrée d'environ 4 μm.
Si le prototype en plastique nécessite une finition de surface de qualité
La machine CNC offre une finition de surface de haute qualité, idéale si votre projet ne nécessite pas de finition supplémentaire. Contrairement à l'impression 3D, qui laisse des traces de couches lors de l'impression, elle est plus performante.
Si le prototype en plastique nécessite des matériaux spéciaux
L'usinage CNC du plastique permet de produire des pièces à partir d'une large gamme de matières plastiques, notamment celles présentant des propriétés particulières telles que la résistance aux températures élevées, la solidité ou la résistance chimique. C'est donc un choix idéal pour la création de prototypes aux exigences spécifiques.
Si vos produits sont en phase de test
L'usinage CNC s'appuie sur des modèles 3D, faciles à modifier. La phase de test nécessitant des modifications constantes, l'usinage CNC permet aux concepteurs et aux fabricants de créer des prototypes plastiques fonctionnels pour tester et corriger les défauts de conception.
· Si vous avez besoin d'une option économique
Comme d'autres méthodes de fabrication, l'usinage CNC du plastique permet de fabriquer des pièces à moindre coût. Les plastiques sont moins coûteux que les métaux et autres matériaux, comme les composites. De plus, la commande numérique par ordinateur est plus précise et le procédé est adapté aux conceptions complexes.
Conclusion
L'usinage CNC du plastique est un procédé largement répandu dans l'industrie grâce à sa précision, sa rapidité et sa capacité à fabriquer des pièces aux tolérances serrées. Cet article présente les différents matériaux d'usinage CNC compatibles avec ce procédé, les techniques disponibles et d'autres éléments pouvant optimiser votre projet.
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Date de publication : 13 novembre 2023