Une représentation courante de l’usinage CNC implique, la plupart du temps, de travailler avec une pièce métallique. Cependant, non seulement l'usinage CNC est largement applicable aux plastiques, mais l'usinage CNC du plastique est également l'un des processus d'usinage courants dans plusieurs industries.
L'acceptation de l'usinage du plastique en tant que processus de fabrication est due à la large gamme de matériaux CNC en plastique disponibles. De plus, avec l’introduction de la commande numérique par ordinateur, le processus devient plus précis, plus rapide et adapté à la fabrication de pièces avec des tolérances serrées. Que savez-vous de l’usinage CNC du plastique ? Cet article traite des matériaux compatibles avec le processus, des techniques disponibles et d'autres éléments qui peuvent aider votre projet.
Plastiques pour l'usinage CNC
De nombreux plastiques usinables conviennent à la fabrication de pièces et de produits fabriqués par 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. Vous trouverez ci-dessous les plastiques les plus courants pour l’usinage de plastiques sur mesure :
ABS :
L'acrylonitrile butadiène styrène, ou ABS, est un matériau CNC léger connu pour sa résistance aux chocs, sa solidité et sa haute usinabilité. Bien qu’il possède de bonnes propriétés mécaniques, sa faible stabilité chimique se manifeste par sa sensibilité aux graisses, alcools et autres solvants chimiques. De plus, la stabilité thermique de l'ABS pur (c'est-à-dire l'ABS sans additifs) est faible, car le polymère plastique brûle même après avoir retiré 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 (ce qui est important pour d'autres processus de prototypage rapide tels que l'impression 3D et le moulage par injection).
Il a une haute résistance à la traction.
L'ABS a une grande durabilité, ce qui signifie une durée de vie plus longue.
C'est abordable.
Inconvénients
Il dégage des vapeurs de plastique chaudes lorsqu'il est soumis à la chaleur.
Vous avez besoin d’une ventilation adéquate pour éviter l’accumulation de ces gaz.
Il a un point de fusion bas 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 dans la fabrication de produits en raison de ses excellentes propriétés et de son prix abordable. Il est applicable dans les industries électriques et automobiles dans la fabrication de pièces telles que des capuchons de clavier, des boîtiers électroniques et des composants de tableau de bord de voiture.
Nylon
Le nylon ou polyamide est un polymère plastique à faible friction offrant une résistance élevée aux chocs, aux produits chimiques et à l'abrasion. Ses excellentes propriétés mécaniques, telles que la résistance (76 mPa), la durabilité et la dureté (116R), le rendent parfaitement adapté à l'usinage CNC et améliorent encore son application dans les industries de fabrication de pièces automobiles et médicales.
Avantages
Excellentes propriétés mécaniques.
Il a une haute résistance à la traction.
Rentable.
C'est un polymère léger.
Il résiste 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 de haute performance applicable au prototypage et à la fabrication de pièces réelles dans les secteurs médical et automobile. Les composants fabriqués à partir du matériau CNC comprennent des roulements, des rondelles et des tubes.
Acrylique
L'acrylique ou PMMA (Poly Méthyl Méthacrylate) est populaire dans l'usinage CNC du plastique en raison de ses propriétés optiques. Le polymère plastique est translucide et résistant aux rayures, d'où ses applications dans les industries qui nécessitent de telles propriétés. En outre, il possède de très bonnes propriétés mécaniques, évidentes dans sa ténacité 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 hautement résistant aux produits chimiques et aux UV.
Il a une grande usinabilité.
L'acrylique a une haute résistance chimique.
Inconvénients
Il n’est pas très résistant à la chaleur, aux chocs et à l’abrasion.
Il peut se fissurer sous une forte charge.
Il n’est pas résistant aux substances organiques chlorées/aromatiques.
Applications
L'acrylique est applicable pour remplacer des matériaux tels que le polycarbonate et le verre. En conséquence, il est applicable dans l'industrie automobile pour la fabrication de conduits de lumière et de couvercles de voyants lumineux de voiture et dans d'autres industries pour la fabrication de panneaux solaires, d'auvents de serre, etc.
POM
Le POM ou Delrin (nom commercial) est un matériau plastique CNC hautement usinable choisi par de nombreux services d'usinage CNC pour sa haute résistance et sa résistance à la chaleur, aux produits chimiques et à l'usure. Il existe plusieurs qualités de Delrin, mais la plupart des industries comptent sur les Delrin 150 et 570 car ils sont dimensionnellement stables.
Avantages
Ce sont les matériaux plastiques CNC les plus usinables.
Ils ont une excellente résistance chimique.
Ils ont une grande stabilité dimensionnelle.
Il présente une résistance à la traction et une durabilité élevées, garantissant une durée de vie plus longue.
Inconvénients
Il résiste mal aux acides.
Applications
Le POM trouve son application dans diverses industries. Par exemple, dans le secteur automobile, il est utilisé pour fabriquer des composants de ceintures de sécurité. L'industrie du matériel médical l'utilise pour produire des stylos à insuline, tandis que le secteur des biens de consommation utilise le POM pour fabriquer des cigarettes électroniques et des compteurs d'eau.
PEHD
Le plastique polyéthylène haute densité est un thermoplastique à haute résistance aux contraintes et aux produits chimiques corrosifs. Il offre d'excellentes propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction (4000PSI) et la dureté (R65) que son homologue, le LDPE le remplaçant dans les applications avec de telles exigences.
Avantages
C'est un plastique flexible et 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 présente une mauvaise résistance aux UV.
Applications
PEHD Il a une variété d'applications, notamment le prototypage, la création d'engrenages, de roulements, l'emballage, l'isolation électrique et l'équipement médical. Il est idéal pour le prototypage car il peut être usiné rapidement et facilement, et son faible coût le rend idéal pour créer plusieurs itérations. En outre, c'est un bon matériau pour les engrenages en raison de son faible coefficient de friction et de sa haute résistance à l'usure, ainsi que pour les roulements, car il est autolubrifiant et résistant aux produits chimiques.
PEBD
Le LDPE est un polymère plastique résistant et flexible offrant une bonne résistance chimique et à basse température. Il est largement applicable dans l’industrie de fabrication de pièces médicales pour la fabrication de prothèses et d’orthèses.
Avantages
C'est dur et flexible.
Il est très résistant à la corrosion.
Il est facile de sceller en utilisant des techniques thermiques telles que le soudage.
Inconvénients
Il ne convient pas aux pièces nécessitant une résistance à haute température.
Il a une faible rigidité et résistance structurelle.
Applications
Le LDPE est souvent utilisé pour produire des engrenages et des composants mécaniques personnalisés, des composants électriques tels que des isolateurs et des boîtiers pour appareils électroniques, ainsi que des pièces d'aspect poli ou brillant. Qui plus est. son faible coefficient de frottement, sa haute 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 d’isolation électrique. 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 présente une résistance à la traction et une durabilité élevées.
Le PC résiste aux acides, huiles et graisses dilués.
Inconvénients
Il se dégrade après une exposition prolongée à l'eau à plus de 60°C.
Il est sensible à l'usure des hydrocarbures.
Il jaunira avec le temps après une exposition prolongée aux rayons UV.
Applications
Grâce à ses propriétés lumineuses, le polycarbonate peut remplacer le verre. Par conséquent, il est utilisé dans la fabrication de lunettes de sécurité et de CD/DVD. En dehors de cela, il convient 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 contrôlée par ordinateur pour retirer une partie du polymère plastique afin de former le produit souhaité. Le processus de fabrication soustractive peut créer des myriades de pièces avec une tolérance, une uniformité et une précision strictes en utilisant les 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 ou tournage. 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 du plastique, notamment :
Assurez-vous que les bords coupants ont une pente arrière négative pour minimiser le frottement.
Les arêtes de coupe doivent avoir un grand angle de dépouille.
Polissez la surface de la pièce pour une meilleure finition de surface et une accumulation réduite de matériau.
Réduisez l'avance pour améliorer la précision des coupes finales (utilisez une avance de 0,015 IPR pour les coupes grossières et de 0,005 IPR pour les coupes précises).
Adaptez les angles de dégagement, de côté et de coupe au matériau plastique.
Fraisage CNC
Le fraisage CNC consiste à utiliser une fraise pour retirer de la matière de la pièce afin d'obtenir la pièce requise. Il existe différentes fraiseuses CNC divisées en fraiseuses 3 axes et fraiseuses multiaxes.
D'une part, une fraiseuse CNC à 3 axes peut se déplacer selon trois axes linéaires (de gauche à droite, d'avant en arrière, de haut en bas). En conséquence, il est bien adapté à la création de pièces aux conceptions simples. D’un autre côté, les fraiseuses multi-axes peuvent se déplacer sur plus de trois axes. En conséquence, il convient à l’usinage CNC de pièces en plastique aux géométries complexes.
Il existe plusieurs directives que vous pouvez utiliser dans le fraisage CNC du plastique, notamment :
Usinons un thermoplastique renforcé de carbone ou de verre avec un outillage en carbone.
Augmentez la vitesse de broche en utilisant des pinces.
Réduisez la concentration du stress en créant des coins internes arrondis.
Refroidissement directement sur le routeur pour disperser la chaleur.
Choisissez la vitesse de rotation.
Ébarber les pièces en plastique après le fraisage pour améliorer la finition de surface.
Forage CNC
Le perçage CNC du plastique consiste à créer un trou dans une pièce en plastique à l'aide d'une perceuse montée avec un foret. La taille et la forme du foret déterminent la taille du trou. De plus, il joue également un rôle dans l’évacuation des copeaux. Les types de perceuses à colonne que vous pouvez utiliser incluent les perceuses 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 bon foret. 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 râteau de 0°).
Assurez une éjection facile des copeaux en choisissant le bon foret.
Utilisez un système de refroidissement pour réduire davantage la quantité générée pendant le processus d'usinage.
Pour retirer la perceuse CNC sans dommage, assurez-vous que la profondeur de perçage est inférieure à trois ou quatre fois. le diamètre du foret. Réduisez également la vitesse d’avance lorsque le foret est presque sorti du matériau.
Alternatives à l’usinage du plastique
Outre l’usinage CNC de pièces en plastique, d’autres procédés de prototypage rapide peuvent servir d’alternatives. Les plus courants incluent :
Moulage par injection
Il s’agit d’un procédé de production de masse populaire pour travailler avec des pièces en plastique. Le moulage par injection consiste à créer un moule en aluminium ou en acier en fonction de facteurs tels que la longévité. Ensuite, le plastique fondu est injecté dans la cavité du moule, refroidit et prend la forme souhaitée.
Le moulage par injection plastique convient aussi bien au prototypage qu’à la fabrication de pièces réelles. En dehors de cela, il s’agit d’une méthode rentable adaptée aux pièces de conception complexe et simple. De plus, les pièces moulées par injection ne nécessitent pratiquement aucun travail ou traitement de surface supplémentaire.
Impression 3D
L’impression 3D est la méthode de prototypage la plus couramment utilisée dans les petites entreprises. Le processus de fabrication additive est un outil de prototypage rapide comprenant des technologies telles que la stéréolithographie (SLA), la modélisation par dépôt 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 consiste à créer des modèles numériques 3D et à construire couche par couche les pièces souhaitées. C’est comme l’usinage CNC du plastique, même s’il entraîne moins de gaspillage de matière, contrairement à ce dernier. De plus, il élimine le besoin d’outillage et est plus adapté à la fabrication de pièces de conception complexe.
Coulée sous vide
La coulée sous vide ou coulée de polyuréthane/uréthane implique des moules et des résines en silicone pour réaliser une copie d'un modèle principal. Le processus de prototypage rapide convient à la création de plastique de haute qualité. De plus, les copies sont applicables pour visualiser des idées ou résoudre des défauts de conception.
Applications industrielles de l'usinage CNC du plastique
L'usinage CNC du plastique est largement applicable en raison d'avantages tels que l'exactitude, la précision et une tolérance serrée. Les applications industrielles courantes du procédé comprennent :
Industrie médicale
L'usinage plastique CNC est actuellement applicable à la fabrication de pièces usinées médicales telles que des membres prothétiques et des cœurs artificiels. Son haut degré de précision et de répétabilité lui permet de répondre aux normes de sécurité strictes exigées par l'industrie. De plus, il existe une myriade d’options de matériaux et cela produit des formes complexes.
Composants automobiles
Les concepteurs et les ingénieurs automobiles utilisent l'usinage CNC du plastique pour fabriquer des composants et des prototypes automobiles en temps réel. Le plastique est largement applicable dans l'industrie dans la fabrication de pièces en plastique CNC personnalisées telles que des tableaux de bord en raison de son poids léger, ce qui réduit la consommation de carburant. De plus, le plastique résiste à la corrosion et à l’usure, ce que subissent la plupart des composants automobiles. En dehors de cela, le plastique peut facilement être moulé dans des formes complexes.
Pièces aérospatiales
La fabrication de pièces aérospatiales nécessite une méthode de fabrication qui présente une haute précision et des tolérances serrées. En conséquence, l’industrie opte pour l’usinage CNC pour concevoir, tester et construire différentes pièces usinées pour l’aérospatiale. Les matériaux plastiques sont applicables en raison de leur adéquation aux formes complexes, de leur résistance, de leur légèreté et de leur résistance élevée aux produits chimiques, ainsi que de leur résistance à la chaleur.
Industrie électronique
L'industrie électronique privilégie également l'usinage CNC du plastique en raison de sa haute précision et de sa répétabilité. Actuellement, le processus est utilisé pour fabriquer des 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 évoqués ci-dessus peut s’avérer difficile. En conséquence, vous trouverez ci-dessous quelques considérations qui peuvent vous aider à décider si l'usinage CNC du plastique est le meilleur processus pour votre projet :
Si conception de prototype en plastique avec une tolérance stricte
L'usinage CNC du plastique est la meilleure méthode pour fabriquer des pièces dont les conceptions nécessitent des tolérances serrées. Une fraiseuse CNC conventionnelle peut atteindre une tolérance étroite 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, ce qui la rend adaptée si votre projet ne nécessite pas de processus de finition de surface supplémentaire. Ceci est différent de l’impression 3D, qui laisse des marques de couche lors de l’impression.
Si le prototype en plastique nécessite des matériaux spéciaux
L'usinage CNC du plastique peut être utilisé pour produire des pièces à partir d'une large gamme de matières plastiques, y compris celles présentant des propriétés particulières telles qu'une résistance aux températures élevées, une résistance élevée ou une résistance chimique élevée. Cela en fait un choix idéal pour créer des prototypes avec des exigences spécialisées.
Si vos produits sont en phase de test
L'usinage CNC repose sur des modèles 3D faciles à modifier. Étant donné que la phase de test nécessite des modifications constantes, l’usinage CNC permet aux concepteurs et aux fabricants de créer des prototypes fonctionnels en plastique pour tester et résoudre les défauts de conception.
· Si vous avez besoin d'une option économique
Comme d’autres méthodes de fabrication, l’usinage CNC du plastique convient à la fabrication de pièces de manière rentable. Les plastiques sont moins coûteux que les métaux et d’autres matériaux, comme les composites. De plus, la commande numérique par ordinateur est plus précise et le processus convient aux conceptions complexes.
Conclusion
L'usinage CNC du plastique est un processus largement accepté dans l'industrie en raison de sa précision, de sa rapidité et de son aptitude à fabriquer des pièces avec des tolérances serrées. Cet article parle des différents matériaux d'usinage CNC compatibles avec le processus, des techniques disponibles et d'autres éléments qui peuvent aider votre projet.
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Heure de publication : 13 novembre 2023