Conseil de conception

Sélectionner les meilleures options de matières pour l’usinage CNC

Avec une très large gamme de métal et de plastique, gardez à l’esprit la fonctionnalité lors du choix des matières pour les pièces usinées.


Avoir du choix, c’est positif. Dans la plupart des cas, plus vous avez d’options, meilleures sont vos chances d’obtenir exactement ce que vous recherchez. Mais plus le choix est large, plus il est difficile de trouver exactement ce dont vous avez besoin.

Ce dilemme apparaît dès qu’il s’agit de la conception et du développement de produits, et plus particulièrement, lorsque vous choisissez des matières destinées à l’usinage. Les options de matières sont très nombreuses. Votre pièce est personnalisée et vous connaissez vos besoins mieux que quiconque. Confronté à ce  choix pléthorique, vous pourrez utiliser votre connaissance de la fonction ou de l’utilisation de votre pièce pour réduire la gamme des matières envisageables, simplifier vos recherches et obtenir le meilleur résultat final possible :

  • Déterminer les exigences nécessaires pour la fonction de votre pièce
  • Identifier les matières courantes utilisées pour les pièces usinées
  • Tenir compte des processus secondaires connexes
  • Utiliser des prototypes
illustration pour les matériaux cnc ayant des propriétés différentes
La première étape pour avancer dans la sélection des matières consiste à établir un ordre de priorité pour les exigences de votre pièce, en tenant compte des facteurs environnementaux, des éléments mécaniques, des considérations esthétiques, de la taille de la pièce, du coût et, comme nous le voyons ici, des facteurs électriques tels que les caractéristiques conductrices, isolantes ou encore la dissipation de l’électricité statique.

Classer par ordre de priorité les exigences de votre pièce

La première étape consiste à classer vos exigences. Commencez par les incontournables et continuez jusqu’aux options intéressantes, mais non indispensables. Il y a de bonnes chances que ce processus réduise le nombre des matières envisageables et vous aide à faire un choix plus éclairé. Chez Protolabs, nous utilisons des logiciels sophistiqués pour évaluer votre pièce CAO et produire un devis, mais nous ne pouvons pas connaître votre application. En effet, vous seul connaissez les conditions de fonctionnement de votre pièce et/ou l’assemblage dans lequel elle s’intégrera. C’est une information essentielle à retenir lors du développement de votre pièce. Par conséquent, voici certains des facteurs qui peuvent figurer dans votre liste de priorités :

  • Environnement extérieur : pour beaucoup, il s’agira d’une exigence absolue en tête de liste. Les facteurs environnementaux peuvent inclure la résistance à la chaleur et au froid, l’ignifugation, ou la tolérance aux UV et aux produits chimiques. Selon l’application, vos matières peuvent nécessiter une qualité alimentaire ou médicale. Tenez compte de tout le contexte d’application de la pièce. Par exemple, les pièces d’un dispositif médical peuvent avoir besoin de tolérer la chaleur extrêmement élevée d’un autoclave ou une stérilisation chimique sévère entre chaque utilisations.
  • Électriques : ceci peut couvrir une gamme de facteurs dépendant de l’application. Une pièce peut avoir besoin d’être conductrice ou isolante. Il peut être nécessaire de dissiper l’électricité statique. Dans tous ces cas, le choix du bon métal ou de la bonne résine plastique sera crucial.
  • Mécaniques: la résistance peut avoir plusieurs formes. La rigidité nécessaire pour une pièce peut se situer n’importe où entre très rigide et flexible. Elle peut exiger une résistance à la traction, à la compression, ou être capable de subir des chocs. Elle doit pouvoir résister à l’usure ou assurer une lubrification pour fonctionner comme un palier. Il existe des matières qui répondent à ces exigences, dont certaines plus efficacement que d’autres.
  • Esthétique: dans de nombreux cas, l’aspect esthétique est une considération secondaire ; dans d’autres, il peut être essentiel. Le choix d’une matière adaptée permet par exemple de produire une pièce transparente ou translucide. Certaines matières, généralement des plastiques, sont disponibles dans une grande variété de couleurs, tandis que les métaux peuvent être colorés en utilisant des procédés secondaires. De même, une application peut demander (ou simplement bénéficier) d’une texture de surface spécifique allant de l’antidérapant au poli élevé.
  • Dimensions : bien que le procédé d’usinage puisse donner accès une large gamme de dimensions, la taille des pièces peut être limitée par la taille maximale disponible des blocs d’une matière donnée.
  • Cost: Le coût peut être un facteur important qui se situe généralement entre ce qui est indispensable et ce qui serait souhaitable.
illustration des blocs de matières cnc
Le choix de matières métalliques ou plastiques pour l’usinage CNC peut être une source d’embarras. Les matières sont multiples. Par conséquent, prenez soigneusement en compte la fonctionnalité des pièces lors du choix des matières.

Identification des matières couramment utilisées en usinage 

Au fil des ans, nos ingénieurs ont identifié et sélectionné des matières bien adaptées aux processus d’usinage et souvent choisies nos clients. Pour les métaux, on peut citer l’aluminium, le laiton, le cuivre, l’acier et l'acier inoxydable. Parmi les plastiques, les concepteurs choisissent souvent le polyéther éther cétone (PEEK), PEI (Ultem), l’ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene), l’acétal (POM), le nylon (PA), le polycarbonate (PC), le polychlorure de vinyle (PVC), le polyéthylène haute densité (HDPE), etc. Plus de 40 qualités différentes de plastiques et de métaux sont disponibles chez Protolabs. Voici quelques caractéristiques importantes des matières les plus appréciées pour l’usinage :

Comparaison entre l’ABS et l’acétal

  • L’ABS offre une grande résistance aux chocs, une faible conductivité thermique et un faible coefficient de frottement.
  • L’acétal dispose d'une grande résistance mécanique (fatigue et abrasion), d'une bonne stabilité dimensionnelle et d'une faible absorption d’humidité.

Comparaison entre le PEEK et l’Ultem

  • Le PEEK offre une grande résistance thermique ainsi qu'à l’abrasion et à l’usure, une faible absorption d’humidité et un faible coefficient de frottement.
  • L'Ultem (PEI) propose une résistance et une rigidité extrêmes, une résistance chimique et une rigidité diélectrique élevée.

Comparaison entre l'aluminum 6061 et 7075

  • Le 6061 offre une excellente usinabilité, un faible coût et une grande polyvalence.
  • Le 7075 garantit une bonne résistance, une grande dureté, un faible poids et une haute tolérance à la chaleur.
illustration de l'anodisation et du chromatage des pièces cnc
Au-delà des choix de matières, vous pourrez envisager des méthodes secondaires ou de post-traitement pertinentes, y compris l’anodisation, à gauche, qui contribue à la durabilité d’une pièce, ou le chromage, à droite, qui est un bon choix si l’aspect esthétique est important.

Options de finition et sélection du processus

Au-delà des choix de matières, il y a aussi des processus secondaires connexes à considérer. Si, par exemple, la matière de votre choix est l’un des alliages d’aluminium disponibles - 2024, 6082 et 7075 (le 6082 étant adapté à la plupart des applications, le 2024 et le 7075 ayant des propriétés plus spécifiques qui nécessitent certaines conditions), il existe quelques traitements de surface disponibles et pertinents à prendre en compte. L’anodisation serait préférable pour la durabilité, tandis que le chromage est un meilleur choix si la priorité est donnée à l’esthétique.

Si votre pièce comprend des filetages, vous avez plusieurs options à considérer. Si la contrainte et l’usure du filetage sont minimes, un simple filetage usiné sera suffisant et économique. Si les contraintes ou l’usure sont plus importantes, un insert interchangeable - un insert hélicoïdal ou un insert fileté - peut prolonger la durée de vie de la pièce. L’insert fileté sera le bon choix pour les filetages les plus sollicités.

Le dernier choix concerne le processus de production lui-même : usinage 3 axes, usinage 5 axes ou tournage qui est généralement influencé par la conception de la pièce. Après avoir évalué la pièce lors du processus de devis initial, Protolabs vous recommandera la méthode de production la plus efficace et la plus économique pour la production de votre pièce.

Utilisation de prototypes usinés

L’usinage est souvent utilisé pour des pièces de production, par exemple pour un petit nombre de fixations ou une production de composants en petite série. Cependant, il est souvent utilisé pour des prototypes qui précèdent une production en bien plus grand nombre par un processus comme le moulage par injection. En effet, vous pouvez économiser en produisant vos premiers prototypes par usinage plutôt que par moulage. Pour ceci, il vous faudra choisir des matériaux usinables qui sont proches, sinon identiques, à ceux qui seront utilisés dans le processus de production final. Si vous savez quelle matière(s) vous envisagez pour vos pièces moulées, vos options pour les prototypes usinés seront limitées.

Par exemple, certaines des résines de moulage les plus appréciées - ABS et acétal pour les pièces plastiques typiques ou PEEK et Ultem pour les applications à haute température - sont également disponibles sous forme de blocs pour l’usinage. En utilisant la même résine pour les prototypes usinés que pour la production par injection, vous obtiendrez des prototypes qui peuvent être testés et dont les performances seront similaires à celles des pièces de production.

En fin de compte, il est préférable d’avoir un éventail de choix de matières plutôt que de faire face à des limitations. Comme d’habitude, si vous avez besoin d’une assistance supplémentaire, n’hésitez pas à contacter un ingénieur d’applications Protolabs au +33 (0) 04 56 64 80 50 ou [email protected] .  Pour démarrer aujourd’hui votre prochain projet, il vous suffit de télécharger un modèle CAO 3D pour un devis interactif en quelques heures.

VOUS ENVISAGEZ DES PIÈCES MÉTALLIQUES DE PLUS GRANDE DIMENSION ?

Protolabs propose des pièces usinées de grande taille avec l’aluminium 6082 et 7075. La taille maximale de la pièce est de 559 mm x 356 mm x 95,25 mm. La taille du bloc augmenté est de 609 mm x 406,4 mm x 101,6 mm. Pour de nombreuses raisons, les entreprises peuvent avoir besoin de pièce à échelle réelle. C'est le cas lorsque les concepteurs ou les ingénieurs doivent effectuer des essais de vibration, surtout dans les secteurs de l’aérospatiale, de la défense et de l’automobile.

 

De plus, avant même que vous ne téléchargiez un projet de pièce, nous pouvons vous aider à trouver des matières adéquates. Nous proposons gratuitement un Guide de référence rapide pour la sélection de matières pour l’usinage à contrôle numérique. Il répertorie les matières plastiques et les métaux disponibles pour l’usinage ainsi que leurs dimensions et propriétés. Des informations plus détaillées et une plus grande variété de documents peuvent être obtenues auprès de fournisseurs externes, notamment : SABIC, PolyOne, RTP et Boedeker Plastics.