Qu'est-ce que l'usinage de prototypes CNC ? Son processus et ses avantages

Pour les petites entreprises et les start-ups, les technologies d'usinage traditionnelles peuvent être coûteuses et prendre du temps. Toutefois, l'usinage de prototypes CNC offre aux entreprises ou aux sociétés de fabrication qui souhaitent produire des pièces et des composants un moyen rapide et rentable de maintenir la précision et la qualité.

L'une des principales raisons pour lesquelles l'usinage de prototypes CNC devient le premier choix pour le prototypage est sa flexibilité. Grâce à cette méthode de prototypage, les fabricants peuvent concevoir, développer et modifier des produits dans un délai très court.

Qu'est-ce que l'usinage de prototypes CNC ?

L'usinage de prototypes CNC est une combinaison de deux processus de fabrication majeurs : Usinage CNC de pointe et le prototypage rapide. Ce processus utilise des machines à commande numérique par ordinateur (CNC) pour transformer un modèle CAO ou 3D en un modèle physique ou un prototype d'un produit.

La machine CNC utilise des mouvements d'outils de coupe de précision pour produire le prototype. La machine lit les instructions de découpe de la pièce à partir du code G fourni par la conversion de la CAO en FAO. Le résultat du prototypage CNC est une pièce très précise et cohérente qui répond à des exigences spécifiques.

Par conséquent, la plupart des entreprises qui doivent fabriquer un petit lot de pièces avant d'en produire un plus important ont souvent recours à l'usinage CNC de prototypes. Le prototypage permet aux entreprises de déterminer l'apparence de leurs produits, de les tester et de s'assurer qu'ils fonctionnent comme prévu.

Pourquoi choisir CNC Technologies pour le prototypage ?

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'usinage de prototypes CNC est idéal pour le prototypage. L'une d'entre elles est l'utilisation de commandes informatisées. Ces commandes automatisées facilitent le contrôle du mouvement de la pièce et de l'outil de coupe, ce qui permet d'obtenir un degré élevé d'exactitude et de précision dans le prototypage. Les commandes automatisées prennent en compte chaque élément de votre conception pour s'assurer que le prototype créé est une bonne réplique.

La rapidité de l'usinage CNC en fait également un excellent procédé pour le prototypage, contrairement aux procédés traditionnels tels que le moulage par injection, qui peuvent prendre beaucoup de temps.

Avantages de l'usinage CNC pour la fabrication de prototypes

L'usinage CNC simplifie le prototypage tout en améliorant la qualité des prototypes fabriqués. Voici quelques avantages de l'utilisation de l'usinage CNC pour le prototypage.

Plus large gamme de choix de matériaux

Contrairement à d'autres techniques de fabrication comme l'impression 3D, l'usinage de prototypes CNC peut traiter une large gamme de matériaux hautement usinables, y compris des métaux résistants comme le titane et les alliages, ainsi que des plastiques et du bois. Il est donc possible d'utiliser le même matériau pour le prototypage et le produit final, ce qui constitue un avantage considérable.

L'usinage de prototypes CNC peut être appliqué à des matériaux tels que le PS, le LDPE, le HDPE, le PC, le PP, le PMMA, le POM, le PA GF, le PC GF, l'ABS et le Téflon, ainsi qu'à des métaux et des alliages métalliques tels que l'acier, l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium, le zinc, le laiton et le bronze.

Répétable et cohérent

Un prototype CNC est hautement reproductible, ce qui signifie que chaque produit final fabriqué par Usinage CNC de l'acrylique sera un duplicata exact de tous les autres produits issus du même processus.

Précision et exactitude élevées

L'usinage CNC permet d'obtenir des tolérances serrées et une grande précision grâce au contrôle précis du mouvement des outils d'usinage CNC. Cela garantit que les pièces et les prototypes sont adaptés à l'usage auquel ils sont destinés. En outre, comme le processus d'usinage CNC est précis, les fabricants savent que tout défaut dans le prototype produit provient de la phase de conception plutôt que de l'étape de production proprement dite.

Rentabilité

Au fil du temps, l'usinage de prototypes CNC réduit les coûts pour les fabricants. Il est plus économique de découvrir des défauts dans un petit lot de prototypes que de résoudre des problèmes dans une grande quantité de pièces finales produites au cours de la phase de fabrication.

En outre, les révisions ultérieures ne nécessitent généralement que des ajustements mineurs des fichiers CAO, ce qui permet d'économiser de l'argent sur la conception.

Flexibilité et itérabilité

L'usinage de prototypes CNC ne nécessite pas de moule ni d'autres conditions préalables fastidieuses, ce qui rend le processus rapide. Les centres d'usinage peuvent produire rapidement des prototypes en les ajustant, en les soumettant à nouveau au processus d'usinage CNC et en éditant les fichiers CAM/CAD.

Limites du prototypage avec l'usinage CNC

Bien que l'usinage de prototypes à commande numérique soit l'une des meilleures méthodes de création de prototypes, elle présente certains inconvénients.

Expertise

La conception d'un fichier CAO et la création d'un fichier FAO à partir de ce fichier requièrent des compétences techniques. En outre, une certaine expérience est nécessaire pour utiliser et régler la machine CNC.

En outre, tous les fabricants qui mettent en œuvre des usinage CNC des métaux peuvent produire des prototypes CNC sans formation adéquate. C'est pourquoi il est toujours préférable de confier à des professionnels les tâches d'usinage de prototypes CNC.

Plus cher que l'impression 3D

L'usinage de prototypes CNC peut être nettement plus coûteux que l'impression 3D SLS en raison des coûts des matériaux et des machines impliqués. Toutefois, le prototypage privilégie souvent la perfection fonctionnelle par rapport à la minimisation des coûts, ce qui explique que les coûts peuvent parfois être très élevés.

Déchets matériels

En tant que processus soustractif, l'usinage CNC implique l'enlèvement de matière de la pièce pendant la phase de prototypage ou de production. Par conséquent, les coûts des matériaux augmentent en fonction de la quantité de matière utilisée tout au long du processus de fabrication.

En outre, cela peut entraîner une augmentation des déchets matériels et des coûts connexes, en particulier parce qu'il est très peu probable qu'un prototype soit parfait dès la première tentative.

Limites géométriques

Étant donné que l'usinage de prototypes à commande numérique travaille principalement de l'extérieur, la création de géométries internes peut s'avérer très difficile. Pour les géométries internes, d'autres technologies de fabrication comme l'impression 3D, qui excellent dans la création de géométries internes, sont plus adaptées.

Guide étape par étape des processus de prototypage rapide CNC

Le processus de création de prototypes usinés CNC comporte plusieurs étapes. Voici une description détaillée de chacune d'entre elles.

Étape 1 : Idéation de la conception

L'étape principale de l'usinage de prototypes CNC est l'élaboration de la conception du modèle CAO. Vous devez produire plusieurs conceptions parfaites pour le produit. La conception pour les essais (DFT), la conception pour la fabrication (DFM) et le dimensionnement et le placement du produit sont quelques exemples de ces séances de remue-méninges. La phase d'idéation de la conception est cruciale car, si elle est bien menée, elle simplifie les autres phases.

Étape 2 : Génération d'un fichier 3D

Un fichier 3D, comme un modèle de conception CAO, est nécessaire pour l'usinage CNC. C'est pourquoi il est important de convertir les dessins autorisés en un fichier 3D lisible par la machine. Les mesures, les caractéristiques et l'esthétique de la pièce finale sont déterminées par ces modèles 3D.

Étape 3 : Ordre de la séquence d'usinage

L'usinage de prototypes CNC fait appel à diverses techniques de fabrication, notamment Fraisage CNCL'ordre d'usinage des pièces doit donc être déterminé en fonction de la pièce à usiner. Par conséquent, vous devez établir l'ordre dans lequel les pièces doivent être usinées en fonction de la pièce à usiner.

Étape 4 : Programmation CNC

Les fabricants fournissent la séquence des processus de production CNC et les instructions d'utilisation des outils avec une application CNC. Le code G et le code M jouent un rôle essentiel en informant les machines CNC de la sélection des outils, de la trajectoire, des numéros de passage, des profondeurs de coupe et des vitesses d'avance.

Étape 5 : Prototypage

Une fois la programmation terminée, elle est introduite dans le panneau de commande numérique de l'usinage de prototypes CNC. Le prototypage commence de manière transparente lorsque la pièce est montée sur l'outil et que la machine est mise en mode de fonctionnement. Les prototypes peuvent être des produits d'essai ou des produits entièrement fonctionnels. Les fabricants créent des prototypes entièrement fonctionnels en fraisant les composants individuellement, puis en les assemblant selon les principes de la conception pour l'assemblage (DFA).

Étape 6 : Tests

Le test est la phase finale et la plus critique de l'usinage des prototypes CNC. Les objectifs sont de vérifier les défauts, d'évaluer le potentiel de défaillance et de tester la capacité opérationnelle de la pièce. Les experts en produits effectuent des tests rigoureux sur le prototype CNC et l'approuvent avant de passer à la production complète. Si un prototype ne répond pas à toutes les spécifications, un autre prototype est sélectionné et usiné.

Les différentes opérations de l'usinage CNC des prototypes

Les fabricants disposent de plusieurs opérations d'usinage CNC pour créer des prototypes. Le choix de l'opération CNC pour la production de prototypes dépend souvent de facteurs tels que le type de matériau et les spécifications de conception. Voici les techniques d'usinage typiques utilisées dans le prototypage CNC.

Fraisage CNC

Ce processus utilise une fraiseuse pour créer des prototypes en enlevant de la matière d'une pièce. La fraiseuse CNC est équipée d'un outil de coupe multipoint qui tourne pour réaliser des coupes précises de différentes longueurs et formes sur la pièce.

Le fraisage CNC permet d'obtenir facilement des caractéristiques de précision telles qu'une géométrie exacte, des tolérances étroites et des finitions de surface de qualité supérieure. Il est particulièrement efficace pour réaliser des trous complexes, des indentations et des courbes tridimensionnelles.

Tournage CNC

Dans cette opération, un outil de tour est utilisé pour l'usinage de prototypes CNC. Il convient à la création de prototypes complexes et de produits finis présentant des caractéristiques cylindriques. Au cours de cette opération d'usinage, la pièce à usiner tourne à proximité de l'outil de coupe stationnaire du tour.

Le tour utilise un outil de coupe à point unique, contrairement à la fraiseuse, pour enlever de la matière de la barre afin de fabriquer des pièces cylindriques. Tournage CNC est idéal pour créer des fentes, des filets et des cônes sur les bords intérieurs d'un prototype, ainsi que des caractéristiques linéaires sur sa surface.

Usinage multiaxe

Cette méthode de prototypage flexible, qui utilise plus d'axes que les méthodes traditionnelles, est parfaite pour créer des prototypes aux spécifications complexes. Ce procédé utilise des machines à quatre, cinq, voire neuf axes pour atteindre les objectifs souhaités.

Applications des prototypes usinés par CNC

L'usinage de prototypes CNC est une méthode de prototypage largement acceptée dans toutes les industries. Voici quelques-unes des industries qui utilisent cette méthode plus fréquemment que d'autres.

Industrie médicale

Ce secteur a besoin d'équipements et de pièces d'une incroyable précision. L'industrie médicale bénéficie des choix de matériaux offerts par l'usinage de prototypes CNC, étant donné qu'elle a besoin de pièces composées à la fois de métal et de plastique.

En outre, à mesure que la technologie médicale progresse, la demande de pièces présentant des tolérances serrées augmente. L'industrie médicale utilise l'usinage CNC pour le prototypage de pièces telles que les prothèses, les tubes de biopsie, les ciseaux chirurgicaux, les porte-implants, etc.

Industrie automobile

Il serait difficile de créer des prototypes de véhicules qui répondent toujours aux spécifications requises sans l'usinage CNC des prototypes. L'industrie automobile a besoin de pièces et de composants d'une grande précision et de tolérances strictes, qui peuvent aller des roues et des suspensions aux freins et aux engrenages. Pour garantir la sécurité des véhicules, toutes ces pièces doivent respecter des tolérances extrêmement précises.

Industrie militaire

Dans l'industrie militaire, cette technologie est principalement utilisée par le département de recherche et développement (R&D). La R&D militaire utilise l'usinage de prototypes CNC pour créer des pièces d'avions, de véhicules et d'autres équipements. Cette méthode est privilégiée car elle permet de produire rapidement des pièces, quelle que soit la résistance des matériaux.

Industrie aérospatiale

La technologie de prototypage CNC remplit deux fonctions principales dans l'industrie aérospatiale. La première consiste à créer des composants extrêmement précis et exacts. La seconde consiste à tester ces composants et d'autres innovations aérospatiales pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.

Considérations et conseils pour l'usinage de prototypes CNC

Plusieurs facteurs essentiels doivent être pris en compte pour un prototypage CNC réussi, car les fabricants dépendent de l'usinage de prototypes CNC pour créer des pièces qui répondent à des normes et à des exigences rigoureuses.

Utiliser des tolérances standard

Des tolérances plus serrées nécessitent souvent des montages supplémentaires et des outils de coupe spécialisés, ce qui augmente les coûts d'usinage CNC. C'est pourquoi il est généralement préférable d'utiliser des tolérances standard. Il est préférable de consulter l'expert en services CNC qui gère la conception de votre composant afin de déterminer le niveau de tolérance approprié pour vos prototypes.

Réduire la complexité de la conception des prototypes

Un autre élément important à prendre en compte est la complexité de votre conception. N'oubliez pas que plus la conception de votre prototype est complexe, plus les coûts d'usinage CNC seront élevés. En outre, le réglage de la machine pour un modèle comportant divers angles et contre-dépouilles prend plus de temps, ce qui allonge le délai de développement. Il est donc conseillé de simplifier votre prototype pour éviter d'augmenter les coûts de production et les délais de mise sur le marché.

Tenir compte de la géométrie de l'outil

Étant donné que le prototypage CNC implique une coupe rotative, vérifiez les caractéristiques axiales des outils de coupe. Tenez compte de la forme de l'outil et évitez les angles vifs dans votre prototypage. Les instruments de coupe circulaires avec des longueurs de coupe limitées sont généralement utilisés dans cette méthode, ce qui affecte les opérations de coupe en raison de la géométrie de l'outil.

Tenir compte de l'épaisseur de la paroi

Lors de l'élaboration de votre conception, tenez compte de l'épaisseur de la paroi du prototype, car une épaisseur insuffisante peut entraîner une instabilité mécanique ou une défaillance de votre produit ou prototype d'usinage de prototypes CNC. En règle générale, l'épaisseur de la paroi de vos pièces métalliques doit être d'au moins 0,8 mm et celle des pièces en plastique ne doit pas être inférieure à 1,5 mm.

Partenariat avec un expert en fabrication de prototypes CNC

La collaboration avec un professionnel expérimenté de l'usinage CNC est importante pour la réussite de votre projet de prototypage. Les experts en fabrication se concentrent sur l'optimisation des processus d'usinage pour produire des prototypes de haute qualité. Toutefois, sans l'aide d'un fabricant de prototypes expérimenté, il serait difficile de tirer pleinement parti des avantages de l'usinage CNC pour le prototypage.

Comparaison entre le prototypage CNC et l'impression 3D

Les experts débattent souvent pour savoir laquelle des deux technologies - l'usinage CNC ou l'impression 3D - est la meilleure pour le prototypage. Les différences entre ces deux technologies sont résumées ci-dessous, sur la base de facteurs critiques.

Principe de fonctionnement de la technique

L'usinage CNC est un processus de fabrication soustractive qui crée un produit en enlevant l'excès de matière d'une pièce à l'aide d'un outil de coupe. En revanche, l'impression 3D est un processus additif, qui part de rien et construit le produit en ajoutant et en façonnant progressivement de la matière.

Matériaux

La technologie CNC permet d'usiner une grande variété de matériaux, y compris les métaux, le bois et les polymères, tandis que l'impression 3D est plus limitée en termes de compatibilité des matériaux en raison du processus de chauffage et de mise en forme du matériau, le plus souvent utilisé pour les prototypes thermoplastiques.

Utilisation

L'usinage CNC étant soustractif, il a tendance à générer plus de déchets. Toutefois, les déchets recyclables peuvent être vendus pour compenser les coûts. En revanche, l'usinage de prototypes CNC, en tant que méthode de fabrication additive, permet une meilleure utilisation des matériaux.

Possibilités de géométrie

Les pièces usinées par CNC sont généralement créées de l'extérieur vers l'intérieur, ce qui rend difficile la production de pièces à la géométrie intérieure complexe. À l'inverse, les pièces imprimées en 3D sont fabriquées de l'intérieur vers l'extérieur, ce qui permet de réaliser des géométries intérieures complexes.

Comparaison entre les prototypes usinés CNC et les prototypes moulés par injection

Bien que ces deux types de prototypes fournissent une représentation visuelle du produit fini, ils sont différents. Voici comment les comparer :

Matériaux utilisés pour le prototypage

Les prototypes fabriqués par moulage par injection sont généralement en polymères ou en caoutchouc. En effet, les prototypes sont formés en versant des matériaux en fusion dans un moule au cours du processus de production. En revanche, l'usinage CNC utilise des outils de coupe en métal et permet de produire des prototypes en métal, en plastique ou en bois, selon le matériau choisi par le fabricant.

Qualité de surface

Le moulage par injection est un procédé précis, mais les prototypes produits peuvent présenter de petits défauts tels que des jets, des coups courts, des vides, des lignes d'écoulement, des marques d'enfoncement et des déformations. Ces défauts affectent l'apparence des prototypes fabriqués par moulage par injection.

Toutefois, l'usinage de prototypes CNC présente souvent une finition de surface supérieure, car un outillage plus sophistiqué est utilisé au cours du processus.

Tolérance de la pièce

Les prototypes produits par les machines CNC ont un niveau de tolérance de ± 0,01 mm, ce qui témoigne de l'exactitude et de la précision du processus d'usinage.

Les prototypes fabriqués par moulage par injection offrent des tolérances de composants allant de ± 0,1 à 0,7 mm. Le niveau de tolérance relativement faible des prototypes moulés par injection est dû au retrait post-injection.

Volume de production

Grâce à sa capacité à fabriquer des prototypes précis de manière flexible sans avoir besoin de moules, l'usinage CNC est idéal pour la production de faibles volumes. En revanche, le moulage par injection est mieux adapté à la production de gros volumes, car il nécessite un investissement initial important pour créer des moules. Toutefois, une fois le moule fabriqué, le coût unitaire diminue considérablement.

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Chez XinCheng, vous pouvez accéder à un prototypage CNC efficace et sans effort. Grâce à une technologie de pointe et à une équipe qualifiée, nous offrons un large éventail de services de prototypage CNC. Services d'usinage CNC pour les prototypes usinés en métal et en plastique.

Du concept au produit final, les services d'usinage de prototypes CNC contribueront à respecter le processus de développement, en fournissant des prototypes de haute qualité pour diverses industries. Qu'il s'agisse de l'automobile, de l'aérospatiale ou de l'électronique grand public, notre expertise garantit que les prototypes répondent à des spécifications exactes et à des normes strictes.

FAQ

Existe-t-il de meilleures options pour le prototypage que l'usinage de prototypes CNC ?

En fonction des spécificités du projet, il peut y avoir de meilleures solutions que l'usinage de prototypes CNC. Pour les objets complexes et uniques, la CNC offre une précision inégalée. Toutefois, l'impression 3D peut s'avérer plus rapide et plus rentable pour les conceptions plus simples ou les itérations rapides.

Combien de temps faut-il pour créer un prototype d'usinage CNC ?

Les prototypes d'usinage CNC peuvent souvent être réalisés en quelques heures ou quelques jours. Les méthodes de prototypage traditionnelles peuvent prendre des semaines, voire des mois.

Quels sont les facteurs qui influencent le coût du prototypage CNC ?

La complexité de la conception, les tolérances et le choix des matériaux sont autant de facteurs qui influencent les coûts du prototypage CNC. Le type de machine CNC utilisé et l'option de finition de surface choisie sont des facteurs supplémentaires.

Quels sont les matériaux utilisés pour les prototypes CNC ?

Pour les prototypes métalliques CNC, on utilise des métaux tels que le cuivre, le laiton, le titane, le zinc, le magnésium, l'acier inoxydable et l'aluminium. Les plastiques adaptés au prototypage plastique CNC sont l'acrylique, l'ABS, le PP, le nylon, le PC, le Téflon, le PEHD et le PEBD.