Il existe toujours plusieurs façons de fabriquer vos commandes de composants, et la vaste liste d'options disponibles peut être déroutante. De plus, vos choix seront déterminants pour votre budget, vos délais et les performances du produit final.
Dans cet article, nous vous présenterons une comparaison détaillée de deux des méthodes de fabrication les plus répandues : l'usinage CNC et le moulage sous pression. Voyons leurs avantages et comment les choisir.
Qu'est-ce que l'usinage CNC ?
Comment ça marche
L'usinage CNC (commande numérique par ordinateur) est un procédé de fabrication soustractif : un outil de coupe enlève de la matière d'une billette ou d'une plaque solide selon des instructions numériques précises. Les machines multiaxes positionnent les outils et les pièces pour sculpter des formes, des poches et des trous complexes. Comme il suit un modèle numérique, la configuration est relativement rapide, se limitant souvent à la programmation des fixations et des parcours d'outils, ce qui le rend idéal pour les cycles de conception itératifs et les pièces sur mesure.
Ce dans quoi il excelle
- Haute précision:Grâce à la puissance de calcul avancée des systèmes CNC modernes, les fraiseuses et les tours peuvent maintenir des tolérances strictes pour les caractéristiques critiques, avec une excellente précision de positionnement et une excellente cohérence.
- Flexibilité de conception:Avec un accès aux outils et une stratégie appropriés, l'usinage CNC produit des caractéristiques internes complexes telles que des poches profondes et des épaisseurs de paroi variables.
- Modifications de conception sans effort : L'utilisation de l'usinage CNC élimine les problèmes de moules gaspillés et de coûts supplémentaires, car il est tout à fait possible de couper une géométrie aujourd'hui et de concevoir une nouvelle version révisée demain, sans qu'aucun nouvel outillage ne soit requis.
- Couverture matérielle étendue: Le point de fusion n'est plus un problème. Des plastiques souples aux aluminium, acier et alliages de cuivre, CNC gère un large portefeuille de matériaux.
Limites
- Plus lent pour la production de masse: Chaque pièce consomme du temps machine. À mesure que les volumes augmentent, le temps de cycle domine le coût par rapport au moulage.
- Coût unitaire plus élevé à grande échelle:Sans l’effet de levier de l’outillage, les prix par pièce restent plus élevés pour les grosses commandes par rapport aux équivalents moulés sous pression.
- Excès soustractif : Les pièces sont sculptées à partir de blocs solides, ce qui produit des copeaux excessifs et entraîne davantage de déchets, en particulier avec des métaux coûteux comme le titane, qui peuvent être recyclés mais impliquent une énergie, des coûts et une perte potentielle de valeur matérielle supplémentaires.
Qu'est-ce que le moulage sous pression ?
Comment ça marche
Le moulage sous pression est un procédé de fabrication permettant de produire des pièces métalliques massives. Contrairement au moulage au sable traditionnel, il se caractérise par une haute précision d'usinage et une grande réutilisabilité. Le moulage sous pression consiste à injecter du métal en fusion sous haute pression dans un moule en acier réutilisable, appelé matrice. Ce processus commence par la création de la matrice elle-même, dont l'empreinte épouse la forme des pièces moulées souhaitées. Une fois la matrice terminée, le métal en fusion, généralement des alliages non ferreux comme l'aluminium, est extrait. zinc, ou magnésium, y est injecté, remplissant rapidement la cavité du moule et se solidifiant ensuite rapidement. Une fois le métal refroidi, le moule s'ouvre et la pièce nouvellement formée est éjectée.
Ce dans quoi il excelle
- Haut débit:Les temps de cycle mesurés en secondes à minutes font du moulage sous pression une pierre angulaire de la production de masse.
- Géométrie complexe:Des parois minces, des nervures, des bossages et des éléments intégrés sont facilement formés.
- Finition de surface attrayante:Les surfaces moulées sont souvent suffisamment lisses pour réduire le post-traitement ; les revêtements et les peintures adhèrent bien.
- Utilisation efficace des matériaux:Les glissières et les portes peuvent être recyclées, ce qui signifie qu'il y a moins de déchets inhérents que l'usinage à partir de stock solide.
Limites
- Coût d'outillage initial:La conception et la fabrication de matrices en acier nécessitent des capitaux et des délais importants.
- Contraintes matérielles:Les alliages ferreux et les métaux à point de fusion élevé ne sont pas typiques.
- Changement d'ingénierie dur:Les modifications de conception après l'outillage peuvent être coûteuses ; des révisions importantes peuvent nécessiter une refonte de l'outil ou de nouveaux inserts.
Faire le choix : coût et stratégie hybride
Facteurs de coût du moulage sous pression et de l'usinage CNC
Le choix entre l'usinage CNC et le moulage sous pression repose fondamentalement sur un compromis entre l'investissement initial et le coût unitaire à long terme. L'usinage CNC évite des dépenses d'outillage initiales importantes, mais entraîne un coût par pièce plus élevé en raison de son processus plus lent et plus exigeant en main-d'œuvre. Le moulage sous pression, en revanche, nécessite un investissement initial conséquent dans des moules en acier trempé (outillage) pour atteindre un coût marginal par pièce très faible lors d'une production en grande série.
Cette dynamique économique rend le choix fondamentalement explicite. Pour le prototypage, les séries à faible volume ou tout cas où une conception est encore en cours d'affinage, l'usinage CNC est le meilleur choix. Sa flexibilité le rend idéal pour une itération et des tests rapides, en plus d'offrir une sélection plus large de matériaux d'ingénierie.
Une fois la conception finalisée et les volumes de production annuels suffisamment élevés pour justifier le coût initial de l’outillage, le moulage sous pression devient l’option la plus économique. À titre d'exemple, si une pièce CNC coûte $50, tandis que le moulage sous pression nécessite un investissement en outillage de $80 000 pour un coût de pièce de $10, le seuil de rentabilité se situe autour de 2 000 unités. Il convient toutefois de noter qu'il s'agit d'un exemple simple qui exclut de nombreux facteurs, et que les analyses de coûts en conditions réelles sont généralement beaucoup plus complexes.
Envisager une stratégie hybride
Jusqu'à présent, nous avons considéré le moulage et l'usinage comme des techniques distinctes. Cependant, il est tout à fait possible de les combiner.
L'usinage CNC est idéal pour la production de ponts, fournissant des pièces pour les tests de marché ou les premières ventes, pendant la fabrication des moules de moulage sous pression permanents. Une bonne pratique consiste à valider une conception avec des pièces CNC avant d'engager le coût de l'outillage de moulage. De plus, il est courant de soumettre la conception à des tests de marché. pièces moulées sous pression Des procédés de post-usinage et de finition CNC sélectifs permettent d'obtenir des tolérances critiques sur des éléments tels que les surfaces d'étanchéité, les alésages de paliers ou les trous filetés. Cette approche exploite les avantages économiques et géométriques du moulage sous pression pour la pièce principale, tout en utilisant l'usinage CNC pour atteindre la précision requise.
Faire le choix : géométrie, matériaux et contrôle qualité
Considérations géométriques
Chaque procédé offre des avantages distincts pour le façonnage d'une pièce. Le moulage sous pression excelle dans la production de parois fines et uniformes renforcées par des nervures, une géométrie complexe et longue à usiner. Il permet également de former certaines contre-dépouilles grâce à des mouvements latéraux dans le moule, ce qui augmente la complexité et le coût.
À l'inverse, l'usinage CNC gère facilement les épaisseurs de paroi variables et les poches profondes, mais est limité par la portée et le diamètre de l'outil de coupe, ce qui rend difficile l'usinage de parois très fines ou de rayons internes minuscules. Il peut accéder aux contre-dépouilles grâce à des mouvements multiaxes et produit directement des filetages précis et de haute qualité.
Sélection et performance des matériaux
L'usinage CNC offre une flexibilité inégalée en termes de matériaux, permettant de traiter une vaste gamme de métaux, des plastiques et de l'aluminium aux aciers à haute résistance, en passant par les aciers inoxydables et les alliages thermorésistants comme le titane. Il est donc indispensable pour les applications exigeant des propriétés mécaniques spécifiques, une résistance à la corrosion ou une biocompatibilité optimale.
En revanche, le moulage sous pression est spécialisé dans le moulage de métaux pour les matériaux non ferreux, principalement l'aluminium, le zinc et magnésium. Ceux-ci sont sélectionnés pour leur excellente aptitude au moulage, leur fluidité et leur excellent rapport résistance/poids, ce qui les rend idéaux pour les composants légers et à volume élevé.
Contrôle de qualité
En termes de qualité, les deux procédés excellent dans des domaines différents, mais tous deux sont généralement précis et avancés grâce à la science moderne. L'usinage CNC est excellent pour obtenir des tolérances géométriques strictes et des structures complexes directement à partir d'un fichier numérique, ce qui en fait la référence pour les composants de précision. Le moulage sous pression, une fois les paramètres du procédé optimisés et le moule perfectionné, offre une répétabilité pièce à pièce exceptionnelle pour des volumes de production très élevés. Bien que ses tolérances brutes de moulage soient généralement plus larges que celles de la CNC, il produit des formes très uniformes avec un excellent aspect de surface.
Faire un choix : la durabilité
Les aspects souvent négligés dans le calcul des coûts sont la recyclabilité et la durabilité des méthodes de traitement. Du point de vue de la durabilité, les deux procédés utilisent des flux de matériaux recyclables, mais diffèrent par leur production de déchets. La CNC est un procédé soustractif qui génère des copeaux. Bien que ces copeaux soient entièrement recyclables, le procédé implique une perte de matière inhérente, notamment pour les métaux à point de fusion élevé.
Le moulage sous pression est plus économe en matériaux dans son fonctionnement principal, car les canaux d'injection et les carottes (excédents de matière provenant des canaux d'injection) peuvent être refondus et réutilisés directement en fonderie, ce qui permet d'obtenir des taux d'utilisation matière très élevés. Les deux procédés bénéficient grandement de systèmes de recyclage en boucle fermée, contribuant ainsi à une réduction de l'empreinte environnementale globale.
Conclusion
Pour revenir à la question qui nous occupe, vous arriveriez à la conclusion qu’il n’existe pas de gagnant universel, car le moulage sous pression et l’usinage CNC ont leurs propres avantages dans différents domaines de production. Usinage CNC est le choix pour l'agilité, la précision et la production à faible volume, tandis que dmoulage ie excelle dans la fabrication à haut volume et rentable de géométries complexes.
N'oubliez pas de baser votre décision sur le volume de production, la stabilité de la conception et les exigences fonctionnelles. En évaluant soigneusement ces facteurs, vous pourrez choisir en toute confiance le procédé de fabrication le plus efficace et le plus rentable pour votre application.
Questions fréquemment posées
Pour une commande d'un volume moyen de pièces, quel procédé est le plus adapté ?
Bien que nous ayons mentionné à plusieurs reprises les termes « faible volume » et « volume élevé » dans cet article, il ne s'agit jamais de chiffres tirés d'une fourchette fixe. Pour analyser le seuil de rentabilité et trouver la meilleure approche pour répondre à vos besoins, la conception et la complexité des pièces sont des priorités.
Une pièce simple peut être moins chère à usiner par CNC, tandis qu'une pièce complexe justifiera plus rapidement le coût de l'outillage de moulage sous pression. Si vous avez une commande de pièces et que vous avez des doutes, essayez. prendre contact avec des experts industriels, car cela vous fournira des informations plus professionnelles.
Au-delà du recyclage du métal, existe-t-il d’autres facteurs de durabilité à prendre en compte entre ces procédés ?
Oui, la consommation énergétique doit également être prise en compte. L'usinage CNC, notamment pour les métaux durs, peut être très énergivore par pièce, car la machine-outil et les systèmes de refroidissement fonctionnent pendant toute la durée du cycle. Le moulage sous pression représente un coût énergétique initial élevé pour la création du moule et la fusion du métal, mais ses cycles très rapides peuvent permettre de réduire le coût énergétique par pièce en grandes quantités. L'option la plus « verte » dépend fortement du volume de production et du mix énergétique spécifique du fabricant.