L'industrie manufacturière s'appuie sur deux approches pour créer les pièces à partir de matières premières ; additif et soustractif. Ces deux techniques ont leur propre importance en fonction de l'exigence et du matériau de la pièce. La principale différence entre ces deux est associée au fait que le processus implique l'enlèvement de matière ou non pour créer la forme souhaitée à partir de la matière première.
La fabrication soustractive enlève continuellement le matériau de la surface extérieure jusqu'à ce qu'il soit converti en la forme requise. En revanche, l'approche additive crée la forme souhaitée en ajoutant des couches de matériaux.
Cet article couvrira des détails complets sur techniques de fabrication soustractives et additives, leurs avantages, inconvénients, comparaison, et bien d'autres.
Qu'est-ce que la fabrication soustractive ?
C'est la technique de fabrication où les pièces fonctionnelles pour différentes applications sont fabriquées avec enlèvement de matière de la pièce. Le processus d'enlèvement de matière implique l'usinage d'outils et d'équipements, tels que fraises, outils de fraisage, forets, tours, machines CNC, machines EDM, et bien d'autres encore.
Processus de fabrication soustractif
L'approche de fabrication soustractive existe depuis la phase initiale de la civilisation humaine. Au début de l'évolution, les humains ont utilisé cette approche pour créer des outils de chasse, des arts et d'autres objets.
Dans la fabrication moderne, la fabrication soustractive joue un rôle important. Plusieurs appareils, systèmes mécaniques, outils, arts, implants médicaux, pièces aérospatiales, pièces de fusée, systèmes de défense et pièces pour d'autres industries utilisent un processus de fabrication soustractif.
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Types de fabrication soustractive
Il existe plusieurs méthodes d'enlèvement de matière pour générer les pièces. Ces techniques ont leurs propres avantages, inconvénients, choix de matériaux et applications. Passons rapidement en revue chacun d'eux individuellement.
1. Usinage CNC
Machine cnc
L'usinage CNC (Computer Numerical Control) est l'approche de fabrication soustractive largement utilisée pour créer des objets 3D. Depuis son invention en 1950, il est reconnu comme une technologie de fabrication de premier plan (Oyoun, 2020). Il a un rôle important dans la révolution de l'industrie manufacturière. Si nous parlons d'automatisation, la CNC est la technologie de pointe qui peut créer des pièces précises à l'aide de modèles 3D et d'instructions numériques.
Diverses opérations d'usinage CNC suivent l'approche soustractive pour créer des pièces précises à partir de presque tous les matériaux.
- Fraisage CNC
Fraisage CNC traditionnel implique un outil rotatif et une pièce fixe, tandis que les fraiseuses modernes peuvent faire tourner à la fois la pièce et les outils d'usinage. Il enlève le matériau d'une pièce en l'alimentant dans un outil rotatif ou vice-versa. Le mouvement multi-axes de l'outil élimine le matériau et crée la forme exacte selon le modèle 3D téléchargé en dictant le mouvement des outils avec un contrôle par ordinateur.
- Routage CNC
Routage CNC est une autre technique de fabrication soustractive qui enlève le matériau de la pièce pour la manipuler dans la forme souhaitée. La machine de routeur CNC gère l'opération de routage, qui est similaire au fraisage mais entraîne moins de déchets de matériaux et peut produire des conceptions avec plus de précision et de complexité.
- Tournage CNC
Dans le tournage CNC, un outil est introduit dans une pièce cylindrique en rotation. La matière de la surface de la pièce est retirée pendant le processus de tournage et introduite dans l'outil pour produire la géométrie souhaitée. Le tournage CNC implique également le contrôle du processus d'enlèvement avec un logiciel informatique.
2. Méthode de décharge électrique
Cette technique utilise un arc électrique pour couper le matériau de la pièce et lui donner la forme souhaitée. La méthode de décharge électrique peut fonctionner avec des métaux durs. Les machines CNC EDM sont populaires dans l'industrie manufacturière, qui peut couper et graver avec précision le matériau avec un contrôle par ordinateur.
3. Découpe laser
La découpe au laser est le processus de découpe de la pièce avec un faisceau laser de haute intensité. Le faisceau laser frappe la position de coupe et divise la pièce à l'aide d'une chaleur intense. Cependant, il n'est pas seulement applicable pour diviser la pièce. Les faisceaux laser peuvent graver, percer, marquer et souder les matériaux.
4. Découpe au jet d'eau
L'espace découpe au jet d'eau technique consiste à découper en ligne la matière première à l'aide d'un jet d'eau à haute pression. La fondation est l'idée de l'érosion hydrique. L'enlèvement de matière se produit lorsqu'un jet d'eau à grande vitesse entre en contact avec la surface.
Avantages de la fabrication soustractive
La précision est le principal avantage de l'approche de fabrication soustractive ; il permet la création des pièces par enlèvement de matière avec des tolérances aussi faibles que 0.005mm.
Voici les autres avantages clés ;
- Il est compatible avec presque tous les matériaux, métal, alliage, bois, plastique, composite, céramique, etc.
- L'approche soustractive laisse une finition de surface lisse.
- Il s'agit d'un processus rapide et adapté à la production à grand volume.
- La fabrication soustractive peut créer presque toutes les fonctions, trous, gravures, filetages, etc.
- Il est rentable pour la production de masse.
- Il peut créer des formes complexes avec un degré élevé de précision dimensionnelle.
Inconvénients de la fabrication soustractive
Le gaspillage de matière est l'inconvénient fondamental de la fabrication soustractive car elle utilise l'enlèvement de matière pour générer la forme souhaitée.
Voici les autres principaux inconvénients ;
- Il est impossible de contrôler la densité du matériau, qui dépend entièrement de la composition de la matière première (George Belgiu, 2021).
- Coût d'installation élevé car il nécessite des configurations d'équipement différentes pour chaque opération.
- It peut être désordonné car il peut y avoir plusieurs étapes pour créer une forme.
Qu'est-ce que la fabrication additive ?
L'approche de fabrication additive consiste à créer un objet 3D en ajoutant ou en joignant le matériau, le matériau pouvant être sous forme de poudre, de couche, de fil, de feuille ou de liquide.
Processus d'impression 3D
Il s'agit également d'un processus de fabrication efficace qui existe depuis des siècles. À l'aube de la civilisation, la fabrication additive a été utilisée pour créer divers produits de boue.
Il s'est développé en une procédure automatisée connue sous le nom d'impression 3D dans la fabrication moderne. Il est compatible avec une vaste gamme d'options de matériaux dans le scénario actuel, telles que le métal, les alliages, les thermoplastiques, les composites et bien d'autres. Différentes industries telles que l'automobile, le pétrole, le gaz et l'énergie utilisent cette technique pour créer les pièces et les équipements.
Types de fabrication additive
Techniques de fabrication additive
Comme l'approche de fabrication soustractive, elle dispose également de diverses techniques distinctes pour créer l'objet 3D en ajoutant des matériaux de différentes formes.
1. Dépôt d'énergie dirigée (DED)
Il utilise du fil métallique ou de la poudre comme matière première et se lie pour créer des pièces et des produits fonctionnels. La poudre ou le fil est fondu par une forme d'énergie différente (le laser est typique) et soumis à une plate-forme de construction en phase fondue. Ensuite, la solidification crée la forme souhaitée.
2. Jet de liant
La technique de Binder Jetting utilise la matière première (métaux, sable et céramique) sous forme granulaire. La structure granulaire de la matière première est soumise à un lit de poudre, où elle forme la forme requise par adhésion ou dépôt répétitif.
3. Méthode d'extrusion
Ce processus utilise la forme fondue du matériau pour créer les pièces. Il utilise l'imprimante, ce qui implique l'adhésion de plusieurs couches. Généralement, la matière première sous forme de fil est soumise à une buse, où la pointe de la buse fait fondre le matériau et passe à la plate-forme de construction.
4. Autres méthodes
Il existe plusieurs autres méthodes de fabrication additive : laminage de feuilles, fusion sur lit de poudre, photopolymérisation VAT, projection de matière, etc.
Avantages de la fabrication additive
Étant donné que la fabrication additive consiste à ajouter de la matière au lieu de la retirer pour créer la géométrie, le gaspillage de matière est l'avantage fondamental. Il ne gaspille pas la matière première suite à la cure.
Voici les autres avantages clés ;
- C'est un processus rapide de la conception à la création de pièces physiques.
- La création de formes complexes est possible avec une approche de fabrication additive et offre une flexibilité de conception.
- Il est rentable lorsqu'il s'agit de développement rapide de prototypes
- La répétabilité peut être obtenue plus efficacement avec la méthode de fabrication additive.
- Il conserve la cohérence dimensionnelle dans la production à grand volume.
- La densité du matériau peut être contrôlée facilement.
- Il est plus respectueux de l'environnement en raison du gaspillage de matière négligeable.
L'inconvénient de la fabrication additive
- La fabrication additive se traduit par un mauvais état de surface.
- Il n'est pas adapté à la production de masse.
- Il y a moins d'options de matériaux pour la fabrication additive.
- Cela peut entraîner la dégradation des propriétés mécaniques et physiques.
Comparaison basée sur différents aspects
Le choix de l'approche de fabrication pour votre projet peut être délicat car les deux méthodes présentent des avantages et des inconvénients différents. Alors, comparons-les en fonction de divers aspects.
| Critères de comparaison | Approche soustractive | Approche additive |
| Option matérielle | Presque tous les matériaux, métaux, alliages, composites, plastiques, bois, composites, céramiques, etc. | Moins d'options matérielles, métal, alliages, thermoplastiques et quelques composites. |
| Précision | Plus précis, les tolérances sont aussi faibles que 0.025 mm. | Moins précises, les tolérances sont aussi faibles que 0.1 mm. |
| Gaspillage de matériel | Bien que les déchets puissent être recyclés dans la majorité des cas, plus de déchets de matériaux | Perte de matière négligeable |
| délai de livraison | Processus rapide | Moins de temps d'exécution que soustractif pour le développement de prototypes |
| Production de masse | Rentable pour la production de masse | Moins rentable que l'approche soustractive |
| Automatisation | Plus d'automatisation | Moins d'automatisation |
| Taille de la pièce | Convient aux petites comme aux grandes tailles | Convient |
| Flexibilité de conception | Moins de flexibilité de conception | Plus de flexibilité de conception |
| Environnemental Effets | Moins respectueux de l'environnement | Plus respectueux de l'environnement. Cependant, cela peut impliquer l'émission de gaz toxiques selon le type de matériau. |
| Les coûts d'installation | Élevée | Faible |
| Complexité | Plus complexe | Moins complexe |
| État de surface | Plus de qualité | Moins de qualité et nécessite un post-traitement dans la majorité des cas. |
Conclusion
Les procédés de fabrication soustractifs et additifs sont deux méthodes importantes dans l'industrie manufacturière. Ces deux approches ont leurs propres avantages et inconvénients dans des circonstances différentes. Cependant, la soustraction est plus fiable car elle est plus évoluée, précise, rentable et applicable à diverses industries.
ProleanTech propose des services de fabrication soustractive dédiés et précis, y compris Usinage CNC, découpe au laser, découpe au jet d'eau, Coupe de fil et Usinage par décharge électrique. Nous disposons de technologies de pointe et d'ingénieurs experts pour répondre à vos attentes. Alors, envoyez-nous votre conception et obtenez les pièces en quelques jours à votre porte.
Les Questions
Quelle méthode est la plus populaire soustractive ou additive ?
La fabrication soustractive est plus populaire que la fabrication additive. La technologie additive étant encore en développement, la soustractive est la technique la plus évoluée. Il est préférable d'utiliser une approche soustractive. Cependant, le développement de prototypes de certains thermoplastiques peut être plus efficace avec des additifs.
Quelles sont les techniques de fabrication soustractives standard ?
L'usinage CNC, la découpe laser, la découpe au jet d'eau, l'usinage par décharge électrique et la coupe au fil sont des techniques de fabrication soustractives standard.
Quel est le plus précis et le moins cher ?
La méthode soustractive est plus précise et plus économique. Il peut maintenir une tolérance aussi faible que 0.025 mm.
Bibliographie
- George Belgiu, CT (2021). Sélection de la technologie de fabrication soustractive par rapport à la technologie de fabrication additive pour le prototypage rapide d'un produit polymère. ResearchGate.
- En ligneOyoun, L. (2020). Commande numérique par ordinateur. ResearchGate.
Merci pour ce comparatif complet, montre clairement les différences !