Prototypage par fraisage CNC : tout ce que vous devez savoir

Le prototypage par fraisage CNC transforme rapidement les conceptions CAO en prototypes précis, permettant une détection et une correction précoces des défauts de conception avant la production en série.

Prototypage de fraisage CNC est un optimal fabrication à la demande Procédé de création de prototypes en peu de temps. Il est largement utilisé lorsque la production est à petite échelle pour produire un modèle tangible et visuellement attrayant du produit final. Par conséquent, le fraisage CNC peut être défini comme la technique permettant de concrétiser une conception issue d'un programme de conception assistée par ordinateur. Le prototypage par fraisage CNC permet aux fabricants d'identifier les problèmes susceptibles de survenir lors de la conception et de les résoudre avant de passer à la production réelle.

Pourquoi le prototypage par fraisage CNC est-il un processus important ?

Fraisage CNC de précision

Le fraisage CNC est largement appliqué dans prototypage rapide car il est précis. La précision est obtenue grâce à l'application d'un mouvement contrôlé par ordinateur de la pièce et de l'outil de coupe. Ces contrôles avancés vérifient votre conception de toutes les manières possibles pour garantir que le prototype est aussi proche que possible du produit réel. De plus, le fraisage est un processus rapide. Un autre avantage de l'usinage de prototypes CNC par rapport à d'autres techniques comme le moulage par injection est qu'il ne faut pas des mois pour préparer les moules comme c'est le cas avec le moulage par injection. Cela commence par la création du modèle de conception assistée par ordinateur tridimensionnel du produit. Ce modèle est ensuite converti en fichiers FAO qui contiennent le code G à l'aide duquel la machine CNC est contrôlée.

Limites du prototypage par fraisage CNC

Cependant, le fraisage CNC présente certains inconvénients, comme suit :  

Contraintes géométriques : 

Les fraiseuses CNC fonctionnent depuis l'extérieur et sont donc limitées au type de formes internes qu'elles peuvent créer. D'autres sont des machines de fabrication additive qui construisent une pièce de l'intérieur vers l'extérieur et sont plus adaptées aux géométries complexes. 

Processus soustractif : 

Le fraisage CNC est un type de fabrication soustractive car il implique l'élimination de matière pour obtenir le produit final. Cela peut conduire à une utilisation de matière plus importante que dans les processus additifs où les produits sont construits en couches ou par superposition. Ainsi, le fraisage CNC peut être plus coûteux en termes de matériau utilisé. 

Facteurs de coût : 

Par rapport à l'impression 3D, le prototypage rapide par fraisage CNC est relativement plus coûteux en raison du coût élevé des matériaux utilisés. Cependant, de ce fait, le coût supplémentaire est justifié car la précision est plus élevée et la variété des matériaux pouvant être utilisés est plus large. Cependant, l'impression 3D est limitée à des matériaux moins chers tels que le PLA qui peuvent ne pas répondre à tous les besoins de prototypage. 

Expertise technique requise : 

Construction prototypage rapide CNC Le fraisage requiert des compétences techniques dans la conception de fichiers CAO et l'utilisation de machines CNC. Toutes ces compétences sont pertinentes et peuvent être utiles lors du prototypage.

Pourquoi le fraisage CNC est-il adapté au prototypage ?

Pièces prototypes usinées CNC

Le fraisage CNC est la meilleure option pour le prototypage pour plusieurs raisons. Tout d'abord, il est précis et précis à un niveau très élevé dans la production de ses résultats. Cela est rendu possible par l'application de commandes informatiques qui contrôlent le mouvement de la pièce et de l'outil de fraisage. Ces commandes se concentrent sur tous les aspects de votre conception et vérifient si le prototype correspond au produit final. 

L'autre avantage de l'utilisation du fraisage CNC dans le prototypage est qu'il est rapide. Cela diffère d'autres processus comme le moulage par injection, où la préparation des moules et les tolérances peuvent prendre plusieurs mois. 

Le fraisage CNC implique l'utilisation d'un modèle CAO 3D du produit qui est converti en fichiers FAO. Ces fichiers sont les fichiers G Code qui sont utilisés dans le processus de prototypage de la conception par la fraiseuse CNC.

Opérations de prototypage par fraisage CNC

Voici la classification des opérations de prototypage par fraisage CNC : 

Le fraisage CNC comporte plusieurs opérations pour réaliser des prototypes, et le type d'opération à utiliser dépend de facteurs tels que la complexité de la conception et le type de matériau à utiliser.

Fraisage

Fraisage CNC

Le fraisage CNC consiste à utiliser une fraiseuse pour prototyper des pièces après avoir découpé une pièce. Il s'agit d'un processus d'enlèvement de matière où les outils de coupe sont multipoints et coupent la pièce sous plusieurs formes et tailles en un seul tour. Le degré de complexité de la conception détermine la profondeur du type de coupes à effectuer et le nombre d'axes de la fraiseuse. Dans les opérations plus complexes, les fraiseuses peuvent ajouter plus d'axes à l'opération pour augmenter la précision et la polyvalence de la coupe.

Tournage CNC

Pièces de tournage CNC

Le tournage est principalement réalisé sur des tours mais il peut également être réalisé sur certaines fraiseuses à commande numérique. Dans cette opération, la pièce est amenée à tourner tandis que l'outil de coupe reste fixe et que le matériau est découpé pour obtenir des formes cylindriques. Ce procédé est particulièrement utile pour créer des détails fins et des structures monocouches sur l'extérieur et l'intérieur de la peau d'un prototype.

Fraisage multi-axes

Fraisage CNC multi-axes

Le fraisage multi-axes est une opération qui peut être effectuée sur plusieurs axes et qui convient à la fabrication de prototypes de formes complexes. Les fraiseuses CNC peuvent être de différents types en fonction du nombre d'axes qu'elles peuvent exploiter ; il peut s'agir de 4 axes, 5 axes, 6 axes et jusqu'à 9 axes. Plus la machine possède d'axes, mieux elle peut produire des formes complexes et de faibles tolérances sur la pièce.

Comment évaluer les besoins en prototypage par fraisage CNC ?

Déterminer quand utiliser le fraisage CNC pour le prototypage implique de prendre en compte plusieurs facteurs clés : 

• Dimensions La taille du prototype détermine le type de bloc de matériau ou de stock à utiliser et la fraiseuse CNC appropriée à utiliser. Assurez-vous que la machine peut s'adapter facilement à la taille du prototype à produire. 

• Matière: Le coût du matériau est un autre aspect à prendre en compte lors du choix du matériau à utiliser. Cependant, le fraisage CNC ne se limite pas à l'utilisation de matériaux coûteux comme l'ABS, tandis que le métal comme l'acier inoxydable est encore plus cher. Parmi les métaux, prototypage en aluminium est relativement peu coûteux et offre des pièces aux performances exceptionnelles pour divers secteurs.

• Options de finition: Choisissez les options de finition de la pièce. Vous pouvez la laisser dans son état usiné ou la grenailler, l'anodiser ou la plaquer. Le type de finition à utiliser déterminera la valeur esthétique et la facilité d'utilisation du prototype. 

• Complexité: Le niveau de détail de la conception détermine le temps nécessaire à l'usinage CNC. Des éléments supplémentaires tels que des trous filetés ou des motifs gravés prendraient plus de temps à usiner et pourraient nécessiter des machines plus complexes avec plus d'axes, ce qui serait coûteux. 

• Tolérance (précision) : Des exigences de tolérance plus élevées rendent le processus plus précis, ce qui est généralement plus long et plus coûteux que le processus de prototypage général. Avant d'aller plus loin, évaluez le niveau de précision qui sera requis dans le projet. 

• Type de fraiseuse CNC : Les fraiseuses sont plus polyvalentes que les tours CNC, mais elles sont généralement plus coûteuses. Cependant, le fraisage est plus polyvalent en termes de flexibilité, en particulier pour les conceptions complexes, c'est pourquoi il est largement utilisé pour la plupart des prototypes.
• Quantité: Le nombre de prototypes influe également sur le coût, car plus il y a de prototypes nécessaires, plus le coût est élevé. La fabrication de plusieurs pièces peut être moins coûteuse à l'unité en raison du principe d'échelle. Le temps de mise en place est réparti sur un plus grand nombre d'unités et, par conséquent, la production d'un plus grand nombre d'articles est plus économique.

Avantages du fraisage CNC pour les prototypes

Lorsqu'on envisage le fraisage CNC pour la création de prototypes, plusieurs avantages clés en font un choix privilégié : Lorsqu'on envisage le fraisage CNC pour la création de prototypes, plusieurs avantages clés en font un choix privilégié : 

1. Haute précision et précision

Le fraisage CNC permet d'obtenir des prototypes précis et exacts. Cela se fait grâce à l'utilisation d'un contrôle informatique des outils de coupe puisqu'ils ne peuvent se déplacer que dans une dimension précise. La plupart du temps, les erreurs présentes dans le prototype sont dues à des défauts de conception et non à l'usinage. 

2. Rentable 

Le fraisage CNC est moins cher, notamment dans le cas de la création de prototypes en petites séries. Ces petites séries sont utiles dans la mesure où elles permettent au fabricant d'examiner physiquement et pratiquement le produit avant de passer à la production en série. Si des imperfections sont constatées à ce stade, il est relativement peu coûteux de les corriger par rapport à la production en série. 

3. Cohérence et répétabilité 

Le fraisage CNC est un procédé très précis et cela implique que si le même procédé et la même conception sont utilisés, les prototypes développés seront très similaires. Cette cohérence permet d'avoir un prototype aussi proche que possible de la conception d'origine, contrairement à l'utilisation du moulage par injection où les moules peuvent s'user et provoquer de légères modifications de la conception. 

4. Polyvalence des matériaux 

Le fraisage CNC est unique car il peut fonctionner avec différents matériaux. Contrairement à des procédés tels que l'impression 3D ou le moulage par injection, qui sont plutôt limités en termes de matériaux disponibles, le fraisage CNC peut s'adapter à presque tous les matériaux. Il s'agit de matériaux tels que l'ABS, le Téflon, le polycarbonate, l'aluminium, l'acier, le titane et le laiton, entre autres. 

5. Processus qui fait gagner du temps 

Le fraisage CNC est un processus qui permet de gagner du temps. Contrairement à d'autres méthodes, il ne nécessite pas la création de moules ; il est donc plus facile et plus rapide de développer des prototypes. De plus, les modifications de conception sont faciles car elles peuvent être apportées aux fichiers CAO et FAO et le prototype peut être facilement réusiné sans perdre beaucoup de temps.

Préparation de modèles CAO de qualité pour l'usinage de prototypes par fraisage CNC

La précision d'un prototype usiné par CNC dépend du modèle CAO utilisé. Ces conceptions donnent des détails sur l'apparence de la pièce et les dimensions nécessaires à la fabrication. Par conséquent, des modèles précis sont nécessaires pour des pièces précises. Voici quelques conseils pour préparer des modèles CAO efficaces : Voici quelques conseils pour préparer des modèles CAO efficaces :  

1. Élaborer et respecter une liste de contrôle appropriée 

Tout d'abord, dressez la liste des aspects et des fonctionnalités de conception qui doivent être inclus dans le prototype. Il est toujours plus facile d'intégrer toutes les fonctionnalités requises lors de la conception d'un fichier CAO que lorsque le fichier a déjà été créé. 

2. Finalisation de l'épaisseur de la paroi 

Lors de la création de vos dessins CAO, veillez à bien respecter l'épaisseur des parois. Les parois fines ne sont pas non plus souhaitables car elles fragilisent l'intégrité mécanique des pièces qui sont fraisées par les machines CNC. Pour les pièces métalliques, il est nécessaire de maintenir une épaisseur minimale des parois. Celle-ci est généralement préférée à 8 millimètres. Pour les pièces en plastique, une épaisseur supérieure à 1 millimètre est conseillée. 

3. Optimisation des éléments de conception 

Les caractéristiques de conception telles que les cavités et les trous doivent être conçues de manière à améliorer le fraisage CNC. Par exemple, dans une opération de fraisage en bout, la profondeur maximale pouvant être atteinte est normalement égale à trois fois le diamètre de l'outil. Il est donc nécessaire de définir correctement les diamètres des cavités et de les limiter en fonction du potentiel de l'outil.  

4. Conception assistée par ordinateur (CAO) 

Le type de logiciel de CAO utilisé pour la création du prototype peut grandement affecter la qualité du prototype produit. Selon le type de travail, différentes industries peuvent utiliser différents outils de CAO, il faut donc choisir le programme le plus adapté. Par exemple, le type de logiciel de CAO qui est utile en génie mécanique ne sera pas utile en architecture et vice versa. Sélectionnez le programme de CAO qui répond aux besoins du prototype que vous avez l'intention de créer. 

5. Simplification des dessins 

La CAO permet de concevoir un prototype de plusieurs manières mais il est conseillé de minimiser la complexité de la conception pour minimiser le nombre d'opérations nécessaires au processus d'usinage. Si vous avez affaire à des composants complexes, essayez de diviser la conception en plusieurs parties qui seront assemblées plus tard, elles seront plus faciles à usiner.

Utilisations du prototypage par fraisage CNC dans divers domaines

Le prototypage par fraisage CNC est essentiel dans presque tous les secteurs qui nécessitent des prototypes fonctionnels et précis. Voici comment différents secteurs utilisent le fraisage CNC pour leurs besoins de prototypage : 

Industrie médicale 

Le secteur médical, en particulier, ne peut se permettre une seule erreur. Le fraisage CNC est utilisé dans la production de prototypes précis d'équipements médicaux pour garantir qu'ils ressemblent en tous points au produit final. Des objets tels que des prothèses orthopédiques, des boîtiers, des implants et des pièces d'IRM sont créés à l'aide du fraisage CNC pour garantir qu'ils fonctionnent comme prévu, réduisant ainsi le niveau de tolérance.  

Industrie automobile 

Le fraisage CNC est utilisé par les constructeurs automobiles pour créer des modèles de nouvelles pièces automobiles. Ces prototypes doivent être précis pour être intégrés à la conception finale. Le fraisage CNC est également utilisé dans le développement de prototypes d'autres industries de transport telles que les industries navales et de camionnage pour garantir que chaque pièce est conforme aux normes avant la production en série. 

Industrie aérospaciale 

Le fraisage CNC est largement utilisé dans l'industrie aérospatiale pour le prototypage en raison des niveaux élevés de précision requis. Parmi les exemples d'éléments fraisés figurent les orifices du train d'atterrissage, les bagues et le profil aérodynamique, où des prototypes sont produits pour permettre le test de fonctionnalité et d'endurance. Ce processus est utile pour éviter toute erreur qui pourrait être fatale ou nuire aux performances d'un avion réel. 

Industrie militaire et de défense 

Dans les secteurs militaire et de la défense, le fraisage CNC est utilisé dans la fabrication de prototypes de munitions, de véhicules et d'équipements de communication. Ces prototypes sont très importants car ils servent à tester et à peaufiner certaines pièces avant leur production en série, étant donné que les domaines en question exigent des niveaux de précision élevés.

Prototypes de fraisage CNC vs. prototypes de moulage par injection 

Différencions les techniques de prototypage par fraisage CNC et par moulage par injection.

Tolérance des pièces 

Le fraisage CNC est plus précis que le fraisage conventionnel, avec des tolérances généralement comprises entre ±0.01 mm. Cette grande précision est due au fait que les systèmes de contrôle sont bien développés et que les outils utilisés sont de très haute qualité. Cependant, les prototypes créés à l'aide du moulage par injection ont un niveau de tolérance de ±0 à 1 mm. Cette variation est due au fait que le matériau utilisé dans le processus rétrécit pendant la période de refroidissement du processus. 

Matériel prototype 

Le moulage par injection concerne principalement les plastiques et les élastomères. Cela comprend le placement des moules, puis le coulage du matériau fondu sur les moules. Le fraisage CNC, quant à lui, peut fonctionner sur tous les types de matériaux utilisés dans les industries. Par rapport à d'autres matériaux utilisés dans la fabrication de prototypes, Prolean Tech peut être appliqué aux métaux, aux plastiques et même au bois, ce qui le rend plus polyvalent pour répondre aux différentes exigences des prototypes. 

Qualité de surface 

Certains des défauts de surface visibles sur les pièces moulées par injection sont des marques de gauchissement et des lignes d'écoulement. Ces imperfections sont visibles non seulement sur l'aspect extérieur du prototype, mais aussi sur le travail du prototype. En général, la finition de surface de la pièce produite par fraisage CNC est plus lisse que celle du fraisage conventionnel. Le type d'outils utilisés dans le processus de fraisage utilisé dans Prolean Tech est plus efficace que la plupart des autres types de processus de fraisage.

Similitudes entre les prototypes de fraisage CNC et les prototypes d'impression 3D par Prolean Tech

Consommation matérielle 

L'impression 3D est économique en termes de matériaux, car ceux-ci ne sont utilisés que pour la création de l'objet. Elle les construit de A à Z et utilise uniquement ce qui est nécessaire pour construire le niveau suivant de la structure. En revanche, dans le fraisage CNC, le matériau est découpé à partir d'un bloc de matériau, ce qui entraîne davantage de déchets. Cela fait de l'impression 3D une option plus durable pour les petits prototypes par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles. 

Coût du prototypage 

Par rapport à l'impression 3D, le fraisage CNC est légèrement plus cher. Cela est dû au fait qu'il nécessite divers outils et qu'il faut investir beaucoup dans les machines CNC. Néanmoins, l'impression 3D est moins chère en termes de configuration et de matériaux, elle est donc plus adaptée aux petites quantités ou à un seul prototype. 

Matériaux pris en charge 

Le fraisage CNC est flexible et peut être utilisé sur une variété de matériaux, notamment les métaux et les plastiques. Prolean Tech fournit des services de fraisage et, grâce à sa flexibilité, l'entreprise peut traiter tout type de matériau. L'impression 3D fonctionne principalement avec des thermoplastiques et se déplace progressivement vers les métaux à l'aide de technologies modernes. Cependant, elle présente certains inconvénients par rapport au fraisage CNC. 

Tolérance et ténacité des pièces 

Le fraisage CNC présente également les avantages suivants : une grande précision de ± 0 mm, ce qui permet d'obtenir des prototypes de taille appropriée et réutilisables plus longtemps. Par exemple, certaines technologies telles que le frittage laser direct de métal (DMLS) ont des tolérances allant jusqu'à ± 01 mm. Le DMLS est précis, mais pas aussi précis ni aussi puissant que le fraisage CNC. Les pièces fraisées CNC sont généralement plus dures, ce qui est souhaitable pour les applications susceptibles d'exercer une force importante.

Services de fraisage CNC Prolean Tech pour une fabrication de prototypes à un rythme plus rapide

Prolean Tech est un prototypage rapide chine entreprise qui s'occupe de services de fraisage CNC et qui est sur le marché depuis plus de vingt ans. Ils utilisent la technologie actuelle dans leur production pour garantir une haute précision de la phase de développement à la phase de production. L'expérience est l'assurance de développer des prototypes de haute qualité qui répondent à certaines caractéristiques lorsqu'il s'agit de Prolean Tech. Pour profiter du meilleur service de prototypes CNC, veuillez télécharger vos fichiers CAO aujourd'hui pour obtenir un rapport DfM et un devis détaillé.

Questions fréquentes

Q1. Quels sont les matériaux utilisés dans le fraisage CNC des prototypes ? 

Les matériaux suivants peuvent être utilisés dans la fabrication de prototypes de fraisage CNC : aluminium, acier inoxydable et laiton. Ils peuvent également être fabriqués à partir de plastiques tels que l'ABS, le nylon polycarbonate et le bois. 

Q2. Existe-t-il une meilleure façon de réaliser un prototype que le fraisage CNC ? 

Le fraisage CNC est particulièrement avantageux lorsqu'il est utilisé pour fabriquer des prototypes rigides et précis. Cependant, le meilleur choix dépend du besoin en matière de matériau, du besoin en structure requise et du projet disponible. Selon ces critères, il peut y avoir d'autres procédés qui peuvent être plus appropriés, par exemple l'impression 3D ou le moulage par injection. 

Q3. Facteurs qui affectent le coût du fraisage CNC ?

Le coût du fraisage CNC dépend de la conception de la pièce, de la tolérance et du matériau utilisé dans le processus de fraisage, du type de machine CNC à utiliser et du type de finition de surface requis sur la pièce.