Dans le développement de l’industrie moderne, les progrès dans Technologie d'usinage ont donné naissance à de nombreuses idées et avancées technologiques. On est passé de la fabrication soustractive traditionnelle, comme le fraisage et le tournage, à la fabrication additive, également appelée « fabrication additive ». Impression 3DChaque méthode présente des avantages et des utilisations spécifiques. Les entreprises doivent comprendre la différence entre la fabrication additive et la fabrication soustractive. C'est essentiel pour choisir la technologie la plus adaptée. Dans cet article, nous aborderons les caractéristiques, les avantages, les inconvénients et les utilisations de ces deux méthodes. Cela vous aidera à choisir la technologie la plus adaptée aux différents produits et aux conditions de fabrication modernes.
Ou peut-être souhaitez-vous continuer à approfondir la différence entre l'impression CNC et l'impression 3D. Je vous suggère de consulter le différence entre l'usinage CNC et l'impression 3D SLS pour des perspectives plus spécialisées.
Table des matières
Qu'est-ce que la fabrication additive ?
La fabrication additive est une méthode de production de haute technologie. Elle permet de fabriquer des objets 3D en ajoutant de la matière couche par couche. Contrairement à la fabrication soustractive traditionnelle, la fabrication additive ne nécessite pas d'outils de coupe pour retirer de la matière. Elle « imprime » des pièces solides à partir de fichiers de conception numériques. Cette approche améliore considérablement la flexibilité de conception et permet de produire des pièces de formes complexes. Elle réduit également le gaspillage de matière et raccourcit les cycles de production.
Principales technologies
Projection de liant : Le jet de liant est une technologie d'impression 3D. Il crée des objets couche par couche en pulvérisant de la colle liquide sur un matériau en poudre. Cette méthode peut être utilisée pour les métaux, le sable, les plastiques et la céramique. Rapide et peu coûteuse, elle est populaire pour la fabrication de modèles et de moules.
Dépôt d'énergie dirigé (DED) : Le dépôt d'énergie dirigée crée des objets par fusion de poudre ou de fil métallique. Il est principalement utilisé pour réparer ou améliorer des pièces métalliques existantes. On retrouve cette technique dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et l'énergie.
Extrusion de matériaux : Cette méthode, également connue sous le nom de dépôt de filament fondu (FDM), crée des objets couche par couche en chauffant et en extrudant de longs filaments de plastique. C'est l'une des techniques d'impression 3D les plus courantes pour les plastiques tels que le PLA, l'ABS et le PETG.
Projection de matière : Le jet de matière permet de créer des objets fins en pulvérisant et en durcissant des matériaux liquides comme la résine, couche par couche. Il est idéal pour la production de pièces de différents matériaux et couleurs, par exemple pour la conception de bijoux, de modèles médicaux et de prototypes de produits.
Fusion sur lit de poudre (PBF) : Les techniques de fusion sur lit de poudre incluent des technologies telles que la fusion sélective par laser (SLM) et la fusion par faisceau d'électrons (EBM). Ces méthodes utilisent un faisceau lumineux à haute énergie pour faire fondre le matériau couche par couche sur un lit de poudre afin de créer des pièces métalliques ou plastiques résistantes. La fusion par lit de poudre est donc parfaitement adaptée à la fabrication de composants de haute précision et de haute résistance.
Laminage des feuilles : Le laminage de feuilles permet de créer des objets en découpant et en collant de fines couches de matériaux tels que le papier, le plastique ou le métal. C'est une méthode économique pour fabriquer des modèles, des moules et des outils de grande taille.
Cuves de photopolymérisation (photopolymérisation VAT) : Cette méthode comprend la stéréolithographie (SLA) et le traitement numérique de la lumière (DLP). Elle utilise la lumière pour durcir la résine liquide couche par couche. Elle permet de produire des pièces de très grande précision, comme par exemple des équipements dentaires, des modèles médicaux et des prototypes de produits de consommation complexes.
Avantages de la fabrication additive
- Flexibilité de conception : La fabrication additive peut créer des formes complexes et des structures internes sans nécessiter d’étapes supplémentaires.
- Utilisation élevée des matériaux : Contrairement à la fabrication traditionnelle, la fabrication additive ne produit quasiment aucun déchet de matière, car elle utilise uniquement la matière nécessaire.
- Prototypage rapide : La capacité de passer rapidement de la conception au produit fini accélère considérablement le développement.
- Fabrication sur mesure : La fabrication additive est idéale pour créer des produits personnalisés et sur mesure pour répondre aux besoins spécifiques des clients.
Limites de la fabrication additive
- Vitesses de production lentesLa fabrication additive est une construction couche par couche. Elle est donc plus lente que la production de masse traditionnelle.
- Sélection de matériaux limitée : Tous les matériaux ne sont pas adaptés à la fabrication additive, notamment certains alliages et composites hautes performances.
- Qualité de surface et précision : Certaines pièces produites par fabrication additive peuvent nécessiter un traitement ultérieur. C'est ainsi qu'elles atteignent la qualité de surface et la précision dimensionnelle requises.
- Coûts plus élevés : En particulier dans la fabrication additive de métaux, les coûts des équipements et des matériaux sont élevés, ce qui la rend adaptée aux petites séries de production.
Quand utiliser la fabrication additive ?
- Prototypage : Aux premiers stades du développement du produit pour une conception et des tests itératifs rapides.
- Pièces complexes : Pour les géométries complexes qui ne peuvent pas être produites par des procédés traditionnels ou qui sont très coûteuses à produire.
- Production à faible volume : Pour la production de produits personnalisés ou en édition limitée tels que des implants médicaux et des pièces aérospatiales.
- Conception légère : La fabrication additive est utilisée pour créer des structures légères où une réduction de poids et des performances optimisées sont nécessaires.
Qu'est-ce que la fabrication soustractive ?
La fabrication soustractive est un procédé de production traditionnel. Il consiste à prélever une partie de la matière première pour obtenir la pièce ou le produit souhaité. Ce procédé implique généralement plusieurs types de découpe, notamment : fraisage, tournant, forage et affûtageIls sont conçus pour retirer avec précision la matière d'un bloc solide afin de créer une forme et une taille spécifiques.
Principales technologies
Abrasion (usinage abrasif) : La technologie d'abrasion utilise des meules ou d'autres abrasifs pour découper la surface d'une pièce afin d'obtenir des dimensions et un fini de surface précis. Les méthodes abrasives courantes comprennent la rectification plane, la rectification cylindrique et la rectification sans centre. Cette technologie est adaptée aux matériaux durs tels que les métaux, la céramique et le verre. Elle est donc largement utilisée pour la fabrication de pièces et d'outils de haute précision.
Centres d'usinage CNC : Les centres d'usinage CNC (commande numérique par ordinateur) réalisent des usinages multiaxes avec des outils de coupe commandés par ordinateur (fraises, forets, etc.). La technologie CNC permet de réaliser divers processus tels que le tournage, le fraisage, le perçage, le taraudage, etc., et convient à la quasi-totalité des matériaux métalliques et plastiques. Ses avantages sont une grande précision d'usinage, un haut degré d'automatisation et une aptitude à la production en série de pièces complexes.
Usinage par décharge électrique (EDM) : L'usinage par électroérosion (EDM) permet de fondre et d'évaporer localement le matériau grâce à la température et à la pression élevées générées par la décharge, créant ainsi des formes complexes et des surfaces fines. L'EDM est particulièrement adapté à l'usinage de matériaux durs et difficiles à usiner, comme les alliages durs et les aciers trempés. Il est donc souvent utilisé dans la fabrication de moules et l'usinage de pièces de précision.
Découpe laser : La découpe laser utilise un faisceau laser haute puissance pour faire fondre ou vaporiser le matériau et ainsi obtenir une découpe précise. Cette technologie est adaptée à une large gamme de matériaux, notamment le métal, le plastique, le bois et les textiles. Elle permet de découper des formes complexes avec une grande précision. La découpe laser est largement utilisée dans l'usinage de la tôle, la fabrication d'enseignes publicitaires et la fabrication d'équipements médicaux.
Découpe au jet d'eau : La découpe au jet d'eau utilise un jet d'eau haute pression (parfois additionné d'abrasifs) pour découper les matériaux. De ce fait, elle ne génère pas de chaleur et évite la déformation des matériaux. Elle convient à la découpe de matériaux tels que le métal, le verre, la céramique et les matériaux composites. Elle est également particulièrement adaptée au traitement des matériaux thermosensibles et des matériaux de mise en forme. La découpe au jet d'eau est couramment utilisée dans l'aéronautique, l'automobile et la construction.
Avantages de la fabrication soustractive
- Haute précision et qualité de surface : Grâce à un usinage de précision, la fabrication soustractive peut atteindre une précision dimensionnelle et une finition de surface extrêmement élevées.
- Large gamme de matériaux : Presque tous les matériaux solides peuvent être traités par fabrication soustractive, y compris les métaux, les plastiques, le bois et les composites.
- Technologie de traitement mature : La technologie de fabrication à matériaux réduits est bien établie pour la production industrielle à grande échelle et est prise en charge par une large gamme d'outils et d'équipements.
- Utilisation efficace des matériaux : les déchets de matériaux peuvent être efficacement réduits en optimisant les trajectoires de coupe et les paramètres d'usinage.
Limites de la fabrication à matériaux réduits
- Déchets matériels : En raison de l'usinage par enlèvement de matière, les déchets de matière sont importants, en particulier lors de l'usinage de formes complexes.
- Délai de traitement plus long : Pour les pièces complexes, le temps de traitement de la fabrication soustractive est plus long, notamment dans le cas d'exigences de haute précision.
- Coût élevé de l'équipement : Les équipements CNC haut de gamme, les machines-outils EDM et les équipements de découpe laser sont chers et l'investissement initial est important.
- Limitations de conception du traitement : Dans la fabrication soustractive, certaines structures internes complexes sont difficiles à traiter directement, nécessitant plusieurs processus ou des outillages spéciaux.
Quand utiliser la fabrication soustractive ?
- Pièces de haute précision : Traitement de pièces nécessitant une précision dimensionnelle et une finition de surface extrêmement élevées, telles que la fabrication de moules et de pièces mécaniques de précision.
- Procédés de fabrication traditionnels : La fabrication soustractive reste le procédé dominant dans la production de masse, notamment pour l'usinage des métaux et des matériaux durs.
- Géométries complexes : Malgré les avantages de la fabrication additive pour les formes complexes, la fabrication soustractive reste une méthode fiable pour l'usinage de pièces aux géométries complexes, notamment lorsqu'elle est combinée à la technologie CNC multi-axes.
- Production de masse : Lorsque les conceptions de produits sont fixes et que la demande est élevée, la fabrication soustractive peut fournir une solution efficace et rentable pour la production de masse.
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Tableau comparatif entre fabrication additive et fabrication soustractive
| Aspect de comparaison | Fabrication additive | fabrication soustractive |
|---|---|---|
| Installation | Configuration initiale relativement simple, en particulier pour la production à petite échelle et le prototypage. | Configuration initiale complexe, en particulier pour les équipements CNC et EDM avancés, nécessitant une configuration détaillée des paramètres de processus. |
| Matériel pris en charge | Prend en charge une variété de matériaux, notamment les plastiques, les métaux, les céramiques et les composites, avec certaines limitations pour les matériaux hautes performances. | Large gamme de matériaux pris en charge, notamment les métaux, les plastiques, le bois et les composites ; la plupart des matériaux courants peuvent être traités. |
| Fabrication de formes complexes | Produit facilement des géométries complexes et des structures internes sans processus supplémentaires. | Limitées par les chemins d'usinage et les outils, certaines structures internes peuvent être difficiles à usiner directement et nécessiter plusieurs processus ou équipements spéciaux. |
| Précision | Selon le type de technologie, la fabrication additive haut de gamme (par exemple, la photopolymérisation en cuve, le PBF) peut atteindre une grande précision. | Offre généralement une précision dimensionnelle et une finition de surface supérieures, en particulier avec la technologie CNC. |
| Vitesse de fabrication | Plus lent, en particulier lors de la création de pièces de grande taille ou à haute résolution en raison de la construction couche par couche. | La vitesse dépend de l'équipement et du processus ; généralement plus rapide que la fabrication additive, en particulier dans les lignes de production efficaces. |
| Volume de production | Plus adapté à la production en petits lots, au prototypage et aux produits personnalisés. | Convient à la production industrielle à grande échelle, en particulier lorsque la conception du produit est fixe, permettant une production de masse efficace. |
| Déchets matériels | Déchets de matériaux minimes, limités aux structures de support ou aux découpes nécessaires. | Déchets de matière importants, notamment lors de l'élimination de l'excédent de matière dans des processus tels que le tournage et le fraisage. |
| Finition de surface | Peut nécessiter un post-traitement pour améliorer la précision et la douceur de la surface. | Fournit généralement une qualité de finition de surface élevée directement, mais un post-traitement tel que le polissage ou le revêtement peut encore être nécessaire pour des applications spécifiques. |
| Personnalisation | Idéal pour la personnalisation personnalisée et le prototypage rapide, permettant une réponse rapide aux changements de conception. | Capacités de personnalisation limitées ; nécessite généralement une reprogrammation et une configuration, en particulier pour la production personnalisée de pièces complexes. |
| Compétence de l'opérateur | Nécessite une connaissance des équipements et matériaux spécifiques de fabrication additive, avec un seuil de fonctionnement relativement bas. | Nécessite de vastes compétences en usinage et des connaissances en programmation CNC ; exigences opérationnelles plus élevées, en particulier dans les processus d'usinage complexes. |
| Sécurité | Utilise généralement des matériaux et des procédés sûrs, mais certaines techniques (par exemple, le frittage laser) peuvent générer des poussières ou des fumées nocives, nécessitant des mesures de protection. | Cela implique des dangers tels que des éclats, du bruit et des températures élevées ; les opérateurs doivent suivre strictement les protocoles de sécurité. |
| Propriétés des pièces produites | Convient à la fabrication de pièces légères et de formes complexes, mais les propriétés mécaniques peuvent être inférieures à celles des pièces fabriquées de manière traditionnelle. | Les pièces produites présentent généralement d'excellentes propriétés mécaniques et une excellente qualité de surface, adaptées aux applications d'ingénierie à forte demande telles que l'aérospatiale, l'automobile et la fabrication de moules. |
Applications de la fabrication additive et de la fabrication soustractive
La fabrication additive et soustractive a des domaines d’application importants dans la fabrication moderne.
La fabrication additive présente des avantages significatifs pour la personnalisation, les petites séries et la fabrication de pièces complexes. En revanche, la fabrication soustractive domine la fabrication traditionnelle, de haute précision et en grande série.
Selon les exigences de production spécifiques, les deux méthodes de fabrication peuvent être combinées, optimisant ainsi la productivité et la rentabilité.
Applications de la fabrication additive
Prototypage : Les procédés de fabrication additive permettent aux concepteurs et aux ingénieurs d'itérer et de valider rapidement la conception des produits en générant rapidement des prototypes réels à partir de modèles de conception. Ceci est particulièrement important dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique grand public et les dispositifs médicaux.
Fabrication de pièces complexes : La fabrication additive présente des avantages significatifs pour la fabrication de géométries et de structures internes complexes, telles que les structures en nid d'abeille et les pièces à topologie optimisée. Les secteurs de l'aérospatiale, de la médecine et des biens de consommation haut de gamme exploitent souvent cet avantage pour produire des pièces légères et performantes.
Produits personnalisés : La fabrication additive est particulièrement adaptée à la production de produits personnalisés, tels que des implants médicaux personnalisés, des bijoux sur mesure et des produits de consommation spécialisés. Dans ces applications, chaque pièce est unique, et la fabrication additive permet de produire ces produits personnalisés à moindre coût et avec un investissement en temps limité.
Production en petit volume : Dans la production en petits volumes, la fabrication additive peut éliminer les coûts et le temps associés à l'outillage et est particulièrement adaptée aux domaines où la demande du marché évolue rapidement, comme la mode, la conception artistique et la fabrication haut de gamme.
Application de la fabrication soustractive
Production à haut volume : Les centres d'usinage CNC, les tours, les fraiseuses et autres équipements permettent de produire de grandes quantités de pièces avec une grande efficacité et une précision constante. La fabrication à faible consommation de matériaux est largement utilisée dans les secteurs de la production de masse tels que l'automobile, l'électroménager et la production d'équipements industriels lourds.
Traitement de pièces de haute précision : Les procédés de fabrication soustractive tels que l'usinage CNC, le meulage et l'EDM peuvent permettre de fabriquer des moules, des pièces mécaniques de précision, des boîtiers d'appareils électroniques et des pièces d'appareils médicaux de haute précision.
Fabrication traditionnelle : La fabrication par réduction de matériaux occupe une place importante dans la fabrication traditionnelle, notamment dans le domaine de la transformation des métaux. Grâce aux procédés de découpe, de perçage, de fraisage et de meulage, la fabrication par réduction de matériaux permet de traiter efficacement une variété de matériaux métalliques, tels que l'acier, les alliages d'aluminium, les alliages de titane, etc.
Fabrication de moules : Grâce à l'usinage CNC et à l'électroérosion, la fabrication soustractive permet de produire des moules de haute précision et de haute durabilité pour les procédés de moulage par injection, d'emboutissage et de moulage sous pression. Ces moules sont largement utilisés en production de masse dans les secteurs de l'automobile, de l'électronique et des biens de consommation.
Coûts de fabrication soustractive et additive
Coûts des machines et de l'outillage
La fabrication additive implique généralement des coûts élevés en machines et outillages. Des machines-outils CNC haut de gamme, des équipements d'électroérosion, des machines de découpe laser et d'autres équipements sont notamment nécessaires. Cependant, les coûts d'achat et de maintenance de ces machines sont élevés. De plus, une gamme d'outils et de montages spécialisés peut être requise, selon les besoins d'usinage.
D'autre part, la fabrication additive entraîne également des coûts d'équipement initiaux plus élevés. C'est particulièrement vrai pour les imprimantes 3D métal et les équipements de photopolymérisation haut de gamme. Elle ne nécessite généralement pas de moules supplémentaires ni d'outils spécifiques, ce qui peut parfois générer des économies.
Coûts de la main-d'œuvre
La fabrication additive est plus exigeante en main-d'œuvre. Elle requiert des opérateurs possédant de solides compétences en usinage et une connaissance de la programmation CNC. En effet, les configurations et opérations complexes requièrent souvent des techniciens expérimentés.
En revanche, la fabrication additive est hautement automatisée et relativement simple à utiliser. Elle nécessite donc moins de main-d'œuvre. Néanmoins, elle nécessite toujours des techniciens pour entretenir et configurer les équipements.
Coûts des matériaux
Les coûts des matériaux pour la fabrication soustractive sont généralement relativement faibles. Cependant, la nature du procédé entraîne un gaspillage important de matériaux. C'est particulièrement vrai pour la fabrication soustractive de pièces complexes.
En revanche, les coûts des matériaux pour la fabrication additive sont généralement plus élevés. Cependant, ce procédé présente un taux d'utilisation des matériaux très élevé et très peu de déchets. À long terme, cela peut donc compenser en partie les coûts élevés des matériaux.
Coûts de post-traitement
Dans la fabrication soustractive, les pièces sont généralement prêtes à l'emploi ou ne nécessitent qu'un post-traitement mineur, comme le polissage ou le traitement de surface.
En revanche, les pièces fabriquées de manière additive, notamment celles exigeant une précision ou une résistance élevées, nécessitent souvent des post-traitements supplémentaires. Parmi les exemples, on peut citer le retrait des structures de support, le lissage de surface ou le traitement thermique. Ces étapes augmentent généralement le coût global.
Globalement, à court terme, les coûts initiaux de la fabrication additive pourraient être plus élevés, notamment en termes d'équipements et de matériaux. Cependant, dans certains cas, comme la production sur mesure et la fabrication en petites séries, ses avantages en termes de coûts deviendront progressivement évidents.
La fabrication soustractive entraîne des coûts de machines et de main-d'œuvre plus élevés. En revanche, dans la production de masse, son procédé mature et ses coûts de matériaux plus faibles la rendent plus compétitive en termes de coût global.
Par conséquent, le choix de la méthode de fabrication dépend des besoins de production spécifiques, du volume de production, du type de matériau et du budget de coûts.
Conclusion
Dans cet article, nous examinons les différences entre la fabrication additive et la fabrication soustractive. Nous analysons leurs atouts et leurs limites, et discutons de leurs applications dans différents domaines. La technologie continue de se développer. La fabrication additive et la fabrication soustractive évoluent toutes deux, apportant de nouvelles opportunités et de nouveaux défis à l'industrie. Yonglihao Machinery est un professionnel. Fournisseur de services d'usinage CNCNous pouvons gérer toutes sortes de changements et offrir à nos clients des services d'usinage CNC professionnels.
FAQ
Quelle est la principale différence entre la fabrication additive et la fabrication soustractive ?
L'impression 3D est un procédé de fabrication ascendant. Elle permet de créer des objets 3D en ajoutant de la matière couche par couche, ce qui permet de produire des formes complexes et de minimiser le gaspillage de matière. À l'inverse, la fabrication soustractive est la méthode traditionnelle qui consiste à retirer de la matière d'un bloc de matière première pour obtenir un produit final. Elle permet de fabriquer des pièces de haute précision et aux surfaces lisses, mais peut engendrer davantage de gaspillage de matière.
Quel procédé de fabrication est le plus rentable ?
La rentabilité dépend du type de production, de la taille du lot et de la complexité de la pièce. Pour les petites séries et les pièces personnalisées, la fabrication additive est généralement plus économique. Elle ne nécessite pas d'outils coûteux ni de configurations complexes. Pour la fabrication de plusieurs pièces identiques, la fabrication soustractive peut s'avérer plus économique. Elle permet une production plus rapide et des coûts unitaires plus faibles.
La fabrication additive et soustractive peut-elle être utilisée ensemble ?
Oui, ces techniques peuvent être utilisées conjointement. Cela constitue une approche de fabrication hybride. Cette approche allie la flexibilité de conception de la fabrication additive aux avantages de précision de la fabrication soustractive. Elle permet de fabriquer des pièces aux formes complexes, mais aussi exigeant une précision et une finition élevées. En combinant les deux technologies, les fabricants gagnent en flexibilité et en efficacité. Cela facilite la conception et la fabrication, permettant ainsi de créer des produits plus complexes et plus performants.