DMLS vs Usinage CNC pour pièces métalliques: Un guide complet

Lors de la création de pièces métalliques haute performance, Les ingénieurs disposent de deux technologies dominantes. Ils peuvent commencer avec un bloc solide de métal et le sculpter pour le donner forme, Ou ils peuvent construire la pièce à partir de zéro, couche par couche microscopique, d’un lit de fine poudre métallique. Ces deux méthodes — l’usinage CNC soustractif et l’impression 3D DMLS additive — représentent des approches fondamentalement différentes de la fabrication. Le choix entre les deux est l’une des décisions les plus cruciales en développement de produit, impact sur la géométrie d’une pièce, performance, coût, et délai d’exécution.

La différence fondamentale est que l’usinage CNC est un procédé soustractif qui découpe la matière d’un bloc solide, tandis que le DMLS est un procédé additif qui construit une pièce couche par couche en fusionnant une poudre métallique avec un laser. Le CNC excelle dans la précision et la résistance pour les conceptions traditionnelles. Le DMLS excelle dans la création de géométries complexes impossibles à usiner.

En tant que partenaire de fabrication expert avec des capacités internes en usinage CNC avancé et en frittage laser direct des métaux (DMLS), GD-Prototying fournit ce guide complet. Nous allons explorer les détails techniques, Forces, et les limites de chaque procédé. Cela vous permettra de prendre une décision éclairée pour votre candidature spécifique.

Comprendre l’usinage CNC: L’étalon soustractif

CNC (Contrôle numérique informatique) L’usinage est la référence pour la fabrication de métaux de précision. C’est un processus soustractif, c’est-à-dire qu’il crée une forme finale en retirant du matériau d’un morceau plus grand, connu sous le nom de billet. Elle est reconnue pour sa précision, répétabilité, et la capacité à produire des pièces aux excellentes propriétés mécaniques.

Comment l’usinage CNC crée-t-il des pièces métalliques?

Le processus commence par un modèle CAO 3D de la pièce finale. Un programmeur FAO utilise ce modèle pour générer des trajectoires d’outil, qui sont ensuite convertis en code G. Ce code guide chacun des mouvements de la machine CNC.

1. Un bloc métallique solide est solidement fixé dans la machine.
2. Un outil de coupe (Comme une fraise ou un foret) est chargé dans la broche de la machine.
3. La broche tourne à grande vitesse, et la machine déplace précisément l’outil ou la pièce à travailler selon plusieurs axes.
4. L’outil de coupe retire systématiquement la matière, Sculpture de la forme finale dans le bloc massif.
5. Ce processus se poursuit, parfois avec plusieurs changements d’outils, jusqu’à ce que la partie de forme nette soit terminée.

Caractéristiques clés des pièces usinées CNC

Les pièces produites par usinage CNC sont appréciées pour leurs propriétés supérieures des matériaux et leur précision.

• Excellente force: Parce que la pièce est taillée dans un solide, Billette de métal forgée, elle conserve la structure et la résistance d’origine du grain du matériau. Cela se traduit généralement par un renforcement, Pièces plus durables comparées aux méthodes additives.
• Tolérances strictes: L’usinage CNC est un procédé extrêmement précis. Il peut atteindre des tolérances dimensionnelles très serrées, souvent à quelques centièmes de millimètre.
• Finition de surface lisse: Le procédé peut produire une finition de surface très lisse et uniforme directement à partir de la machine, qui peut être encore amélioré avec un polissage léger.

Matériaux CNC courants

Un avantage majeur de l’usinage CNC est sa compatibilité avec une vaste gamme de matériaux d’ingénierie bien connus.

• Alliages d’aluminium: (Par exemple,, 6061, 7075) pour un excellent équilibre de force, poids, et coût.
• Aciers inoxydables: (Par exemple,, 304, 316, 17-4 PH) pour la résistance et la résistance à la corrosion.
• Alliages de titane: (Par exemple,, Ti-6Al-4V) pour un rapport force/poids exceptionnel et une biocompatibilité.
• Superalliages: (Par exemple,, Inconel) pour des applications à haute température.

Les limitations de l’accès aux outils

La contrainte principale de tout processus soustractif est l’accès à l’outil. L’outil de coupe nécessite un outil direct, ligne de vue physique vers la surface qu’il utilise. Cela rend impossible la création de fonctionnalités internes complexes, canaux profonds et étroits aux coins vifs, ou structures en réseau fermé.

Comprendre le DMLS: L’innovateur additif

Frittage direct au laser métallique (DMLS), également connu sous le nom de fusion sélective par laser (Au-dessus du niveau de la mer), est une technologie de fabrication additive par fusion à lit de poudre. Il construit des pièces métalliques de A à Z, Couche par couche. Cette approche redéfinit complètement ce qui est possible en termes de complexité géométrique.

Comment DMLS imprime-t-il en 3D des pièces métalliques?

Le procédé DMLS se déroule à l’intérieur d’une chambre de construction scellée remplie d’un gaz inerte pour prévenir l’oxydation.

1. Une lame de recootteur étale une couche extrêmement fine de poudre métallique fine (typiquement 20-60 Microns) sur une plateforme de construction.
2. Un puissant, Laser à fibre de haute précision, guidé par un ensemble de miroirs à balayage, retrace la première coupe transversale du modèle 3D sur le lit à poudre.
3. L’énergie intense du laser fond complètement et fusionne les particules de poudre métalliques ensemble, créant une couche solide.
4. La plateforme de construction s’abaisse d’une couche d’épaisseur, et la lame de recoaper applique une nouvelle couche de poudre.
5. Le processus se répète sur des milliers de couches, fusionner chaque nouvelle couche avec celle en dessous, jusqu’à ce que la dernière partie soit entièrement formée dans le lit de poudre.

Caractéristiques clés des pièces DMLS

Les pièces DMLS sont reconnues pour leurs géométries complexes et leurs bonnes propriétés mécaniques.

• Liberté de conception inégalée: Le DMLS peut produire des pièces avec des canaux internes complexes, Formes organiques, et des structures en réseau optimisées impossibles à fabriquer avec une autre méthode.
• Bonne force: Les propriétés des pièces DMLS sont similaires à celles d’une pièce en métal moulé. Bien qu’en général, ce ne soit pas aussi résistant qu’une pièce forgée de CNC, ils sont entièrement denses et adaptés aux applications fonctionnelles exigeantes.
• Pièces presque de forme nete: Le procédé construit la pièce jusqu’à sa forme quasi finale, ce qui peut réduire significativement le gaspillage de matériaux comparé à l’usinage d’une pièce complexe à partir d’un gros bloc.

Les étapes critiques du post-traitement

Les pièces DMLS nécessitent plusieurs étapes obligatoires de post-traitement.

1. Détente: Les cycles intenses de chauffage et de refroidissement du procédé créent des contraintes internes dans la pièce. L’ensemble de la plaque de construction doit être traité thermiquement dans un four pour soulager ces contraintes et éviter la déformation.
2. Suppression du soutien: Les pièces DMLS nécessitent des structures de support pour les ancrer à la plaque de construction et soutenir des éléments en surplomb. Ces supports sont en métal massif et doivent être retirés à l’aide de fil EDM, Usinage CNC, ou outils manuels.
3. Finition de surface: La surface telle qu’imprimée d’une pièce DMLS est rugueuse et mate. Cela nécessite souvent un traitement secondaire comme le sablage de billes, culbutage, ou usinage de précision pour obtenir une finition lisse ou des tolérances serrées.

Matériaux DMLS courants

Le DMLS travaille avec une gamme croissante de poudres métalliques soudables.

• Inox (316L): Excellent pour la résistance à la corrosion et la biocompatibilité.
• Aluminium (AlSi10Mg): Un alliage léger adapté au prototypage et aux échangeurs de chaleur.
• Titane (Ti64): Le choix de référence pour la haute résistance, léger, et parties biocompatibles.
• Inconel (IN718): Un superalliage de nickel utilisé pour des applications à haute température et à haute contrainte dans l’aérospatiale et l’énergie.

La comparaison approfondie: DMLS vs. CNC Tête-à-tête

La décision entre DMLS et usinage CNC implique une analyse détaillée de plusieurs compromis clés.

Liberté géométrique: Le facteur décisif

C’est la différence la plus significative. DMLS excelle dans la complexité géométrique. Il peut créer des pièces avec des caractéristiques tout simplement impossibles à atteindre pour un outil de coupe. Cela inclut:

• Canals de refroidissement internes complexes pour le refroidissement conformé dans les outils de moule.
• Optimisé topologiquement, des formes organiques qui minimisent le poids tout en maximisant la résistance.
• Fin, Structures en treillis complexes pour implants médicaux ou légèreté.

L’usinage CNC est limité par l’accès aux outils. Toutefois, pour les fonctionnalités auxquelles il peut accéder, Il est extrêmement précis. C’est le choix supérieur pour les trous de haute précision, Surfaces d’étanchéité planes, et traits prismatiques.

Propriétés mécaniques et résistance des pièces

Les pièces usinées CNC sont généralement plus résistantes que les pièces DMLS fabriquées à partir du même alliage. Cela s’explique par le fait que la CNC commence avec une lingotte métallique forgée qui a une uniformité, Structure de grains forgée. Les pièces DMLS ont une microstructure plus proche d’une moulée de haute qualité, ce qui peut entraîner une résistance à la traction et des propriétés de fatigue légèrement inférieures. Les parties DMLS peuvent également présenter une certaine anisotropie, ce qui signifie que leur force peut varier légèrement selon la direction de construction (X, Y vs. Z).

Tolérances et précision

L’usinage CNC est clairement le gagnant en matière de précision. Une machine CNC 5 axes haut de gamme peut maintenir des tolérances dimensionnelles un ordre de grandeur plus strictes que ce qui est possible avec le DMLS en imprimeur. Alors que le DMLS peut produire des pièces précises, obtenir des tolérances très strictes (plus serré que +/- 0.1 mm) Presque toujours une étape secondaire d’usinage nécessite des caractéristiques critiques.

Finition de surface

L’usinage CNC produit une finition de surface beaucoup plus lisse. Une finition usinée standard est nettement plus lisse que la meilleure finition DMLS telle qu’imprimée possible. Les pièces DMLS ont un rough, Texture mate due à la nature des particules de poudre fusionnées. Si un lisse, poli, ou une surface de très faible friction est requise, une pièce DMLS nécessitera un post-traitement approfondi.

Vitesse et délai d’exécution

La réponse dépend beaucoup de la complexité de la pièce et de sa quantité.

• Pour un simple, Prototype hautement complexe, Le DMLS peut souvent être plus rapide. La machine peut commencer à construire directement à partir du fichier CAO avec un minimum de programmation. Une pièce CNC peut nécessiter une programmation approfondie et la création de dispositifs sur mesure.
• Pour des pièces plus simples ou toute quantité de production, L’usinage CNC est nettement plus rapide. Les taux de retrait des matériaux d’une machine CNC sont bien plus élevés que ceux d’une machine DMLS.

Déchets matériels et durabilité

Le DMLS est un processus plus efficace en termes d’utilisation des matériaux. Il n’utilise que la poudre nécessaire à la pièce et à ses supports. La poudre inutilisée dans la chambre de construction peut être recyclée dans la prochaine construction. L’usinage CNC est un procédé soustractif et peut être gaspilleur pour des pièces complexes, parfois tournant plus que 90% d’un bloc coûteux de titane en puces. Toutefois, Ces puces sont très précieuses et sont presque toujours collectées et recyclées.

Le tableau du seuil de rentabilité: Analyse du coût vs. Quantité

La comparaison des coûts entre DMLS et CNC n’est pas linéaire. Cela dépend fortement de la quantité de pièces produites. Cette relation peut être visualisée avec un tableau d’équilibre.

DMLS vs. CNC: Trouver le point de rentabilité des coûts

Décomposons les composantes de ce graphique:

• L’axe Y représente le coût total du projet.
• L’axe des X représente la quantité de parties.
• La courbe de coût DMLS: Le coût du DMLS commence très bas. Il n’y a pas de coûts d’installation élevés, Luminaires personnalisés, ou une programmation FAO complexe requise pour une seule partie. Toutefois, Le coût par pièce est relativement élevé et constant, donc la ligne a une abrupture, pente régulière.
• La courbe de coût CNC: Le coût des départs CNC est bien plus élevé. Cette initiale "Coût de démarrage" inclut le temps important nécessaire à un machiniste qualifié pour régler la machine et à un programmeur pour créer les trajets d’outils. Toutefois, une fois cela fait, Le coût de production de chaque pièce supplémentaire est relativement faible. Cela confère à la ligne une pente beaucoup plus plate.
• Le point de rentabilité: C’est le point critique où les deux courbes de coût se croisent.
  • À gauche de ce point (Quantités plus faibles), Le DMLS est le choix le plus économique.
  • À droite de ce point (Quantités plus élevées), L’usinage CNC devient le choix le plus économique.

Pour des volumes plus élevés, D’autres processus deviennent également viables. Consultez notre guide sur Moulage sous vide vs moulage par injection Pour plus d’options.

Faire le bon choix pour votre candidature

Le meilleur processus est celui qui répond à votre intention de conception de la manière la plus efficace possible.

Quand choisir DMLS?

Choisissez l’innovateur additif, DMLS, quand:

• La complexité géométrique est le principal moteur. Votre pièce possède des caractéristiques qui ne peuvent pas être usinées.
• Il faut des canaux internes, Refroidissement conforme, ou structures en réseau.
• Vous utilisez l’optimisation topologique pour créer un léger, Conception organique.
• Il te faut un simple, Prototype complexe très rapidement.
• La consolidation des pièces est un objectif (Transformer un ensemble de plusieurs pièces en un seul imprimé).

Quand choisir l’usinage CNC?

Choisissez l’étalon soustractif, Usinage CNC, quand:

• La haute précision et les tolérances très strictes sont les exigences les plus critiques.
• Une résistance supérieure du matériau et une durée de vie à la fatigue sont essentielles.
• Une finition de surface très lisse est nécessaire directement à partir du procédé.
• La géométrie est relativement simple et peut être réalisée avec des outils de coupe.
• Vous produisez des quantités allant de quelques pièces à la production de masse.
• Le coût en volume est un critère majeur.

Pour les pièces polymères, Une décision similaire existe entre les processus additifs et d’autres processus. Pour en savoir plus, consultez notre SLA vs SLS vs MJF guide.

Conclusion

Le DMLS et l’usinage CNC ne sont pas de véritables technologies concurrentes; Ils sont puissants, Outils complémentaires dans le paysage manufacturier moderne. Le DMLS offre une liberté inégalée pour créer l’impossible auparavant. L’usinage CNC offre une précision inégalée, force, et évolutivité pour des conceptions plus traditionnelles. L’avenir de la fabrication avancée réside dans la mise en valeur des forces des deux, parfois même sur la même partie, où une pièce DMLS est post-usinée pour atteindre des tolérances critiques.

Comprendre les différences fondamentales entre la fabrication additive et la fabrication soustractive est essentiel pour un développement produit réussi. Au GD-Prototypage, Notre équipe d’experts maîtrise les deux technologies. Nous pouvons fournir des résultats impartiaux, Des conseils basés sur les données pour vous aider à choisir le processus parfait répondant aux exigences de votre pièce et au budget de votre projet.