JS Precision

Le cœur d'un prototype de drone perfectionné est un disque central en alliage d'aluminium de haute précision, enveloppé par un support sculpté en fibre de carbone et inséré dans un connecteur en laiton fileté avec précision.

Dans un cycle de développement traditionnel, cela nécessiterait trois ou quatre fournisseurs et des semaines de délai. Mais grâce à l'utilisation judicieuse du « duo dynamique » que sont le fraisage et le tournage CNC, il suffit de quelques jours pour passer d'un modèle informatique à un prototype portable, testable et fonctionnel.

Ce tutoriel expliquera comment ce couple est la clé de voûte du prototypage rapide CNC, tout en fournissant une explication détaillée des avantages du prototypage CNC pour vous aider à comprendre comment ils raccourcissent les cycles de développement, réduisent les coûts et créent des prototypes proches du produit final.

Résumé des réponses clés

Pourquoi faire confiance à JS Precision ? Son expérience d'itération rapide

Pourquoi devriez-vous faire confiance à ce guide de fraisage et de tournage CNC ? Parce qu’il est basé sur plus de 15 ans d’expérience concrète de JS Precision en matière d’itération rapide.

Dans le secteur aérospatial, nous aidons nos clients à fabriquer des pièces de drones en alliage aluminium-titane en réduisant de 30 % le temps de traitement unitaire. Dans le secteur des dispositifs médicaux, nous utilisons le tournage CNC pour produire des pièces filetées de haute précision. Nous réalisons plus de 500 projets de prototypage rapide par an, permettant ainsi à nos clients de réduire leurs cycles de développement produit de plus de 40 % en moyenne.

Nous avons également géré de nombreuses commandes urgentes pour « 10 prototypes complexes en 2 semaines », et à travers chaque projet, nous avons appris l'art de l'amélioration des processus et de la gestion des coûts.

Ce livre est l'aboutissement d'une expérience concrète, allant de la vérification technique au contrôle des coûts, le tout validé par des projets réels, qui vous permettra de mieux comprendre les avantages du prototypage CNC et vous fournira des références fiables pour vos besoins en prototypage rapide.

Pour mener à bien votre projet, JS Precision vous propose des services professionnels d'usinage CNC (tournage et fraisage). De l'optimisation de la conception à la livraison, nos ingénieurs vous répondront rapidement et élaboreront un plan d'usinage personnalisé.

Fraisage et tournage CNC : la fonction centrale du prototypage rapide

Ayant établi la fiabilité de ce guide, commençons par définir le rôle fondamental du fraisage et du tournage CNC dans le prototypage rapide.

• Le fraisage CNC utilise le mouvement multi-axes d'un outil pour enlever de la matière et sculpter des profils complexes dans un matériau massif. Ce procédé est fréquemment employé pour la fabrication des éléments porteurs aérodynamiques des fuselages de drones.
• Le tournage CNC , en revanche, ne fait pas tourner la barre, ce qui permet à l'outil de « sculpter » des pièces rondes et symétriques. Des composants comme les supports de roulements et les arbres utilisent cette méthode pour obtenir une grande précision.

Ces deux techniques sont largement utilisées dans le prototypage rapide car elles permettent de transformer facilement des modèles 3D en prototypes concrets en un temps record et sont simples à rendre flexibles, ce qui permet de travailler avec une large gamme de matériaux, facilitant ainsi l'usinage d'alliages d'aluminium comme d'acier inoxydable .

Pour une simple comparaison entre les deux, voici un tableau comparatif :

Révéler la différence : une comparaison fondamentale du tournage et du fraisage CNC pour le prototypage rapide

Maintenant que nous avons compris les bases du fraisage et du tournage CNC, examinons leurs principales différences afin de vous aider à choisir la technologie la plus adaptée à votre projet.

Le secret du fraisage CNC réside dans le « mouvement multi-axes ». Les centres d'usinage à 3 et 5 axes , par exemple, permettent à l'outil d'entrer en contact avec le matériau sous plusieurs directions, permettant ainsi de réaliser des pièces asymétriques avec des rainures, des clavettes et des surfaces courbes complexes, comme « sculpter » la forme précise d'un fuselage de drone dans un lingot d'aluminium.

Le tournage CNC repose sur la rotation de la matière. La barre est mise en rotation à grande vitesse sur la broche, l'outil suivant une trajectoire prédéfinie. Le tournage CNC est particulièrement performant pour l'usinage de pièces symétriques, telles que les formes cylindriques et coniques. Par exemple, l'alésage intérieur cylindrique d'un support de palier peut être usiné par tournage CNC afin d'obtenir une circularité optimale.

Mais les centres d'usinage multitâches modernes — tours et fraiseuses CNC — ont aboli la limitation liée au choix d'une seule technologie. Ils intègrent les capacités de fraisage et de tournage CNC sur une seule machine pour l'usinage complet de pièces, des formes rondes symétriques aux structures complexes sur mesure, en une seule opération.

Par exemple, pour l'usinage de pièces d'arbre avec rainures de clavette, il n'est plus nécessaire de fabriquer d'abord le corps de l'arbre sur un tour CNC, puis de le transférer sur une fraiseuse CNC pour réaliser la rainure. Tout cela est possible en une seule opération sur la machine combinée, ce qui réduit le temps de réglage et élimine les erreurs de précision liées aux réglages secondaires.

Figure 1 : Ceci démontre le prototypage rapide de haute précision obtenu grâce aux processus de fraisage et de tournage CNC fabriqués par JS Precision.

Synergie : Quatre scénarios typiques révèlent quand combiner les technologies de fraisage et de tournage

Le fraisage et le tournage CNC étant tous deux avantageux lorsqu'ils sont utilisés séparément, et des machines combinées permettant d'effectuer les deux opérations existant, dans quelles circonstances précises justifient-ils l'association de ces deux technologies ? Les quatre situations courantes suivantes peuvent servir de référence :

1. Pièces présentant des caractéristiques non arrondies sur les axes :

La plupart de ces pièces sont symétriques et nécessitent un usinage CNC pour obtenir rondeur et concentricité. Les formes non arrondies, telles que les rainures de clavette et les méplats sur les côtés de l'arbre, ne peuvent être réalisées par tournage et doivent être usinées par fraisage CNC. Les arbres de sortie des moteurs présentent généralement cette conception.

2. Boîtiers avec trous taraudés de précision :

Les boîtiers, de forme généralement irrégulière, doivent être usinés par commande numérique (CNC) pour obtenir leur contour général et leur cavité de montage. Le taraudage de précision des trous taraudés peut être réalisé à l'aide de la fonction taraudage d'un centre d'usinage CNC, ce qui garantit une précision de filetage supérieure au simple fraisage et évite le blocage des vis lors de l'assemblage.

3. Éléments rotatifs asymétriques :

La pièce présente une symétrie de révolution, par exemple un rouleau à rainure excentrée. Le corps cylindrique du rouleau est initialement usiné par rotation sur une machine CNC. Seule une fraiseuse CNC multiaxes permet d'usiner la rainure asymétrique et d'assurer un positionnement précis.

4. Pièces nécessitant un montage unique avec une grande précision :

Lorsque les exigences de précision des pièces sont extrêmement élevées, par exemple avec des tolérances de ±0,025 mm, le bridage secondaire risque d'introduire des erreurs. Dans ce cas, toutes les opérations de tournage et de fraisage sont réalisées en une seule opération sur une machine CNC de tournage et de fraisage, ce qui garantit une précision maximale. Cette solution est particulièrement adaptée aux connecteurs de précision pour l'aérospatiale.

Dans de telles situations, aucune technologie ne peut à elle seule répondre à toutes les exigences relatives aux pièces. Seule une combinaison de fraisage et de tournage permet de produire rapidement des prototypes fonctionnels.

JS Precision possède une vaste expérience en usinage combiné fraisage-tournage . En fonction des caractéristiques de votre pièce, nous pouvons déterminer si les deux technologies sont nécessaires et élaborer un plan de processus optimisé afin de garantir des prototypes rapides répondant aux exigences de précision et de réduire les délais de livraison.

Limites de précision : les tours et fraiseuses CNC permettent de réaliser des prototypes au micron près

En prototypage rapide, la précision est souvent déterminante pour savoir si un prototype résistera aux tests et aux exigences d'assemblage. La haute précision des tours et fraiseuses à commande numérique est l'une des principales raisons pour lesquelles les entreprises privilégient cette technologie.

Les tours et fraiseuses CNC de haute qualité peuvent généralement fournir une précision d'usinage de ±0,025 mm, tandis que certains équipements haut de gamme possèdent même une capacité supérieure à ±0,01 mm.

Ce degré de précision est suffisant pour répondre à la plupart des exigences des prototypes aérospatiaux, médicaux et automobiles. Par exemple, les supports de roulements de drones nécessitent une circularité précise pour éviter le grippage des roulements, ce qui peut être facilement réalisé par tournage CNC.

Néanmoins, la précision de l'usinage CNC dépend de nombreux facteurs. Voici une liste des principaux facteurs influents et de leurs mécanismes de contrôle respectifs :

Outre les facteurs typiques mentionnés ci-dessus, la « compensation dynamique de précision » est une technologie avancée encore moins connue qui permet de détecter automatiquement en temps réel les erreurs d'usinage, telles que les écarts de taille dus à l'usure des outils, et d'ajuster les paramètres d'usinage en conséquence afin d'améliorer encore la précision et la stabilité.

Pour l'usinage de prototypes avec une précision micrométrique, les tours et fraiseuses CNC de JS Precision, dotés d'une technologie de compensation dynamique de précision, répondent à vos exigences les plus strictes. De la conception à l'équipement, nous maîtrisons parfaitement chaque détail de précision, du début à la fin.

Figure 2 : Comparaison entre une machine de tournage et une machine de fraisage CNC.

Accélérer l'innovation : comment le prototypage rapide CNC raccourcit les cycles de développement produit

L'une des exigences fondamentales du prototypage rapide est la rapidité. Le prototypage rapide CNC permet aux entreprises d'accélérer l'innovation et de réduire les délais de développement des produits de plusieurs manières distinctes.

Tout d'abord, la technologie CNC permet une itération rapide. Si une refonte des prototypes est nécessaire, il suffit de modifier les paramètres de programmation CNC sans avoir à refaire le moule. Par exemple, une entreprise de pièces automobiles a modifié les dimensions d'un prototype et en a produit un nouveau en trois jours grâce à l' usinage CNC , au lieu de plus de deux semaines avec les techniques de moulage traditionnelles.

Deuxièmement, l'usinage CNC réduit le coût des moules. Les prototypes en petites séries (par exemple, de 10 à 50 exemplaires) nécessitent généralement des moules, dont le coût se chiffre en milliers, voire en dizaines de milliers de dollars. L'usinage CNC permet de s'affranchir de ces moules, réduisant ainsi considérablement ces coûts.

Parallèlement, l'usinage CNC intègre la conception assistée par ordinateur. Les modèles CAO 3D peuvent être importés directement dans le logiciel de programmation CNC, ce qui évite les étapes de conversion intermédiaires et permet un gain de temps considérable.

Les statistiques confirment que les entreprises utilisant le prototypage rapide CNC ont réalisé une réduction moyenne de plus de 50 % du cycle de développement de leurs produits, certains projets d'urgence permettant même une réduction allant jusqu'à 70 %.

Par ailleurs, le prototypage virtuel associé à l'usinage CNC est une tendance émergente. Un logiciel simule l'usinage CNC avant la création d'un prototype physique afin de vérifier la conformité de la trajectoire d'outil et la géométrie de la pièce. Cela permet de réduire le nombre d'essais sur prototype physique et d'éviter les itérations fastidieuses.

Par exemple, JS Precision travaillait auparavant pour une entreprise d'électronique et utilisait le prototypage virtuel pour détecter à temps les problèmes d'interférence d'usinage des pièces, ce qui lui permettait de créer un prototype expert en une seule étape et de le livrer cinq jours plus tôt que prévu.

Pour réduire les délais de développement produit grâce au prototypage rapide CNC, JS Precision propose des services complets, du prototypage virtuel à l'usinage de la pièce réelle, vous permettant ainsi d'accélérer la transformation de votre conception en prototype et de saisir les opportunités du marché.

Figure 3 : Dessins CAO des composants du drone et des pièces solides usinées CNC.

Expertise en tournage : Types de pièces pour prototypage rapide les plus adaptés au tournage CNC

En matière de fraisage et de tournage CNC combinés, le tournage CNC offre une expérience inestimable, notamment pour la découpe de composants prototypes rapides.

Premièrement, les composants d'arbres, tels que les arbres de moteur et les arbres de transmission, doivent présenter une circularité et une concentricité très précises. Le tournage CNC, par rotation de la barre autour de son axe central, garantit des dimensions uniformes sur toutes les sections transversales et un état de surface élevé, généralement inférieur ou égal à Ra 0,8 µm, réduisant ainsi le besoin de rectification secondaire.

Deuxièmement, les pièces filetées, telles que les boulons, les écrous et les raccords filetés, exigent un pas et une profondeur de filetage précis, sans les erreurs de précision du taraudage manuel. Cela en fait une solution idéale pour les prototypes qui doivent être assemblés et testés fréquemment.

De plus, pour les pièces rotatives, telles que les rouleaux et les manchons de roulement, avec des diamètres extérieurs ou des alésages intérieurs à symétrie de rotation, le tournage CNC offre des vitesses de traitement élevées et permet d'obtenir une constance dimensionnelle pour chaque lot de prototypes.

Outre les applications classiques, le tournage asymétrique, bien que moins répandu, est une technique utile en tournage CNC. Il permet d'usiner des pièces rotatives asymétriques, comme des disques à alésage excentré. Grâce à un dispositif de fixation spécifique, la machine de tournage CNC peut usiner l'excentricité pendant la rotation, répondant ainsi aux exigences de prototypage les plus pointues.

Par exemple, JS Precision a précédemment usiné un prototype de rouleau à rainure excentrée pour un fabricant d'équipements d'automatisation. Grâce à la technologie de tournage asymétrique, l'opération a été réalisée en une seule étape, évitant ainsi l'étape complexe de fraisage ultérieure et réduisant le temps d'usinage de 20 %.

Si vous avez besoin d'usinage CNC de prototypes , tels que des arbres et des pièces filetées, les capacités techniques et l'équipement de JS Precision peuvent utiliser leur expertise technique pour vous fournir des services d'usinage de haute précision et de haute efficacité.

Étude de cas : Le projet de drone haute performance

L'exemple suivant illustre comment le fraisage et le tournage CNC ont été appliqués dans un projet de prototypage rapide et comment JS Precision a résolu un problème client.

Besoins du client

Une entreprise spécialisée dans les drones d'inspection industrielle devait concevoir un prototype de châssis intermédiaire pour un drone de nouvelle génération. Deux spécifications clés étaient requises pour ce prototype :

• Le métal utilisé devait être à la fois très résistant et léger, et c'est pourquoi l' alliage d'aluminium aéronautique 7075 a été utilisé.
• La fabrication devait impérativement respecter le calendrier strict de production de 10 exemplaires en deux semaines pour les essais sur le terrain.

Pour compliquer davantage la tâche, le composant comportait également une structure porteuse complexe et non standard (destinée à absorber les vibrations de vol du drone) et six supports de roulements coaxiaux (afin d'éviter le grippage des roulements lors de l'assemblage). Cette opération était impossible à réaliser avec le seul tournage CNC ou le seul fraisage CNC.

La solution de JS Precision

1. Pour la structure de roulement de forme unique du cadre central, nous avons appliqué la technologie de fraisage CNC à 5 axes.

Grâce à cette technologie, nous pouvons usiner la matière sous différents angles et réaliser avec précision les cavités complexes et les structures de support du châssis central. Nous avons également optimisé les paramètres de coupe de l'alliage d'aluminium 7075 afin d'obtenir une résistance structurelle optimale sans déformation du matériau lors de l'usinage.

2. Pour le support de montage du roulement, nous le transférons sur une machine de tournage et de fraisage CNC pour un usinage de précision.

Le support de palier nécessite un alésage intérieur de 10 mm de diamètre avec une tolérance de circularité de ±0,01 mm. Le tournage offre une meilleure garantie de cette précision, et l'usinage sur une machine multitâches élimine le bridage secondaire, minimisant ainsi les erreurs de bridage.

3. Notre équipe spécialisée en tournage et fraisage CNC a optimisé les trajectoires d'outils, notamment en combinant les opérations courantes de fraisage et de tournage. Elle a également mis en œuvre une disposition intelligente permettant d'assembler plusieurs pièces sur une seule plaque d'alliage d'aluminium 7075, minimisant ainsi le gaspillage de matière. Enfin, le temps d'usinage par pièce a été réduit de 30 %, passant de 4 heures à 2,8 heures.

Résultats

Enfin, le client a reçu les 10 prototypes en 10 jours, soit quatre jours d'avance sur le calendrier prévu. Les tests ont confirmé que les prototypes respectaient les exigences de résistance à la charge (capacité à supporter une charge statique de 50 kg), que la tolérance de circularité des six supports de roulement était inférieure à ±0,008 mm et que la rotation des roulements était fluide et sans à-coups lors de l'assemblage.

Non seulement le client a réussi à effectuer des essais sur le terrain avec ces prototypes, mais grâce à leur qualité déjà établie, ils ont été utilisés directement pour la fabrication de petits lots à titre d'essai, ce qui a permis d'accélérer de trois semaines les tests de produits et de gagner un temps précieux pour le lancement ultérieur sur le marché.

Figure 4 : Des prototypes de châssis de drone en alliage d'aluminium haute résistance ont été fabriqués à l'aide de procédés de fraisage et de tournage CNC.

Rentabilité : Économies maximales grâce aux services de tournage et de fraisage CNC

Choisir le fraisage et le tournage CNC pour le prototypage rapide garantit non seulement rapidité et précision, mais maximise également les économies grâce à des services professionnels de tournage et de fraisage CNC . C'est pourquoi les entreprises placent cette technologie au sommet de leurs priorités. Quatre aspects sont essentiels :

Conception pour l'optimisation (DFM)

Les ingénieurs de JS Precision examineront la conception de votre pièce avant l'usinage et vous recommanderont des optimisations afin de réduire les coûts et la complexité de l'usinage.

Par exemple, ils peuvent transformer une rainure étroite et profonde en une rainure large et peu profonde afin d'éviter le recours à un outillage spécifique, ou encore diviser une cavité interne complexe en deux cavités plus petites et les relier pour minimiser le temps d'usinage. Un client a ainsi réalisé 15 % d'économies sur ses coûts d'usinage grâce à notre optimisation DFM.

Agencement intelligent et efficacité des matériaux

Avant l'usinage, nous positionnons les pièces de manière optimale sur une tôle ou une barre en fonction de leurs dimensions et de la nuance du matériau. Sur une tôle d'alliage d'aluminium de 1000 mm x 500 mm, l'agencement permet d'intégrer deux ou trois pièces supplémentaires, réduisant ainsi le gaspillage de matériau et augmentant son utilisation de plus de 20 %, ce qui diminue directement le coût du matériau.

Effet de lot

Même pour de petits lots de prototypes (par exemple, 10 à 30 unités), une planification efficace des processus permet de gagner du temps et de réduire les coûts de réglage. Par exemple, en traitant des pièces similaires par lots, le réglage et la programmation des outils peuvent être effectués simultanément, évitant ainsi les changements d'outils et les ajustements de paramètres répétés, et diminuant les coûts de traitement par pièce d' environ 10 % .

Éviter les opérations secondaires

Les prestataires de services spécialisés peuvent réaliser toutes les opérations, telles que le fraisage, le tournage précis des trous, le taraudage et la rectification, en une seule opération afin d'éviter de rechercher d'autres fournisseurs pour un traitement secondaire ultérieur et d'éviter des frais de transport et de communication secondaires.

Par exemple, un client type devait initialement rechercher trois fournisseurs pour le fraisage, le tournage et le taraudage. En s'adressant à nous, il a pu tout faire en une seule fois, réalisant ainsi une économie considérable de 25 %.

Le tableau ci-dessous présente les effets concrets de différentes techniques de réduction des coûts :

FAQ

Q1 : L'usinage CNC est-il incapable de traiter des cavités internes complexes ?

Pour usiner des cavités internes extrêmement complexes, les outils CNC doivent être en contact avec la surface de la machine ; l’impression 3D pourrait donc s’avérer plus adaptée. Cependant, JS Precision contourne ces difficultés grâce à une conception de processus ingénieuse, réalisant des usinages de cavités plus complexes qu’on ne l’imaginait et répondant à la plupart des exigences en matière de prototypage.

Q2 : Comment choisissez-vous le matériau le plus adapté à votre prototype en utilisant l'usinage CNC ?

Le choix des matériaux dépend des exigences d'application de votre prototype, quatre critères clés étant à prendre en compte : le rapport résistance/poids, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et les propriétés thermiques et électriques. Les experts de JS Precision vous recommanderont des matériaux adaptés à vos besoins spécifiques.

Q3 : Quelle est la taille minimale des détails pouvant être obtenus par usinage CNC ?

La précision des détails en usinage CNC est essentiellement déterminée par l'outil. Le fraisage CNC permet généralement de réaliser des détails de 0,1 mm, comme des rainures ou des trous fins. Les rainures fines et profondes sont difficiles à usiner en raison de la rigidité de l'outil. Pour des détails plus fins, on utilise le micro-fraisage. Les concepteurs doivent tenir compte du diamètre minimal de l'outil afin d'éviter les défauts d'usinage.

Q4 : Je n’ai qu’une idée ou une esquisse. Puis-je utiliser votre service ?

Bien sûr. Toutefois, pour garantir la précision d'usinage, nous vous recommandons de nous fournir un dessin 2D complet ou un modèle CAO 3D. Si vous ne disposez que d'une idée ou d'un modèle initial, l'équipe de conception de JS Precision se fera un plaisir de vous aider à transformer votre idée en documents de conception standardisés . Nous vous accompagnerons à chaque étape du processus de conception afin de garantir un usinage CNC optimal.

Résumé

Le fraisage et le tournage CNC sont bien plus que de simples techniques de fabrication traditionnelles ; ce sont des outils à la fois formidables et indispensables dans le domaine du prototypage rapide CNC contemporain.

Elles offrent l'alliance idéale entre la liberté absolue de la conception informatique et les performances réelles des matériaux, constituant ainsi le chemin le plus fiable et le plus rapide entre la validation du concept et le lancement sur le marché.

Que votre pièce nécessite des formes sophistiquées pour le tournage, des composants de précision pour le fraisage, ou les deux, nos services complets de tournage et de fraisage CNC sont à votre disposition.

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