Quels matériaux peuvent être traités par l’usinage CNC 5 axes ?

Quels matériaux peuvent être traités par l’usinage CNC 5 axes ?  

Dans la fabrication de précision moderne, la technologie d’usinage CNC à 5 axes est devenue le procédé privilégié dans des industries telles que l’aérospatiale, l’automobile et la médecine en raison de son haut degré de liberté, de ses capacités complexes de traitement de surface et de sa très haute précision. En tant que prestataire professionnel de services d’usinage CNC équipé de centres d’usinage DMG 5 axes, Brightstar est souvent interrogé par les clients : « Quels matériaux l’usinage CNC 5 axes peut-il réellement traiter ? » Cet article analysera systématiquement la gamme de matériaux adaptés à l’usinage CNC 5 axes, couvrant les métaux, plastiques, composites, et plus encore, tout en fournissant des exemples d’applications industrielles pour vous aider à prendre de meilleures décisions sur les matériaux et les procédés.  

Avantages techniques de l’usinage  CNC 5 axes

Avant de parler des matériaux, il est important de comprendre pourquoi l’usinage 5 axes excelle dans la manipulation de matériaux complexes. En permettant la coupe multiangle, l’usinage à 5 axes réduit considérablement le besoin de repositionnement, améliorant l’efficacité de l’usinage de pièces complexes telles que les hélices et les pales de turbine. De plus, sa capacité d’usinage de surface de haute précision le rend idéal pour les composants nécessitant une précision au niveau micron, tels que les pièces de moteurs d’avion et les implants médicaux. Pour les matériaux difficiles à usiner comme les alliages de titane et les superalliages, l’usinage à 5 axes offre des avantages distincts pour surmonter les défis posés par les matériaux durs.  

Matériaux métalliques : le principal champ de bataille de l’usinage  à 5 axes

Les alliages d’aluminium sont le choix principal pour les applications légères, avec des grades courants incluant 6061T6, 7075T6 et 2024. Ces matériaux sont faciles à usiner, adaptés à la coupe à grande vitesse et offrent d’excellentes finitions de surface. Ils sont largement utilisés dans les industries automobile et aérospatiale. Par exemple, dans la fabrication automobile, les alliages d’aluminium sont utilisés pour les culasses de moteur et les composants de suspension, tandis qu’en aérospatiale, ils sont appliqués dans les pièces structurelles d’aéronefs et les cadres de drones.  

L’acier inoxydable est réputé pour sa résistance à la corrosion et sa grande résistance, divisé en acier inoxydable austénitique (par exemple, 304, 316) et acier inoxydable martensitique (par exemple, 420, 440C). L’acier inoxydable austénitique est idéal pour l’usinage complexe de cavités dans les dispositifs médicaux et les machines alimentaires, tandis que l’acier inoxydable martensitique, en raison de sa grande dureté, nécessite souvent un polissage de précision sur 5 axes—comme pour les outils chirurgicaux.  

Les alliages de titane dominent les applications haut de gamme, avec des grades typiques incluant Ti6Al4V (Grade 5) et CPTi (Grade 2). Les principaux défis dans l’usinage des alliages de titane sont leur faible conductivité thermique et leur tendance à adhérer aux outils de coupe, nécessitant des machines à 5 axes équipées de systèmes de refroidissement à température contrôlée. Les alliages de titane sont largement utilisés dans les pales de moteurs d’avion, les trains d’atterrissage et les applications médicales comme les implants orthopédiques et les accessoires dentaires.  

Les superalliages, tels que l’Inconel 718 et le Hastelloy X, conservent leurs performances dans des conditions extrêmes mais sont difficiles à usiner en raison de leur grande résistance et de leur taux de durcissement par le travail. La conception rigide des machines à 5 axes répond efficacement à ces défis, les rendant adaptées aux disques de turbine et aux buses de moteurs-fusées.  

Matériaux non métalliques : applications intersectorielles de l’usinage  à 5 axes

Les plastiques d’ingénierie comme le PEEK (polyéthéréthérétone) et le nylon (PA66) sont également des matériaux importants pour l’usinage à 5 axes. Le PEEK offre une haute résistance aux températures (260°C) et une biocompatibilité, ce qui le rend adapté aux cathéters médicaux et aux composants d’isolation aérospatiale. L’usinage à 5 axes aide à éviter les fissures de contrainte causées par la découpe en couches. Le nylon, connu pour sa résistance à l’usure, est utilisé dans les engrenages et les roulements. 

De plus, l’usinage 5 axes est largement appliqué au post-traitement de pièces métalliques imprimées en 3D, comme le retrait des structures de support et le raffinage de cavités internes complexes (par exemple, composants optimisés pour la topologie).  

Recommandations  pour la sélection des matériaux et l’optimisation des procédés à 5 axes

Pour différents matériaux, des stratégies d’usinage spécifiques à 5 axes sont recommandées :  

Alliages de titane : Un refroidissement à haute pression et une coupe à vitesse variable sont recommandés. Le système de refroidissement à huile à température contrôlée de  Brightstar minimise efficacement la déformation thermique.  

 Superalliages : Le fraisage trochoïdal est l’approche idéale, associé à des outils sur mesure recouverts de céramique pour prolonger la durée de vie de l’outil.  

 Fibre de carbone : L’usinage assisté par vibrations ultrasoniques et les conceptions de dispositifs anti-délamination améliorent considérablement la qualité de l’usinage.  

Pourquoi choisir les services d’usinage 5 axes de Brightstar ?  

Brightstar offre une couverture complète des matériaux, offrant des solutions toutes-unes, allant des alliages d’aluminium à la fibre de carbone. Son équipement atteint une précision de positionnement répétée de ±0,003 mm, respectant les normes aérospatiales AS9100. En intégrant des procédés à 5 axes, Brightstar aide les clients à réduire les étapes post-usinage comme le polissage ou la EDM, optimisant ainsi les coûts.  

Bien que l’usinage CNC 5 axes offre une bien meilleure adaptabilité des matériaux que les méthodes traditionnelles, l’alignement des propriétés des matériaux, du choix des outils et des paramètres de coupe est crucial. Fort d’une vaste expérience dans le secteur, Brightstar Prototype CNC aide les clients à trouver le parfait équilibre entre efficacité, précision et coût.  

Références:  

1. MIT Press. (2022). Manuel des technologies avancées de fabrication.  

2. SAE International. (2021). Usinage du titane : applications aérospatiales.  

3. ISO 107917:2020, Conditions d’essai pour les centres d’usinage — Partie 7 : Précision des pièces d’essai finies.  

4. Technologie de traitement des matériaux composites (Science Press, 2023).