La danse et l'innovation des procédés d'usinage CNC et de fonderie à cire perdue.

5. 1.      Comparaison de l'usinage CNC et du moulage à la cire perdue

   Dans le secteur de la fabrication de pièces métalliques, l'usinage CNC et la fonderie ont toujours été des concurrents acharnés. Afin de mieux cerner leurs forces et faiblesses respectives, analysons ce duel au sommet et voyons ce que les données révèlent.

   • a) Comparaison des coûts

   En termes de coût, l'usinage CNC et la fonderie de précision présentent des différences significatives. Prenons l'acier inoxydable comme exemple, Usinage CNC de précision Le moulage à la cire perdue atteint généralement un taux d'utilisation des matériaux de seulement 30 à 50 %, avec des coûts d'usinage par pièce allant de quelques dizaines à plusieurs centaines, voire milliers de yuans, ce qui le rend plus adapté aux petites séries (moins de 100 pièces). Le moulage à la cire perdue, en revanche, permet d'atteindre des coûts par pièce dix fois inférieurs à ceux de l'usinage CNC (d'après les données de Foundry Management & Technology 2022). Bien que le développement du moule engendre des coûts supplémentaires (de plusieurs milliers à plus de dix mille yuans), il est parfaitement adapté à la production en série (notamment pour les lots de plus de 1 000 pièces).

   • b) Efficacité et complexité

   En termes d'efficacité et de complexité, l'usinage CNC et la fonderie à cire perdue présentent chacun leurs propres atouts. L'usinage CNC permet généralement de réaliser des prototypes rapidement, mais l'usinage de structures complexes telles que des cavités profondes, des parois fines ou des canaux internes augmente considérablement le temps de traitement. Par exemple, le temps d'usinage CNC d'un composant de dispositif médical doté d'une structure interne en nid d'abeille a triplé. À l'inverse, la fonderie à cire perdue, bien qu'exigeant 2 à 4 semaines pour la fabrication du moule en cire, permet de produire des géométries complexes en une seule étape, comme les canaux de refroidissement par eau des blocs-moteurs automobiles.

   • c) Précision et performance

   En termes de précision et de performance, l'usinage CNC et le moulage à la cire perdue présentent chacun leurs propres caractéristiques. L'usinage CNC permet d'atteindre des tolérances dimensionnelles de ±0,01 mm (voire ±0,005 mm) et une rugosité de surface Ra de 0,8 µm. Cependant, des fibres métalliques peuvent être coupées lors de l'usinage, ce qui peut affecter les propriétés mécaniques de la pièce. Le moulage à la cire perdue offre généralement une précision de ±0,1 mm et une rugosité de surface Ra de 6,3 µm. En matière de précision, l'usinage CNC de précision présente un avantage indéniable.

   2.      Défis auxquels est confrontée la fonderie de précision

   Malgré ses avantages économiques, le moulage à la cire perdue présente plusieurs défis : son cycle de développement est relativement long. Durant le processus de moulage, si des modifications locales du produit sont nécessaires, le moule doit être modifié, ce qui allonge souvent le cycle de développement et peut impacter les délais de livraison. Il existe également des limitations de conception. Les techniques traditionnelles de lignes de joint restreignent l’optimisation topologique, car les produits doivent être conçus en tenant compte des exigences de démoulage, ce qui peut également affecter leurs performances.

   3.      Sélection et discussion des stratégies de fabrication

   Face à des exigences de production variées, le choix d'une stratégie de fabrication appropriée est particulièrement important. Selon le modèle d'adéquation des processus de 2023Rapport WohlersOn peut ainsi constater les avantages et la pertinence des différentes technologies de fabrication selon les volumes de production. Pour les petites séries, par exemple moins de 50 pièces, l'usinage CNC de précision est privilégié en raison de son coût avantageux (comparativement à la fonderie à cire perdue). Pour les séries moyennes, de 100 à 500 pièces, la fonderie à cire perdue permet de réduire considérablement les coûts globaux, de l'ordre de 18 % à 45 %. Pour les grandes séries, la fonderie à cire perdue offre généralement des résultats encore meilleurs.

6. 

L'usinage CNC de précision et la fonderie à cire perdue ne sont pas incompatibles ; au contraire, elles peuvent s'intégrer et se compléter. Lorsque nous parlons d'usinage CNC dans ce contexte, nous faisons généralement référence à… Fraisage CNC ou usinage combiné fraisage-tournage CNC, à l'exclusion de Tournage CNC pour le moment.

Pourquoi affirmons-nous cela ? Par exemple, lors des premières phases de développement d'un nouveau produit, les prototypes peuvent nécessiter des modifications fréquentes. Dans ce cas, l'usinage CNC est la méthode la plus adaptée à la production des pièces prototypes : lorsque des modifications de conception sont nécessaires, l'usinage CNC offre une grande efficacité et une facilité de modification des programmes. Cependant, une fois la conception finalisée et la pièce ne nécessitant plus de modifications, la fonderie de précision peut être utilisée, offrant une grande efficacité et un faible coût.

Prenons un autre exemple : la production en série de pièces aux structures complexes, où certaines zones exigent une grande précision pour l’assemblage ou le fonctionnement. Si le moulage à la cire perdue ne suffit pas à répondre aux exigences de précision, et que l’usinage CNC seul est trop coûteux, quelle est la solution ? C’est l’occasion idéale de combiner les deux procédés. On peut commencer par produire les pièces par moulage à la cire perdue, en conservant un surplus de matière (surépaisseur) dans les zones de haute précision. Une fois le moulage terminé, on peut utiliser l’usinage CNC pour réaliser un usinage secondaire sur ces zones. Cette approche permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de respecter les spécifications requises. Ainsi, l’usinage CNC et le moulage à la cire perdue sont complémentaires et s’intègrent parfaitement.