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La différence entre la fabrication additive et la fabrication soustractive

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Dans un sens, discuter de la différence entre la fabrication additive et la fabrication soustractive équivaut à discuter de la différence entre l'usinage CNC et l'impression 3D.

Qu'est-ce que la fabrication additive et la fabrication soustractive ?

Les méthodes de fabrication humaine ont connu trois évolutions majeures à ce jour, à savoir la fabrication équimatérielle, la fabrication soustractive et la fabrication additive.

La fabrication de matériaux équivalents fait référence à la production de produits par des méthodes telles que le moulage, le forgeage et le soudage, où le poids du matériau reste relativement inchangé (produit + impuretés), une pratique dont l'histoire remonte à plus de 3 000 ans.

La fabrication soustractive (CNC) fait référence à l'utilisation d'équipements tels que les tours, les fraises, les raboteuses et les meuleuses pour découper des matériaux afin d'obtenir la forme souhaitée. Cette pratique existe depuis plus de 300 ans, depuis la révolution industrielle. Pour connaître les processus spécifiques de la fabrication soustractive, nous vous recommandons de lire "Qu'est-ce que l'usinage CNC ?.”

La fabrication additive (communément appelée impression 3D) fait référence à l'utilisation de technologies telles que la photopolymérisation, le frittage sélectif par laser et la modélisation par dépôt de matière fondue, qui permettent d'ajouter progressivement de la matière pour obtenir la forme souhaitée. Cette pratique n'existe que depuis les années 1980, soit depuis plus de 30 ans. Pour mieux comprendre la fabrication additive, nous vous recommandons de lire "Impression 3D.”

Evolution historique des différentes méthodes de fabrication
Evolution historique des différentes méthodes de fabrication

Au cours de l'histoire, la fabrication équimatérielle et la fabrication soustractive ont toutes deux contribué de manière significative au développement de l'humanité, allant même jusqu'à propulser directement les progrès industriels de la société humaine. On pense que l'impression 3D apportera également plus d'innovation et de commodité aux gens dans un avenir proche.

Avantages et inconvénients de la fabrication additive et de la fabrication soustractive

L'émergence de chaque méthode de fabrication représente une révolution dans l'industrie manufacturière, mais leurs avantages et inconvénients respectifs favorisent et freinent le développement de leurs propres technologies. J'analyserai ci-dessous les forces et les faiblesses de chaque technologie.

Fabrication d'Equimatériaux :

Avantages : Production relativement mature et personnalisable

Inconvénients : Faible efficacité, coût élevé, inadapté à la production de masse

Fabrication soustractive :

Avantages : Capacité de production de masse à grande échelle, efficacité élevée, très grande précision

Inconvénients : Coût élevé de la personnalisation, gaspillage des chutes et des rebuts

Fabrication additive (stade actuel) :

Avantages : Possibilité de personnalisation, cycle court de développement des produits, faible coût

Inconvénients : Coût élevé pour la production de masse, options de matériaux relativement limitées

Avantages et inconvénients de la fabrication soustractive par rapport à la fabrication additive

As previously mentioned, one of the main advantages of subtractive manufacturing techniques is their ability to provide high dimensional accuracy. Unlike most 3D printing processes that rely on heat, subtractive manufacturing allows parts to be built at room temperature, avoiding size accuracy issues associated with material processing (rétrécissement).

Pour garantir la précision des dimensions dans la fabrication soustractive, il est nécessaire de contrôler l'environnement. Par exemple, si des blocs d'acier sont utilisés pour concevoir des pièces, le matériau doit être apporté dans la pièce où la découpe aura lieu au moins trois jours à l'avance, faute de quoi ses dimensions changeront en fonction de la température et de l'humidité.

La fabrication soustractive bénéficie également d'une plus large gamme de matériaux compatibles que l'impression 3D. Contrairement à l'impression 3D, qui nécessite plusieurs imprimantes basées sur des matériaux différents, la fabrication soustractive permet de créer des pièces en métal, en plastique ou en bois sur la même machine.

Défis et limites de la fabrication soustractive

Cependant, les processus de fabrication soustractive présentent des inconvénients importants. Tout d'abord, par rapport à l'impression 3D, les différentes méthodes de production laissent derrière elles une quantité considérable de déchets, alors que la fabrication additive est intéressante parce qu'elle n'utilise que la quantité de matériau nécessaire.

Par exemple, lors de l'usinage, les fabricants doivent éliminer les copeaux et autres débris du processus de fabrication afin de limiter la quantité de matière excédentaire susceptible d'interférer avec les processus de coupe. Outre la poussière produite par la fabrication soustractive, la fumée du processus peut également être nocive pour les opérateurs, ce qui est fréquent lors de l'utilisation de procédés laser ou d'électroérosion.

En outre, la fabrication soustractive n'offre pas la même liberté de fabrication que l'impression 3D - parfois, les pièces qui peuvent être imprimées en une seule fois nécessitent plusieurs opérations, l'utilisation de différentes machines, et sont divisées en plusieurs pièces à assembler pour être reproduites par la fabrication soustractive.

Enfin, il est plus difficile d'obtenir des formes géométriques complexes par des procédés d'enlèvement de matière. La fabrication additive offre une plus grande liberté dans le processus de conception. En d'autres termes, les concepteurs n'ont pas à se soucier des limites imposées par les machines-outils qu'ils utilisent, ce qui leur permet de laisser libre cours à leur imagination sans être limités par les capacités de fabrication.

Comment la fabrication soustractive et la fabrication additive se complètent-elles ?

Si ces deux technologies sont souvent considérées comme concurrentes, elles ont pour l'instant des applications très différentes. C'est pourquoi elles sont avant tout utilisées de manière complémentaire. Depuis le début de sa forte croissance, l'impression 3D est le plus souvent utilisée à des fins de prototypage.

Grâce aux avantages qu'elle offre, la technologie 3D permet la fabrication rapide et peu coûteuse de plusieurs pièces, offrant ainsi des possibilités d'itérations différentes. Une fois la forme, le matériau et les pièces déterminés, la production par lots peut être réalisée à l'aide de méthodes de fabrication soustractives.

Des procédés tels que la découpe au laser et la découpe au jet d'eau permettent de concevoir un grand nombre de pièces en peu de temps. En revanche, d'autres méthodes, comme l'usinage CNC, peuvent prendre beaucoup de temps. Cette technique nécessite des étapes de programmation importantes et une présence humaine quasi obligatoire. Aujourd'hui, l'usinage CNC est principalement utilisé pour la fabrication de moules à injection, qui est une technique de fabrication formative.

Progrès dans la fabrication : La collaboration entre la fabrication soustractive et la fabrication additive

En outre, bien que la fabrication soustractive permette de réparer des objets, l'impression 3D offre davantage de possibilités dans ce domaine. Le processus de dépôt d'énergie dirigée (DED), par exemple, peut être utilisé pour réparer des pièces métalliques sans les remplacer.

Plus précisément, cette technologie permet d'ajouter de la matière à des pièces existantes, ce qui évite de fabriquer des composants ou de remplacer inutilement des pièces de grande taille. Globalement, la technologie 3D permet de reproduire des pièces défectueuses ou usées par le temps, qui sont toutes produites à la demande et en petites séries. Les utilisateurs n'ont pas besoin de les mettre au rebut, mais peuvent les réparer et minimiser leur impact sur l'environnement.

Malgré les différences et les processus, la fabrication soustractive et la fabrication additive tendent à progresser côte à côte. En raison de leurs caractéristiques respectives, ces deux types de fabrication se complètent et permettent de créer rapidement des pièces de précision inimaginables auparavant.

Pour combiner ces technologies de fabrication, certains projets collaboratifs ont été créés, tels que FirstMold, qui vise à offrir aux entreprises la liberté de conception de la fabrication additive et la précision de la fabrication soustractive.

La fabrication additive peut-elle remplacer la fabrication soustractive ?

La réponse donnée par FirstMold est la suivante : pour l'instant du moins, ce n'est pas possible.

Pourquoi dit-on que l'impression 3D ne peut pas remplacer la fabrication soustractive au stade actuel ? Je pense que cela peut être analysé principalement à partir des deux aspects suivants.

Quelle est la demande actuelle ?

Avant d'analyser la demande actuelle, analysons d'abord les raisons pour lesquelles la fabrication soustractive a pu remplacer la plupart des industries de fabrication de matériaux équimatériels.

La société humaine a atteint un certain niveau de développement et les besoins fondamentaux de survie ont été satisfaits. Il s'ensuit un besoin accru de biens matériels. Avec la mondialisation engendrée par les grands voyages, les méthodes traditionnelles de production en petit atelier ne peuvent tout simplement pas répondre à l'énorme déficit des besoins matériels de la communauté. Afin de produire plus efficacement et avec une meilleure qualité, la fabrication soustractive, ou méthode de production de masse, a vu le jour.

Aujourd'hui, la situation est la même. Les besoins en matériaux de base sont déjà difficiles à satisfaire et de plus en plus de personnes commencent à avoir des idées de personnalisation. Si la méthode traditionnelle de fabrication soustractive est toujours utilisée, elle sera inévitablement plus coûteuse. C'est donc l'opportunité de la fabrication additive.

Mais à l'heure actuelle, elle n'a pas encore atteint le stade où la demande de produits personnalisés est importante, et une grande partie de la population recherche encore la rentabilité plutôt que des désirs spirituels.

Il faut du temps pour devenir compétent et, à l'heure actuelle, la technologie de l'impression 3D est loin de permettre une personnalisation à grande échelle.

Manque de capacité

Par rapport à la fabrication soustractive, la fabrication additive est lente, les options de matériaux sont limitées et elle est coûteuse.

La lenteur des équipements d'impression 3D actuels est indéniable. Il faut trop de temps pour fabriquer un produit fini et la demande est supérieure à l'offre.

Il faut deux à trois heures pour imprimer un gobelet, et lorsque nous imprimons le gobelet, la personne a déjà soif.

Quand nous pourrons imprimer une voiture en une seconde, ou un ensemble de maisons en dix minutes ? Voilà à quoi devrait ressembler une technologie révolutionnaire.

voiture fabriquée de manière additive par impression 3d
Voiture fabriquée par impression 3D additive

En outre, en ce qui concerne les matériaux, les matériaux d'impression actuellement réalisables sont limités. Outre les plastiques les plus courants, il existe également du nylon, de la résine, de la poudre de gypse, de la poudre de métal, etc. et un seul appareil ne peut en principe imprimer qu'un seul type de matériau à la fois.

Si l'on souhaite imprimer un produit à partir d'un matériau composite, il peut être nécessaire de procéder à un post-assemblage ou à d'autres opérations.

Comme nous l'avons déjà mentionné, lorsque l'on analyse les désirs actuels des gens en termes de besoins spirituels par rapport à la rentabilité, la grande majorité choisira la rentabilité. Il est donc difficile pour le marché d'accepter largement les prix des produits issus de l'impression 3D.

En fait, au stade actuel, la fabrication additive et la fabrication soustractive s'entendent très bien, ce qui constitue actuellement la meilleure façon d'utiliser les deux technologies.

Dernières paroles

Qu'il s'agisse de fabrication équimatérielle, de fabrication soustractive ou de fabrication additive, il n'y a pas de phénomène de remplacement de l'une par l'autre. Le meilleur résultat est que les différentes technologies coexistent et qu'il y aura toujours des industries qui en auront besoin. FirstMold propose des services d'usinage CNC et d'impression 3D et possède une expérience de plusieurs années dans ces deux secteurs. Elle a donc une certaine influence à cet égard.

Ce que nous attendons peut-être collectivement, c'est ce que l'on appelle la "fabrication hybride" qui pourrait voir le jour à l'avenir.

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