Il existe de nombreuses méthodes pour fabriquer des objets, qui ont pour la plupart été automatisées.
La commande numérique s’applique à des procédés complexes demandant des séquences d’opérations relativement variées.
L’usage de loisirs de la commande numérique ne couvre pas tous les domaines de la fabrication. Il n’existe pas, par exemple, de plieuse à commande numérique de fabrication amateur.
Les domaines dans lesquels les amateurs ont pris place sont ceux ou l’évolution technologique a permis une baisse des prix suffisamment importante pour permettre a des bricoleurs motivés de construire des machines relativement sophistiquées. Internet a beaucoup aidé, par une diffusion rapide des savoirs, l’expansion de ces domaines.
Les principaux domaines de la commande numérique amateur:
L’usinage par enlèvement de matière:
- Le fraisage/défonçage: Un outil tournant monté sur ce qu’on appelle une tête se déplace relativement à la pièce (parfois en pratique, c’est la table supportant la pièce qui se déplace sous la tête). Le fraisage et le défoncage sont des modes de fabrication identiques, mais on applique le terme défonçage pour le découpage du bois.
On distingue 3 modes de fraisage:
- Le fraisage dit ‘2D’ (2 dimensions) appelé aussi détourage, ou l’outil découpe des pièces plates dans une feuille. C’est un mode de découpe avec enlèvement de matière.
- Le fraisage dit ‘2D 1/2’ (2.5D) ou une pièce en volume (pièce en 3 dimensions) est usinée par découpes successives obtenues par déplacement de l’outil (la fraise) dans des plans horizontaux. A la fin de la découpe d’un plan, on relève légèrement l’outil pour usiner le plan suivant. En quelque sorte, la fraise découpe la pièce en suivant des courbes de niveau. On pourrait obtenir le même résultat en découpant des plaques et en les empilant (c’est une méthode qui a été utilisée). Vu le principe, la couche du dessus sera nécessairement plus petite que celle en dessous et la pièce aura les mêmes contraintes qu’une pièce moulée, c’est à dire que l’angle dans le plan vertical sera forcément orienté vers la matière. On dit que la pièce a une dépouille positive.
- Le fraisage ‘3D’ en 3 dimensions. Dans ce cas, la fraise peut se déplacer dans les 3 dimensions.
Dans le monde amateur, on fait souvent du fraisage avec un quatrième axe. La pièce est montée sur un axe qui tourne (lentement) parfois appelé indexeur, ce qui permet par déplacement de la tête dans les 3 dimensions de faire des pièces très complexes.
Il existe aussi des fraiseuses 5 axes ou la fraiseuse est équipée d’une tête pouvant s’orienter dans 2 axes supplémentaires. Ceci permet, par exemple, de creuser sous la matière. C’est un procédé complexe qui n’est presque pas utilisé par les amateurs, car non seulement il faut une machine plus compliquée, mais la programmation des séquences est plus difficile et il n’y a pas de logiciels amateurs dédiés à cet usage.
- Le tournage: C’est la pièce qui tourne, généralement autour d’un axe horizontal et l’outil se déplace dans un plan horizontal pour fabriquer des pièces de révolution ou des filetages. Avec une CNC, on peut améliorer le procédé et faire des pièces qui ne sont pas complètement de révolution en déplaçant l’outil suivant le rayon de la pièce lors de la rotation pour faire des pièces elliptiques ou même de forme presque quelconque (statue). Ceci est peu utilisé car on peut obtenir le même résultat avec une fraiseuse 4 axes.
La découpe:
- Au couteau, soit avec un couteau s’orientant automatiquement lorsqu’on le tire, de la même manière qu’une roue orientable, soit avec un couteau tournant qui permet des découpes plus précises. On parle alors de suivi de trajectoire.
La découpe au couteau peut se faire sur des textiles, du papier, du carton, des films, du cuir.
- Avec un laser. Le laser fond ou brûle la matière ce qui permet la découpe ou la gravure. Dans une machine laser, ce n’est pas le laser qui se déplace, mais des miroirs. L’outil est de la lumière, alors on déplace la lumière ! Les lasers disponibles sur le marché à prix raisonnable vont de 40 à 200W. Un laser de 40W permet la gravure, la découpe de papier ou de bois d’environ 2mm. Un laser de 200W permet de couper de l’acrylique jusqu’à 30mm. La découpe des métaux nécessite une puissance plus importante qui n’est pas à la portée d’un amateur. On utilise des lasers CO2 dont le faisceau est invisible, ce qui présente un danger très important. Pour cette raison, un autre faisceau visible est souvent joint au faisceau principal.
- Avec un plasma. Un plasma est un arc électrique a très haute température, qui permet une découpe rapide des métaux, mais n’est pas très précis. Quelques amateurs ont réalisé des machines de découpe plasma. C’est plus simple à réaliser qu’une fraiseuse, mais c’est encombrant et c’est une méthode de fabrication relativement sale et bruyante. Très souvent, la découple plasma se fait dans l’eau pour limiter ces problèmes.
L’impression en 3D
L’impression en 3D est un mode de fabrication par apport de matière.
Elle connaît un développement rapide dans le monde amateur avec l’apport de matière par fil fusible.
La fabrication se fait plan par plan, soit par déplacement de la pièce en cours, soit en déplaçant le moyen de fabrication.
Il existe plusieurs méthodes:
- La fabrication par dépose fusion et extrusion de fil fusible.
Une tête chauffante qui fait fondre et avancer un fil se déplace sur la pièce. Le diamètre du fil allant va de 1 à 3mm, mais la buse de distribution est plus petite. Ceci fait que la finition n’est pas excellente et le crénelage reste visible. Seuls certains plastique conviennent mais il y a des développements en cours notamment sur des matériaux organiques d’origine naturelle, voire de produits comestibles. Les impressions en chocolat rencontrent souvent du succès auprès du public.
- La fabrication par fonte de pastilles de plastique et extrusion.
C’est exactement le même principe que le fil fusible, mais la matière est fournie sous sa forme utilisée dans l’industrie, c’est à dire de petits bouts de plastiques en vrac. Il faut un système de transport pneumatique pour amener les bouts de plastique à la tête. L’avantage est que le coût de la matière est minimal. L’inconvénient est que les buses sont généralement assez grosses. C’est réservé aux pièces de grande taille et peu utilisé.
- La fabrication par fusion/frittage de poudre.
Après dépôt d’une couche de poudre, on fait fondre celle-ci localement, généralement avec un laser. L’intérêt de cette méthode réside dans le fait que la poudre non fondue sert de support pour la pièce, évitant les effondrements possible en extrusion.
- La fabrication par polymérisation de résine dans un bain.
Ce procédé issu de l’industrie existe pour des machines d’usage amateur, mais réalisée par des entreprises, car la construction de ce type de machine est compliquée. La résine est polymérisée par un laser. La précision est très supérieure à celle par dépose de fil, mais la résine est très couteuse aussi ce n’est utilisé que pour de petites pièces (modélisme) ou pour des prototypes.
Les imprimantes 3D actuellement utilisées en amateur sont lentes et la résistance des pièces n’est pas optimale, aussi il y a beaucoup de développements pour essayer d’améliorer la vitesse et pour l’usage de différents matériaux.
Le site CNCLoisirs ne traite pas de l’impression 3D.
Pour les usages pratique de tous ces modes de fabrication, voir la page Utilisation
