La fabrication de précision consiste à produire de manière cohérente des pièces qui ont des dimensions avec des tolérances très fines, généralement mesurées en microns ou 10 puissances 6 mètres. Ceci est tout à fait possible en utilisant un bon équipement numérique CAD / CAM et des outils de coupe modernes à grande vitesse.
Mais il y a d'autres préoccupations pratiques à petite échelle dont il faut se soucier et qui vont au-delà de l'équipement utilisé, car tous les matériaux se dilatent et se contractent naturellement en raison des changements dans l'environnement. Le contrôle des tolérances de l'ordre du micron peut donc être très délicat. Et cela est vrai pour tous les principaux processus de fabrication, non seulement l'usinage CNC, mais aussi le moulage par injection, le moulage sous pression et l'impression 3D.
Pour mieux comprendre l'effet des petites dimensions sur vos pièces finies, voyons d'abord à quel point un micron est petit. Une fois que l'on comprend cela, il devient plus clair que la recherche de dimensions toujours plus fines dans les produits manufacturés est non seulement onéreuse et peu pratique mais aussi indésirable dans la grande majorité des cas.
Quelle est la taille d'un micron?
Pour avoir une idée de la taille d'un micron, il est utile de le visualiser par rapport à d'autres phénomènes naturels en utilisant des puissances de dix.
Ce qui précède est issu d'un outil étonnant appelé l'échelle de l'univers. Il s’agit d’une application en ligne interactive qui commence par un objet à taille humaine comme point de référence familier et un mètre comme valeur de mesure initiale.
Un mètre est un bon point de départ car on peut alors utiliser des puissances de dix pour descendre à un millimètre et, à partir de là, à un micron. Ce sont les dimensions les plus pertinentes pour la fabrication de précision.
Réduire trois puissances de dix nous amène à un millimètre, ce qui est à la même échelle qu'une grosse bactérie ou un grain de sel. La plupart d’entre nous peuvent voir un millimètre quand il est gravé sur une échelle linéaire finement graduée.
Mais pouvez-vous voir un dixième de millimètre? Ce serait 10-4, qui est maintenant à la limite de la vision sans aide. Et ce nombre, aussi petit que cela puisse paraître, est toujours cent fois plus grand qu'un micron à 10-6.
Il est important de le noter non seulement parce que c'est intéressant, mais aussi pour souligner que les mesures de taille et la fabrication à cette échelle commencent à se heurter à certaines limites physiques. Dans ce cas, la dilatation et la contraction thermiques de la pièce, ainsi que les vibrations dans l'outil de coupe, ont une influence démesurée sur le produit fini.
Un autre moyen pour que cela devienne plus clair est de comparer le micron avec d'autres phénomènes naturels. Il est plus petit, par exemple, qu'une longueur d'onde de rayonnement micro-ondes, et à la même échelle que la lumière violette. Ceci est important car cela montre qu'à cette échelle, des variations infimes d'énergie créent des changements notables dans la dimension physique.
Ainsi, lorsqu'un fabricant est en mesure de fabriquer une pièce tournée CNC avec une tolérance de +/- 10 microns, ce que nous faisons régulièrement chez 3D PRINT, il coupe efficacement un cheveu humain en 20 couches ou plus. Mais avez-vous vraiment besoin de ce degré de précision pour chaque projet?
Pourquoi les petites dimensions peuvent causer de gros problèmes?
Pour maintenir de telles dimensions, il faut un travail toujours plus soigné et des contrôles réguliers stricts. Ceci, à son tour, augmente radicalement les coûts et le temps de production. Mais, ironiquement, des tolérances rigoureuses peuvent nuire aux performances dans de nombreuses applications.
Pourquoi? Parce que la plupart des produits doivent bouger. Ils doivent glisser variablement les uns sur les autres, se tordre dans un sens et dans l'autre, s'ouvrir et se fermer, et pouvoir s'emboîter avec d'autres pièces. Si quelque chose est trop exact, le système se grippera. Il sera impitoyable concernant les frottements et sera instantanément «hors tolérance» dès l'instant où il sera exposé à la chaleur, au froid, à la saleté - même aux empreintes digitales ou à la vapeur d’eau! Il sera difficilement possible à modifier et entrainera d'autres problématiques sur les autres pièces impliquées.
De plus, rechercher l'exactitude dans une zone d'une pièce vous fait perdre celle-ci dans une autre. C'est parce qu'en effet, les pièces doivent être serrées dans les dispositifs de maintien au fur et à mesure qu'elles sont usinées, ce qui déforme inévitablement certaines dimensions. Cette même mise en garde s'applique aux pièces de fonderie ou moulées par injection qui doivent avoir un peu de jeu pour être libérées de leurs cavités.
Notre recommandation
En général, 10 microns suffisent pour les roulements de précision, les axes et autres pièces de rotation. Le fraisage CNC des métaux permet de tenir facilement 20 ~ 50 microns, suffisant pour les boîtiers et les pièces structurelles. Les pièces moulées par injection plastique sont encore plus souples sur ces tolérances.
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