**Le moulage par injection (IM)** nécessite un investissement initial important dans l'outillage mais offre un faible coût unitaire, ce qui en fait la solution la plus rentable pour la production en grande quantité (généralement > 500-1 000 unités). **L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC)** a des coûts d'installation proches de zéro mais un coût unitaire élevé en raison du temps machine et du gaspillage de matériaux, ce qui en fait la solution idéale pour le prototypage et les petites séries. Le choix dépend de la recherche du "point d'équilibre" où l'amortissement de l'outillage est dépassé par les économies réalisées sur le prix unitaire.
Définitions
- Moulage par injection (IM) : Un processus de fabrication formatif dans lequel un matériau fondu (généralement thermoplastique) est injecté sous haute pression dans un moule métallique usiné sur mesure. Il s'agit d'une norme pour la production de masse.
- Usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) : Processus de fabrication soustractive dans lequel des outils de coupe commandés par ordinateur enlèvent de la matière d'un bloc solide (stock) pour façonner la pièce finale.
- Point d'équilibre : Quantité de production pour laquelle le coût total du moulage par injection (outillage + coût unitaire × quantité) est égal au coût total de l'usinage CNC (coût unitaire × quantité).
Le moulage par injection devient plus rentable que l'usinage CNC lorsque les volumes de production dépassent le seuil de rentabilité.Vrai
Bien que le moulage entraîne des coûts d'outillage initiaux élevés, le faible temps de cycle et le coût unitaire signifient que les coûts totaux du projet diminuent de manière significative par pièce à des volumes élevés.
L'usinage CNC est toujours plus coûteux que le moulage par injection pour la production de pièces en plastique.Faux
Pour les faibles volumes (1 à 100 pièces) ou les prototypes, la CNC est moins chère car elle évite les coûts élevés de fabrication des moules nécessaires au moulage par injection.
Principaux facteurs de coûts et paramètres
Le tableau suivant compare les principales variables économiques et techniques qui influencent le coût des deux procédés.
| Paramètres | Moulage par injection (IM) | Usinage CNC |
|---|---|---|
| Coût initial (NRE) | Élevé ($3 000 - $100 000+) pour la conception et la fabrication de moules | Faible ($0 - $500) pour la programmation et la fixation FAO |
| Coût unitaire | Faible ($0.10 - $10.00) | Haut ($5.00 - $200.00+) |
| Durée du cycle | Secondes (15s - 60s typiques) | Des minutes aux heures |
| Déchets matériels | Faible (les coureurs peuvent souvent être remis en état/recyclés) | Élevée (le processus soustractif crée des copeaux) |
| Tolérance Standard | DIN 16742 / ISO 20457 (Looser) | ISO 2768 (plus stricte) |
| Coût de la mise à l'échelle | Linéaire (le coût diminue rapidement avec le volume) | Constant (le coût reste élevé par unité) |
| Finition de la surface | Lisse/texturé (défini par le polissage du moule) | Marques d'outils visibles (nécessite un post-traitement) |
Avantages et inconvénients
Moulage par injection
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Economies d'échelle : Coût unitaire extrêmement faible pour les grandes séries. | Barrière élevée à l'entrée : Les moules sont coûteux et leur fabrication prend des semaines. |
| Répétabilité : Des millions de pièces identiques avec un minimum d'écart. | Restrictions de conception : Nécessite des angles de dépouille, une épaisseur de paroi uniforme. |
| Options de matériaux : Vaste gamme de polymères et d'additifs disponibles. | Difficulté de modification : Le changement d'un moule en acier est coûteux et lent. |
| Géométrie complexe : Possibilité de créer des formes complexes à l'aide de curseurs/leviers. | Délai d'exécution initial : Les échantillons T1 peuvent prendre de 2 à 8 semaines. |
Usinage CNC
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Vitesse : Les pièces peuvent être fabriquées dans un délai de 24 à 48 heures. | Coût variable élevé : Le temps machine est coûteux et linéaire. |
| Précision : Tolérances supérieures (±0,01 mm en standard). | Limites de la géométrie : Il n'est pas possible d'usiner facilement les contre-dépouilles ou les poches internes profondes. |
| Liberté de conception : Il n'est pas nécessaire de prévoir des angles de dépouille ; des parois uniformes ne sont pas requises. | Déchets de matériaux : Vous payez pour le bloc, pas seulement pour le volume final de la pièce. |
| La force : Les pièces sont isotropes (résistance uniforme dans toutes les directions). | Usure de l'outil : Les fraises se dégradent, ce qui affecte la finition de la surface sur de longues séries. |
Les pièces usinées par CNC possèdent généralement des propriétés structurelles isotropes.Vrai
Les pièces CNC étant découpées dans un bloc extrudé ou moulé solide, les propriétés du matériau sont généralement uniformes dans toutes les directions, contrairement aux pièces moulées qui présentent des lignes d'écoulement.
Vous pouvez utiliser exactement le même fichier CAO 3D pour l'usinage CNC et le moulage par injection sans modification.Faux
Le moulage par injection nécessite des caractéristiques spécifiques de conception pour la fabrication (DFM), telles que des angles de dépouille et une épaisseur de paroi constante, qui ne sont pas requises pour la CNC.
Scénarios d'application : Quand utiliser Which ?
Choisir l'usinage CNC quand :
- Le volume est faible : La production est inférieure à 100-300 unités.
- La vitesse est essentielle : Vous devez disposer de pièces fonctionnelles dans un délai de 1 à 3 jours.
- La conception est fluide : La conception est toujours en cours d'itération ; la modification d'un fichier CAO est gratuite, celle d'un moule ne l'est pas.
- Tolérances serrées : La pièce nécessite des ajustements de précision (par exemple, des ajustements H7) impossibles à réaliser avec des plastiques sujets au rétrécissement.
- Épaisseur de paroi élevée : La pièce nécessite des sections massives épaisses qui provoqueraient des marques d'enfoncement dans le moulage.
Choisir le moulage par injection Quand :
- Le volume est élevé : La production dépasse les 500 à 1 000 unités par an.
- Le coût par pièce est important : Le coût cible de la nomenclature est strict.
- Finitions de surface complexes : Des textures spécifiques (par exemple, VDI 3400) ou des finitions brillantes sont exigées dès le départ.
- Moulage par insertion : Vous devez encapsuler des inserts métalliques ou des raccords filetés en laiton au cours du processus.
- Allègement : La conception utilise des parois et des nervures minces pour une meilleure efficacité en termes de résistance et de poids.
Processus par étapes : Calcul du seuil de rentabilité
Pour déterminer le point exact où le moulage par injection devient moins cher que la CNC, suivez ce processus de calcul :
-
Obtenir des citations :
- Obtenez un devis ferme pour le Moule (Outillage) coût [T(im)] et Unité moulée coût [U(im)].
- Obtenir un devis pour le Unité CNC coût [U(cnc)] (la mise en place est généralement amortie dans le coût unitaire ou minimal).
-
Appliquer la formule :
Le seuil de rentabilité (Q) est le point où les coûts totaux s'alignent.
T(im) + [U(im)×Q] = U(cnc)×QRésolution de Q :
Q = T(im)/[U(cnc)- U(im)]. -
Analyser le résultat :
- Si le volume requis est inférieur à Q, il convient de s'en tenir à CNC.
- Si votre volume requis > Q, investissez dans Moulage par injection.
-
Tenir compte du délai d'exécution :
- Si le seuil de rentabilité est de 400 unités, mais que vous en avez besoin la semaine prochaineLa réduction des coûts de moulage n'est pas pertinente en raison du délai de fabrication de l'outillage, qui est de quatre semaines.
Le moulage par injection permet d'intégrer des textures de surface complexes directement à partir de l'outil.Vrai
Les cavités des moules peuvent être gravées chimiquement ou texturées par électroérosion pour appliquer automatiquement des finitions spécifiques (comme le grain de cuir ou le mat) à chaque pièce.
L'usinage CNC produit moins de déchets de matériaux que le moulage par injection.Faux
La CNC est soustractive et transforme des parties importantes du bloc brut en copeaux de rebut, alors que le moulage par injection n'ajoute de la matière que là où c'est nécessaire et recycle souvent les coulures.
FAQ : Coût du moulage par injection ou coût de la commande numérique
1. Quel est le seuil de rentabilité typique entre la CNC et le moulage par injection ?
Bien qu'il varie en fonction de la complexité des pièces, le seuil de rentabilité se situe généralement entre 200 et 500 unités. Pour les pièces simples, la CNC reste moins chère plus longtemps. Pour les pièces complexes où l'usinage CNC prend des heures, le moulage devient moins cher plus rapidement (souvent autour de 100 unités). Vérifier Guide des coûts de ZetarMold1 pour connaître les moyennes actuelles du marché.
2. Pourquoi l'usinage CNC est-il plus coûteux à l'unité ?
Les coûts de la CNC sont déterminés par temps machine. Si l'usinage d'une pièce prend 30 minutes, vous payez pour 30 minutes de fonctionnement de la machine, plus la main-d'œuvre et les frais généraux. chaque pièce. Le moulage par injection peut produire la même pièce en 30 secondes.
3. Puis-je réaliser un prototype à l'aide d'un "moule souple" plutôt qu'à l'aide d'une commande numérique ?
Oui. L'outillage en aluminium (Rapid Tooling) comble le fossé. Il est moins cher et plus rapide (1 à 2 semaines) que les moules de production en acier, mais il offre de véritables pièces moulées pour les essais avant la production en série.
4. Comment les exigences en matière de tolérance influent-elles sur le coût ?
Les tolérances serrées augmentent les coûts dans les deux cas, mais de manière exponentielle dans le cas du moulage. La commande numérique tient naturellement ±0,05 mm. Pour y parvenir dans le domaine du moulage, il faut des moules de haute précision et un contrôle scientifique des processus, ce qui augmente le coût de l'ingénierie non récurrente (NRE). Se référer à Normes ISO 27682 pour les limites d'usinage.
5. Le coût des matériaux est-il plus élevé pour la CNC ou le moulage ?
Le coût des matériaux de la CNC est plus élevé parce que vous payez pour la taille initiale du bloc (le stock) et que le matériau enlevé est souvent vendu comme un rebut de faible valeur. Dans le cas du moulage, vous payez le poids net de la pièce plus un petit pourcentage de coulée.
Résumé
La décision entre Moulage par injection et Usinage CNC est strictement une équation de Volume et complexité. La commande numérique est le meilleur choix pour la vitesse, la haute précision et les faibles volumes (moins de 300 unités), car elle élimine le risque d'investissement dans l'outillage. Le moulage par injection est le roi incontesté de l'évolutivité ; une fois les frais initiaux d'outillage payés, il produit des pièces identiques pour une fraction du coût et du temps. Pour les lancements de produits réussis, les ingénieurs commencent souvent par la CNC pour la validation et passent au moulage lorsque la demande du marché est confirmée.
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ZetarMold fournit des données en temps réel sur les prix du marché pour les services de fabrication, offrant ainsi une base de référence pour estimer quand changer de processus. ↩
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La norme ISO 2768 est la norme internationale relative aux tolérances générales pour les dimensions linéaires et angulaires sans indication de tolérance individuelle dans l'usinage. ↩
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