Usinage plastique : comment choisir les matières à usiner ?

L’usinage plastique est une technique de transformation des matières plastiques réalisée par des machines-outils, généralement guidées par des commandes numériques de haute précision. Différente de l’impression 3D ou du moulage plastique par injection, cette méthode de fabrication consiste à usiner un bloc (ou tube) solide de matière plastique en centre d’usinage ou atelier d’usinage. Quelle matière choisir pour usiner un prototype de pièce en plastique ? Quelles sont les caractéristiques des différents polymères usinables ? Prototech Asia vous explique ce point en détail.

L’usinage plastique, une technique de prototypage ou de production en petite série

Les techniques employées sont identiques ou comparables à celles de l’usinage de pièces métalliques telles que le fraisage, le détourage, le perçage, le sciage et le tournage, mais aussi le filetage, le taraudage, le rabotage, le polissage, le surfaçage et l’ébavurage. En particulier, l’usinage CNC (Commande Mécanique par Calculateur) fait partie des techniques de mécanique de précision les plus avancées en matière d’usinage plastique.

Par ailleurs, certains fabricants ou prestataires parlent d’usinage plastique indirect. En réalité, cette expression désigne bien souvent un autre procédé tel que l’injection plastique, où des billes ou copeaux de matière première sont fondus et injectés par extrusion dans un moule pour en épouser la forme et se figer après refroidissement.

Quels sont les avantages de l’usinage plastique ?

Ce procédé est principalement utilisé pour la création de prototypes en plastique ou la fabrication de pièces techniques à l’unité ou en petites séries, dans de nombreux secteurs d’activités. L’usinage plastique permet d’obtenir des pièces techniques et pièces complexes plus rapidement que par moulage par injection plastique et à moindres frais, car la fabrication de moules n’est plus nécessaire.

Plusieurs matières peuvent être associées et assemblées pour former des ensembles complexes ou de grande taille. Par exemple il est possible de réaliser de grandes pièces de formes complexes, en morceaux rapportés et collés.

Exemple de pièce usinée en ABS et collage vitre PMMA, taille 1m25 :

Les prototypes et pièces plastiques usinées par commande numérique peuvent servir à la réalisation de tests visuels et fonctionnels avant industrialisation par un autre procédé de fabrication. Réalisées à partir d’un bloc compact, elles sont plus solides et résistantes que les pièces moulées.

Comment faire le bon choix de matière pour de l’usinage plastique ?

Dans de multiples secteurs industriels, de nombreux polymères thermoplastiques et thermodurcissables sont usinables, c’est-à-dire compatibles avec la conception et la fabrication de pièces en plastique par usinage. Pour faire le bon choix de matière plastique, plusieurs critères sont à prendre en compte, du procédé d’usinage et du type de machine-outil retenus, aux caractéristiques mécaniques, techniques et esthétiques recherchées pour la future pièce plastique à produire.

Surtout, les propriétés intrinsèques, contraintes et spécificités de chaque matière permettront ou non de réaliser avec succès et précision l’ensemble des opérations nécessaires en usinage plastique à l’obtention de la pièce à fabriquer. L’utilisation finale et l’environnement de la pièce sont aussi déterminants dans le choix de matière à usiner.

Quelques règles générales d’usinage plastique par catégorie de matière

En usinage plastique, les propriétés mécaniques et capacités d’usinage d’une matière dépendent de sa structure moléculaire (type de liaisons chimiques, formes, orientation, etc.). Par exemple, les matières plastiques semi-cristallines offrent une bonne stabilité dimensionnelle et sont facilement usinables à haut rendement et grande vitesse d’avance, à condition de limiter a minima l’apport de chaleur.

Les thermoplastiques amorphes, quant à eux, sont bien plus sensibles aux fortes pressions et au contact avec des fluides gras. Ils peuvent se fissurer, c’est pourquoi la vitesse d’avance doit être limitée et le parc machines adapté, avec un outil de coupe bien aiguisé et une grande vitesse de rotation. D’autre part, les plastiques renforcés avec fibre de carbone ou fibre de verre nécessitent un préchauffage, un serrage faible et des outils de coupe plus durs en métal ou en diamant pour un usinage optimal.

Les principales matières plastiques usinables

Voici une liste non-exhaustive des matières les plus courantes en usinage plastique.

Le plastique ABS

Pour l’usinage plastique de pièces à faibles contraintes techniques, le plastique Acrylonitrile Butadiène Styrène offre d’excellentes garanties, notamment grâce à sa rigidité, sa résistance et sa capacité d’isolation. Nous l’utilisons très fréquemment dans de nombreux domaines, et est idéal pour tout type de finition (collage, polissage, peinture, marquage, chromage…).

Le polycarbonate (PC)

Très résistant et présentant d’excellentes capacités de résistance mécanique, le polycarbonate est incassable et accepte tous les procédés d’usinage et de finition. Il permet également de fabriquer des pièces transparentes avec un bonne tenue aux UV et de longue tenue dans la durée.

Le polyopropylène (PP)

Sa bonne résistance aux réactions chimiques, aux chocs et à la flexion, facilite l’usinage. Son pliage doit être réalisé à froid. Pour de la précision ou des pièces techniques à fortes contraintes, le polypropylène est recommandé en usinage plastique. Par exemple, nous l’utilisons pour réaliser des charnières. La finition de la texture est généralement ‘grainée’ et présente un mauvaise tenue à la peinture.

Le polyoxyméthylène (POM)

Stable, rigide et résistant à la fatigue, le polyoxyméthylène permet d’usiner une pièce facilement. En particulier, son effet ressort s’avère intéressant en usinage. Cette matière est opaque et peu sensible à l’humidité comme aux produits chimiques. Cependant c’est une matière qui se déforme facilement et nécessite un usinage plus lent. Côté finition le POM ne peut pas se peindre en peut-être difficile à polir sur des formes techniques.

Le polychlorure de vinyle (PVC)

Le polychlorure de vinyle se distingue par ses qualités de résistance aux intempéries, aux acides, mais aussi aux chocs, ce qui peut faciliter l’usinage de pièces en PVC. Il est incombustible.

Le Plexiglas (PMMA)

L’usinage plastique du PMMA est fréquent pour la conception de pièces transparentes et lisses, résistantes aux UV, notamment en optique. La découpe, le perçage et le pliage ne posent aucun problème sur ce matériau brillant, résistant aux hydrocarbures et aux solvants.

Le polyamide (PA)

Très équilibré entre ses capacités de résistance mécanique et chimique, le polyamide peut être cassant malgré sa ténacité et sa résistance à l’usure. Il peut être chargé de 10 et 30% ou être UL94 v0. D’autre part, une trop forte absorption d’humidité peut déformer la pièce usinée, ce qu’il faut prendre en compte lors de la conception et après. Le PA est difficile à polir et a une mauvaise tenue à la peinture (à prendre en compte pour l’aspect des pièces).

Le polyéthylène Haute Densité (PEHD)

En haute densité, le plastique PE réagit bien à l’abrasion et au glissement. Il est flexible et résiste également aux micro-ondes ainsi qu’à de nombreux produits chimiques, ce qui en fait un bon choix pour usiner des composants dans le secteur alimentaire. Cependant cette matière se déforme facilement et ne se peint pas.

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE)

Cette matière plastique offre une bonne résistance thermique mais une moins bonne résistance mécanique. Avec du PTFE, la surface de la pièce usinée doit être bien retravaillée en finition car elle est plutôt rugueuse et peut présenter des imperfections au premier fraisage.

Le polysulfure de phénylène (PPS)

En usinage CNC, le plastique PPS est utilisé pour sa résistance à l’abrasion, aux UV et à la chaleur, mais aussi aux acides.

Le polyétheréthercétone (PEEK)

La matière plastique PEEK peut conserver ses facultés chimiques et mécaniques malgré une forte chaleur, ce qui peut être un atout en usinage.

Pour poser une question ou demander conseil en choix de matières plastiques à usiner, n’hésitez pas à nous contacter : nos experts vous guideront de A à Z dans votre projet d’usinage plastique CNC avec Prototech Asia.