Choisir un procédé
Comment choisir un procédé de fabrication pour une vraie pièce : matériau, forme, taille, précision et quantité voulue.
Les ingénieurs choisissent un procédé de fabrication en pesant six éléments : le matériau, la quantité, la forme, la taille, la précision voulue et le coût. Aucun procédé ne l'emporte sur les six : chaque choix est donc un compromis. Cette page vous aide à réduire le choix, puis vous renvoie vers les leçons à lire.
Les six questions
- Matériau. Chaque procédé ne fonctionne que sur certains matériaux, car il doit les fondre, les faire s'écouler, les plier ou les couper à sa façon.
- Quantité. Le nombre de pièces voulues décide si un moule ou une matrice coûteux sera rentable.
- Forme. Parois minces, intérieurs creux, poches profondes et trous fins sont faciles pour certains procédés et impossibles pour d'autres.
- Taille. Chaque machine et chaque moule a des limites : une pièce de la taille d'un grain de riz et une pièce de la taille d'une portière exigent donc des procédés différents.
- Précision. Des tolérances serrées (l'écart permis sur une cote) et des surfaces lisses demandent souvent un usinage ou une rectification après la première étape de mise en forme.
- Coût. Le but est le coût total le plus bas pour votre quantité : outillage (les moules, matrices et montages faits pour votre pièce), temps machine, matière et finition.
Guide de décision
La quantité et le matériau réduisent le choix le plus vite : ce guide commence donc par eux.
Choix rapides
La plupart des objets du quotidien passent par une chaîne de procédés, listés ici dans l'ordre.
| Je veux fabriquer… | Généralement fabriqué par | Leçons |
|---|---|---|
| Bouteille de boisson en plastique | Une petite forme de tube à essai (la préforme) est moulée par injection, puis réchauffée et soufflée en bouteille | 2.1, 2.3 |
| Coque de téléphone | Plastique moulé par injection ; les coques à coque rigide et bord souple sont surmoulées | 2.1, 2.2 |
| Tuyau d'arrosage | PVC souple ou caoutchouc poussé à travers une filière annulaire, souvent en couches autour d'un tressage | 3.3 |
| Panneau de carrosserie | Embouti dans de la tôle d'acier ou d'aluminium, soudé par points à la caisse, puis peint | 4.2, 7.2, 11.1 |
| Canette de boisson | Un disque de tôle d'aluminium est embouti en coupelle, sa paroi étirée mince et haute, puis imprimée | 6.1, 4.2 |
| Évier de cuisine | Embouti profond dans une seule tôle d'acier inoxydable, puis détouré et brossé ou poli | 4.2, 5.9 |
| Châssis de fenêtre en aluminium | Des profilés d'aluminium sont extrudés, coupés et assemblés aux angles, puis anodisés ou thermolaqués | 3.3, 11.6, 11.2 |
| Cadre de vélo (aluminium ou acier) | Tubes étirés ou extrudés, souvent mis en forme par hydroformage, puis soudés TIG ; les cadres en aluminium sont ensuite traités thermiquement | 3.3, 4.5, 7.1, 12.1 |
| Vis | Le fil d'acier est frappé à froid pour former la tête, puis le filetage est roulé ; souvent trempé et zingué | 3.5, 3.6, 12.1, 11.5 |
| Vilebrequin | Acier forgé (parfois fonte), puis tourné, rectifié et durci en surface | 3.1, 5.1, 5.7, 12.2 |
| Engrenage | Dents taillées par taillage à la fraise-mère, puis cémentées et rectifiées ; les petits engrenages sont aussi frittés ou moulés | 5.5, 12.2, 5.7, 9.1, 2.1 |
| Bloc-moteur | Fonte ou aluminium coulés dans des moules en sable, ou aluminium moulé sous pression, puis usiné et rodé | 1.1, 1.4, 5.2, 5.8 |
| Aube de turbine de moteur d'avion | Coulée à la cire perdue en monocristal de superalliage de nickel, trous de refroidissement percés par EDM ou laser, puis revêtue | 1.2, 1.8, 6.6, 11.10 |
| Prothèse de hanche en titane | Alliage de titane forgé et usiné ; les surfaces poreuses sont souvent imprimées en 3D ou projetées au plasma | 3.1, 5.2, 8.4, 11.10 |
| Roue de vélo en carbone | Préimprégné de carbone (tissu de fibres imprégné de résine) drapé dans un moule de jante, puis polymérisé sous chaleur et pression | 10.1 |
| Circuit imprimé (PCB) | Une feuille de cuivre sur une plaque en fibre de verre est dessinée par la lumière et gravée ; les trous sont percés et métallisés ; les composants sont brasés | 13.2, 6.8, 5.3, 11.5, 7.3 |
| Puce en silicium | Un cristal de silicium est tiré et découpé en plaquettes, puis construit par des centaines d'étapes de dessin, de dépôt et de gravure | 13.1, 13.2, 13.4, 11.9 |
Coût selon la quantité
Chaque procédé a deux types de coûts. Le coût d'outillage est payé une fois, avant la première bonne pièce : le moule, la matrice ou le montage fait uniquement pour votre pièce. Le coût de fabrication est payé à nouveau pour chaque pièce : matière, temps machine, énergie et main-d'œuvre.
Coût par pièce = coût d'outillage ÷ nombre de pièces + coût de fabrication par pièce
Plus il y a de pièces pour partager l'outillage, moins chacune en porte : sur 10 pièces, chacune en paie un dixième ; sur 100 000 pièces, presque rien. Un procédé à outillage coûteux, comme le moulage par injection, est donc très cher pour quelques pièces et très peu cher pour beaucoup. Un procédé à peu d'outillage, comme l'usinage ou l'impression 3D, coûte à peu près la même chose par pièce quelle que soit la quantité.
Règles pratiques
- Comptez d'abord. Pour une poignée de pièces, choisissez un procédé sans outillage sur mesure, comme l'usinage ou l'impression 3D ; pour des dizaines de milliers, payez un moule ou une matrice.
- Approchez, puis finissez. Coulez, forgez ou moulez la pièce près de sa forme finale (forme quasi définitive), puis n'usinez que les surfaces qui doivent être précises.
- Demandez de la précision seulement là où elle compte. Chaque tolérance plus serrée ajoute de l'usinage, du contrôle et du coût : gardez-la pour les surfaces qui s'ajustent, étanchent ou glissent.
- Gardez des parois régulières. En moulage et en fonderie, les zones épaisses refroidissent en dernier et peuvent se creuser, gauchir ou emprisonner des cavités ; les nervures ajoutent de la rigidité sans parois épaisses.
- Ajoutez de la dépouille, évitez les contre-dépouilles. Une légère conicité et aucune forme en crochet permettent à la pièce de sortir droit du moule : le moule reste simple et peu cher.
- Besoin de résistance sous charges répétées ? Pensez au forgeage. Le forgeage fait suivre à la fibre du métal la forme de la pièce : elle résiste mieux à la fatigue qu'une pièce coulée.
- Les formes creuses et longues ont leurs propres procédés. Bouteilles et réservoirs : soufflage ou rotomoulage (2.3, 2.5). Longs profilés constants : extrusion (3.3) ou pultrusion (10.3).
- Planifiez toute la chaîne. La plupart des pièces sont mises en forme, puis usinées, traitées thermiquement et finies, et chaque étape ajoute du coût et du temps.
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