Usinage cnc d'un aileron dans des plaques de G10/fr4.

Bonjour,
En bref, je cherche à définir un processus pour usiner des ailerons dans des plaques de G10/fr4 à l’aide d’une cnc.
Plus précisément. Actuellement, je sculpte des ailerons ( surf/planche à voile..) dans des plaques de G10/fr4 (epoxy/fibre de verre) à l’aide d’une disqueuse à variateur (disque à découper, à poncer) ensuite une ponceuse et enfin au ponçage à l’eau.

Un procédé manuel fastidieux et imprécis que j’ai mis en place en Guadeloupe pour un petit marché. Dans le commerce, ces objets sont généralement fabriqué en série sur des cnc 5axes(j'imagine) avec des procédés industriels sur des gros volumes… Je me dis que je pourrai passer aujourd’hui à un procédé plus moderne et précis sur de la petite série avec une petite cnc. En cherchant sur la toile ce qu’on peu faire avec une cnc amateur, la première question (contrainte) qui me vient est la suivante : L’aileron que je souhaite obtenir a 2 faces identiques (symétriques) mais inversées. 2 faces donc à usiner sur la même plaque donc 2 fichier différents. Est il possible avec une cnc 3axes horizontale  basique, d’usiner une face puis de retourner la plaque et d’usiner l’autre face tout en gardant assez de précision pour que les 2 profiles soient bien alignés ( pas de décalage dessus/dessous), sachant qu’il y aurait plusieurs ailerons sur la plaque dans des sens différents (X, Y différents ) par soucis d’optimisation. J’imaginais inclure dans le fichier pour la commande des trous aux 4 coins de la plaque pour son calage et son alignement sur la machine. Est ce que ce serait suffisant?
Un 4éme Axe pour passer sur l’autre face serait il incontournable? Genre la plaque à la verticale avec rotation sur l"'axe 4, la broche à l'horizontale.. bref du sur mesure
Idéal j’imagine… mais sur de la petite série??

Les plaques sont en A3 (420x300) épaisseur 10mm.
L‘épaisseur de l’aileron représente entrer 9 et 10mm. Profondeur de fraisage 4,5-5mm sur chaque face.
La finition restera à la ponceuse(grain 120--400) puis à la main à l’eau, donc je pense ne pas avoir besoin d’une finition de surface trop parfaite niveau grain au fraisage.
Précision de la machine? 0.1? 0.01? 0.001? Quel Nombre et types d'outils nécessaires (diamètres)?
3 ailerons par plaque voir 4 maximum.
Ca resterai de l’artisanat à la demande donc pas plus de 2 séries (par semaine).
Une machine pour usiner du G10 a t'elle besoin d'être aussi rigide que pour un alliage d'Aluminium?
Une Verticale ou une horizontale?
Voilà quelques interrogations en vrac pour commencer.
Si vous avez des suggestions n'hésitez pas?

A+Florent

En travaillant par retournement manuel; il n'y aura pas de problème de symétrie.
Fait un recherche sur les vidéo de dh42, tu verras la méthode.
@+
Eric

Salut,

Est il possible avec une cnc 3axes horizontale  basique, d’usiner une face puis de retourner la plaque et d’usiner l’autre face tout en gardant assez de précision pour que les 2 profiles soient bien alignés ( pas de décalage dessus/dessous), sachant qu’il y aurait plusieurs ailerons sur la plaque dans des sens différents (X, Y différents ) par soucis d’optimisation. J’imaginais inclure dans le fichier pour la commande des trous aux 4 coins de la plaque pour son calage et son alignement sur la machine. Est ce que ce serait suffisant?

Oui, c'est tout à faire possible de faire du double face avec une CNC 3 axes ; un exemple détaillé ici

http://www.atelier-des-fougeres.fr/Cambam/Aide_V1/tutorials/Usinage3D.html

la partie usinage et ici (pour le positionnement après retournement, j'utilise des "piges" faites avec des tourillons à bois ; 2 suffisent ; à l'axe de retournement (4 = misère   , j'ai testé !!)

http://www.atelier-des-fougeres.fr/Cambam/Aide_V1/tutorials/Usinage3D_2.html

Pour ce qui est de l'alignement entre les 2 faces, oui, si tu ne fais pas de gaffes et que ta machine n'a pas de problème c'est parfait (disons à quelques centièmes)

Un 4éme Axe pour passer sur l’autre face serait il incontournable? Genre la plaque à la verticale avec rotation sur l"'axe 4, la broche à l'horizontale.. bref du sur mesure

Je pense que ce serait plus un problème qu'un avantage ; une plaque de 10mm d'épaisseur suspendue dans les airs, que ce soit à la verticale ou à l'horizontal, c'est tout sauf rigide ; une plaque en A3, c'est mini 150mm de hauteur pour l'axe du 4ieme axe pour pouvoir la faire tourner d'un demi tour sans que ça ne touche la table, donc il faut une machine avec un Z très haut. (moins rigide, moins courant, plus cher) ... et il est beaucoup plus difficile de régler le 4ieme axe au poil. (axe de rotation parfaitement aligné avec les autres axes)

Précision de la machine? 0.1? 0.01? 0.001? Quel Nombre et types d'outils nécessaires (diamètres)?

0.1, oui, la plupart des CN Chinoises correctes en sont capable je pense, pour des machines plus haut de gamme, c'est autour des 0.02/0.03 (je parle des CNC à portiques) ; 0.001 ça n'existe pas à moins que tu n'ai 2 ou 300K€ qui trainent dans un coin et que tu te paye un centre d'usinage (et encore, le micron en fraisage, c'est pas gagné, même avec une super machine !)

L'usinage 3D pour faire des formes comme ton aileron utilise principalement des fraises cylindriques pour l'ébauche et des fraises hémisphériques pour la finition.

Vu la forme sans petits détails ni changement de forme brusque, tu n'aura pas besoin d'utiliser des fraises trop petites (Ø6 je pense) et il est même possible, suivant la rigidité de la machine et la puissance de la broche, que tu puisse prendre les 5mm en une seule fois, ce qui t'évitera de faire une ébauche et te fera gagner du temps d'usinage.

sur ce sujet tu verra des objets fait en usinage 3D double face
http://www.metabricoleur.com/t14745p25-usinage-3d-profond-realisations-et-parametrages-cambam-sur-mdf#293551

Une machine pour usiner du G10 a t'elle besoin d'être aussi rigide que pour un alliage d'Aluminium?

Aucune idée, je ne connais pas cette matière, si c'est comme de la fibre de verre, c'est bien moins dur que de l'alu ; si c'est dans le même genre de dureté, un portique orienté bois suffira, mais plus c'est rigide et plus tu pourra "envoyer" (vitesse d'usinage, profondeur de passe) donc plus les pièces se feront vite. Il vaut toujours mieux choisir la rigidité, la qualité et la précision du travail n'en seront que meilleur (ainsi que la durée de vie des outils)... mais bien sûr, c'est plus cher !

Une Verticale ou une horizontale?

Verticale, il est plus facile de travailler sur une plaque posée à plat sur la table que de la mettre sur champ.

++
David

Bonjour,
Un autre exemple de fraisage 3D par retournement:






le bouton a été tourné de manière classique.

Bonsour, bonjoir,
Merci, la boite de pandore est donc ouverte...
Merci Eric.
David, merci pour tes précisions et l'Atelier de Fougères, encore une mine d'or, j'ai pas fini de creuser  
Diomedea, merci très bel archet, ça me rappelle mes années violon...



C'est possible je l'imaginais bien et là c'est plus clair pour la méthode... quoique plus complexe quand il faudra passer de la pièce unique sur une plaque, à la série de 3 par plaque... détail qui sera réglé avec la pratique. Je parlais bien de fibre de verre (appellation standard industrie : G10/fr4). par horizontale ou verticale, je voulais dire à colonne ou à portique!?  Une différence de rigidité entre autre j'imagine. Donc une portique mobile suffirait pour cette matière et une portique fixe ou colonne pour aller vers l'aluminium si j'ai bien compris?
Question plus générale.
Habitant en Guadeloupe ou l'approvisionnement est compliqué sur beaucoup d'aspect. Délais et coût d’Importation, prix et dispo des matières premières sur place…  Est il envisageable pour un novice (Cap d'Electricien, bricoleur, pas soudeur mais peu le devenir..) de réaliser une cnc portique fixe correcte (par ex X400, Y300, Z100) à partir de différents éléments tel qu’un kit  pour l’axe Z, des pièces détachés pour l’x et le Y(moteurs et rails…), le tout posé sur un châssis acier(fabriqué sur place)? Une électronique de commande en kit (câbles , controllers, unité centrale..). Et tout ce que je pourrais avoir oublié pour faire simple. L’objet en lui même ne me parait pas insurmontable à monter/construire. Par contre le calage des axes, le paramétrage  nécéssiterait il me semble des outils supplémentaires (de mesure et autres) qui ne font pas parti de mon atelier et que j’ai du mal définir, quantifier. En bref vu mon éloignement, beaucoup plus compliqué qu’un kit unique complet voir une machine déjà montée qui serait plus chère à l’importation (ex Chine-Europe-Antilles). Bref pas simple à démêler tout ça . Si vous avez un avis sur la question…
Ce projet est à l’état de réflexion, de cogitation  
Je dois établir une liste complète et précise des pièces et outils nécessaires en dehors de la cnc en elle même, de l’ordi et des logiciels. Outils de mesure, de calage au montage, de réglage etc Bref tout ce à quoi on ne pense pas quand on est novice.
Un atelier de shaper n’a quasiment rien de commun à un atelier dédier à la cnc. Un atelier à transformer donc. Je pensais établir des rubriques par étapes de la conception à la mise en route afin de ne rien oublier.
Encore une fois si quelqu’un à déjà une liste(type) ou des suggestions.. Une connaissance dans les Antilles , un cas similaire…   n’hésitez pas!

Je vais faire mon empêcheur de tourner en rond : mais pourquoi une CNC ??? (ouais, j'aime bien contredire)

Je connais mal les matériaux composites (encore que le béton armé, techniquement, c'est du composite ), mais quand je vois une pièce en fibre de verre + résine... je pense tout de suite "moule". Ne serait il pas plus approprié de fabriquer un moule, et de venir couler un mélange de résine + fibres ? avec éventuellement une reprise du socle de fixation par machine ? ou faire de la stratification (l'aileron serait creux, est-ce important ?) en collant de la fibre de verre + résine sur un gabarit ?

Si la réponse est "parce que je n'ai accès qu'à des plaques à usiner et pas à la résine", ça va effectivement clore le débat mais si tu peux avoir de la résine et des fibres, il serait intéressant de voir le coût de la solution "moulage"

Ca te coûtera beaucoup moins cher en équipement, ça permettra la fabrication en série assez simplement (et si tu dois augmenter ta productivité, il suffit de fabriquer d'autres moules pour faire plusieurs pièces en parallèle en tenant compte du temps de prise). Il faut juste faire le ratio avec le coût de la matière première.

J'ai une formation d'industrie : clairement, l'usinage (ou son équivalent par ajout de matière "impression 3D") n'est à utiliser qu'en dernier recours. C'est coûteux, chronophage, et pas commode pour la fabrication en série. Ca ne doit servir que pour usiner les surfaces fonctionnelles quand nécessaire (quand il y a besoin d'une précision supérieure à ce que les autres procédés permettent). Ca me fait souvent rire quand je vois les titres du type "l'impression 3D va révolutionner l'industrie" ... ça révolutionne surtout le prototypage. Mais question qualité et coût, rien ne vaut une fabrication en grande série.

La déformation plastique (emboutissage, utilisé sur les carrosseries de bagnoles par exemple), la forge (anneaux de levage par exemple) ou la fonderie (bloc moteur) sont bien plus utilisées pour des simples raison de rendement : l'investissement est éventuellement conséquent au démarrage (création d'une matrice de forge, d'un moule de coulage ou autre), mais est rentabilisé sur le grand nombre de pièces fabriquées.

Ici au vu de la pièce, je me dis que les surfaces fonctionnelles sont uniquement au niveau de la fixation, et que la précision n'a pas l'air particulièrement importante sur la forme (j'entends par là une précision au 10ème de millimètre, ce qui est tenable à mon avis en moulage).

Ca me fait penser au criss cross vu sur un des sujet ici où tout à été fait en usinage... c'est beau, là dessus je ne nie pas... mais quel temps passé quand un moule de forge + passage à la perceuse est amorti très rapidement pour un industriel ! Pour un bricoleur qui ne compte pas son temps et va faire un pièce unique, c'est aussi se faire plaisir, mais je crois comprendre qu'il s'agit d'en faire un petit fond de commerce... auquel cas les problématiques de coût, délais et qualités entrent dans l'équation.

Bref, j'espère que tu trouveras ton bonheur (quelle que soit la solution choisie).

Pour ce qui est du montage, un kit CNC, mécaniquement, c'est du lego... après, le plus tendu (pour moi) c'est la partie software, mais dans tous les cas, tu auras toute l'aide nécessaire sur ce forum je pense

BZHades a écrit:Je vais faire mon empêcheur de tourner en rond : mais pourquoi une CNC ??? (ouais, j'aime bien contredire)

Alors pour faire mon chieur, pour usiner le moule, pourquoi pas une CNC ?

Bonjour,
Je suis tout à fait d'accord avec l'approche de BZHades...
J'ai vu pratiquer le métier de mouleur (formation au cap de mouleur fondeur)... les modèles (proto) étaient réalisés en bois, à la gouge et à la râpe (enfin plusieurs gouges, plusieurs râpes et autres fraises) à partir desquels ils tiraient un moulage pour réaliser des copies ou bien s'en servaient de matrice pour une fonte au sable en atelier de fonderie...
Maintenant, s'il s'agit de calculer avec les softs de CAO-DAO les contraintes et les formes avec simulation de pénétration dans un fluide... c'est une autre histoire.

BZHades, ça tombe bien j'adore la contradiction mais attention je suis très bavard et tes remarques assez pertinentes vont me permettre de développer mon sujet et de bien en faire le tour..
Ce projet est une évolution de ce que je réalise déjà avec des moyens plus ou moins "rudimenteaux" mais pas que.
Comme je le disais dans mon message de présentation d'entrée comme novice dans ce forum, je fais déjà des ailerons en Epoxy/Carbon par moulage et cuisson.

J'ai dessiné les 2 parties du moule sur Fusion360 et fais usiné celui ci par un pro. Prix du moule 1500€(devis le plus bas)
Le process  est éprouvé (30enne de couches de Carbon 200gr par face, découpées et imprégnées de résine Epoxy puis sous presse au chaud à 50°c) et le résultat est assez bon, mais c'est assez chronophage(découpe des tissus) contrairement à ce que l'on à tendance à s'imaginer car à ce stade l'aileron n'est pas fini. Détourage, ponçage, calage et talonnage dans un autre moule Alu à la résine PU rapide. Bref le moulage est parfait pour ce genre d'aileron très technique avec une orientation des fibres très précise pour une flexion sans torsion et d'autre détails, mais assez difficile à reproduire en série. D'autres détails du processus je pourrai évoquer aussi... Presser une 60ène de couches de tissus imbibées de résine c'est pas sans difficultés ce qui augmente assez facilement le risque de casse par délimitation.. L'aileron c'est comme un pneu ça travail avec des contraintes mécaniques assez complexes.
le sujet est vaste et je l'explore depuis quelques années (infusion, prepeg..)
Ce projet est pour un autre type d'aileron moins technique mais beaucoup plus costaud aux impacts, au frottements sur le sable, les rochers. Avec une autre forme trop compliqué à découper dans les tissus..
Une autre contrainte. Chaque aileron est décliné dans une 10ènne de tailles .
L'aileron droit que je moule peut être découpé à la base pour obtenir la taille désiré.
Celui que je souhaiterai usiner ne peut être simplement coupé. c'est une diminution de la surface totale de sont angle d'inclinaison.. Donc ce serait un moule par taille?? Il subit aussi l'évolution du temps de la mode...
Un Moule c'est extrêmement cher à faire usiner sans parler de le dessiner de le concevoir et de recommencer pour l'améliorer.
Merci Meles!! j'y viens.
à suivre

bon, il est bien évident pour moi qu'utiliser une cnc pour faire un simple aileron sur un petit marché n'est qu'un début, une porte d'entrée.
J'ai dans l'idée de m'en servir aussi pour faire évoluer les outils imprécis que j'ai fabriqué pour l'aileron moulé (moules, colonne de calage, presse, gabarits de découpe tissus, de perçage...). Developer d'autres projets.

La suite,
Pour revenir sur les remarques de Bzhades, le moulage de tissus imprégnés de résines devient vraiment compliqué à réaliser quand il y a des angles et la partie basse qui sert à la fixation de l'aileron dans le boitier la planche est faite d’angles.

Sans parler du tissu qui est difficile à découper et encore plus pour suivre des angles sur des distances courtes (il se défait et se maintien difficilement dans un angle).. 60 couches de tissus imprégné de résine à faire rentrer dans moins de 10mm d’épaisseur… la viscosité de la résine à tendance chasser les tissus vers l’extérieur du moule au pressage du fait de la forme en profile de l’aileron sur sa partie supérieure. Mélanger et imprégner manuellement de la résine (bi-composant et parfois de 2 types différente) c’est créer inévitablement des bulles d’air (en surface surtout) dont il est difficile de se débarrasser. Je pourrai continuer encore…
De la résine sans tissus n’a aucun intérêt mécanique.
Sur une plaque de fibre de verre (g10) ces contraintes sont résolues en amont grâce à la simplicité de la forme surtout. Je peux assez facilement presser sous vide d’air une plaque de G10 avec mes modestes moyens pour un meilleur résultat avec du tissus présent partout dans le volume.
Je pourrai parler du moulage sous vide, du Prepeg, de l’infusion.. d’autres process avec d’autres contraintes.
Le moulage c’est pas si simple et clairement pas adapté dans le cas qui m’intéresse.

A+

Merci pour toute ces précisions... le moulage remonte à mes années d'étude comme je l'ai dit, et du coup je manque d'expérience en la matière, mais au moins, ça a permis d'explorer d'autres solutions ^_^

Je pensais plus à une résine chargée en fibre à venir couler (donc pas de problématique de temps à passer à stratifier couche par couche), avec une éventuelle reprise des parties fonctionnelles dans un deuxième temps (un peu façon résine epoxy qu'on peut voir pour les tables à la mode)

Pour le moule, je pensais à faire un moule soit en bois (avec une bonne finition pour saturer et bien graisser pour éviter que la résine ne colle au démoulage), soit faire un moulage en stratifiant en fibre de verre + résine sur une pièce originale. Ca prend un peu de temps, mais ça coutera bien moins cher que les 1500€ d'une coquille alu !
Sinon la dernière solution, faire un moule... avec une CNC

Dans tous les cas, on voit que tu as étudié le problème.
Pour la solution CNC, je laisse donc les spécialistes te répondre

Bon j'ai pas tout saisi au fonctionnement de l'éditeur mon dernier message est une citation

Pour le moule, je pensais à faire un moule soit en bois (avec une bonne finition pour saturer et bien graisser pour éviter que la résine ne colle au démoulage), soit faire un moulage en stratifiant en fibre de verre + résine sur une pièce originale. Ca prend un peu de temps, mais ça coutera bien moins cher que les 1500€ d'une coquille alu !
Sinon la dernière solution, faire un moule... avec une CNC

si un moule en bois peut faire l'affaire alors oui, je pense que c'est plus économique d'en refaire un de temps en temps à la CNC quand il se détériore que de faire des moules alu qui durent longtemps mais coutent très cher car ils prennent bien plus de temps à usiner et nécessitent une CNc plus rigide et puissante (donc plus chère aussi) .. Si en plus les modèles changent sans arrêt, ça n'a pas trop d’intérêt d'avoir un moule qui dure 1000 ans ..

Attention par contre, l'usinage 3D c'est sympa, mais ça peut prendre pas mal de temps pour faire une pièce ; surtout si tu veux une finition bien lisse ... et il y aura toujours des finitions manuelles, comme par exemple faire sauter les attaches qui maintiennes la pièce. Avec un moule en usinage 3D, pas d'attaches à retirer.

il fait quelle longueur l'aileron noir ?

quoique plus complexe quand il faudra passer de la pièce unique sur une plaque, à la série de 3 par plaque...

Non, ça ne pose pas de problème particulier (en fait ça ne change rien)

++
David

Très beau moule en alu, le prix est très raisonnable au vue de la qualité.
Faisant pas mal de pièces en composites, je ferais des plaques sous vide avec l'assemblage des tissus, puis l'usinage en 3D avec une fraise diamant, finition en hémisphérique.
Par contre ce sera très long et attention à la poussière de carbone.
@+
Eric

Bon je reprends,
un moule dans mon cas, c'est avec une cnc que ce soit pour le réaliser dans du bois (prototype), de l'aluminium, faire une emprunte.. Les données (taille, épaisseur, forme..) sont au dixième pour suivre une évolution. Reproduire à l'identique un aileron l'améliorer en changeant ou modifiant le moule sans passer par l'outil numérique n'as plus d'intérêt sur le marché aujourd'hui. Les gens veulent du précis tant en visuel qu'en qualités mécaniques.
L'aileron en Carbon fait 44cm et je peux le recouper pour produire des ailerons entre 34 et 44cm.
Je peux le rendre plus ou moins souple (flex sur longueur) tout en le bloquant en torsion, en changeant le sens des fibres dans le moule. Du sur mesure..
Pour les petits ailerons courbés. Ils font entre 13x12cm et 14x25cm (LxH) pour entre 9 et 10mm d'épaisseur.
Donc un aileron tous les cm de 12 jusqu'à 25cm. Là pas de soucis mécanique particulier ça doit être un peu souple mais surtout très costaud(usure et chocs) point.
Faire des moules à chaque taille serait aberrant.
Dans l'industrie une marque les fait en injection plastique(trop fragile), une autre en rtm epoxy/fibre(très cher)... Ils font leur moules eux mêmes voir sous traités par les mêmes usines sur de gros volumes en Asie le plus souvent.
Ici je parle d'un petit marché aux Antilles où ces produits arrivent au compte goute et à des prix prohibitifs..
Relocalisation...
L'usinage en cnc me parait être la meilleur solution technique pour la fabrication en série de cet Aileron voir d'autres models.
Après c'est l'aspect coût de revient production(temps usinage+matières premières),
prix de la machine (tout compris) qui me pose question.
Est ce valable à réaliser ici ou trop couteux (importation)?

Oui Merci Eric j'ai eu un prix
C'est exactement ce que j'imaginais.
Importation ou/puis fabrications plaques et usinage 3D.

Si tu reste uniquement sur l'usinage de composites, c'est jouable en autoconstruction à partir de profilés alu.
Si tu veux usiner de l'alu, ça va être beaucoup plus compliqué.
Plus la matière est dure à usiner, plus il faut un ensemble rigide.

Du composites voir du bois oui. Et j'imagine que par la suite après un temps d'adaptation il serait possible de "l'updater" de l'améliorer pour aller sur des matières plus dures.
Un peux plus dans le détail, les questions inévitables du Novice
A partir de quelle puissance de broche c'est envisageable dans le composites, et a quelle puissance du superflu?
Puissance/poid/rigidité de la machine.. Q
Quelle fourchette de vitesse mini et max pour cette matière?
X40, Y30 Z.. en gros
les machines types 3040/6040 chinoises sont t'elles assez rigides?
Une cnc  Européenne en Kit?
Et question à milles neurones
Y a t'il une grosse différence de prix (grosso modo) entre les kits type 3040 et une auto construction à peux près équivalente, avec des pièces provenant de Chine sur Amazon/Aliexpress.