Usinage de l’ABS : paramètres

L’usinage de l’ABS semble simple au premier abord : un plastique “facile”, léger, économique. En réalité, les bons paramètres de coupe font la différence entre une pièce impeccable et un carter brûlé, voilé ou rempli de bavures. Avec une température de transition vitreuse basse, des grades très différents (standard, renforcé, ignifuge) et des procédés de fabrication variés (moulage, extrusion, impression 3D), l’ABS réagit fortement à chaque réglage de la machine. Bien comprendre ce comportement permet de gagner en productivité, de réduire l’usure outil et de sécuriser les tolérances serrées sur les pièces de précision, du prototype rapide au lot série sur centre CNC haut de gamme.

Propriétés de l’ABS influençant les paramètres d’usinage (composition, tg, grade extrusion/injection)

L’ABS (acrylonitrile butadiène styrène) combine trois monomères : l’acrylonitrile apporte la résistance chimique, le butadiène la ténacité aux chocs, et le styrène la rigidité et la facilité de mise en forme. Cette architecture copolymère explique pourquoi l’ABS supporte bien les chocs mécaniques mais reste sensible à la chaleur générée en coupe. Sa densité typique (1,04–1,06 g/cm³) en fait un matériau léger, intéressant pour alléger des ensembles usinés tout en conservant une bonne rigidité. La plupart des fiches matières indiquent une résistance à la traction entre 30 et 50 MPa et un module de traction autour de 2,1–2,8 GPa, ce qui le place devant beaucoup d’autres thermoplastiques standards en termes de compromis rigidité/choc.

La température de transition vitreuse de l’ABS se situe autour de 105 °C, avec une HDT (température de déflexion sous charge) typique de 80–100 °C sous 0,45 MPa. En usinage, cela signifie qu’au-delà de 80–90 °C dans la zone de coupe, le matériau commence à ramollir, à se dilater fortement (coefficient de dilatation 70–90 × 10⁻⁶ /°C) et à marquer sous l’effort de l’outil. Plusieurs études industrielles montrent qu’un échauffement mal contrôlé peut réduire la résistance à la traction de pièces ABS de 15 à 20 %, simplement à cause de la dégradation thermique locale. Pour des pièces fonctionnelles (clips, charnières, douilles), ce point devient critique.

Différences de comportement à l’usinage entre ABS standard, ABS renforcé verre et ABS ignifuge UL94

Tous les grades d’ABS ne se comportent pas de la même manière en fraisage ou en tournage. Un ABS standard à usage général, avec un Izod entaillé typique de 200–300 J/m, donne des copeaux continus plutôt dociles, avec un facteur d’usure outil de référence (1,0). Un ABS à fort impact, plus chargé en butadiène (20–30 %), offre une ténacité supérieure (jusqu’à 400–500 J/m), mais génère des copeaux filandreux qui s’enroulent autour de l’outil et demandent un angle de coupe plus positif pour éviter les vibrations et le “broutage”.

L’ABS renforcé fibre de verre (10–20 %) augmente la résistance à la traction (souvent 50–65 MPa) et la HDT (jusqu’à 110 °C), mais devient nettement plus abrasif. L’usure outil peut grimper de 40–50 % par rapport à un ABS standard, et les copeaux deviennent anguleux, agressifs pour les arêtes. Enfin, les grades ignifuges UL94 V-0 incorporent des additifs qui rendent le copeau plus cassant, génèrent 15–20 % de chaleur supplémentaire et augmentent encore l’abrasivité. Sur ces matériaux, les paramètres de coupe doivent être adoucis (vitesses plus basses, profondeurs de passe réduites) pour préserver l’état de surface.

Rôle de la température de transition vitreuse (~105 °C) sur la déformation et la fusion en coupe

La Tg de l’ABS joue un rôle central dans le choix des paramètres. En dessous de ~80 °C, le matériau reste relativement rigide et dimensionnellement stable. Entre 80 et 105 °C, l’ABS entre dans une zone viscoélastique où il se déforme sous l’effort de coupe, marque plus facilement et peut “glaçer” en surface si l’outil frotte au lieu de couper. Au-delà de 105 °C, la couche superficielle commence à ramollir nettement : elle colle à l’outil, forme des bavures épaisses et peut aller jusqu’à la fusion locale, surtout en perçage profond ou en rainurage étroit.

Un bon paramétrage d’usinage de l’ABS consiste moins à “forcer” dans la matière qu’à passer rapidement dans une zone de coupe froide, avec un copeau épais et net qui évacue la chaleur.

Concrètement, l’avance par dent ne doit pas être excessivement faible : une avance trop petite augmente la part de frottement par rapport à la coupe et fait grimper la température de contact. À l’inverse, des profondeurs de passe trop importantes sur de grandes fraises risquent de dépasser localement la Tg et de provoquer un voile progressif de la pièce, notamment sur des plaques minces ou de grands carters.

Impact du procédé de fabrication (ABS moulé, extrudé, imprimé 3D FDM) sur la stabilité dimensionnelle

L’ABS extrudé (plaques, barres) et moulé par injection présentent des états internes différents. L’extrusion génère souvent des contraintes résiduelles longitudinales ; l’usinage peut les libérer et provoquer un gauchissement de 0,3 à 0,5 % sur des profils longs si aucune opération de recuit n’est prévue (typiquement 80–90 °C pendant 2–4 h). Les pièces moulées par injection présentent parfois des gradients de densité et d’orientation selon les zones de la pièce, ce qui se traduit par des variations de retrait après usinage fin, surtout sur les nervures et les zones épaisses.

Les pièces issues de l’impression 3D FDM en ABS sont encore plus spécifiques : elles sont fortement anisotropes, avec des valeurs mécaniques réduites de 20–30 % dans la direction des couches et une porosité interne dépendant du taux de remplissage. En FDM, la stabilité dimensionnelle après usinage dépend fortement de l’orientation de la pièce dans la machine d’usinage par rapport aux directions de dépôt de filament : attaquer “dans le sens des couches” ou “à travers les couches” ne donne pas le même comportement en coupe, ni le même risque de délamination.

Influence de la structure interne (densité, porosité des pièces FDM, taux de remplissage) sur les efforts de coupe

Sur un ABS massif extrudé, les efforts de coupe restent relativement réguliers : la densité est homogène, la section découpée correspond à la géométrie théorique de l’outil. Sur une pièce FDM avec un remplissage 20–40 %, la réalité est toute autre. L’outil alterne zones pleines (parois) et zones creuses ou partiellement remplies (infill en grille ou nid d’abeille). Il en résulte des variations d’effort de coupe, des micro-accoups et un bruit caractéristique. Pour des usinages de précision sur ABS imprimé, il est souvent judicieux de prévoir, dès la phase CAO, des surépaisseurs spéciales dans les zones à surfacer afin de disposer de suffisamment de matière pleine pour une coupe régulière.

La densité apparente plus faible des pièces FDM (souvent 0,7–0,9 g/cm³ selon le taux de remplissage) implique aussi une rigidité réduite, donc une sensibilité accrue à la flexion et au “rebond” sous l’outil. Cette élasticité relative doit être compensée par des efforts de serrage bien répartis, des outils très affûtés et des avances modérées pour éviter le phénomène de “chipping” ou d’arrachement de couches sur les arêtes.

Choix des outils de coupe pour l’usinage de l’ABS (fraises, forets, plaquettes)

Les paramètres d’usinage de l’ABS dépendent autant de la machine que du choix d’outil. Un outil adapté aux aciers alliés peut fonctionner, mais donnera rarement la meilleure finition, surtout sur des pièces esthétiques. L’idéal consiste à sélectionner des géométries spécifiquement prévues pour les polymères, avec des goujures polies et des angles de coupe positifs, comme celles proposées par les grands fabricants d’outils pour plastiques. Ce choix influe directement sur les températures de coupe, la qualité des copeaux et la durée de vie des arêtes.

Matériaux d’outils recommandés : HSS, carbure micrograin, PCD et revêtements TiN/TiAlN

Pour le fraisage CNC de l’ABS, le carbure micrograin est généralement le meilleur compromis : bonne résistance à l’usure, tranchant durable et possibilité d’affûtages fins. Sur centres Haas, DMG Mori ou Mazak, de nombreux ateliers constatent qu’un carbure non revêtu donne parfois une meilleure finition que des revêtements durs standard, car certains revêtements augmentent le frottement sur un matériau aussi tendre. Les revêtements TiN ou TiAlN peuvent toutefois apporter un plus pour les ABS chargés verre ou ignifuges, en limitant l’adhérence et l’abrasion.

Les forets et fraises en HSS (acier rapide) restent intéressants pour des vitesses de coupe modérées, des petites séries et des diamètres très fins. Leur tranchant est souvent plus “doux” et pardonne mieux de légers défauts de paramétrage. En revanche, la durée de vie chute vite sur ABS renforcé ou sur des campagnes longues. Le PCD (diamant polycristallin) est rarement nécessaire pour de l’ABS standard, mais peut se justifier sur des lignes haute cadence usinant du plastique chargé verre où la constance d’état de surface est cruciale.

Géométrie de coupe adaptée aux plastiques : angle de coupe positif, angle de dépouille, hélice des fraises

L’ABS demande un angle de coupe positif (souvent +5 à +15°) pour trancher proprement la matière plutôt que la frotter. Un angle de dépouille suffisant (7–12°) limite le contact talon-pièce et réduit les risques de glaçage de surface. La grande majorité des fraises dites “pour plastique” adoptent une hélice relativement élevée (30–45°) et des goujures polies, afin de favoriser l’évacuation de copeaux mous et parfois collants.

Une géométrie agressive sur ABS, c’est un peu comme un couteau de cuisine parfaitement affûté : l’effort paraît moindre, la coupe est plus propre et la chaleur se concentre dans le copeau, pas dans la pièce.

Une hélice trop faible ou des goujures rugueuses retiennent les copeaux dans la gorge, ce qui augmente la friction, la température et le risque de bouchage, notamment dans les rainures profondes. Inversement, une hélice très élevée peut tirer la pièce vers le haut ; sur des plaques fines, cela impose un bridage rigoureux (mors doux, aspiration sous vide, brides larges).

Types de fraises CNC pour ABS : fraise deux lèvres, fraise une dent “o-flute”, fraise à surfacer

Pour le fraisage de plaques et carters en ABS, la fraise deux lèvres reste un standard, surtout en diamètres 4–12 mm. Elle offre un bon compromis entre volume d’évacuation des copeaux et rigidité. Pour des opérations de rainurage ou de découpe de chants, la fraise une dent “O-flute” spéciale plastiques est particulièrement efficace : sa gorge en forme de “O” et sa goujure polie arrachent un copeau bien formé, limitent l’échauffement et fournissent souvent la meilleure finition sur les chants visibles.

Les fraises à surfacer (fly cutter ou fraises à plaquettes) sont employées pour dresser rapidement des faces larges, par exemple sur des plaques ABS de 10–20 mm. Dans ce cas, l’utilisation de plaquettes à géométrie positive, avec brise-copeaux doux et rayon de nez adapté (0,4–0,8 mm), permet de maintenir une rugosité faible tout en conservant des avances élevées. Sur des tables de fraiseuse de grande taille, cela devient une solution très productive pour préparer des bruts avant usinage de précision.

Forets spécifiques pour plastiques (ex. guhring, dormer) et affûtage anti-arrachement de l’ABS

Le perçage de l’ABS avec des forets métal standard (118° non modifiés) fonctionne, mais au prix d’un risque élevé de bavures et d’arrachements en sortie de trou. Les forets spécifiques plastiques, proposés notamment par des fabricants comme Guhring ou Dormer, utilisent des pointes plus aiguës (90–100°), des lèvres très affûtées et des goujures polies. Certains modèles adoptent une géométrie dite “anti-lifting” qui réduit la tendance de la matière à monter le long de l’arête.

Pour les petits diamètres (< 4 mm), un affûtage soigneux est essentiel. Un foret émoussé va chauffer, faire fondre l’ABS et laisser un trou elliptique ou resserré après refroidissement. Sur des tolérances serrées, il est souvent préférable de percer à un diamètre légèrement inférieur puis de finir par alésage ou alésoir calibré, afin de maîtriser l’état de surface et le diamètre final.

Stratégies d’évacuation des copeaux : goujures polies, canaux de lubrification interne, soufflage air comprimé

L’ABS produit des copeaux continus, parfois très longs, en particulier sur les grades à fort impact. Ces copeaux peuvent s’enrouler et perturber la coupe. Pour y faire face, les goujures polies des fraises et forets deviennent un atout déterminant, surtout à grande vitesse. Sur des machines modernes, des canaux de lubrification interne permettent d’injecter un fluide léger ou de l’air directement à la pointe, ce qui aide à évacuer les copeaux hors du trou ou de la gorge.

Le soufflage à l’air comprimé reste une solution simple et efficace en usinage ABS, en particulier en fraisage CNC de poches ou de contours fermés. Il évite le recyclage des copeaux sous l’arête, améliore la visibilité et réduit le risque de blocage. Sur des séries longues, une combinaison air + lubrification minimale (MQL) limite à la fois les échauffements et l’encrassement de la zone de coupe.

Paramètres de coupe en fraisage CNC de l’ABS : vitesses, avances et profondeurs

Les paramètres de fraisage CNC de l’ABS doivent concilier trois objectifs : limiter l’échauffement, garantir une bonne évacuation des copeaux et obtenir une rugosité conforme aux pièces visibles. De nombreux ateliers utilisant des centres Haas, DMG Mori ou Mazak retiennent des vitesses de rotation relativement élevées, mais avec des avances par dent suffisantes pour produire un vrai copeau. Le dosage entre ces variables influence directement la stabilité des pièces, notamment sur des plaques larges ou des boîtiers de faible épaisseur.

Vitesses de rotation recommandées (n) pour l’ABS en fonction du diamètre d’outil (ex. fraise Ø6, Ø10, Ø12)

À titre indicatif, pour un ABS standard de qualité machine :

Ces plages restent volontairement modérées pour limiter la vitesse de coupe sur ABS, surtout sans arrosage abondant. Sur des fraises une dent O-flute de petit diamètre (2–4 mm), des vitesses plus élevées (jusqu’à 12 000 tr/min) sont envisageables, à condition d’ajuster l’avance par dent et la profondeur de passe. En pratique, une montée progressive de la vitesse, avec contrôle systématique de la température pièce (au toucher ou au pyromètre) reste une approche prudente.

Vitesse de coupe (vc en m/min) typique pour ABS sur centres CNC haas, DMG mori, mazak

La plupart des recommandations d’outilleurs situent la Vc pour ABS standard autour de 150–300 m/min pour le fraisage, selon la rigidité de la machine et la géométrie d’outil. Sur un centre moderne, viser 200–250 m/min en ébauche et plutôt 150–200 m/min en finition permet souvent de maintenir un bon état de surface sans excès de chaleur. Pour un ABS renforcé verre ou ignifuge, il est judicieux de réduire la Vc de 20–30 % afin de limiter l’usure thermique et l’abrasion.

Des essais réalisés dans plusieurs ateliers montrent que dépasser 300 m/min sur ABS non refroidi augmente nettement la température de surface, avec apparition rapide de bavures et de zones brillantes. En revanche, rester trop bas (moins de 80–100 m/min) pénalise la productivité sans bénéfice significatif sur la qualité, à condition bien sûr de ne pas tomber dans une avance par dent trop faible.

Calcul et ajustement de l’avance par dent (fz) pour limiter l’échauffement et le bourrage

La fz (avance par dent) est le levier clé pour éviter le frottement pur. Sur ABS, des valeurs typiques se situent entre 0,05 et 0,20 mm/dent selon le diamètre et l’opération. Pour une fraise Ø6 mm à deux lèvres, une avance de 0,08–0,12 mm/dent constitue un bon point de départ ; pour une fraise Ø12 mm, 0,12–0,18 mm/dent sont souvent possibles en ébauche, moins en finition.

Une règle pratique consiste à augmenter légèrement la fz tant que la machine reste stable et que la température pièce reste confortable au toucher. Une fz trop faible (par exemple 0,01–0,02 mm/dent) sur ABS va transformer la coupe en frottement, générer un copeau poussiéreux, beaucoup de chaleur, et finalement un état de surface médiocre malgré l’intention de “finir proprement”. Inversement, une fz exagérément élevée peut arracher la matière, surtout sur des pièces FDM ou des parois fines.

Profondeur de passe axiale (ap) et radiale (ae) pour ébauche et finition de plaques ABS

Les profondeurs de passe dépendent bien sûr de l’épaisseur de matière, mais quelques repères pratiques peuvent s’appliquer aux plaques ABS de 5–30 mm :

• Ébauche : ap de 1 à 2 mm, ae jusqu’à 50–70 % du diamètre de fraise, avec fz moyenne à élevée.
• Finition : ap de 0,3 à 0,8 mm, ae de 10–30 % du diamètre, fz réduite de 20–30 %.
• Surfaçage large : passes croisées avec ap de 0,2–0,5 mm pour maîtriser la planéité.

Sur des pièces de grande surface, mieux vaut multiplier les passes peu profondes que d’arracher beaucoup de matière en une seule fois. Cette stratégie répartit la chaleur, réduit les déformations et améliore la stabilité du bridage. Sur des bords visibles, la dernière passe de 0,2–0,3 mm avec un outil affûté fournit souvent une réduction sensible de la rugosité Ra.

Paramètres spécifiques en grande vitesse (HSM) sur ABS : limitation du frottement et contrôle des bavures

En haute vitesse (HSM) sur ABS, la tentation est d’augmenter fortement les régimes. Pourtant, la contrainte principale reste la maîtrise de la température de surface. En pratique, la HSM sur ABS se traduit surtout par des stratégies de parcours d’outil (trochoïdal, spirales, rampes douces) permettant de maintenir une charge d’outil constante et de minimiser les pointes de frottement. Les vitesses de coupe peuvent monter à 300–350 m/min avec arrosage adapté, mais fz doit rester suffisante pour conserver un vrai copeau.

Les bavures deviennent plus sensibles à haute vitesse, surtout sur les arêtes vives et les perçages traversants. Un léger chanfreinage (0,2–0,5 mm) avant la dernière passe, ou une opération d’ébavurage dédiée avec fraise trois lèvres, limite fortement ces défauts. Sur des pièces visibles (design, carters électroniques), cette étape se révèle souvent plus rentable que de multiplier les passes de finition à très faible profondeur.

Paramètres d’usinage en tournage de l’ABS : état de surface et stabilité dimensionnelle

Le tournage de l’ABS concerne surtout les bagues, douilles, flasques et raccords. Les paramètres de coupe influencent ici directement la circularité, le voile et l’état de surface. Sur des tours CNC modernes (Doosan, Okuma, Mazak), la faible rigidité relative de l’ABS impose des efforts de coupe modérés et des arêtes bien affûtées. L’objectif : produire un copeau continu, non fusionné, en maintenant une température de pièce raisonnable tout au long de l’usinage.

Choix des plaquettes ISO (type, brise-copeaux, rayon de nez) adaptées aux polymères

Les plaquettes ISO pour plastiques privilégient des géométries à grand angle de coupe positif et à brise-copeaux doux. Les formes CNMG ou VNMG, très répandues en métal, peuvent fonctionner sur ABS, mais des géométries plus “libres” (ex. plaquettes type P avec arête très vive) donnent souvent de meilleurs résultats. Le rayon de nez joue un rôle important : un rayon de 0,4–0,8 mm assure un bon compromis entre finition et effort de coupe. Un rayon trop grand génère un effort radial important, entraînant flexion de pièce et ovalisation.

Sur des pièces ABS minces ou des bagues de petit diamètre, il est préférable d’utiliser des plaquettes de petite taille avec un rayon réduit (0,2–0,4 mm) et des passes de finition légères. La transparence ou la brillance exigée par l’application (par exemple, des parties visibles de dispositifs médicaux) peut justifier l’utilisation d’outils polis spécifiquement pour polymères.

Vitesses de coupe en tournage ABS sur tours CNC (ex. doosan, okuma) et tours conventionnels

En tournage, des vitesses de coupe de 150–250 m/min fonctionnent bien sur ABS standard. Sur un tour CNC moderne, cela correspond typiquement à :

• Ø20 mm : 2 400–4 000 tr/min
• Ø40 mm : 1 200–2 000 tr/min
• Ø80 mm : 600–1 200 tr/min

Sur un tour conventionnel, où l’arrosage est parfois limité, viser le bas de ces plages reste judicieux. Pour des ABS renforcés verre, réduire la vitesse de 20–30 % diminue l’usure plaquette et limite l’échauffement de surface. Là encore, l’avance doit être suffisante pour générer un copeau franc ; une avance longitudinale de 0,10–0,25 mm/tr est courante en ébauche, puis 0,05–0,12 mm/tr en finition.

Réglage de l’avance longitudinale et transversale pour réduire stries et échauffement

L’avance longitudinale détermine le pas des stries sur la surface tournée. Une avance trop importante donne une rugosité élevée (Rz marqué), une avance trop faible augmente le frottement et le risque de glaçage. Un compromis intéressant sur ABS consiste à utiliser une avance de 0,08–0,15 mm/tr pour les diamètres moyens, avec une profondeur de passe finale de 0,2–0,4 mm.

L’avance transversale en dressage doit rester cohérente : la plupart des ateliers utilisent des valeurs proches de l’avance longitudinale pour garder une texture homogène. Sur des portées d’étanchéité ou des surfaces de roulement, une dernière passe de finition avec avance réduite et plaquette neuve améliore sensiblement la rugosité Ra, souvent sous les 0,8–1,2 µm sur l’ABS.

Modes de serrage de barres et pièces en ABS : mandrin, pinces ER, mors doux surmoulés

Le serrage est un défi important en tournage ABS, car le matériau marque et se déforme facilement. Pour des barres pleines, les pinces type ER ou pinces tirées assurent un maintien plus uniforme qu’un mandrin trois mors. Sur des pièces finies ou préusinées, les mors doux surfacés à la cote, ou garnis d’un surmoulage plastique ou alu, limitent les pressions ponctuelles et la déformation ovale.

Pour des bagues minces, l’utilisation de mandrins expansibles internes (expanding mandrels) ou de gabarits spécifiques permet de serrer de l’intérieur avec des efforts réduits. La force de serrage doit être la plus faible possible tout en garantissant la sécurité pièce : un excès de serrage peut entraîner une ovalisation permanente, qui ne disparaîtra pas après dépose de la pièce.

Contrôle du voile et de la dilatation thermique pour les pièces de précision (bagues, douilles, flasques)

La faible conductivité thermique de l’ABS (0,15–0,20 W/m·K) s’accompagne d’un coefficient de dilatation élevé. Une pièce peut ainsi s’agrandir de plusieurs centièmes de millimètre sous l’effet de la chaleur d’usinage, puis se rétracter au repos. Pour des tolérances serrées (alésages H7, portées g6), il est indispensable de contrôler la température pièce pendant la mesure et, si possible, de laisser la pièce revenir à température ambiante avant le contrôle final.

Le voile de disques ou flasques ABS résulte souvent d’une combinaison chaleur + contraintes internes. Un recuit préalable des bruts extrudés, l’utilisation de passes symétriques des deux côtés de la pièce, et des profondeurs de passe équilibrées permettent de réduire ce phénomène. Sur de la très grande précision, une légère surcote en alésage suivie d’un alésoir à faible enlèvement fournit un résultat plus répétable que la seule passe de tournage.

Gestion de la température, lubrification et finition en usinage de l’ABS

La température est le paramètre transversal le plus sensible en usinage ABS. Une mauvaise gestion thermique entraîne fusion locale, glaçage, délamination et pertes de propriétés mécaniques. La stratégie de lubrification (sec, air, MQL) et la séquence de finition jouent donc un rôle essentiel pour les pièces à haute exigence esthétique ou fonctionnelle.

Risques de fusion locale, de glaçage de surface et de délamination en cas de surchauffe

Lorsque la température dépasse localement la Tg, la couche superficielle de l’ABS se ramollit et devient visqueuse. L’outil ne coupe plus vraiment, il “étale” la matière. Il en résulte un glaçage de surface : une zone brillante, parfois légèrement collante, où la structure amorphe a été modifiée. Des essais ont montré que ce phénomène peut réduire la résistance aux chocs de la zone affectée de 15–25 %, ce qui est critique sur des clips ou des zones sollicités.

Sur des pièces FDM, la surchauffe peut aussi provoquer une délamination : les couches imprimées se séparent sous l’action de l’outil, en particulier si l’avance est insuffisante et que l’outil frotte sur l’interface de couche. Dans les zones de perçage ou de filetage, un échauffement excessif peut générer des microfissures radiales, invisibles à l’œil nu mais susceptibles d’initier une rupture en service.

Lubrification minimale (MQL), air comprimé et usinage à sec : choix selon épaisseur et géométrie

La plupart des usinages ABS se font soit à sec avec soufflage air, soit en lubrification minimale (MQL) avec des fluides spécifiques plastiques. Les émulsions classiques pour métaux, surtout si elles sont aromatiques, peuvent à terme fragiliser ou fissurer l’ABS (crazing, fissuration sous contrainte). Pour des pièces épaisses et des enlèvements de copeaux importants, un MQL bien réglé améliore nettement la durée de vie outil et la stabilité dimensionnelle.

Pour des géométries fines, des parois minces ou des pièces FDM, l’usinage à sec avec air comprimé suffit souvent, à condition d’adapter les vitesses. La faible conductivité thermique implique que la chaleur reste en grande partie dans le copeau ; du point de vue théorique, ce mécanisme est favorable, à condition de ne pas laisser les copeaux stagnants au même endroit. Le choix entre MQL et sec doit donc tenir compte à la fois des contraintes chimiques, de la géométrie et des volumes de production.

Stratégies de finition : passe de reprise, polissage mécanique, micro-ébarbage pour ABS brillant

Sur des pièces visibles (boîtiers design, carters de produits grand public), la stratégie de finition influence directement la perception de qualité. Une passe de reprise très légère (0,1–0,2 mm) avec un outil neuf, fz réduite et vitesse légèrement abaissée par rapport à l’ébauche permet souvent de diviser la rugosité Ra par deux. Pour un aspect brillant, un polissage mécanique avec abrasifs fins (jusqu’à grain 800–1 200) puis éventuellement un polissage à pâte donne des surfaces proches d’un moulage par injection.

Le micro-ébarbage (au grattoir, couteau affûté ou fraise boule de petit diamètre) est très efficace sur les arêtes vives et les petits perçages. Il permet d’enlever les bavures sans arrondir excessivement les arêtes, ce qui serait le cas avec des abrasifs trop agressifs. Sur des séries moyennes, des outils d’ébavurage CNC dédiés, programmés pour suivre les contours, assurent une répétabilité très supérieure au simple travail manuel.

Réduction des bavures sur arêtes vives et perçages (chanfreinage, fraises 3 lèvres pour ébavurage)

Les bavures sont l’un des défauts les plus fréquents sur l’ABS usiné, notamment autour des perçages et des découpes de fenêtres. Pour les limiter, plusieurs approches complémentaires peuvent être combinées :

1. Prévoir dès la CAO de petits chanfreins (0,2–0,5 mm) sur les arêtes sensibles.
2. Utiliser des fraises trois lèvres d’ébavurage pour faire un tour de pièce rapide après l’opération principale.
3. Optimiser la sortie d’outil en perçage (perçage par cycles avec bris de copeaux) pour éviter l’arrachement en face sortie.

Une étude interne dans un atelier de sous-traitance a montré qu’un simple chanfreinage 0,3×45° programmé systématiquement après perçage réduisait de plus de 60 % le temps d’ébavurage manuel sur des séries de boîtiers ABS. Pour des trous taraudés, une opération de lamage léger en entrée limite également la remontée de bavures lors du filetage.

Mesure de la rugosité (ra, rz) sur ABS et optimisation des paramètres pour pièces visibles (design, carters)

La rugosité des surfaces ABS usinées se mesure classiquement en Ra et Rz. Un fraisage standard avec outil correct donne généralement des valeurs autour de 1,0–1,6 µm Ra. Pour des faces visibles haut de gamme, l’objectif se situe plutôt entre 0,4 et 0,8 µm. La réduction de Ra peut être obtenue par une combinaison de passes de finition, d’augmentation du rayon d’outil, de réduction d’avance et d’utilisation d’outils polis pour plastiques.

La mesure de rugosité sur ABS nécessite un palpeur adapté, avec force de contact limitée, pour ne pas marquer la surface. Il est également utile de mesurer plusieurs points répartis sur la pièce, car l’ABS peut présenter de légères variations de texture selon la direction d’usinage (fraisage en avalant vs en opposition). En ajustant les paramètres dans une logique “essai–mesure–correction”, il devient possible d’atteindre des standards esthétiques dignes de pièces moulées, tout en gardant la flexibilité de l’usinage CNC.

Paramètres spécifiques pour l’usinage de pièces ABS issues de l’impression 3D FDM

L’usinage de pièces ABS imprimées en FDM (Ultimaker, Prusa, Markforged, etc.) répond à une logique particulière : l’objectif est souvent de transformer un prototype rapide en pièce fonctionnelle, en reprenant certaines surfaces critiques. Les paramètres de coupe doivent tenir compte de l’anisotropie, de la porosité et du risque de délamination des couches. Un paramétrage adapté permet d’obtenir des plans d’appui fiables, des logements de roulements aux tolérances serrées et des filetages propres, malgré la nature “stratifiée” de la pièce.

Préparation des pièces FDM ABS (ultimaker, prusa, markforged) : recuit, support, orientation de couches

Avant usinage, une préparation adéquate des pièces FDM ABS améliore nettement la stabilité dimensionnelle. Un recuit léger (80–90 °C pendant 1–2 h, puis refroidissement lent) permet de détendre une partie des contraintes internes dues à l’impression. L’orientation des couches dans l’imprimante a aussi une importance capitale : si un plan d’appui doit être surfacé, prévoir dès l’impression un dépôt de couches parallèle à ce plan réduit le risque d’arrachement.

Les supports d’impression et les zones de contact plateau doivent être soigneusement nettoyés et éventuellement rabotés grossièrement avant mise en machine. Un bridage par mords doux, par vacuum ou par gabarits sur mesure évite d’écraser les structures internes, surtout avec un remplissage faible (20–40 %). En planifiant ces étapes, vous limitez drastiquement la probabilité de voir une pièce se déformer ou se fendre au cours des passes d’usinage.

Réglage des paramètres de coupe pour réduire le délaminage des couches et le “chipping”

Pour minimiser le délaminage sur ABS FDM, les paramètres de coupe doivent être plus conservateurs que sur ABS massif. La vitesse de coupe se situe typiquement dans le bas de la plage recommandée (120–180 m/min), avec une avance par dent réduite de 20–30 % et des profondeurs de passe allégées (ap 0,5–1 mm pour la plupart des opérations). Un outil très tranchant, idéalement dédié aux plastiques, devient indispensable pour trancher les couches proprement.

Le “chipping” (écaillage des couches sur les arêtes) survient souvent lorsque l’outil arrive en fin de passe et que l’épaisseur de matière résiduelle devient faible. Pour y remédier, des entrées et sorties tangentielles, des stratégies d’usinage en avalant et des passes de “skim cut” (0,1–0,2 mm) sur les arêtes critiques donnent de meilleurs résultats que des parcours brusques ou en opposition.

Surfaçage de faces fonctionnelles (plans d’appui, logements de roulements) sur pièces FDM

Les faces fonctionnelles issues directement de l’impression 3D présentent souvent une rugosité élevée (5–20 µm Ra) et une planéité limitée par l’effet de warping. Un surfaçage léger permet de les amener à des tolérances beaucoup plus serrées. Sur des plans d’appui pour roulements ou guidages, une profondeur de passe de 0,3–0,6 mm avec une fraise à surfacer à plaquettes positives, fz réduite et vitesse modérée aboutit généralement à une Ra autour de 1–2 µm et une planéité très sensiblement améliorée.

Pour les logements de roulements, une approche combinée – surfaçage du plan d’appui, puis alésage ou alésoir calibré pour le diamètre – permet d’obtenir des ajustements proches des classes H7/g6, malgré la structure FDM. Dans ce contexte, l’usinage devient un complément indispensable à l’impression 3D pour transformer une pièce “prototype” en composant mécaniquement fiable.

Usinage des tolérances serrées (H7, g6) après impression 3D : perçage, alésage, taraudage dans l’ABS

Obtenir des tolérances serrées sur des pièces ABS issues de FDM exige un enchaînement rigoureux d’opérations. Une bonne pratique pour un trou fonctionnel consiste à :

1. Imprimer le trou légèrement sous-dimensionné (0,3–0,6 mm en dessous de la cote finale).
2. Reprendre au foret à haute précision, avec vitesse réduite et arrosage air ou MQL léger.
3. Finir par alésage ou alésoir calibré pour atteindre la cote H7 souhaitée.

Pour le taraudage dans l’ABS imprimé, un taraud machine avec géométrie adaptée aux plastiques, vitesse modérée et lubrification légère assurent un filetage propre sans arrachement de couches. Les filetages auto-taraudeurs pour plastiques peuvent aussi être envisagés pour des vis de montage, à condition de dimensionner correctement les diamètres de perçage. En combinant ces techniques, il devient possible d’intégrer des fonctions de précision (guidage, assemblage serré, interfaces mécaniques) sur des pièces FDM ABS, sans sacrifier la rapidité du prototypage ni la liberté de forme offerte par l’impression 3D.