Le guide ultime de l'usinage CNC pour la fabrication de bijoux

Introduction

La sculpture de cire à la main existe depuis des milliers d'années en utilisant du métal chaud versé dans un moule appelé le moulage à la cire perdue. Aujourd'hui, nous pouvons utiliser des ordinateurs et des machines robotisées pour créer des designs de bijoux en utilisant la machine CNC.

Une machine CNC peut couper le métal avec une grande précision. Cela donne aux designers un outil leur permettant de réaliser des pièces qui auraient été très difficiles à créer auparavant en raison de la dureté du matériau, y compris des métaux comme l'acier inoxydable et le titane.

Dans ce guide, nous discuterons de la façon dont l'usinage CNC pour la fabrication de bijoux fonctionne, de ce que le CNC réalise avec succès, et de ses inconvénients.

Qu'est-ce que la fabrication de bijoux CNC ?

CNC (commande numérique par ordinateur) est un terme utilisé dans l'industrie de la bijouterie qui fait référence à des machines utilisant des outils de coupe tournants pour découper des formes à partir de blocs de métal ou de cire solides (selon des instructions précises définies dans un fichier numérique).

Ce processus de fabrication peut être appelé fabrication soustractive, où une forme complète est enlevée jusqu'à ce qu'elle soit façonnée. C'est l'opposé de l'impression 3D, que l'on appelle fabrication additive, ce qui signifie former une forme en ajoutant le matériau couche par couche.

Le CNC est particulièrement important dans la bijouterie en acier inoxydable. Il est très difficile de couler proprement en raison de la dureté des métaux — l'acier inoxydable, le titane et le tungstène sont extrêmement durs et difficiles à travailler.

Les deux façons dont le CNC est utilisé en bijouterie

• Usinage direct du métal : La machine CNC crée une pièce finie à partir de matière première (billet/tube) en métal ; les industries les mieux adaptées à cette technologie seraient : bague, bracelet, serti, et fermoir.

• Sculpture de cire CNC: Utilisation d'une machine contrôlée pour créer un modèle en cire exact, puis ce modèle est utilisé pour produire une pièce finale en métal via le processus de moulage à la cire perdue. Idéal pour produire des designs complexes en argent ou en or où le moulage est le procédé de fabrication préféré.

Processus de fabrication de bijoux CNC

Conception

Tout le travail de bijouterie CNC commence par un fichier CAO 3D. Les fabricants créent ce fichier à l'aide de programmes informatiques tels que Rhino, Fusion 360 et Jewelcad. Ce fichier agit comme un plan de dessin complet. Toutes les tailles, les bordures et les minuscules caractéristiques y sont définies avant que nous commencions à découper les bijoux.

Des fichiers CAO mal réalisés entraîneront des bijoux finis rugueux. La plupart des artisans passent beaucoup de temps à travailler sur cette partie. Les détails fins, y compris les textures moletées, les emplacements de maintien des gemmes et les motifs sculptés, sont tous bien dessinés avant que la machine de découpe ne commence à fonctionner.

Préparation de la machine CNC

Le programme G-code créé en convertissant le fichier CAO indique à la machine CNC comment se déplacer. L'opérateur monte les outils de coupe appropriés, fixe une pièce de métal brut sur la fraiseuse et effectue un test à sec pour toute erreur avant la découpe.

Lors du fraisage CNC pour la bijouterie, il est nécessaire que la vitesse de la broche, le taux d'avance et le diamètre de l'outil soient appropriés au type de métal utilisé. Des paramètres incorrects entraîneront une perte de matière et/ou des dommages à l'outil.

Processus de fraisage

L'automatisation fonctionne précisément selon le G-code. Des fraises rotatives à grande vitesse enlèvent la matière d'un objet par passes ; d'abord, avec des fraises grossières (ébauche) retirant la majeure partie de la matière, puis avec des fraises fines (finition) terminant le détail sur l'objet.

Les machines CNC offrent des tolérances de ±0,01 mm. Cette cohérence crée de la valeur dans la production de bijoux : toutes les pièces produites en une seule série seront identiques.

Finition

Une fois le composant fraisé, il subit :

• Ébavurage, qui élimine les arêtes vives et les copeaux de métal
• Polissage (à l'aide de polissage par culbutage et de polissage manuel traditionnel) pour une finition lisse ou une finition miroir
• Application de finition de surface (à l'aide de couleurs PVD) pour l'esthétique et la durabilité (finitions or, finitions noires, finitions or rose)
• Gravure, à l'aide de la méthode laser ou de la méthode mécanique pour graver du texte ou des motifs

Pourquoi choisir le CNC ? Les principaux avantages

Zéro Porosité

Le métal liquide chaud refroidit et rétrécit lors de la coulée, et de minuscules bulles d'air peuvent rester cachées à l'intérieur. Nous appelons ces petits trous des défauts de porosité. Ils rendent le métal plus faible et plus difficile à polir uniformément.

La CNC sculpte des bijoux dans du métal solide épais sans aucune bulle d'air. L'ouvrage fini est plus robuste et présente une surface plus agréable. C'est pourquoi les bijoux fabriqués par CNC bijoux en acier inoxydable durent beaucoup plus longtemps que ceux coulés.

Micro-Précision et Lignes Netttes

Les détails fins seront flous lors de la coulée en raison du rétrécissement du métal. Le processus CNC donnera une symétrie géométrique parfaite, des bords droits nets, des textures de surface complexes et du moletage, des grilles fines) par rapport à la coulée, ces motifs sont généralement flous au stade de la coulée.

Réglages de pierres parfaits

Les fraiseuses CNC creusent les sièges de pierre à ±0,01 mm de précision. La pierre se dépose directement avec un ajustement manuel minimal, ce qui accélère la production et réduit les erreurs de montage.

Efficacité en temps de production et en coûts

Après programmation, les machines CNC peuvent fonctionner presque sans assistance d'opérateur ; par conséquent, un opérateur peut superviser plusieurs programmes/machines différents simultanément. Le résultat de tout cela est des coûts de main-d'œuvre plus faibles par unité, une production accrue et une cohérence du produit du premier au cinq-centième article produit.

Applications courantes en bijouterie

Quincaillerie fonctionnelle & de luxe

En raison du besoin de tolérances mécaniques strictes pour les composants de bijoux tels que les lunettes de montre, les charnières de bracelet, les fermoirs magnétiques et les connecteurs modulaires, la CNC est la méthode de production acceptable offrant une taille cohérente là où la coulée ne peut pas.

Sculpture brillante & gravure complexe

Les appareils à 4 axes et 5 axes utilisent un outil en diamant pour créer des surfaces courbes avec des données CAD, tout comme avec la gravure à la main. Mais ils peuvent maintenir toutes les pièces cohérentes tout au long de la production, ce qui est parfait pour l'acier inoxydable.

Montage de pierres et de griffes

L'acier inoxydable est trop résistant pour être utilisé dans le montage traditionnel à la main. Les machines CNC résolvent ce problème en découpant les sièges de pierre et les emplacements de griffes dans le matériau du métal avant l'installation de la pierre. Certaines pierres couramment montées avec cette méthode sont zirconia cubique (CZ), qui est suffisamment dure pour être fixée en toute sécurité dans les poches usinées du métal.

Bijoux polissage miroir

Les surfaces usinées par CNC sont initialement beaucoup plus lisses que celles qui ont été coulées. Les surfaces usinées par CNC nécessitent moins d'efforts pour atteindre une finition miroir véritable avec un polissage après usinage. L'un des principaux avantages des bijoux en acier inoxydable est qu'ils prennent et maintiennent une finition extrêmement brillante.

CNC vs impression 3D vs moulage traditionnel

Les limitations : quand le CNC n'est pas le meilleur choix ?

Formes organiques et fluides

La CNC est idéale pour les designs géométriques tels que les anneaux, les pendentifs de collier avec des bords droits, ou tout autre élément ayant une structure géométrique. La CNC n'est pas aussi adaptée pour des formes très organiques telles que des visages sculptés, des vignes irrégulières ou d'autres formes libres. Il est plus efficace de créer ces types de formes en utilisant l'impression 3D ou la sculpture à la main en cire.

Déchets de métaux précieux

Lors de la création de pièces à l'aide d'une CNC, la CNC enlèvera de la matière du bloc solide de matériau en cours de coupe, laissant derrière elle des copeaux de métal (ou déchets). En raison de la faible valeur de l'acier inoxydable, ces copeaux sont facilement éliminés.

Cependant, puisque l'or et l'argent sont des métaux de valeur beaucoup plus élevée par rapport à l'acier inoxydable, il est nécessaire de collecter et de raffiner chaque copeau de déchets issus du processus d'usinage CNC — ce qui augmente les coûts et le nombre d'étapes opérationnelles.

Conclusion

L'usinage CNC permet aux créateurs de bijoux d'utiliser une méthode répétable, précise et évolutive pour fabriquer des bijoux en matériaux durs, y compris l'acier inoxydable, le titane et le tungstène, qui sont difficiles ou impossibles à travailler avec des techniques traditionnelles, comme la coulée.

Sans porosité, en respectant des tolérances très strictes et en produisant rapidement de grandes quantités, l'usinage CNC constitue une solution idéale pour créer des designs géométriques structurés au niveau de gros volume.

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