Prototypage Rapide: se faire une idée

Introduction

Dès l'introduction des nouvelles technologies comme l'Impression 3D, le procès de Prototypage et Développement des entreprises a révolutionné: c'est ainsi que l'actuel Prototypage Rapide est né.

La nécessité de réduire la phase de développement d'un produit afin d'anticiper la mise de la production sur le marché a poussé les entreprises vers la fabrication additive, qui permet de réaliser des prototypes fonctionnels dans un délai très court: aujourd'hui , avec les actuelles technologies, il est en moyenne de 3 à 7 jours.

Ce guide contient tout ce que vous devez savoir sur le Prototypage Rapide : technologies utilisées, avantages et désavantages, délais et coûts de production.

Qu'est-ce que signifie prototypage? 

Le prototypage est une phase du processus de conception dans laquelle on réalise un modèle qui permet au concepteur d'évaluer son idée d'un point de vue conceptuel, mais aussi fonctionnel et technique.

Le prototype est le premier modèle d'un objet qui sera testé et modifié avant d'être produit en série.

Qu'est-ce que c'est le Prototypage Rapide?

Le Prototypage Rapide se réfère à une série de technologies industrielles qui visent à produire un prototype à partir d'un modèle numérique tridimensionnel (fichier CAD).

Il remplace la fabrication artisanale du prototype, qui était alors confiée à des modélistes utilisant des techniques traditionnelles. 

Il s'agit habituellement de technologies additives, c'est-à-dire qu'elles partent du matériau sous une forme de départ (poudre, filament ou résine) pour obtenir des pièces complexes qu'il serait impossible d'obtenir avec les techniques traditionnelles d'enlèvement d'un seul bloc de matériau. 

L'avantage clé pour lequel le Prototypage Rapide est devenu un standard de marché est la réduction des temps qui sont nécessaires pour la réalisation du prototype:  en moyenne il passe de 60-75 jours à 3-7 jours pour la mise en œuvre et la livraison. Cette réduction du délai permet de réduire considérablement les temps de go to market et les pertes de profits. 

À quoi sert le Prototypage Rapide? 

Le Prototypage Rapide sert à réduire les coûts et les temps de fabrication d'un nouveau produit et à tester le résultat final, en permettant au créateur d'agir rapidement avec corrections et changements qui vont améliorer le produit final.  De cette façon un nouveau produit peut être mis sur le marché plus rapidement et plus efficacement.

Comment est utilisé le Prototypage Rapide?

Le Prototypage Rapide est utilisé dans tous les principaux domaines industriels, du secteur de la mécanique à celui de l'automobile, du secteur de la lunetterie à celui de la médecine.  

Ce processus peut être placé dans phases différentes du cycle de fabrication:  il peut être utilisé pendant la prémière conception ou pendant les tests avec les utilisateurs, pour les présentations et les salons professionnels, pendant les tests de production.

Quelles sont les étapes du cycle du Prototypage Rapide?

• Élaboration du fichier 3D, habituellement en format STL à partir d'un modèle CAO preparé par le concepteur ou à travers reverse engineering, c'est à dire créer un modèle à partir d'une pièce déjà fabriquée, éventuellement à l'aide de scanners 3D; 
• Gestion du modèle 3D, avec la réparation du maillage, orientation des pièces, préparation du plaque d'impression (nesting) et des strates d'impression (slicing);
• Impression du prototype  strate par strate en fonction de la différente technologie utilisée;
• Phase de Post Processing, c'est à dire la finition de la pièce, par l'enlèvement des supports ou des matériaux en excès et l'amélioration des surfaces par sablage ou teinture afin de rendre le produit final le plus proche possible de celui souhaité. 

Quels sont les avantages de la fabrication additive, comme l'Impression FDM et l'Impression SLA? 

L'avantage principal qui est offert par la technologie FDM est la large variété de matériaux présentant d'excellentes propriétés mécaniques, comme PEEK ou des matériaux renforcés de carbone qui peuvent reproduire des matériaux de production similaires. Les principales limitations sont les strates, qui sont très visibles, et le fait que les pièces ne sont pas imperméables. 

L'impression SLA, cependant, offre pièces très définies avec un haut niveau d'esthétique et une surface lisse et imperméable; par contre, les rèsines ne sont pas résistantes aux contraintes mécaniques.  Enfin, les pièces réalisées par la technologie SLA démandent l'enlèvement des supports qui ont été créés pendant sa fabrication. 

Quels sont les avantages de la fabrication additive avec l'Impression MJF?

Les pièces réalisées par la technologie Multi Jet Fusion (MJF) ont excellentes caractéristiques estétiques et fonctionelles, elles assurent des propriétés mécaniques très proches de celles des pièces réalisées par le moulage par injection et aussi une finition homogène et agréable; en plus, elles n'ont pas besoin de supports et sont isotropiques. 

La technologie MJF reproduit beaucoup de matérieux utilisés par le moulage par injection comme PA12, PA11 ou PA12 rempli de verre. 

Quels sont les limites du Prototypage Rapide?

Les principales limites du Prototypage Rapide sont le coûts pour les fabrications supérieures à 1000 pièces, pour lesquelles les techniques traditionnelles sont indiquées, et le choix des matériaux et des finitions pas encore très varié. 

Quelles sont les règles pour créer un excellent prototype? 

• Vérification du ficher 3D: vérifier que le maillage du modèle est fermé et correctement construit;
• Vérification des épaisseurs: vérifier que les épaisseurs sont, à leur point le plus fin, supérieures à 1 mm;
• Vérification des tolerances: vérifier que les tolérances du matériau et de la technologie choisis pour la production sont compatibles avec les besoins du projet;
• Warpage: faire attention d'éviter les parties plates sans renforcement qui pourraient se déformer.

Comment réduire les coûts du prototypage rapide?

Les facteurs qui influencent le prix du prototypage rapide sont le volume du matériau, le temps de la machine et l'espace occupé dans la plaque d'impression. 

Pour réduire ces valeurs, vous pouvez diminuer les épaisseurs jusqu'à quelques mm, vider les surfaces solides, en faisant attention à laisser des trous pour que le matériau de support puisse sortir, et réduire la dimension de l'objet autant que possible.

Conclusions 

On a vu comment le Prototypage Rapide a été la plus grande innovation de ces dernières années dans les départements de R&D : il permet de concevoir, tester, analyser et optimiser dans un cycle continu rapide, en réduisant les délais de go to market et en produisant des articles plus testés et optimisés.

Les technologies qui ont permis la naissance du concept de prototypage rapide continuent de se développer et de s'améliorer année après année: en 2015 seulement, l'impression MJF n'existait pas. Pour cette raison, même les grandes entreprises qui peuvent se permettre d'acheter des machines telles que la HP MJF 5200 préfèrent faire appel à des fournisseurs externes, ce qui leur permet d'avoir toujours accès aux dernières technologies ou aux derniers matériaux disponibles sur le marché. 

Si vous êtes intéressé par le Prototypage Rapide ou si vous avez encore des questions, n'hésitez pas à nous contacter ici. Si vous souhaitez évaluer un devis d'impression instantané, gratuit et sans inscription, vous pouvez télécharger votre fichier ici.