Qu'est-ce que le Prototypage Rapide ?

Sans le prototypage rapide, qui permet aux machinistes et ingénieurs CNC de transformer un modèle à l'échelle en un produit physique et tangible, Microsoft pourrait ne pas être aussi enthousiaste - ou rapide - pour montrer sa dernière console de jeu. "Considérée comme la console de jeux la plus puissante de tous les temps, elle est conçue pour offrir des jeux 4K natifs dans le salon", selon All3DP.

On peut dire que la route vers le succès aurait pu être plus longue sans l'incroyable innovation du prototypage rapide.

Pourquoi le prototypage rapide est-il si essentiel pour des marques telles que Microsoft et d'innombrables autres fabricants plus petits ? Que signifie le prototypage rapide pour les machinistes et les ingénieurs ?

Si vous demandez à Tom Chi, le ciel est vraiment la limite car le prototypage rapide offre des solutions rapides pour un avenir meilleur. Les implications du prototypage rapide sont potentiellement tout aussi révolutionnaires (compris ?) pour les entrepreneurs que pour les grandes entreprises comme Microsoft, en ce qui concerne les économies de temps et d'argent.

Alors, qu'est-ce que le prototypage rapide ? Pourquoi y a-t-il une telle poussée pour l'intégrer de plus en plus dans l'usinage et l'ingénierie ?

Comprendre ce processus est essentiel pour élargir les possibilités de transformer nos conceptions en produits plus rapidement que jamais. Découvrez ce qui suit et imaginez comment un prototypage rapide pourrait vous aider à transformer votre entreprise et éventuellement à augmenter vos résultats.

Qu'est-ce que le prototypage rapide ?

Au risque de trop simplifier un processus complexe, le prototypage rapide se définit comme « la création rapide d'un modèle grandeur nature. Le mot prototype vient des mots latins proto (original) et typus (modèle)."

Par création, nous n'entendons pas la création dans l'abstrait. Au contraire, un prototype rapide représente une création physique tangible, à tenir entre vos mains.

Il existe différents types de prototypage rapide, avec les tendances actuelles suivant la fabrication additive et l'impression 3D. Cependant, le prototypage rapide soustractif continue d'être un moteur majeur et est souvent mieux adapté à certains types de projets et de conceptions de produits.

Que vous fassiez de l'additif, de la soustraction ou une combinaison des deux, le fait est que le prototypage rapide permet aux concepteurs de donner vie à leurs modèles. "Cela se fait souvent à l'aide d'un logiciel sophistiqué de conception assistée par ordinateur ou d'un autre logiciel d'assemblage, et implémenté physiquement à l'aide d'imprimantes 3D", comme défini par Techopedia.

L'équipe de 3D Creation Lab, basée au Royaume-Uni, explique :« Les progrès du prototypage rapide 3D permettent des prototypes et une fabrication de modèles plus rapides et à moindre coût en éliminant la main-d'œuvre et les outils coûteux qui permettent aux entreprises et aux inventeurs de commercialiser leurs produits et leurs conceptions plus rapidement que la concurrence. ”

Compte tenu de toutes les possibilités de produit que le prototypage rapide a à offrir, il faut supposer qu'il y a un inconvénient quelque part.

Comment quelque chose d'aussi innovant ne peut-il pas venir avec un piège ou deux ?

Il s'avère que ce n'est pas possible.

Pour tous les avantages, le prototypage rapide présente quelques inconvénients, dont le moindre n'est pas le potentiel d'éliminer la main-d'œuvre, réduisant ainsi le nombre d'emplois disponibles pour les machinistes CNC.

Cependant, dans The Future of Rapid Prototyping, Soren Petersen Design Research Ph.D. et auteur de Profit from Design prédit ce qui suit :

Les avantages sont nombreux et continuent d'élever la barre dans tous les secteurs. Mais, par souci d'équilibre, nous allons peser les deux côtés de la médaille.

Avantages et inconvénients

Nous avons couvert les avantages du prototypage rapide, mais pour récapituler, ils se résument à la vitesse et au coût. APT Mold affirme qu'il existe également une réalité de service client et de satisfaction client inhérente au prototypage rapide :

Prendre l'avantage sur le marché... quelle entreprise n'en veut pas ?

Cet avantage a un prix, bien sûr, et ce prix représente les inconvénients du prototypage rapide. Au total, le prototypage rapide présente trois principaux inconvénients.

Tunnel Vision

Malheureusement, il est facile d'avoir une vision tunnel et de perdre de vue l'ensemble du projet lorsqu'on se concentre sur un seul prototype. Le piège ici est la possibilité pour les développeurs de produits de passer à côté d'une solution qui pourrait s'avérer meilleure à long terme en se concentrant trop intensément sur le prototype à portée de main (littéralement).

Cas d'erreur d'identité

Les prototypes, entre les mains du mauvais client, pourraient être confondus avec le produit fini et injustement ou hâtivement jugés comme tels. Le revers de la médaille se produit lorsqu'un prototype est préféré à un produit final. Aucun des deux cas n'est utile aux ingénieurs et aux machinistes derrière ces prototypes.

La variété est le piment de la vie

Cependant, le prototypage rapide limite le nombre d'options dont vous disposez et il vaut peut-être mieux le réserver à des projets plus simples.

Cependant, comme le montrent les cinq marques suivantes, malgré ces écueils potentiels, le prototypage rapide reste un moyen efficace d'atteindre une fin très lucrative.

Cinq marques représentant les prouesses du prototypage rapide

Bien que ces cinq entreprises ne soient certainement pas les seules à faire du prototypage rapide pour elles, chacune illustre ce que ce processus peut faire pour les produits d'une marque… et ses résultats.

Brightwake

Certainement pas un nom familier, néanmoins Brightwake est une entreprise de recherche et de conception qui sauve des vies en sauvant du sang. Ou, plus précisément, recycler du sang qui serait autrement perdu.

Hemosep est la machine phare de l'entreprise, capable de recycler le sang perdu pendant la chirurgie. Afin de créer Hemosep, Brightwake s'est appuyé sur l'impression 3D comme processus de prototypage rapide. Cela aurait réduit le processus de production de 96 %. Il est prudent de supposer que les économies financières étaient tout aussi considérables.

Aile

Les mélomanes reconnaîtront instantanément la marque Fender comme le fabricant d'instruments préféré des musiciens amateurs et des légendes du rock comme Jimi Hendrix.

Afin d'accélérer le processus de prototypage rapide déjà rapide, Fender a acheté des imprimantes 3D industrielles Stratasys et crée maintenant ses propres prototypes, jusqu'aux boutons sur les amplificateurs. Le délai de création de ces prototypes est passé d'environ deux semaines à une nuit. Il est prudent de supposer qu'un délai plus court équivaut à des marges bénéficiaires plus longues.

Ford

Même les grands constructeurs automobiles comme Ford doivent être prudents en matière de budgétisation. Le prototypage rapide a rendu "Ford dur" et a rendu la marque encore plus dure en permettant à l'entreprise d'économiser des millions de dollars sur les prototypes en plastique et en métal.

L'impression 3D s'est également avérée un véritable gain de temps, car le processus crée des prototypes en quelques heures, ce qui permet aux ingénieurs de Ford de décider si la production réelle sera avantageuse ou non.

Ce ne sont là que quelques entreprises qui utilisent le prototypage rapide dans la conception de leurs produits. D'autres incluent de grandes marques comme BMW, Lamborghini, Valero et Volkswagen.

Lockheed Martin

Le prototypage CNC à grande vitesse est essentiel au développement de produits chez Lockheed Martin, le géant mondial des entreprises engagé dans les technologies de pointe dans la poursuite d'initiatives dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense et de la sécurité, qui affirme :« Nous repoussons les limites de la technologie additive et amenons les ingénieurs de conception à l'usine pour produire des pièces, couche par couche, qui ne pouvaient pas être fabriquées auparavant. »

Epson

L'usinage CNC rapide a permis à la société japonaise Seiko Epson Corporation de répondre à la demande des consommateurs pour des lunettes intelligentes Moverio de réalité augmentée (RA) plus légères et plus confortables.

"Avec le prédécesseur, nous avons reçu de nombreuses demandes d'utilisateurs concernant le poids et la taille, nous avons donc fixé nos objectifs de développement sur l'amélioration du confort et la fabrication de lunettes intelligentes plus compactes et légères", c'est là que le prototypage CNC à grande vitesse est entré en jeu, selon Kazuya Kamakura, cadre supérieur, HMD Business Management Department, Visual Products Operations Division chez Epson.

Ces marques illustrent les possibilités offertes par la fabrication de pointe, mais lorsqu'il s'agit de prototypage rapide, qu'est-ce qui est le mieux :soustractif ou additif ?

Un hommage au prototypage rapide soustractif

Chez Datron, nous célébrons le prototypage rapide soustractif pour sa dépendance à l'égard de processus d'usinage efficaces. Contrairement à d'autres options de prototypage rapide, le prototypage rapide soustractif permet d'obtenir des prototypes de matériaux d'utilisation finale présentant une intégrité structurelle plus élevée.

Le processus de fraisage de prototypage rapide soustractif élimine les plus petits morceaux de matériau d'un plus gros, laissant une pièce solide ou intacte. Le prototypage rapide additif, en revanche, crée des couches de matériaux, avec un résultat final moins solide sur le plan structurel.

Pourquoi est-ce important ?

De plus, le fraisage offre une gamme plus large de finitions de surface par rapport à la « finition étagée » associée au prototypage rapide additif. L'utilisation d'une fraiseuse CNC (commande numérique par ordinateur) à grande vitesse permet d'obtenir des prototypes avec une répétabilité qui s'est avérée idéale pour les matériaux d'utilisation finale.

"L'un des principaux avantages de la fabrication soustractive est la possibilité d'usiner un morceau de plastique extrêmement fin en une charnière vivante. Ce type de processus n'est tout simplement pas encore possible dans une imprimante 3D », selon Creative Mechanisms. "Les machines CNC avancées utilisent plusieurs outils et coupent autour d'au moins trois axes (x, y et z) de sorte qu'elles minimisent l'obligation pour les concepteurs de retourner le bloc."

Au final, "C'est un choix approprié pour les pièces utilisées en petites et grandes séries, pour obtenir des finitions spécifiques, ou pour obtenir des propriétés mécaniques spécifiques."

Bien sûr, nous ne pourrions pas soutenir des projets de prototypage rapide soustractif sans le bon équipement.

À quoi s'attendre de l'usinage CNC à grande vitesse

Les machines CNC à grande vitesse sont l'alternative idéale pour les ingénieurs lorsque les imprimantes 3D sont insuffisantes et elles le sont généralement en raison du matériau utilisé pour un prototype particulier. Actuellement, les ingénieurs ne peuvent pas imprimer en 3D des métaux comme l'aluminium.

Les autres avantages de l'usinage CNC à grande vitesse incluent la possibilité de produire des pièces plus petites, comme l'usinage de boîtiers électroniques, en utilisant des outils de coupe d'un diamètre maximum de 0,50 pouce en fonction de la demande accrue. Ces machines sont maintenant équipées de broches de 60 000 tr/min, permettant des avances plus élevées et une coupe rapide sans compromettre les composants critiques. Associées à un outillage optimisé, ces machines améliorent l'évacuation des copeaux pour une chaleur réduite et des coupes plus nettes.

Sur le plan opérationnel, la meilleure partie des machines CNC à grande vitesse est peut-être l'écran tactile convivial, qui permet à toute personne capable d'utiliser un téléphone portable de faire fonctionner la machine.

Exploration des choix actuels de machines CNC

Historiquement, les machines CNC devaient être adaptées aux outils existants; cependant, à mesure que la technologie évoluait, de nouvelles machines ont été conçues exclusivement à des fins CNC. Des exemples de machines modernisées comprennent des tours et des fraiseuses. Dans les deux cas, les mécanismes intégrés de la machine sont remplacés par des composants de haute précision et de nouveaux supports pour les actionneurs.

Les nouvelles machines CNC comprennent les imprimantes 3D, les découpeuses laser CNC, les découpeuses plasma CNC, les fraiseuses, les machines de sélection et de placement, ainsi que les routeurs.

Imprimante 3D

De conception similaire à un découpeur laser ou à un routeur CNC, les imprimantes 3D nécessitent une extrudeuse de plastique, qui pousse le plastique chaud à travers un petit trou, superposant le matériau jusqu'à ce que le prototype soit construit.

Découpeur laser CNC

Idéales pour couper le métal, le plastique et le bois, les découpeuses laser CNC utilisent des lasers spécifiques au matériau requis.

Découpeur plasma CNC

Les coupeurs au plasma sont équipés d'une torche à plasma qui est parfaite pour découper des formes bidimensionnelles en tôle.

Fraiseuse CNC

Autrefois uniquement disponibles dans une taille énorme, les fraiseuses conçues spécifiquement pour les besoins de la CNC ont aujourd'hui un encombrement réduit et peuvent inclure un mécanisme d'alimentation automatique, des changeurs d'outils intégrés et des capteurs électriques pour assurer une surveillance attentive pour une coupe en toute sécurité.

Pick and Place Machine

Équipées de nombreuses petites buses, les machines Pick and Place déplacent rapidement les composants électriques, en les plaçant dans les circuits imprimés nécessaires aux appareils personnels tels que les téléphones et les tablettes.

Routeur

Conçues pour les gros travaux, les toupies fonctionnent avec des matériaux tels que le plastique, la tôle et le bois à l'aide d'une configuration à 3 axes, ce qui facilite la coupe des profils et l'usinage en relief 3D. Pour les formes plus complexes, les machines 4, 5 ou 6 axes sont la solution.

Le prototypage rapide élève les ingénieurs et les machinistes CNC

En tant qu'ingénieur ou machiniste CNC, qu'est-ce que le prototypage rapide en général signifie pour vous, à long terme ?

Pour commencer, vous êtes sur la bonne voie.

Actuellement, "l'industrie mondiale de la fabrication de prototypes est évaluée à environ 12 milliards de dollars, mais connaît une croissance rapide de plus de 22,6 % par an de 2010 à 2015", selon Robotics Business Review, la fabrication de prototypes "devant atteindre 20 milliards de dollars en valorisation d'ici 2020". . Les prévisions pour les 15 à 20 prochaines années prévoient une croissance pouvant atteindre 40 milliards de dollars, alors que l'innovation technologique continue alimente l'industrie - et les marchés qui en dépendent."

La projection des emplois est excellente ; "Les différents services CNC sont si demandés que les personnes formées dans le domaine de l'usinage de précision se classent parmi les cinq employés les plus recherchés aux États-Unis."

En d'autres termes, vers le haut et vers le haut !

Industries à surveiller pour le potentiel de prototypage rapide

L'un des avantages de vivre dans une société qui continue de repousser les limites des taux de mortalité traditionnels est la demande d'articles de santé innovants. À l'heure actuelle, plus de 98 % des aides auditives produites dans le monde sont désormais imprimées en 3D, en raison des importantes économies de temps, de coût et de précision qui découlent de la production de chaque modèle unique de cette manière.

Et la bonne nouvelle pour la fabrication CNC continue avec le prototypage rapide rendant possible la production de dispositifs médicaux personnels ingénieux conçus pour soulager des maladies et des affections autrefois considérées comme incurables.

D'autres secteurs verticaux qui profitent des avantages du prototypage rapide, en particulier grâce à la fabrication CNC, incluent les industries de l'aviation et de la robotique.

En fait, Robotics Business Review affirme que :

L'évolution de la fabrication de pointe se poursuit avec des nouvelles passionnantes annonçant que l'armée américaine et Lockheed Martin s'associent pour développer des méthodes de prototypage rapide, "utilisant la bioproduction et l'auto-assemblage pour créer les éléments constitutifs de nouveaux matériaux qui ont des applications pour la technologie optique de défense et les revêtements protecteurs".

L'armée américaine a dépensé dix millions de dollars pour financer l'auto-assemblage de nanostructures pour des matériaux accordables, conçu pour examiner les capacités d'intégration de la bioproduction de matériaux innovants pour les efforts de défense.

Melissa Rhoads, directrice de recherche chez Lockheed Martin et responsable du projet, a expliqué :"Les cellules créent efficacement toutes sortes de matériaux, comme la soie d'une araignée ou les ailes irisées d'un papillon."

Nous avons déjà vu ce que le prototypage rapide additif et soustractif peut faire pour la fabrication de pointe. Ce dernier partenariat trouvera sans aucun doute de nouvelles frontières pour le développement de produits encore à imaginer.

Alors, qu'est-ce que le prototypage rapide ? De notre point de vue, c'est la voie la plus rapide.

Si vous souhaitez ajouter le prototypage rapide à votre atelier de fabrication industrielle ou à votre laboratoire d'innovation, engagez une conversation avec nous dès aujourd'hui.