Quelle est la meilleure façon de fabriquer un prototype en métal ?

Les prototypes métalliques sont importants pour les entreprises de nombreux secteurs, de l'aérospatiale à l'électronique, car un prototype métallique efficace peut conduire à un meilleur produit fini.

Cet article traite de l'importance des prototypes métalliques et examine les situations dans lesquelles le prototypage métallique est plus favorable que le prototypage plastique.

Il aborde également diverses méthodes efficaces pour créer des prototypes métalliques :usinage CNC, impression 3D (fabrication additive), formage de tôle, coulée et extrusion. 3ERP a la capacité de combiner plusieurs processus et d'offrir la meilleure solution pour vos besoins en matière de prototypes métalliques.

Qu'est-ce qu'un prototype métallique ?

Dans le monde de la fabrication, un prototype est une maquette ou une ébauche d'une pièce. Les prototypes sont construits bien avant le début de la fabrication, ce qui permet aux concepteurs de tester et de développer la pièce.

Selon le processus de fabrication utilisé pour le prototypage, les prototypes peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux.

Les prototypes métalliques sont des prototypes fabriqués à l'aide d'une technique de fabrication de métaux comme l'usinage CNC, le moulage ou le formage de tôles. Ils peuvent être en aluminium, en acier ou en tout autre matériau choisi par l'équipe d'ingénierie.

Bien que le métal soit souvent utilisé pour les prototypes de pré-production (prototypes avancés qui imitent étroitement la pièce finale), il peut également être utilisé pour les prototypes à un stade précoce.

Le métal peut être préférable pour des raisons fonctionnelles ou esthétiques, ou les deux.

Pourquoi faire un prototype en métal plutôt qu'un prototype en plastique ?

Dans certaines situations, les ingénieurs peuvent créer des prototypes en plastique pour des pièces qui seront éventuellement fabriquées en métal.

Cela peut arriver pour de nombreuses raisons. D'une part, de nombreux prototypes n'ont aucun rôle fonctionnel ou mécanique, donc peu importe s'ils possèdent certaines caractéristiques comme la résistance, la ductilité et la conductivité.

Et si les caractéristiques matérielles d'un prototype ne sont pas importantes, il est logique de créer le prototype en utilisant un matériau bon marché et facilement disponible. Dans de nombreux cas, le plastique est l'option la moins chère.

Mais certains prototypes font ont des fonctions spéciales.

Les prototypes fonctionnels, les prototypes hybrides et les prototypes de pré-production doivent tous jouer un certain rôle, ce qui peut nécessiter des caractéristiques matérielles particulières. Le métal est souvent le meilleur fournisseur de ces caractéristiques.

Et même les prototypes non fonctionnels peuvent bénéficier du métal. Les prototypes ressemblants, qui sont utilisés pour démontrer un concept, sont souvent plus beaux lorsqu'ils sont fabriqués en métal, surtout si la pièce est également produite en série en métal.

Le prototypage en métal peut donc augmenter les chances d'investissement précoce et de succès commercial.

La construction d'un prototype en métal présente également d'importants avantages en termes de coûts à long terme.

Si la pièce est éventuellement produite en série en métal, il est relativement facile de transformer un prototype métallique en un produit fini métallique. En revanche, un prototype plastique imprimé en 3D ne peut pas être facilement transformé en une pièce de production métallique.

Avantages des prototypes métalliques :

• Meilleures performances mécaniques/fonctionnelles
• Tests plus précis
• Meilleure esthétique
• Plus de chance d'intéresser les investisseurs
• Plus facile de passer en production

Quelle est la meilleure méthode pour fabriquer vos prototypes métalliques ?

En raison de leur géométrie, de leur tolérance ou de leur quantité, certains prototypes métalliques peuvent ne convenir qu'à un seul processus de fabrication, comme l'usinage CNC ou l'impression 3D.

Cependant, la plupart des pièces peuvent être fabriquées à l'aide de différentes méthodes.

Dans ce cas, nous devons savoir quelle méthode est la meilleure - en termes d'obtention du meilleur résultat mécanique, ainsi que de réduction des coûts et du temps de fabrication au minimum. Voici quelques brèves introductions à quelques techniques courantes de fabrication de prototypes métalliques :

Prototypes d'usinage des métaux

L'usinage CNC est un moyen assez abordable de créer des prototypes métalliques.

Une machine CNC utilise des instructions informatiques pour guider un outil de coupe de métal, qui enlève avec précision des sections de matériau d'un bloc de métal.

L'usinage est un outil de prototypage utile car les conceptions CAO numériques peuvent être facilement modifiées entre les prototypes, ce qui se traduit par un flux de travail efficace. Il est également facile de créer des doublons ou de distribuer le design à d'autres parties.

Le processus est également compatible avec une gamme de métaux, bien que certaines qualités d'aluminium puissent offrir la meilleure combinaison de valeur et d'usinabilité.

Les prototypes usinés CNC sont assez abordables car ils ne nécessitent aucun outillage et n'ont donc pas de quantité minimum de commande. Cependant, il y a un certain gaspillage de matière en raison de la nature soustractive du processus.

En termes de liberté de conception, les machines CNC 4 axes et 5 axes offrent une flexibilité exceptionnelle pour créer des pièces complexes avec des fonctionnalités détaillées.

Avantages :

Faible coût,  liberté de conception, sélection des matériaux

Inconvénients :

Quelques gaspillages de matériel

Voici quelques exemples de prototypes d'usinage de métaux réalisés par 3ERP. Ceci est juste pour vous donner une idée approximative des types de pièces qui conviennent à l'usinage CNC.

Prototypes d'impression 3D métal

L'impression 3D est un autre moyen assez abordable de créer des prototypes métalliques, bien que les machines de fabrication additive métallique soient beaucoup plus chères que les imprimantes 3D FDM, qui n'impriment que des plastiques.

Des prototypes métalliques imprimés en 3D peuvent être fabriqués à l'aide de technologies de FA telles que la fusion laser sélective (SLM) et le frittage laser direct de métal (DMLS).

Comme l'usinage CNC, l'impression 3D utilise des conceptions numériques comme entrée, permettant des modifications rapides de la conception.

Mais l'un des plus grands avantages de l'impression 3D métal est la flexibilité géométrique. Les prototypes métalliques imprimés en 3D peuvent avoir des caractéristiques très complexes, y compris des sections internes complexes, car ils sont construits couche par couche, et non découpés dans un bloc solide.

Les prototypes métalliques peuvent avoir une finition de surface moins impressionnante que d'autres formes de prototypes métalliques, bien que de bons traitements de finition de surface puissent atténuer ce problème.

Plusieurs métaux sont disponibles sous forme de poudre AM, mais les options sont moins diverses que celles disponibles pour d'autres procédés.

Avantages :

Faible coût, liberté de conception

Inconvénients :

Résistance de la pièce, sélection des matériaux

En raison des contre-dépouilles et des canaux intérieurs, ce sont des pièces typiques pour lesquelles vous n'avez pas de meilleures options que l'impression 3D.

Prototypes de tôlerie

La tôlerie est un groupe de processus concernés par la découpe, la déformation et l'assemblage de feuilles de métal. Il est utilisé pour fabriquer des éléments fonctionnels tels que des supports, des boîtiers et des pièces industrielles.

Pour les projets de tôlerie, il peut être intéressant de créer un prototype métallique fonctionnel en utilisant les mêmes techniques de tôlerie qui seront utilisées lors de la production.

Les processus de formage de tôle comprennent la découpe au laser, le poinçonnage, le pliage, le repoussage et le soudage.

Les prototypes en tôle sont garantis solides et de haute qualité. Cependant, ils peuvent être plus chers que les alternatives si plusieurs processus de formage sont nécessaires.

Un prototype de support à angle droit avec des trous, par exemple, peut nécessiter trois machines distinctes :une découpeuse laser, une plieuse et une poinçonneuse, alors qu'un prototype similaire pourrait être réalisé en utilisant uniquement une machine CNC ou une imprimante 3D.

La tôlerie peut être particulièrement utile si plusieurs copies du prototype sont nécessaires.

Avantages :

Qualité de production, Gamme de procédés de fabrication

Inconvénients :

Temps nécessaire, liberté de conception limitée

Prototypes de moulage de métal

Le moulage est le processus de coulée de métal liquide dans un moule pour former une pièce.

La coulée de métal n'est généralement pas considérée comme un processus de prototypage, car elle nécessite un équipement spécialisé et la création d'un moule est un processus laborieux et coûteux. Il n'est donc pas économiquement faisable de créer un moule pour seulement un ou deux prototypes.

Mais il existe des moyens particuliers de créer des prototypes métalliques par moulage.

Avec le moulage de précision, par exemple, nous pouvons utiliser une imprimante 3D pour créer un modèle en cire, et ce modèle peut ensuite être utilisé pour créer un moule abordable pour la coulée de prototypes en métal.

Avec le moulage sous pression, nous pouvons réduire le coût de l'outillage de différentes manières. Une méthode consiste à créer un moule simple, puis à ajouter des fonctionnalités fines après moulage à l'aide d'une machine à commande numérique. (Cette méthode ne fonctionne qu'en petites quantités ; le post-usinage de milliers de pièces prendrait trop de temps.)

Les prototypes en métal coulé sont relativement chers, mais l'outillage peut être conservé pour la production de ponts, ce qui peut finir par faire économiser de l'argent au client à long terme.

Avantages :

Pièces extrêmement solides, Qualité de production

Inconvénients :

Nécessite un outillage coûteux, un équipement spécialisé requis

Prototypes d'extrusion de métal

L'extrusion de métal est une autre technique de travail des métaux qui n'est généralement pas considérée comme un processus de prototypage.

Pendant le processus d'extrusion, le matériau est forcé à travers une ouverture formée dans une filière, produisant une pièce allongée avec une section transversale uniforme.

La plupart des entreprises d'extrusion ne traitent que des commandes de production à volume élevé, et les prototypes uniques ne valent pas leur temps.

Cependant, il est parfois intéressant d'utiliser l'extrusion métallique pour le prototypage métallique, et 3ERP est l'un des rares fournisseurs de tels services.

L'extrusion est réalisée presque exclusivement sur des alliages d'aluminium et est un procédé approprié pour des pièces simples telles que des barres métalliques, des supports et des joints.

Le processus convient aux prototypes de test et de pré-production où le prototype de métal d'extrusion imite étroitement la pièce finale. Il n'est pas recommandé pour les pièces qui seront produites à l'aide d'une autre technique.

Avantages :

Qualité de fabrication

Inconvénients :

Gamme de matériaux limitée

3ERP a mis en place une chaîne d'approvisionnement solide pour la plupart des processus de fabrication, et nous avons également la capacité de combiner plusieurs processus. Nous pouvons ainsi apporter la meilleure solution pour vos prototypes métalliques. Contactez 3ERP dès aujourd'hui pour un devis gratuit