Prototype en métal :Exploration de quatre méthodes de prototypage rapide en métal

Un prototype est un modèle physique ou un échantillon réalisé pour vérifier une nouvelle conception, un nouveau concept ou un nouveau processus à un stade précoce. Il est largement utilisé dans de nombreux secteurs, notamment l'automobile, l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, l'électronique et l'architecture.

Les prototypes métalliques ne peuvent jamais obtenir suffisamment de crédit pour leur rôle dans notre société. Ils sont si cruciaux que chaque produit que nous utilisons dans notre vie quotidienne commence par eux. Parce que le processus de prototypage est l'étape entre l'évaluation et la finalisation d'une nouvelle idée.

Qu'est-ce qu'un prototype métallique ?

Un prototype métallique est un objet utilisé comme échantillon ou modèle d'un nouveau produit. Le prototype permet aux fabricants et aux concepteurs de transformer une idée ou un concept en un objet physique. L'article peut ensuite être utilisé dans le cadre du processus de développement du produit pour des tests, des démonstrations ou d'autres travaux de conception.

Un prototype métallique peut être fabriqué à l'aide de diverses méthodes, notamment l'impression 3D, l'usinage CNC, le moulage, le prototypage de tôle, etc. Bien que ces prototypes puissent être fabriqués à partir de nombreux matériaux différents, aluminium, acier au carbone, tôle, laiton, cuivre, et le bronze sont les plus utilisés.

L'application et la fonction des prototypes métalliques

1. Les prototypes métalliques sont utilisés dans une grande variété d'industries à partir de différents matériaux métalliques. Ils peuvent être utilisés dans l'industrie de la construction pour construire des modèles de nouveaux bâtiments ou ponts, ou dans le domaine automobile pour échantillonner des voitures ou des camions.

2. Les processus de fabrication utilisent également du métal liquide pour créer des prototypes ou tester des modèles de nouveaux outils, fixations, appareils électroniques ou articles ménagers.

3. Les fabricants peuvent utiliser le processus de prototypage pour tester et affiner de nouveaux outils avant le début de la fabrication et de la fabrication à grande échelle. Un prototype métallique peut prendre de nombreuses formes différentes, selon les objectifs du développeur. Il peut simplement agir comme une représentation physique de l'objet proposé, sans fonctionnalité réelle.

Certains modèles prototypes peuvent avoir toutes les fonctionnalités et peuvent effectuer exactement les mêmes tâches ou actions que l'objet proposé. Par exemple, un prototype métallique pour une nouvelle plate-forme portable peut être constitué uniquement d'un boîtier creux pouvant être utilisé pour créer des prototypes détaillés.

4. Les prototypes métalliques offrent de nombreux avantages aux fabricants et aux concepteurs. Ils peuvent être utilisés pour tester des conceptions ou des fonctionnalités afin que le fabricant puisse améliorer le produit avant de commencer la production. Ils peuvent également être utilisés pour intéresser les investisseurs ou les acheteurs potentiels à un nouveau produit.

Pourquoi choisir de fabriquer des prototypes en métal ?

Après avoir décidé de faire un prototype rapide, une autre question surgit :dois-je faire un prototype en métal ou en plastique ? Par rapport au plastique, le prototypage rapide en métal présente quelques avantages concurrentiels. Pour connaître les avantages, laissez-nous jeter un oeil ci-dessous :

1. Excellente résistance

Les alliages d'acier inoxydable, d'aluminium, de titane et de magnésium possèdent quelques propriétés exceptionnelles, dont la résistance et la durabilité.

Si la pièce conçue doit être exposée à des conditions extrêmes telles qu'une chaleur intense, le vent et la résistance à des poids lourds, c'est une solution parfaite car la plupart des pièces en plastique ne sont tout simplement pas aussi solides et durables.

2. Incroyable rapport coût-efficacité

Intuitivement, nous pouvons penser que le plastique est moins cher que le métal, ce qui, dans une certaine mesure, est correct. Cependant, les composants en plastique s'usent plus facilement et doivent être remplacés plus tôt.

Une autre raison qui rend plus rentable la fabrication de la pièce en métal plutôt qu'en plastique est la structure unique. Par conséquent, le prototype en métal est plus potentiel et plus compétitif que le plastique dans certains cas.

3. Surface métallique

Si vous recherchez une finition de surface métallique, lisse et brillante, c'est certainement la voie à suivre. De plus, les prototypes en métal peuvent être anodisés pour obtenir une finition résistante à la corrosion tandis que les prototypes en plastique ne peuvent être que peints. Cela rend également le prototypage métallique inégalé.

4. Applications polyvalentes

Le matériau métal lui-même permet une plus grande liberté de conception et peut être utilisé dans une variété de domaines. Dans les phases de prototype et de production, le métal est préférable à des fins fonctionnelles et esthétiques.

4 méthodes pour fabriquer vos prototypes métalliques

Il existe différentes méthodes pour fabriquer des prototypes en métal et, tout comme chaque pièce de monnaie a deux faces, différentes méthodes présentent différents avantages et inconvénients. Dans le prototypage rapide des métaux, ces technologies comprennent l'usinage CNC, l'impression 3D des métaux, la fabrication de tôles, la méthode de moulage des métaux et d'autres processus. Voyons maintenant les tenants et les aboutissants de chacun.

1. Usinage CNC de prototypes métalliques

L'usinage CNC (usinage à commande numérique par ordinateur) fait référence à un processus de fabrication informatisé qui utilise des techniques courantes de logiciels préprogrammés pour contrôler l'ensemble du mouvement de l'équipement de production.

Les matériaux adaptés à l'usinage CNC des métaux comprennent les alliages d'aluminium, le cuivre, l'acier (en particulier l'acier inoxydable), les alliages de titane, les alliages de zinc et les alliages de magnésium. Bien qu'il s'agisse d'une méthode de fabrication populaire, les avantages et les inconvénients restent encore inconnus pour certains.

Certaines machines CNC fonctionnent uniquement sur les plans X et Y tandis que d'autres travaillent sur trois dimensions (plans X, Y, Z). En règle générale, vous pouvez voir des machines à 3, 4, 3+2 et 5 axes dans un atelier d'usinage CNC avec la meilleure solution.

Principaux avantages :

Aucun MOQ - Puisqu'aucun moule n'est nécessaire pour l'usinage CNC, il n'y a pas de MOQ. Par conséquent, le prix unitaire pour 10 pièces et 30 pièces est très proche. Si vous cherchez à fabriquer des composants métalliques en petit volume, l'usinage CNC sera votre option parfaite.

Plus d'options de matériaux – Comme mentionné ci-dessus, il existe une large gamme de blocs métalliques parmi lesquels choisir. Cependant, l'aluminium, l'acier et le cuivre sont les plus couramment choisis car ils offrent de grandes caractéristiques mécaniques et thermiques.

Haute Précision – Les industries médicales, aérospatiales et robotiques impliquent souvent des technologies de pointe et les composants utilisés dans les domaines doivent être de haute précision. Cela peut être compliqué, de haute précision et solide.

Inconvénients :

Coût unitaire plus élevé – Bien que la haute précision puisse être fabriquée sur des machines CNC, cela peut prendre du temps pour les projets complexes. Contrairement au moulage ou à l'impression, il est coûteux lorsque la quantité est importante. Dans de tels cas, l'usinage CNC n'est pas recommandé s'il n'y a pas d'exigences sur la surface et la précision.

Déchets de matériaux – il s'agit d'une méthode de fabrication soustractive pour la production de masse, ce qui signifie qu'une partie de la matière sera retirée des blocs de métal, ce qui rend inévitable le gaspillage de matière.

2. Impression 3D de prototypes métalliques

L'impression 3D métallique, également connue sous le nom de fabrication additive, est une technologie qui construit des objets physiques en imprimant des couches de matériaux adhésifs comme de la poudre métallique ou de la poudre plastique, à l'aide de fichiers de modèles numériques.

En tant que nouvelle star de l'industrie manufacturière, l'impression 3D fonctionne comme une technologie supplémentaire ou alternative et connaît une croissance rapide ces dernières années. Il est généralement utile pour les pièces uniques légères et complexes avec un cycle de vie court.

Principaux avantages :

Liberté de conception – Les contre-dépouilles et les structures internes sont difficiles pour l'usinage CNC, l'impression 3D est donc la seule méthode pour créer des éléments très complexes. Il permet aux concepteurs et aux ingénieurs de créer un prototype physique sans contraintes de conception.

Délai d'exécution rapide – En plus de permettre une liberté de conception, l'impression 3D a un autre avantage :fabriquer un prototype métallique en peu de temps. Il convient lorsque le temps de production doit être court, en particulier pour les projets de conception.

Inconvénients :

Finition de surface rugueuse – Par rapport aux pièces usinées CNC, les prototypes métalliques imprimés en 3D sont moins solides, avec une finition de surface plus rugueuse. Vous pouvez sentir le toucher grossier et voir la surface inégale.

Faible rentabilité – Bien que vous puissiez voir que les produits en plastique imprimés en 3D sont assez fréquents de nos jours, l'impression 3D en métal n'est pas aussi courante dans la mesure où la poudre métallique utilisée pour l'impression est chère. Cela va à l'encontre du modèle commercial où le profit est la chose la plus importante.

3. Prototypes de moulage de métal

Il s'agit d'un processus de formation de pièces moulées en métal rigide. Le métal en fusion est versé dans un moule et lorsque le métal et le moule refroidissent, la pièce métallique est retirée du moule et passe au tour suivant.

Ce procédé est utilisé depuis des milliers d'années et continue de se développer. Le moulage à la cire perdue est un moyen peu coûteux de fabriquer de gros volumes avec des formes et des conceptions complexes.

Avec le développement de la technologie, de nos jours, les gens peuvent imprimer en 3D ou usiner le moule sur commande numérique, ce qui rend la fabrication de prototypes moins chère et plus rapide.

Principaux avantages：

Qualité de fabrication – Parfois, nos clients peuvent nous contacter pour un prototype en métal, mais ils demanderont une coulée de métal lors de la production en série. Donc si les produits finis seront fabriqués en fonderie, les prototypes assurent la qualité de production. Vous obtiendrez quelque chose de fonctionnel et solide, ce qui le rend digne de ce que vous payez.

Taille et poids – Si vous cherchez à construire un prototype en métal de 20 pieds, le moulage sera votre seul choix. Il est tout simplement trop grand, il est donc peu probable qu'il soit réalisé par impression CNC ou 3D. La taille et le poids ne se limitent pas au casting. Il peut être utilisé pour tout créer, d'un petit gadget de table à un réservoir de dessalement en version d'usine.

Inconvénients :

Coût élevé du moule – Bien que le moule puisse être réservé pour une utilisation future, le coût du moule est trop élevé pour un projet de prototype métallique à faible volume. Il s'agit plutôt d'une technique de production de masse.

Finition de surface grossière – Les prototypes de coulée de métal ont une finition de surface relativement rugueuse et, par conséquent, une tolérance plus large doit être prise en considération. Cela ne convient pas aux prototypes avec des interfaces d'accouplement.

4. Prototypes de tôlerie

La fabrication de tôles est une autre méthode pour fabriquer des prototypes. Lors du prototypage de la tôlerie, une tôlerie d'épaisseur standard (généralement fine) est placée sur un bureau où un découpeur laser effectue un modelage à l'aide d'un programme.

Ensuite, différents processus de formage, y compris le filage, le pliage, le poinçonnage et le soudage, seront entrepris, en fonction des exigences géométriques. Le prototype en tôle convient à l'enceinte, au boîtier et aux cadres structurels.

Principaux avantages :

Economique – En raison de son délai d'exécution rapide, le prototypage de tôlerie est une méthode de travail des métaux qui offre des pièces de bonne qualité.

Remplaçable- L'un des plus grands avantages de la tôle est qu'elle peut être remplacée. Lorsque plusieurs composants sont utilisés pour l'assemblage, la ou les pièces individuelles peuvent être retirées et remplacées par de nouvelles. Cela réduira les coûts, en particulier les nouveaux changements ou ajustements qui doivent être effectués.

Qualité de fabrication – Étant donné que le prototypage est une étape entre la conception et le produit final, la qualité de la production est importante pour tester le produit et les prototypes de tôlerie sont généralement de qualité finale

Inconvénients :

Liberté de conception limitée – Contrairement à l'impression CNC ou 3D, le prototypage de tôle ne permet pas autant de liberté de conception.

Tolérance dimensionnelle plus large – Comparé à d'autres méthodes de travail des métaux, le prototypage de tôlerie ne peut pas atteindre une tolérance dimensionnelle aussi serrée.

En bref, si vous avez besoin d'un délai d'exécution rapide et d'un faible coût, l'impression 3D est la meilleure option. Cependant, si vous avez besoin d'un haut degré de précision ou d'une géométrie complexe, l'usinage CNC est un meilleur choix. Le moulage de métal et le prototypage de tôlerie sont de bonnes options pour les pièces volumineuses ou complexes. Quelle que soit la méthode que vous choisissez, assurez-vous de travailler avec un fabricant de prototypes qualifié pour obtenir les meilleurs résultats.

6 considérations clés pour le prototypage rapide en métal

1. Propriétés des matériaux :Lors du prototypage avec du métal, il est important de prendre en compte les propriétés mécaniques et physiques du matériau. Différents métaux ont des forces et des densités différentes.

Le matériau pour le prototypage rapide de métal peut être produit à l'aide de machines CNC, de frittage laser direct de métal, de découpe laser ou de pièces imprimées pour une conception parfaite.

2. Machinabilité :L'usinabilité d'un métal fait référence à sa capacité à être découpé ou façonné à l'aide de machines-outils. Certains métaux sont plus usinables que d'autres, ce qui signifie qu'ils peuvent être plus facilement façonnés dans la forme souhaitée.

3. Outillage :Afin de produire un prototype en métal, vous devrez utiliser un outillage spécial. Cet outillage peut être coûteux et peut ne pas être facilement disponible. Il est important de déterminer si le coût et la disponibilité de l'outillage sont un problème avant de choisir un métal pour le prototypage.

4. Finition de surface :La finition de surface des pièces métalliques peut être une considération importante lors du prototypage. Certains métaux ont une finition de surface plus rugueuse que d'autres, ce qui peut affecter l'apparence et la fonction du prototype.

5. Coût :La forme et la nature du processus soustractif ou additif d'un prototype définissent son délai de réalisation, une conception complexe prend plus de temps. Le coût du prototypage avec du métal peut être important, surtout si un outillage spécial est nécessaire. Il est important de considérer le coût des matériaux et de la fabrication avant de choisir un métal pour un prototypage rapide.

6. Volume et budget :Le volume de production de masse peut être ajusté en fonction de votre budget et de la méthode appropriée mentionnée ci-dessus.

Conclusion

En conclusion, les prototypes métalliques sont une étape importante dans le processus de développement de produits. Ils vous permettent de tester votre conception et d'apporter les modifications nécessaires avant de passer à la fabrication.

De plus, ils peuvent vous aider à économiser de l'argent et du temps en identifiant les problèmes potentiels dès le début. En comprenant les avantages des prototypes métalliques, vous pouvez vous assurer que votre processus de développement de produits est aussi efficace que possible.

Avec un équipement de pointe et une équipe professionnelle hautement qualifiée, WaKen se spécialise dans le prototypage rapide en plastique et en métal. De la CNC à tolérances serrées avec des finitions personnalisées à l'impression 3D avec des géométries complexes et un outillage rapide à faible coût, nous pouvons vous aider à augmenter l'agilité à chaque étape du cycle de vie du produit. Contactez-nous dès aujourd'hui pour plus de conseils sur vos projets !