Sélection rapide du processus de prototypage

Le succès ou l'échec d'un prototype dépend de votre sélection de processus de prototypage rapide pour le développement du nouveau produit. Il existe différentes manières de fabriquer des prototypes de conception de produits d'ingénierie, allant de simples maquettes en carton à des sous-ensembles métalliques entièrement usinés.

Le prototypage est crucial pour toute conception de produit d'ingénierie, en particulier le développement de nouveaux produits. C'est le processus de fabrication de modèles bruts du produit, par exemple, pour tester sa fonctionnalité, sa forme, sa taille, etc. En savoir plus sur les différents types de prototypes et leur importance ici.

Cet article concerne les prototypes basés sur des pièces, c'est-à-dire comment des pièces individuelles peuvent être fabriquées pour créer des prototypes de produits au niveau du système.

5 facteurs clés à prendre en compte lors de la sélection d'un processus de prototypage rapide

Les prototypes varient à bien des égards car chaque projet, produit et élément de conception de produit est différent. Comme le succès de tout prototype dépendra des critères de sélection des processus de prototypage, ces 5 facteurs clés doivent être pris en compte au début de toute sélection de processus de prototypage rapide.

1. Objectif
2. Qualité
3. Quantité
4. Complexité
5. Budget/coût

Examinons ces facteurs clés pour comprendre pourquoi ils sont essentiels dans le choix de votre prochain processus de prototypage.

1. Objectif

Dans le cadre d'un projet de conception et de développement de produits d'ingénierie, des prototypes sont créés à quatre fins, selon Ulrich et Eppinger (2008). Ils apprennent , Communication , Intégration et Jalons . Ces objectifs du prototypage varieront en fonction de laquelle des 4 étapes de développement de nouveaux produits (NPD) vous sont en cours. Chaque étape du NPD aura ses caractéristiques et fonctionnalités requises pour éliminer les risques. Cela définira ensuite le type de fidélité du prototype requis, qui est la qualité du prototype discuté plus tard.

Tout d'abord, cela dépendrait des tests planifiés ou des exercices d'atténuation des risques tels que les types de test, les commentaires d'interaction client, etc. Si le produit devait subir des tests rigoureux, un déploiement extérieur et une vérification du produit, la sélection des matériaux jouerait un rôle clé dans la sélection des techniques de prototypage.

Deuxièmement, tout aspect fonctionnel vous souhaitez sur votre prototype doit être pris en compte. Prévoyez-vous des tests fonctionnels ou avez-vous des pièces mobiles ? Cela dictera la sélection et l'assemblage.

Troisièmement, changements et modifications . Il est très peu probable que votre prototype soit un succès sans quelques ajustements. Alors, considérez à quel point il serait facile ou difficile de modifier les prototypes pour qu'ils fonctionnent.

Étape NPD

• Tâche de planification et de clarification du produit

  • Cette étape nécessite généralement des maquettes de preuve de concept très précoces, des unités de démonstration et des prototypes de conception industrielle
  • Techniques de prototypage
    • Modèles en mousse usinés CNC
    • Maquettes en carton
    • Pièces et assemblages imprimés en 3D (FDM, SLA, SLS, etc.)

• Design conceptuel

  • À ce stade, vous avez probablement besoin de pièces ou d'assemblages à l'échelle de la conception, ainsi que d'une interface utilisateur et d'une fonctionnalité limitée
  • Encore une fois, les pièces FDM sont excellentes pour se faire une idée de la forme et de la taille. Si vous avez besoin de plus de précision, vous pouvez passer au niveau supérieur de l'impression 3D, c'est-à-dire les pièces SLA, SLS et poly jet. Si les pièces sont en métal, la CNC à ce stade est votre meilleur pari. Dans certains cas, la fabrication de tôlerie vaut également la peine d'être envisagée

• Conception d'incarnation

  • Il s'agit de la phase de développement où vous devez explorer des prototypes entièrement fonctionnels (forme, ajustement et fonction). Les détails sont donc importants. À ce stade, il est plus que probable que les prototypes seront des assemblages fonctionnels contenant de nombreuses pièces
  • À ce stade, vous auriez également besoin de plus d'une unité à des fins de test, et il est également utile de considérer les techniques de fabrication finales afin qu'elles puissent être simulées
  • Envisagez la coulée sous vide et l'impression 3D haute résolution comme SLS et SLA pour les pièces en plastique
  • Les pièces SLM/DMLS sont idéales pour simuler des pièces de fonderie (sable, investissement et moulage sous pression)

• Conception détaillée

  • Tout prototype réalisé au cours de cette phase est plus que susceptible d'être utilisé pour des tests fonctionnels et sera également utilisé pour des essais pilotes de pré-production
  • Les pièces moulées par injection peuvent être prototypées par moulage sous vide, tandis que les pièces en plastique usinées peuvent être imprimées en 3D

2. Qualité

Comme indiqué précédemment, la fidélité ou l'exactitude du produit requis dictera le type de processus et de post-traitement dont vous auriez besoin. La qualité du prototype par rapport à votre produit final ou sous-composant doit également être prise en compte. Comme les prototypes haute fidélité coûtent plus cher, ils doivent être considérés en termes de retour sur investissement.

Par exemple, si vous avez une fonction de filetage sur une pièce, SLA est meilleur que FDM mais coûterait plus cher.

La durée de vie du prototype est également crucial lors du choix de la technologie. Par exemple, si les pièces ont des fixations qui seront utilisées fréquemment, les inserts usinés ou métalliques sont une meilleure option que les trous filetés ou autotaraudeurs imprimés en 3D.

Sélection des matériaux joue également un rôle essentiel en termes de qualité du prototype. Si les éléments fonctionnels sont liés à des propriétés spéciales du matériau, telles que la finition de surface et la durabilité, le choix de pièces fabriquées additives n'est peut-être pas le meilleur choix. Les choix généraux de matériaux pour les différentes méthodes de fabrication sont les suivants :

impression 3d	CNC	coulée sous vide
Nylon, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU	ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK	ABS, Nylon Nylon HT
Aluminium, Inox, Titane, Inconel	Aluminium, acier inoxydable, titane, laiton	N/A

Si le prototype est composé de plusieurs pièces, la tolérance des pièces prototypées devra être prise en compte pour faciliter l'intégration.

3. Quantité

Le nombre de pièces prototypes requises est essentiel pour décider du processus, car certaines technologies de prototypage ne sont rentables que pour de plus petites quantités. Pour la fabrication additive, le volume des pièces joue également un rôle crucial dans le coût, car les pièces plus grandes nécessiteront plus de temps pour être imprimées que les pièces plus petites. En règle générale, les règles suivantes s'appliquent.

Pièces en plastique

Processus prototypes
Pièces en plastique		Quantité
		Bas (1)	Moyen (10's)
Taille	Petit	Impression 3D	Usinage CNC (simple) Impression 3D (compliquée)
	Grand	Impression 3D	Moulage sous vide Usinage CNC

Pièces métalliques

Processus prototypes
Pièces métalliques		Quantité
		Bas (1)	Moyen (10's)
Taille	Petit	Usinage CNC Impression 3D	Usinage CNC Moulage de précision
	Grand	Usinage CNC	Usinage CNC

4. Complexité

La complexité de la pièce et la complexité des caractéristiques dicteront également la sélection rapide du processus de prototype. La fabrication additive est bonne pour produire de petites pièces très compliquées, mais il faut être prudent quant à la conception finale car la complexité signifie une production de masse très coûteuse.

Processus	Tolérance (mm)	Épaisseur de paroi minimale (mm)
FDM	±0.20 – ±0.50	0.8 -1.0
SLS/SLA	±0.20 – ±0.30	0.7 – 1.0
SLM/DMLS	±0.10	0,4 – 0,5
Jet de liant	±0.20	1,5 mm – 2,0 mm
CNC *	±0.012	0.5
Moulage sous vide	±0.1	0.9 – 1.0

Veuillez noter que ces tolérances et l'épaisseur de paroi minimale sont des valeurs typiques et varient énormément en fonction du choix du matériau et de la conception des caractéristiques.

Les pièces qui sont finalement produites par moulage par injection, diverses formes de pièces moulées peuvent être prototypées à l'aide de l'impression 3D, tandis que les pièces usinées peuvent être imprimées en 3D ou fabriquées à l'aide de procédés de formage conventionnels ou de fabrication soustractive.

5. Coût

Enfin, les ressources disponibles; l'objectif du prototype irait de pair avec les ressources disponibles. Le temps, l'argent et les heures de travail nécessaires à la fabrication et au fonctionnement des prototypes doivent être pris en compte lors du choix de la technologie de prototypage rapide.

À méditer :

• La plupart du temps, le temps consacré au post-traitement ou au fonctionnement de la pièce à partir de prototypes de mauvaise qualité sera supérieur à celui des prototypes de haute qualité
• Certains processus tels que l'impression 3D peuvent nécessiter un certain temps de post-traitement, mais c'est relativement plus rapide et moins cher, tandis qu'un moulage sous vide donnerait des pièces presque identiques à celles du moulage par injection et peut être utilisé sans post-traitement. Cependant, cela coûtera plus cher avec le coût de l'outillage
• Le coût de la CNC est proportionnel à la complexité de la pièce tandis que le coût de la FA est directement proportionnel au volume et à la taille
• Le coût global serait également étroitement lié aux quantités pour un processus comme la CNC en raison du coût de configuration plus élevé

Résumé

Le développement de nouveaux produits d'ingénierie implique presque toujours la réalisation de prototypes pour tester des idées, des fonctionnalités, etc. Mais la qualité de vos tests et de la prise de décision ultérieure dépendra fortement de la façon dont votre prototype simule le produit final. Ainsi, la sélection du bon processus pour fabriquer le prototype est cruciale pour le succès de tout produit d'ingénierie.

Une fois que vous avez une compréhension claire des 5 facteurs clés ci-dessus, vous pouvez décider du type de processus à explorer. Il y a tellement de façons de fabriquer des prototypes, et chaque processus de prototypage aura ses avantages et ses limites. Ainsi, choisir le bon est essentiel au succès de votre prototypage.

Étapes du processus de sélection rapide du prototypage

• Définir l'objectif du prototype
• Établir le niveau d'approximation (qualité et complexité)
• Décrire la méthode d'évaluation et planifier l'identification des quantités
• Assurez-vous que vos coûts restent dans les limites de votre budget de prototype