Prototypage rapide : Accélérer l'innovation pour les consoles de jeu

Sans le prototypage rapide, qui permet aux tourneurs CNC et ingénieurs de transformer un modèle à l'échelle en produit physique et tangible, Microsoft n'aurait peut-être pas été aussi enthousiaste – ou rapide – pour montrer sa dernière console de jeu. « Annoncée comme la console de jeu la plus puissante jamais créée, elle est censée offrir du jeu 4K natif dans le salon », selon All3DP.

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

Pourquoi le prototypage rapide est-il si critique pour des marques comme Microsoft – et d'innombrables autres fabricants plus petits ? Que signifie le prototypage rapide pour les tourneurs 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 plus brillant. Les implications du prototypage rapide sont potentiellement tout aussi changeantes (vous l'avez ?) pour les entrepreneurs que pour les grandes entreprises comme Microsoft, en ce qui concerne la économie sérieuse 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 crucial pour élargir les possibilités de transformer nos conceptions en produits plus rapidement que jamais. Consultez ce qui suit et imaginez comment le prototypage rapide pourrait aider à transformer votre entreprise et éventuellement booster votre résultat net.

Qu'est-ce que le Prototypage Rapide ?

Au risque de simplifier à outrance un processus complexe, le prototypage rapide est défini comme « la création rapide d'un modèle à échelle réelle. Le mot prototype vient des mots latins proto (original) et typus (modèle). »

Par création, nous ne voulons pas dire la création dans l'abstrait. Un prototype rapide représente plutôt une création tangible, que vous pouvez tenir dans vos mains, physique.

Il existe différents types de prototypage rapide, 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 pour certains types de projets et de conceptions de produits.

Peu importe que vous fassiez de l'additif, du soustractif ou une combinaison des deux, le fait est que le prototypage rapide permet aux concepteurs de donner vie à leurs modèles. « Cela est souvent fait en utilisant une conception assistée par ordinateur sophistiquée ou d'autres logiciels d'assemblage, et physiquement mis en œuvre en utilisant des imprimantes 3D », comme défini par Techopedia.

L'équipe du laboratoire de création 3D basé au Royaume-Uni explique : « Les avancées du prototypage rapide 3D permettent des prototypes et fabrication de modèles plus rapides et à moindre coût en éliminant la main-d'œuvre et l'outillage coûteux, ce qui permet aux entreprises et inventeurs d'amener leurs produits et conceptions sur le marché plus vite que la concurrence. »

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

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

Il s'avère que non.

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

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

Les avantages sont nombreux et continuent de relever la barre à travers les industries. Mais, pour l'équilibre, nous allons peser les deux côtés de la médaille.

Avantages et Inconvénients

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

Prendre l'avantage sur le marché… quelle entreprise ne veut pas ça ?

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

Vision Tunnel

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

Cas d'Identité Erronée

Les prototypes, entre de mauvaises mains, pourraient être confondus avec le produit fini et jugés injustement ou hâtivement comme tel. Le revers se produit quand un prototype est préféré à un produit final. Aucun des deux cas n'est utile pour les ingénieurs et tourneurs derrière ces prototypes.

La Variété est le Piquant de la Vie

Le prototypage rapide, cependant, restreint le nombre d'options que vous avez et pourrait être mieux réservé pour des projets plus simples.

Cependant, comme le montrent les cinq marques suivantes, malgré ces pièges potentiels, le prototypage rapide reste un moyen efficace vers une fin très lucrative.

Cinq Marques Représentant la Maîtrise du Prototypage Rapide

Bien que ces cinq entreprises ne soient certainement pas les seules à faire fonctionner le prototypage rapide pour elles, chacune est illustrative de ce que ce processus peut faire pour les produits d'une marque… et son résultat net.

Brightwake

Certainement pas un nom connu, néanmoins Brightwake est une entreprise de recherche et design qui sauve des vies en sauvant le sang. Ou, plus précisément, en recyclant le sang qui serait autrement perdu.

Hemosep est la machine phare de l'entreprise, capable de recycler le sang perdu pendant la chirurgie. Pour créer Hemosep, Brightwake a compté sur l'impression 3D comme processus de prototypage rapide. Ce faisant, aurait réduit le processus de production de 96 %. On peut supposer que les économies financières étaient tout aussi considérables.

Fender

Les amateurs de musique 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 leurs propres prototypes, jusqu'aux boutons des amplificateurs. Le délai pour créer ces prototypes est passé d'environ deux semaines à une nuit. On peut supposer qu'un délai plus court équivaut à des marges bénéficiaires plus longues.

Ford

Même les grands noms de l'automobile comme Ford doivent faire attention en matière de budgétisation. Le prototypage rapide a pris « Ford tough » et a rendu la marque encore plus solide en économisant des millions de dollars à l'entreprise sur les prototypes en plastique et en métal.

L'impression 3D s'est avérée être un vrai gain de temps aussi, car le processus crée des prototypes en quelques heures, permettant aux ingénieurs Ford de décider si la production réelle s'avérera avantageuse.

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

Lockheed Martin

Le prototypage CNC grande vitesse est critique pour le développement de produits chez Lockheed Martin, le géant mondial engagé dans les technologies avancées pour les initiatives aérospatiales, de défense et de sécurité, qui affirme : « Nous repoussons les limites de la technologie additive et amenons les ingénieurs de conception sur le plancher d'usine pour produire des pièces, couche par couche, qui ne pouvaient pas être construites auparavant. »

Epson

En tirant parti de l'usinage CNC rapide, la société japonaise Seiko Epson Corporation a pu répondre à la demande des consommateurs pour des lunettes intelligentes AR Moverio plus légères et plus confortables.

« Avec le prédécesseur, nous avions beaucoup de demandes des utilisateurs concernant le poids et la taille, donc nous avons fixé nos objectifs de développement sur l'amélioration du confort et rendre les lunettes intelligentes plus compactes et légères », c'est là qu'est intervenu le prototypage CNC grande vitesse, selon Kazuya Kamakura, personnel senior, département de gestion d'affaires HMD, division des opérations de produits visuels chez Epson.

Ces marques illustrent les possibilités offertes par la fabrication avancée, mais quand il s'agit de prototypage rapide, lequel est meilleur : soustractif vs additif ?

Hommage au Prototypage Rapide Soustractif

Ici chez Datron, nous célébrons le prototypage rapide soustractif pour sa dépendance à des processus d'usinage efficaces. Contrairement aux autres options de prototypage rapide, le prototypage rapide soustractif aboutit à des prototypes en matériau d'utilisation finale présentant une intégrité structurelle plus élevée.

Le processus de fraisage de prototypage rapide soustractif enlève de plus petits morceaux de matériau d'un plus grand, laissant une pièce solide ou intacte. Le prototypage rapide additif, d'autre part, crée des couches de matériaux, avec un résultat final pas aussi structurellement solide.

Pourquoi est-ce important ?

De plus, le fraisage fournit une gamme plus large de finitions de surface par rapport à la « finition en escalier » associée au prototypage rapide additif. L'utilisation d'une fraiseuse CNC (Commande Numérique par Ordinateur) grande vitesse aboutit à 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 capacité d'usiner une pièce de plastique extrêmement fine en charnière vivante. Ce genre 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'exigence pour les concepteurs de retourner le bloc. »

En fin de compte, « C'est un choix approprié pour les pièces utilisées pour des séries de production petites et grandes, pour obtenir des finitions spécifiques, ou pour obtenir des propriétés mécaniques spécifiques. »

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

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

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

D'autres avantages de l'usinage CNC grande vitesse incluent la capacité de produire des pièces plus petites – comme l'usinage de boîtiers électroniques, en utilisant des outils de coupe avec des diamètres maximum de 0,50 pouce basés sur la demande accrue. Ces machines sont maintenant équipées de broches à 60 000 tr/min, accommodant 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 propres.

Opérationnellement, peut-être la meilleure partie des machines CNC grande vitesse est l'écran tactile convivial, qui permet à quiconque capable d'utiliser un téléphone portable d'opérer la machine.

Exploration des Choix Actuels de Machines CNC

Historiquement, les machines CNC devaient être adaptées à des outils existants ; cependant, à mesure que la technologie a évolué, de nouvelles machines ont été conçues exclusivement pour des fins CNC. Des exemples de machines adaptées incluent les tours et les 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 incluent les imprimantes 3D, les découpeuses laser CNC, les découpeuses plasma CNC, les fraiseuses, les machines pick-and-place, ainsi que les fraiseuses à portique (routers).

Imprimante 3D

Similaire dans la conception à une découpeuse laser ou une fraiseuse à portique CNC, les imprimantes 3D nécessitent un extrudeur plastique, qui pousse du plastique chaud à travers un petit trou, empilant le matériau jusqu'à ce que le prototype soit construit.

Découpeuse Laser CNC

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

Découpeuse Plasma CNC

Les découpeuses plasma comportent une torche plasma qui est parfaite pour couper des formes 2D dans de la tôle.

Fraiseuse CNC

Autrefois disponibles seulement en taille énorme, les fraiseuses construites spécifiquement pour des fins CNC aujourd'hui sont plus petites en empreinte et peuvent inclure un mécanisme d'avance automatique, des changeurs d'outils intégrés, et des capteurs électriques pour assurer une surveillance attentive pour une coupe sécurisée.

Machine Pick and Place

Équipées de nombreuses petites buses, les machines pick-and-place déplacent rapidement les composants électriques, les plaçant dans les circuits imprimés requis pour les appareils personnels comme les téléphones et tablettes.

Fraiseuse à Portique (Router)

Conçues pour des travaux plus importants, les fraiseuses à portique travaillent avec des matériaux comme les plastiques, la tôle et le bois en utilisant une configuration 3 axes, ce qui rend la découpe de profils et l'usinage de relief 3D faciles. Pour des formes plus complexes, les machines 4, 5 ou 6 axes sont la voie à suivre.

Le Prototypage Rapide Élève les Ingénieurs et Tourneurs CNC

En tant qu'ingénieur ou tourneur CNC, que signifie le prototypage rapide en général 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, avec la fabrication de prototypes « qui devrait atteindre 20 milliards de dollars d'évaluation d'ici 2020. Les prévisions pour les 15 à 20 prochaines années prédisent une croissance jusqu'à la marque des 40 milliards de dollars, alors que l'innovation technologique continue alimente l'industrie – et les marchés qui en dépendent. »

Les projections d'emplois sont excellentes ; « Les divers services CNC sont tellement en demande que les personnes formées dans le domaine de l'usinage de précision se classent parmi les cinq employés les plus nécessaires aux États-Unis. »

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

Industries à Surveiller pour le Potentiel de Prototypage Rapide

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. Actuellement, plus de 98 % des appareils auditifs produits dans le monde sont maintenant imprimés en 3D, en raison des économies significatives en temps, coût et précision qui viennent de la production de chaque modèle unique de cette manière.

Et les bonnes nouvelles pour la fabrication CNC continuent avec le prototypage rapide rendant possible la production de dispositifs médicaux personnels ingénieux conçus pour soulager des maladies et affections qui étaient autrefois considérées comme incurables.

D'autres verticales qui récoltent les bénéfices du prototypage rapide, spécifiquement par 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 avancée continue avec des nouvelles passionnantes annonçant le partenariat de l'US Army et Lockheed Martin pour développer des méthodes de prototypage rapide, « en utilisant la bioproduction et l'auto-assemblage pour créer les blocs de construction de matériaux novateurs qui ont des applications pour la technologie optique de défense et les revêtements protecteurs. »

L'US Army a dépensé dix millions de dollars pour financer l'Auto-Assemblage de Nanostructures pour Matériaux Ajustables, conçu pour considérer les capacités d'intégration de la bioproduction de matériaux innovants pour les efforts de défense.

Melissa Rhoads, directrice de recherche senior chez Lockheed Martin et chef de projet, a expliqué : « Les cellules créent efficacement toutes sortes de matériaux, comme la soie d'araignée ou les ailes iridescentes d'un papillon. »

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

Alors, qu'est-ce que le prototypage rapide ? De notre perspective, c'est le chemin le plus rapide vers l'avant.

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