Comment construire des prototypes métalliques supérieurs : méthodes éprouvées et meilleures pratiques

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

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

Il discute également de 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 prototypes métalliques.

Qu'est-ce qu'un prototype métallique ?

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

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

Les prototypes métalliques sont des prototypes réalisés en utilisant une technique de fabrication métallique comme l'usinage CNC, la coulée ou le formage de tôle. Ils peuvent être faits d'aluminium, d'acier ou de tout autre matériau choisi par l'équipe d'ingénierie.

Bien que le métal soit souvent utilisé pour les prototypes de pré-production — des prototypes avancés qui imitent de près la pièce finale — il peut également être utilisé pour les prototypes de stade précoce.

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

Pourquoi faire un prototype métallique au lieu d'un prototype 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. Premièrement, de nombreux prototypes n'ont pas de 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 sont sans importance, 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 ont des fonctions spéciales.

Les prototypes fonctionnels, hybrides et de pré-production doivent tous effectuer une certaine fonction, ce qui peut exiger 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 d'apparence, utilisés pour démontrer un concept, ont souvent meilleure allure lorsqu'ils sont faits en métal — surtout si la pièce sera produite en série en métal également.

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

Construire un prototype métallique a aussi d'importants avantages de coûts à long terme.

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

Avantages des prototypes métalliques :

• Meilleure performance mécanique/fonctionnelle
• Tests plus précis
• Meilleure esthétique
• Plus grandes chances d'intérêt des investisseurs
• Transition plus facile vers la production

Quelle est la meilleure méthode pour réaliser vos prototypes métalliques ?

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

La plupart des pièces, cependant, peuvent être réalisées en utilisant une gamme de méthodes différentes.

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

Prototypes d'usinage métallique

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 métallique, qui enlève précisément 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, résultant en un flux de travail efficace. Il est également facile de faire des duplicatas ou de distribuer la conception à d'autres parties.

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

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

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

Avantages :

Faible coût, Liberté de conception, Sélection de matériaux

Inconvénients :

Certains gaspillages de matériau

Voici quelques exemples de prototypes d'usinage métallique réalisés par 3ERP. Cela donne juste une idée approximative des types de pièces adaptées à l'usinage CNC.

Prototypes d'impression 3D métallique

L'impression 3D est une autre façon 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.

Les prototypes métalliques imprimés en 3D peuvent être faits en utilisant des technologies AM comme la fusion sélective par laser (SLM) et le frittage direct de métal par laser (DMLS).

Comme l'usinage CNC, l'impression 3D utilise des conceptions numériques comme entrée, permettant des modifications rapides du design.

Mais l'un des plus grands avantages de l'impression 3D métallique est la flexibilité géométrique. Les prototypes métalliques imprimés en 3D peuvent avoir des caractéristiques très complexes, y compris des sections internes complexes, puisqu'ils sont construits couche par couche, et non découpés d'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 diversifiées que celles disponibles pour d'autres processus.

Avantages :

Faible coût, Liberté de conception

Inconvénients :

Résistance de la pièce, Sélection de matériaux

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

Prototypes en tôle

La fabrication de tôle est un groupe de processus concernés par la coupe, la déformation et l'assemblage de tôles métalliques. Elle est utilisée pour fabriquer des articles fonctionnels comme des supports, boîtiers et pièces industrielles.

Pour les projets en tôle, il peut être judicieux de créer un prototype métallique fonctionnel en utilisant les mêmes techniques de tôle qui seront utilisées pendant la production.

Les processus de formage de tôle incluent la découpe laser, le poinçonnage, le pliage, l'emboutissage et le soudage.

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

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

La fabrication de tôle peut être particulièrement utile si plusieurs copies du prototype sont requises.

Avantages :

Qualité de production, Gamme de processus de fabrication

Inconvénients :

Temps requis, Liberté de conception limitée

Prototypes de coulée métallique

La coulée est le processus de versement de métal liquide dans un moule pour former une pièce.

La coulée métallique 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 réalisable de créer un moule pour seulement un ou deux prototypes.

Mais il existe des moyens spéciaux de créer des prototypes métalliques via la coulée.

Avec la coulée à cire perdue, 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 métalliques.

Avec la coulée sous pression, nous pouvons réduire le coût de l'outillage de diverses manières. Une méthode consiste à créer un moule simple, puis d'ajouter des détails fins après la coulée à l'aide d'une machine CNC. (Cette méthode ne fonctionne qu'en petites quantités ; l'usinage post-coulée 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 transition, 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, Équipement spécialisé requis

Prototypes d'extrusion métallique

L'extrusion métallique 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 à section transversale uniforme.

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

Cependant, il est parfois utile 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 processus adapté pour des pièces simples comme des barres métalliques, équerres et joints.

Le processus convient pour les prototypes de test et de pré-production où le prototype d'extrusion métallique imite de près la pièce finale. Il n'est pas recommandé pour des pièces qui seront produites en utilisant une autre technique.

Avantages :

Qualité de production

Inconvénients :

Gamme limitée de matériaux

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