Construire un Prototype Gagnant : Guide Étape par Étape pour le Développement Rapide de Produits

Lors du développement d'un produit, la fabrication d'un prototype physique peut vous aider pour la recherche, les tests, le financement, et bien plus. Et grâce aux prestataires de services de prototypage rapide comme 3ERP, il est facile de faire un prototype abordable dans un court délai.

Cependant, certaines entreprises retardent le prototypage simplement parce qu'elles ne savent pas par où commencer ; elles ne savent pas quelles technologies ou matériaux utiliser, ou quel type de partenaire de prototypage choisir.

Heureusement, faire un prototype avec un partenaire comme 3ERP est simple et sans douleur. Ce guide examine les bases de la fabrication d'un prototype et analyse deux grandes catégories de prototypes : les modèles de concept et les prototypes fonctionnels. Il donne aussi un aperçu de comment fonctionne le processus de prototypage rapide dans une usine de fabrication de prototypes.

Qu'est-ce que le prototypage rapide ?

Un prototype est un modèle, une ébauche, une maquette ou une version de stade initial d'un produit physique qui est construit avant la production, et le prototypage rapide est le processus de développement d'un prototype dans le délai le plus court possible.

Il y a différentes raisons pour lesquelles les entreprises peuvent avoir besoin de développer un prototype, et différentes technologies peuvent être utilisées pour le construire : chez 3ERP, nous nous concentrons sur l'usinage CNC, l'impression 3D, le moulage, la coulée et la fabrication de tôles, et certains prototypes nécessitent une combinaison de procédés s'ils contiennent plusieurs composants.

Le prototypage rapide aide les entreprises à mettre leur produit sur le marché plus vite. En construisant le prototype rapidement, l'entreprise peut accélérer des processus comme l'étude de marché et les tests mécaniques, dans lesquels les prototypes sont généralement requis, et atteindre les stades finaux du développement de produit plus tôt que tard.

Modèles de concept

Focus : Attrait visuel, communication d'idées de base, coût le plus bas possible

Procédés typiques : Impression 3D, usinage CNC, coulée sous vide, tôlerie, autres

De nombreux prototypes sont construits pour fournir une fonction visuelle ou esthétique. Les prototypes de ce type n'ont pas besoin de fonctionner, mais ils doivent donner une impression visuelle précise du produit final.

Un prototype construit pour des purposes visuels peut être appelé modèle de concept, prototype d'exposition ou prototype « looks-like ». Il peut être utilisé pour démontrer un futur produit à des investisseurs potentiels, ou pour réaliser des études de marché sur des clients potentiels. Il peut aussi être utilisé pour transmettre des idées à d'autres départements internes d'une entreprise.

Puisque les modèles de concept n'ont pas besoin d'être fonctionnels, il est possible d'utiliser certains procédés de fabrication qui ne seraient pas utilisés pour la production de pièces finales. L'accent est simplement mis sur la fabrication d'un prototype beau à regarder au prix le plus bas possible.

Pour cette raison, l'impression 3D est parfois utilisée pour les modèles de concept : les pièces imprimées peuvent ne pas être assez solides pour l'utilisation finale, mais elles peuvent être fabriquées rapidement avec un haut standard visuel. La coulée sous vide est aussi principalement utilisée pour des prototypes visuellement attrayants à faible résistance. Cela dit, l'usinage CNC et la fabrication de tôles peuvent souvent être moins chers et/ou plus adaptés pour certains projets, et il y a un grand degré de flexibilité.

Les entreprises peuvent aussi utiliser des matériaux moins chers pour leur modèle de concept, puisque le matériau n'a pas besoin de résister à des forces ou d'exécuter une fonction mécanique. Cependant, pour maintenir un aspect impressionnant — pour faire paraître un plastique bon marché comme métallique, par exemple — une finition de surface professionnelle peut être appliquée.

Exemple de modèle de concept

Prototypes fonctionnels

Focus : Validation, tests mécaniques, pré-production

Procédés typiques : Usinage CNC, moulage par injection, tôlerie, autres

Les prototypes peuvent aussi être fonctionnels par opposition à simplement visuels. Les prototypes fonctionnels sont généralement construits pour valider des aspects physiques d'un produit — sélection du matériau, par exemple — ou pour effectuer des tests mécaniques. Ils peuvent aussi être utilisés pour démontrer la fonction du produit au personnel interne, clients, investisseurs, etc.

S'ils sont utilisés pour les tests, un prototype fonctionnel peut avoir peu de considération pour l'esthétique. Par exemple, les prototypes fonctionnels peuvent être non colorés, non finis, ou manquer de certaines caractéristiques et détails. Cependant, les prototypes de stade avancé ou de pré-production peuvent contenir à la fois des caractéristiques fonctionnelles et esthétiques pour être aussi proches que possible du produit final.

Les prototypes fonctionnels subissant des tests mécaniques ont généralement besoin d'être faits en utilisant des matériaux et procédés proches de ceux utilisés en production, sinon les tests ne seront pas utiles.

Si le prototype doit aussi subir des tests de composition métallique, alors choisir un matériau de grade production est critique. Les procédés de production comme l'usinage CNC et le moulage par injection sont souvent utilisés pour les prototypes fonctionnels, car les pièces imprimées en 3D manquent souvent de résistance requise et ne refléteront pas la pièce de production en termes de performance mécanique.

Pour les prototypes fonctionnels non démonstratifs, les finitions de surface ne doivent être appliquées que si elles contribuent à la fonction du produit, et la peinture, l'application de marque, etc. peuvent être omises.

Exemple de prototype fonctionnel

Le processus de prototypage rapide

Chez 3ERP, le processus de prototypage rapide commence une fois que nous avons finalisé une commande et reçu toutes les informations et fichiers numériques nécessaires.

Ce qui se passe ensuite dépend finalement du procédé de fabrication choisi, qui dépend du type de prototype (modèle de concept vs fonctionnel), du matériau requis, et du nombre d'unités requises. Chaque cas est différent, et nous pouvons travailler avec le client pour déterminer la meilleure approche pour chaque commande de prototypage rapide.

Quel que soit le procédé, les prototypes sont soumis à des procédures de contrôle qualité et reçoivent ensuite les étapes de post-traitement nécessaires, comme l'élimination du matériau de support et l'application de tout traitement de finition de surface souhaité, comme l'anodisation ou la peinture.

Les prototypes sont ensuite expédiés au client dès que possible, pour qu'ils puissent procéder à leur développement de produit.

Voici un aperçu des différents procédés que nous utilisons pour le prototypage rapide.

Usinage CNC

Pour les prototypes usinés CNC, nous pouvons démarrer rapidement, en obtenant les bons matériaux et en envoyant le fichier numérique à la machine CNC pour le fraisage, le tournage, l'EDM, etc.

L'usinage CNC est bon pour le prototypage rapide car c'est un processus en une étape : aucun outillage n'est requis ; la matière brute entre et le prototype sort. Cela rend le processus très rapide, en plus de produire des prototypes de haute qualité avec un haut niveau de détail.

L'usinage est aussi polyvalent en matériaux. Le procédé convient aux métaux et plastiques de performance, et les pièces usinées peuvent subir divers traitements de finition de surface.

Impression 3D

L'impression 3D, un procédé additif couche par couche, est souvent utilisée pour les modèles de concept mais rarement pour les prototypes fonctionnels.

Cependant, il y a différentes formes d'impression 3D à considérer : FDM, SLS et SLA pour pièces plastiques, SLM et DMLS pour pièces métalliques. Les procédés AM métalliques peuvent produire des pièces à haute résistance avec de bonnes performances mécaniques, et peuvent donc être utilisées pour les prototypes fonctionnels.

Les avantages de l'impression 3D incluent les géométries complexes, les coûts bas, et les délais rapides. Elle est plus adaptée aux prototypes unitaires qu'aux lots.

Coulée sous vide

La coulée sous vide, aussi appelée coulée de polyuréthane, est une alternative à faible coût au moulage par injection qui est beaucoup plus abordable que le moulage par injection en faibles quantités. Elle est donc adaptée au prototypage rapide, malgré la faible performance mécanique des pièces.

Le procédé est principalement utilisé pour les modèles de concept, car il produit une finition de surface de haute qualité comparable ou supérieure au moulage par injection.

Moulage par injection

Si les prototypes sont faits par moulage par injection, nous devons d'abord fabriquer un moule, ce qui nécessite une conception CAO complexe de notre côté, où nous faisons une version inversée du prototype avec les lignes de partage, canaux d'injection, etc. nécessaires.

Une fois que nous avons construit ce moule métallique, par outillage rapide avec un centre d'usinage CNC, nous pouvons commencer à fabriquer les prototypes plastiques moulés.

À cause de cette étape de fabrication supplémentaire, le moulage par injection n'est vraiment rentable que quand une grande quantité de prototypes est requise (voir Considérations d'économie d'échelle ci-dessous). Cependant, il a de nombreux avantages : excellente finition de surface, bonne résistance, et similarité aux pièces finales.

Fabrication de tôles

Les prototypes en tôles peuvent être faits dans une variété de métaux avec des délais courts. Ces prototypes sont souvent similaires aux pièces d'utilisation finale et peuvent être utilisés pour les tests.

La fabrication de tôles est adaptée pour des produits spécifiques comme les supports, boîtiers, et panneaux et n'est pas généralement utilisée de façon interchangeable avec d'autres procédés de fabrication métallique.

Considérations d'économie d'échelle

Le choix d'un procédé de fabrication dépend souvent du nombre d'unités requises. Parfois, il est nécessaire de faire des compromis et de choisir un procédé différent si la quantité d'unités n'a pas de sens économique.

Bien qu'il y ait de nombreuses exceptions, ce tableau donne une idée approximative du nombre d'unités adaptées pour certains procédés. (La fabrication de tôles est exclue, car les pièces et prototypes en tôles sont généralement conçus spécifiquement pour les procédés de tôlerie.)

	Prototypes métalliques	Prototypes plastiques
Usinage CNC	1–100	1–100
Impression 3D	1–10	1–10
Moulage par injection	100+	100+
Coulée sous vide	n/a	1–100
Fonderie métallique	100+	n/a

Comment faire un prototype, étape par étape

Conceptualiser

La première étape de la fabrication d'un prototype, avant de le concevoir, est de décider de ce qui est requis. Cette étape peut impliquer une étude de marché et un brainstorming des exigences potentielles.

Concevoir

À moins qu'une maquette artisanelle approximative ne soit tout ce qui est nécessaire, un logiciel CAO est requis pour concevoir un prototype. La CAO permet la répétition exacte et la modification facile, et les fichiers peuvent être convertis en format lisible par machine pour une production instantanée. Ceux sans expérience de conception peuvent nécessiter des services de conception de produits professionnels.

Choisir matériau, technologie, finition

Le matériau, la technologie et la finition de surface devraient tous être considérés dès le départ, car ces facteurs informeront la conception CAO. Cependant, les sélections finales peuvent être faites après l'étape de conception.

Fabriquer

Un fichier CAO exploitable et une liste de matériaux, technologies et finitions de surface devraient être envoyés au spécialiste du prototypage, qui peut alors commencer la fabrication du prototype.

Refaire un prototype

Une fois que le prototype a rempli son but, il peut être nécessaire d'en développer un autre, selon le stade actuel du calendrier de développement du produit. Par exemple, un modèle de concept, une fois validé, peut être suivi par un prototype mécanique.

3ERP est un spécialiste du prototypage rapide et a travaillé avec une large gamme de clients dans de nombreuses industries. Contactez-nous pour un devis gratuit.