Comment faire un prototype

Lors du développement d'un produit, la réalisation d'un prototype physique peut vous aider dans la recherche, les tests, le financement et bien plus encore. Et grâce à des prestataires de services de prototypage rapide comme 3ERP, il est facile de réaliser un prototype abordable en peu de temps.

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

Heureusement, faire un prototype avec un partenaire comme 3ERP est simple et indolore. Ce guide examine les bases de la réalisation d'un prototype et analyse deux grandes catégories de prototypes :les modèles conceptuels et les prototypes fonctionnels. Il donne également un aperçu du fonctionnement du 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 préliminaire d'un produit physique qui est construit avant la production, et le prototypage rapide est le processus de développement d'un prototype dans les plus brefs délais.

Il existe 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, le moulage et la fabrication de tôles, et certains prototypes nécessitent une combinaison de processus s'ils contiennent plusieurs composants.

Le prototypage rapide aide les entreprises à mettre leur produit sur le marché plus rapidement . En construisant rapidement le prototype, l'entreprise peut accélérer les processus tels que les études de marché et les essais mécaniques, dans lesquels des prototypes sont généralement requis, et atteindre les étapes finales du développement du produit le plus tôt possible.

Modèles conceptuels

Concentrer :Attrait visuel, communication des idées de base, coût le plus bas possible

Processus typiques :impression 3D, usinage CNC, coulée sous vide, tôlerie, autres

De nombreux prototypes sont construits pour assurer 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 à des fins visuelles peut être appelé modèle conceptuel, prototype d'affichage ou prototype d'apparence. Il peut être utilisé pour démontrer un futur produit aux investisseurs potentiels , ou pour effectuer une étude de marché sur les clients potentiels. Il peut également être utilisé pour transmettre des idées à d'autres services internes dans une entreprise.

Étant donné que les modèles conceptuels n'ont pas besoin d'être fonctionnels, il est possible d'utiliser certains processus de fabrication qui peuvent ne pas être utilisés pour la production de pièces finales. L'accent est simplement mis sur la fabrication d'un beau prototype au prix le plus bas possible.

Pour cette raison, l'impression 3D est parfois utilisée pour les modèles conceptuels :les pièces imprimées peuvent ne pas être assez solides pour une utilisation finale, mais elles peuvent être fabriquées rapidement selon des normes visuelles élevées. La coulée sous vide est également principalement utilisée pour les prototypes à faible résistance et visuellement attrayants. Cela étant dit, l'usinage CNC et la fabrication de tôles peuvent souvent être moins chers et/ou plus adaptés à certains projets, et il existe un grand degré de flexibilité.

Les entreprises peuvent également utiliser des matériaux moins chers pour leur modèle conceptuel, puisque le matériau n'a pas besoin de résister à des forces ou d'effectuer une fonction mécanique. Cependant, pour conserver un aspect impressionnant - pour donner à un plastique peu coûteux un aspect métallique, par exemple - une finition de surface professionnelle peut être appliqué.

Un exemple de modèle conceptuel

Prototypes fonctionnels

Concentrer :Validation, essais mécaniques, présérie

Processus typiques :Usinage CNC, moulage par injection, tôlerie, autre

Les prototypes peuvent également être fonctionnels plutôt que simplement visuels. Les prototypes fonctionnels sont généralement construits pour valider aspects physiques d'un produit - sélection des matériaux, par exemple - ou pour effectuer des tests mécaniques . Ils peuvent également être utilisés pour démontrer la fonction du produit au personnel interne, aux clients, aux investisseurs, etc.

S'il est utilisé pour des tests, un prototype fonctionnel peut avoir peu de considération pour l'esthétique. Par exemple, les prototypes fonctionnels peuvent être non colorés, inachevés 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 afin d'être aussi proches que possible du produit final.

Les prototypes fonctionnels soumis à des tests mécaniques doivent généralement être réalisés avec des matériaux et des procédés proches de ceux utilisés en production, sinon les tests ne seront pas utiles.

Si le prototype doit également subir des tests de composition de métal, le choix d'un matériau de qualité de production est essentiel. Processus de production comme l'usinage CNC et moulage par injection sont souvent utilisés pour des prototypes fonctionnels, car les pièces imprimées en 3D manquent souvent de la résistance requise et ne reflètent pas la pièce de production en termes de performances mécaniques.

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 la marque, etc. peuvent être omises.

Un 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 processus de fabrication choisi, qui dépend du type de prototype (modèle conceptuel 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 processus, les prototypes sont soumis à des procédures de contrôle qualité et sont ensuite soumis à toutes les étapes de post-traitement nécessaires, telles que le retrait du matériau de support et l'application de tous les traitements de finition de surface souhaités, tels que l'anodisation ou la peinture.

Les prototypes sont ensuite expédiés au client dans les plus brefs délais, afin qu'il puisse poursuivre le développement de son produit.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des différents processus 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 il s'agit d'un processus en une étape :aucun outillage n'est requis; la matière première 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 également matériellement polyvalent. Le processus 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 processus additif couche par couche, est souvent utilisée pour les modèles conceptuels, mais rarement pour les prototypes fonctionnels.

Cependant, il existe différentes formes d'impression 3D à considérer :FDM, SLS et SLA pour les pièces en plastique, SLM et DMLS pour les pièces métalliques. Les procédés de fabrication additive métallique peuvent produire des pièces à haute résistance avec de bonnes performances mécaniques, et peuvent donc être utilisés pour des prototypes fonctionnels.

Les avantages de l'impression 3D incluent des géométries complexes, de faibles coûts et des délais d'exécution rapides. Il convient mieux aux prototypes uniques qu'aux lots.

Moulage sous vide

La coulée sous vide, également appelée coulée d'uréthane, est une alternative peu coûteuse au moulage par injection qui est beaucoup plus abordable que le moulage par injection en petites quantités. Il est donc adapté au prototypage rapide, malgré les faibles performances mécaniques des pièces.

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

Moulage par injection

Si des prototypes sont fabriqués par moulage par injection, nous devons d'abord créer un moule, ce qui nécessite une conception CAO complexe de notre côté, où nous réalisons une version inversée du prototype avec les lignes de séparation, les tiges de coulée, etc. nécessaires.

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

En raison de cette étape supplémentaire de fabrication, le moulage par injection n'est vraiment rentable que lorsqu'une grande quantité de prototypes est requise (voir Considérations d'économie d'échelle dessous). Cependant, il présente de nombreux avantages :excellent état de surface, bonne résistance et similitude avec les pièces finales.

Fabrication de tôlerie

Les prototypes de tôlerie peuvent être fabriqués dans une variété de métaux avec des délais courts. Ces prototypes sont souvent similaires à des pièces d'utilisation finale et peuvent être utilisés pour des tests.

La fabrication de tôles convient à des produits spécifiques tels que les supports, les boîtiers et les panneaux et n'est généralement pas utilisée de manière interchangeable avec d'autres processus de fabrication de métaux.

Considérations d'économie d'échelle

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

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

	Prototypes métalliques	Prototypes en plastique
Usinage CNC	1–100	1–100
Impression 3D	1–10	1–10
Moulage par injection	100+	100+
Moulage sous vide	n/a	1–100
Moulage du métal	100+	n/a

Comment faire un prototype, étape par étape

Conceptualiser

La première étape de la réalisation d'un prototype, avant sa conception, consiste à décider de ce qui est nécessaire. Cette étape peut impliquer une étude de marché et un brainstorming sur les besoins potentiels.

Conception

À moins qu'une maquette grossière faite à la main ne soit suffisante, un logiciel de CAO est nécessaire pour concevoir un prototype. La CAO permet une répétition exacte et une modification facile, et les fichiers peuvent être convertis dans un format lisible par machine pour une production instantanée. Ceux qui n'ont pas d'expérience en conception peuvent avoir besoin de services de conception de produits professionnels.

Choisissez le matériau, la technologie, la finition

Le matériau, la technologie et la finition de surface doivent tous être pris en compte dès le départ, car ces facteurs éclaireront la conception CAO. Cependant, les sélections finales peuvent être faites après la phase de conception.

Construire

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

Prototyper à nouveau

Une fois que le prototype a atteint son objectif, il peut être nécessaire d'en développer un autre, selon l'étape actuelle du calendrier de développement du produit. Par exemple, un modèle conceptuel, une fois validé, peut être remplacé par un prototype mécanique.

3ERP est un spécialiste du prototypage rapide et a travaillé avec un large éventail de clients dans de nombreux secteurs. Contactez-nous pour un devis gratuit.