Modèles de prototypes rapides expliqués :comment ils fonctionnent et pourquoi ils sont importants

Un modèle de prototype rapide est généralement une pièce en plastique ou en métal créée à partir d'un dessin informatique, qui permet à un client d'examiner un produit en cours de développement. À partir de la fin du XXe siècle, des logiciels informatiques ont été développés pour permettre aux concepteurs de créer des dessins en trois dimensions (3D). Le développement parallèle d'équipements capables de créer des structures physiques à partir de ces dessins a conduit au développement de la modélisation rapide.

La conception d'une pièce à l'aide d'un logiciel 3D commence par un dessin conceptuel de la pièce souhaitée. Un concepteur peut prendre ce dessin et créer un modèle 3D basé sur un logiciel, qui permet de visualiser une pièce sous différents angles ou orientations. Ce logiciel peut également démonter virtuellement la pièce pour montrer à un client comment l'assemblage peut avoir lieu dans une installation industrielle. La conception logicielle inclut souvent la capacité de « tester » la pièce dans différentes conditions de contrainte ou d'impact pour estimer les défaillances de la pièce ou les défauts de conception.

Le développement rapide de modèles de prototypes est devenu une réalité avec l’introduction des imprimantes 3D. Plusieurs technologies différentes ont évolué à la fin du XXe siècle, mais toutes étaient liées aux programmes de conception assistée par ordinateur (CAO) qui créaient des modèles logiciels. Toutes les imprimantes 3D utilisent une technique consistant à construire des couches successives de plastique ou de métaux en séquence pour créer un échantillon physique de la pièce.

Un type d’imprimante utilisait une poudre fine à l’intérieur d’une armoire d’imprimante. Un logiciel informatique a transformé le dessin en milliers de couches extrêmement fines, comme si l’image était extrêmement finement découpée. L'imprimeur pulvérisait un liant chimique sur la poudre sous la forme de la couche la plus basse. La poudre a ensuite été mélangée sur cette couche et le plateau plat a abaissé une petite quantité. La couche suivante de liant et de poudre a été ajoutée, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'une pièce 3D soit réalisée. En fonction de la complexité de la pièce, l'imprimante peut avoir besoin de fonctionner pendant plusieurs jours pour réaliser un échantillon.

Un autre type d'imprimante de prototypes rapides utilisait un plastique fusible. Une buse plaçait de minuscules points du matériau fondu sur le plateau de l'imprimante en couches successives pour constituer une pièce. Ces pièces étaient souvent utilisables directement depuis la machine, car les couches de plastique formaient un prototype en plastique solide. Il s'agissait d'une amélioration par rapport à certaines imprimantes à poudre, qui créaient des pièces pouvant être manipulées, mais pouvant ne pas être assez solides pour les tests ou l'utilisation réelle.

Un processus appelé frittage des métaux pourrait également créer un prototype rapide. Un métal tel que l’aluminium ou le cuivre ayant un point de fusion relativement bas pourrait être utilisé dans une imprimante 3D de la même manière qu’un plastique fondu. La pièce métallique finie ne nécessitait souvent aucun traitement supplémentaire et pouvait être utilisée directement à partir de la machine pour des tests ou un développement ultérieur.

De nombreux produits du 21e siècle ont été entièrement conçus dans un logiciel de CAO, faisant de l'image virtuelle un modèle de prototype rapide, sans qu'il soit nécessaire de réaliser un échantillon physique. Cela est devenu courant pour les grosses machines industrielles, les avions et les gros véhicules tels que les navires. De nombreuses pièces étaient trop volumineuses pour créer des prototypes séparés ou auraient retardé le développement du produit final.

Les ingénieurs ont développé des logiciels de test capables de simuler des conditions de test réelles, éliminant ainsi le besoin de tests sur prototypes. Le premier avion commercial a été conçu de cette façon à la fin du 20e siècle. Un avion à réaction commercial a été entièrement construit par ordinateur, passant directement d'une conception à un avion capable de voler sans prototypes intermédiaires.

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