Fabrication de prototypes en plastique :Exploration de quatre techniques de prototypage en plastique

Les pièces en plastique ne reçoivent pas souvent le crédit qu'elles méritent pour le rôle joué dans notre monde. Il n'y a pratiquement aucun endroit où vous entrerez sans les trouver, allant du clavier de votre ordinateur au couvercle de votre tasse de café. Cependant, chaque produit en plastique a commencé comme un prototype. C'est pourquoi nous sommes ici pour examiner les méthodes disponibles pour fabriquer des prototypes de pièces en plastique. Allons-y !

L'importance d'un Prototype en plastique

Le prototypage, comme vous le savez peut-être, est un outil puissant pour les entrepreneurs et les entreprises. Il aide à évaluer un produit physique avant le début de la production à grande échelle. Un prototype plastique vous permet de travailler le plus rapidement possible avec la représentation physique de votre produit plastique.

Vous avez également la possibilité de présenter vos idées à des investisseurs potentiels et de leur permettre de les tester. Les pièces en plastique prototypes sont celles que vous proposez à vos clients potentiels pour vous aider à évaluer leur intérêt pour le produit avant de le lancer.

Ce processus donne aux concepteurs, avec le soutien d'entreprises de prototypage, la possibilité d'apporter les modifications appropriées avant de fabriquer des produits en plastique. En fin de compte, le fabricant et l'utilisateur du produit final en bénéficient. D'autres avantages incluent :

• Teste diverses caractéristiques de conception sur le prototype en plastique
• Vérifie la fonctionnalité de conception
• Crée une référence de test pour le développement de fonctionnalités supplémentaires
• Facilite les commentaires des clients
• Identifie les éventuels défauts et irrégularités des prototypes de pièces en plastique avant la production en série
• Permet d'affiner la définition pour l'efficacité de la fabrication

Éléments à mettre en place avant de développer un Prototype en plastique

La première chose à raisonner avant la fabrication d'un prototype en plastique est votre modèle CAO. Le modèle de conception assistée par ordinateur (CAO) est une représentation numérique de votre produit prévu qui vous montre, ainsi qu'au fabricant, à quoi le produit devrait ressembler.

Un modèle CAO montre également comment les pièces en plastique s'emboîtent et le fonctionnement du produit dans son ensemble. Préparer un modèle CAO vous aidera à créer un modèle de prototype physique, qu'il soit visuel ou fonctionnel.

• Visuel – un prototype visuel vous donne une idée de l'aspect final du produit. Vous n'avez pas besoin de prototypes visuels pour fonctionner comme produit final. Par conséquent, l'impression 3D vous offre le moyen le moins cher et le plus rapide de les développer.
• Fonctionnel – D'autre part, les prototypes fonctionnels représentent le produit final souhaité, des matériaux à la mécanique. Ce sont les types de prototypes que vous pouvez utiliser pour tester les conceptions de produits avant de passer à l'étape de production de masse.

Quel que soit le type de prototype en plastique que vous souhaitez réaliser, plusieurs méthodes s'offrent à vous. Cependant, quatre de ces méthodes sont plus largement utilisées. Ils incluent :

• Moulage sous vide
• Impression 3D
• Usinage CNC
• Moulage par injection

Les processus de fabrication de prototypes en plastique

La fabrication de prototypes en plastique est l'un des processus les plus flexibles du prototypage rapide. Vous pouvez choisir parmi une vaste gamme de procédures pour fabriquer efficacement vos prototypes de pièces en plastique. Dans cette section, nous discuterons de quatre des méthodes les plus efficaces pour le prototypage plastique.

Moulage sous vide

Avec la coulée sous vide, les fabricants peuvent dupliquer plusieurs prototypes de pièces en plastique. Cela implique l'utilisation d'un modèle maître pour créer des pièces adaptées aux tests. Lors de l'utilisation de la coulée sous vide pour la fabrication de prototypes en plastique, le processus implique l'injection de la matière première dans un moule en silicone. Cependant, avant de créer un moule en silicone, il faut un modèle maître.

Les modèles maîtres peuvent être créés en utilisant l'impression 3D ou l'usinage CNC. Une fois le modèle maître terminé, il y a le développement de moules de coulée à base de silicone. Les matières premières sont injectées dans la cavité du moule à l'aide d'une cloche à vide. Il faut souvent environ 30 à 40 minutes pour durcir le moulage résultant pour donner une duplication précise du prototype.

La coulée sous vide est compatible avec une large gamme de matériaux, allant du transparent à l'opaque. De plus, les fabricants peuvent réutiliser le moule en silicone pour produire jusqu'à 25 prototypes. Ce processus vous aide à actualiser rapidement votre conception pour rapprocher le développement du produit et la production de masse.

Avantages de choisir la coulée sous vide pour votre prototype en plastique

Voici quelques bonnes raisons d'utiliser la coulée sous vide pour le prototypage rapide :

• Il aide les fabricants à fabriquer des prototypes de pièces en plastique de haute précision avec des détails fins.
• Le moule en silicone peut recréer plusieurs prototypes identiques en peu de temps.
• C'est un processus idéal pour fabriquer des pièces aux formes complexes.
• Un matériau de moule approprié donnera un prototype de qualité identique au produit final prévu.
• Il est compatible avec une large gamme de matériaux plastiques avec une rigidité, une flexibilité et une texture variées.

Impression 3D

Fabrication additive ou impression 3D englobe plusieurs technologies de fabrication. C'est l'une des techniques innovantes issues de l'industrie 4.0 qui transforment le monde manufacturier. Comme nous l'avons mentionné, l'impression 3D est un terme générique. Trois des méthodes les plus populaires pour la fabrication de prototypes de pièces en plastique en 3D sont :

Modélisation des dépôts en fusion (FDM)

L'impression 3D FDM est la forme d'impression 3D la plus populaire utilisée dans la fabrication de prototypes en plastique. Ce processus consiste à utiliser l'extrusion pour un dépôt couche par couche de matières plastiques jusqu'à la formation du produit final.

Lorsque des imprimantes FDM de qualité industrielle sont utilisées, les fabricants peuvent créer des prototypes avec une résistance et une résolution accrues, en fonction des matériaux impliqués. C'est aussi une procédure flexible, compatible avec plusieurs matériaux dont le PLA, l'ABS, le Nylon, le PETG, le Polycarbonate, etc.

Stéréolithographie (SLA)

FDM émet des filaments, mais l'impression 3D SLA utilise des matériaux en résine plastique pour créer des prototypes de pièces en plastique 3D. Il s'agit d'utiliser un laser de grande puissance qui permet de solidifier le modèle à venir à l'aide d'une cuve de résine. Les fabricants utilisent cette méthode à plusieurs fins de prototypage, notamment pour les composants dentaires, médicaux et grand public.

Frittage laser sélectif (SLS)

La technologie SLS utilise également un laser haute puissance. Cependant, contrairement au SLA, il fritte des matériaux en poudre pour former un modèle 3D. Ce processus offre une qualité d'impression supérieure à celle des FDM. Vous trouverez des pièces en plastique prototypes créées via cette méthode étant plus fonctionnelles et avec des résolutions plus élevées. Ils sont généralement plus durables et flexibles que les impressions FDM.

Avantages de choisir l'impression 3D pour votre prototype en plastique

Vous bénéficierez des avantages suivants en utilisant l'impression 3D pour la fabrication de vos prototypes en plastique :

• L'impression 3D peut vous aider à créer des prototypes en plastique plus rapidement tout en réduisant le coût global du processus de fabrication.
• Il permet le téléchargement direct des fichiers CAO dans le logiciel d'impression 3D et une lecture efficace par la machine, permettant un flux de travail plus fluide.
• Il permet des choix de matériaux flexibles afin que les fabricants puissent tester différents matériaux lors de la fabrication de prototypes de pièces en plastique.
• Avec l'impression 3D, vous pouvez facilement apporter des modifications en mettant à jour le fichier CAO d'un produit avant de l'envoyer à l'imprimante. Ainsi, autant d'itérations que possible peuvent être apportées à la conception en très peu de temps.
• Les fabricants équipés d'imprimantes 3D peuvent généralement créer des prototypes à partir de conceptions de produits en 24 heures ou moins.

Usinage CNC

Usinage CNC offre une autre méthode viable et rapide pour la fabrication de prototypes en plastique. Cette technologie utilise une large gamme d'outils pour créer des modèles 3D de votre conception à partir de blocs solides de matériaux. La création d'un prototype CNC en plastique implique un processus soustractif. Autrement dit, les matériaux sont retirés du bloc solide, contrairement à l'impression 3D, qui est un processus additif. Cependant, cela ne signifie pas que les fabricants ne peuvent pas fabriquer de prototypes en plastique avec des matériaux différents.

Les fraiseuses numériques contribuent à rendre le processus plus efficace. Les fabricants assurent une automatisation appropriée des processus avec un ordinateur disponible pour diriger la fraiseuse à l'aide de fichiers 3D téléchargés. La fabrication de prototypes de pièces en plastique CNC ne nécessite pas l'utilisation de moules. Par conséquent, il est rentable et vous n'avez besoin que d'un rendu CAO pour démarrer le prototypage plastique CNC.

Avantages de choisir l'usinage CNC pour votre prototype en plastique

L'usinage CNC est l'une des techniques de prototypage rapide les plus efficaces, offrant les avantages suivants :

• Il vous permet de tester l'ajustement, la forme et la fonction de prototypes de pièces en plastique sans produire d'outillage de moulage par injection.
• L'usinage CNC offre un potentiel accru pour les tolérances serrées, les contre-dépouilles et les filetages, et les limitations de taille.
• Cette technique permet également la création de plusieurs finitions de surface sur le prototype, allant du polissage à la peinture, au revêtement en poudre, etc.
• L'usinage CNC offre également des délais d'exécution rapides, en fonction de la complexité du modèle de prototype en plastique.
• Il permet l'utilisation d'une large gamme de matériaux, ce qui facilite le choix d'un matériau pour votre fabrication.
• Le prototype résultant a tendance à avoir ses propriétés mécaniques proches de la pièce injectée, le résultat variant en fonction de l'apparence et de la fonctionnalité souhaitée.

Moulage par injection

Lorsque vous avez besoin d'une méthode de fabrication de prototypes en plastique pour des cycles de production de prototypes limités, vous devez choisir le moulage par injection de plastique . Bien que le moulage par injection soit populaire pour la production de masse, il offre également un moyen précieux de produire des prototypes en plastique. La technique implique la création d'une matrice métallique. Ensuite, le fabricant envoie la résine plastique dans un baril chauffé, où elle est mélangée et injectée avec force dans la matrice métallique.

La dernière étape est le refroidissement rapide du plastique en un composant solide. Le résultat est un prototype avec d'excellentes propriétés mécaniques et une finition de surface de haute qualité. Il est compatible avec les options de matériaux plastiques populaires comme l'ABS, le polyéthylène, le polycarbonate, le nylon, le HIPS, etc. Le moulage par injection de plastique prototype jette les bases des moules suivants dont vous avez besoin pour des cycles de production complets. De nombreux secteurs tirent parti de cette méthode, notamment les secteurs de l'automobile, de l'électronique, de la médecine et de l'emballage.

Avantages de choisir le moulage par injection pour votre prototype en plastique

Le moulage par injection de plastique prototype offre les avantages suivants :

• Il permet de tester rapidement et à moindre coût des concepts de produits sans compromettre la qualité.
• Le moulage par injection permet d'obtenir un aperçu rapide des capacités opérationnelles des prototypes en plastique en créant une reproduction réelle et quasi parfaite des produits finaux.
• Cette méthode peut aider à fabriquer des pièces complexes dont la forme et le poids varient.
• Le moulage par injection de plastique est idéal pour les industries qui nécessitent des tests et des certifications considérables, comme le secteur médical.
• Il s'agit de la méthode la plus efficace pour les cycles de production minimaux.

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Considérations clés pour le prototypage rapide en plastique

Il est vital pour les concepteurs de choisir les méthodes de prototypage plastique les mieux adaptées à leurs applications. Les prototypes ont des qualités requises variables. Bien que vous puissiez avoir une ressemblance approximative entre les prototypes et les pièces de production aux premiers stades, ils doivent correspondre étroitement lorsque le développement se rapproche du lancement.

Ainsi, il serait préférable de considérer certains facteurs avant de choisir une méthode de fabrication de prototype en plastique. Ces principaux incluent :

1. Objectif du Prototype en plastique

L'application de votre prototype devrait être votre première considération. Les prototypes en plastique sont utilisés dans diverses industries et pour différentes raisons. Votre prototype peut être destiné à des tests non fonctionnels pour le marketing ou les ventes. D'autre part, vous pourriez avoir besoin du prototype pour des tests fonctionnels avec des consommateurs potentiels. Vous devez choisir une méthode qui produit des pièces prototypes avec des couleurs, une géométrie et une finition de surface exactes du produit final prévu.

2. Formulaire

Votre conception inclut-elle des tolérances serrées ou des caractéristiques internes complexes ? La réponse à cette question vous aidera à choisir la bonne technique de prototypage pour votre prototype. Certaines options de fabrication sont limitées en ce qui concerne la géométrie des conceptions. Certains d'entre eux peuvent nécessiter une conception de haut niveau pour la fabrication (DfM) avant qu'ils ne puissent être économiques ou rentables. Les technologies capables de se conformer efficacement à la géométrie prévue de votre pièce en plastique sont les meilleurs choix.

3. Volume et coût

La taille et le volume des pièces sont étroitement liés au coût final du processus. Le volume total du prototype que vous souhaitez produire joue un rôle important pour vous aider à choisir la bonne technique de prototypage. Certains processus peuvent avoir des coûts initiaux plus élevés pour les configurations et l'outillage alors qu'ils produisent des pièces peu coûteuses. En revanche, d'autres processus peuvent avoir de faibles coûts de démarrage mais des coûts de pièces accrus en raison d'une automatisation moindre, de temps de cycle plus lents et de coûts de main-d'œuvre. Même avec des volumes accrus, les coûts de ces processus ne diminuent que légèrement.

4. Délai

La rapidité avec laquelle vous avez besoin du prototype affectera également votre choix de technique. Certaines méthodes de prototypage utilisent des outils sophistiqués couplés à l'automatisation pour créer des prototypes en 24 heures. Cependant, l'outillage et les configurations de certaines méthodes pourraient pousser les délais jusqu'à plusieurs semaines. Si vous avez besoin d'effectuer des tests très rapidement, vous devez choisir des méthodes qui produisent des pièces rapidement.

5. Matériel

Votre prototype devra-t-il subir des contraintes ou des déformations spécifiques ? Vous devez équilibrer le coût avec les exigences esthétiques et fonctionnelles de votre prototype avant de sélectionner le matériau optimal. Comparez les caractéristiques de votre application idéale avec les techniques de prototypage plastique disponibles avant de faire votre choix.

Qu'est-ce que Prototype en plastique Coût ?

Plusieurs facteurs affectent le coût des prototypes en plastique. Ces facteurs comprennent les matériaux utilisés, la complexité de la pièce et la technique de fabrication du prototype en plastique utilisée. Cependant, l'impression 3D est généralement moins chère que l'usinage CNC. Le moulage par injection est un peu plus coûteux que les procédés mentionnés initialement en raison des coûts de fraisage des moules.

Les faibles coûts fixes de l'impression 3D garantissent des économies d'échelle nulles. Autrement dit, le premier exemplaire a le même coût que le dernier. Les coûts fixes de l'usinage CNC sont également faibles, le coût total augmentant à un rythme régulier. Ainsi, vous vous attendez à ce que le coût de chaque pièce soit un peu plus élevé que celui de pièces similaires produites avec l'impression 3D.

Pour le coût du prototype de moulage par injection plastique, il est relativement élevé pour les premières pièces. Cependant, le prix baisse à mesure que le volume augmente. Il est clair que le coût du prototype en plastique est relatif et dépend en grande partie de la méthode utilisée et du volume requis.

Techniques de prototypage plastique	Coût
Impression 3D	Pas cher
Usinage CNC	Faible, mais supérieur à l'impression 3D
Moulage par injection	Coûteux, mais en fonction du volume

Conclusion

Le prototypage plastique est un moyen efficace de garantir la qualité des résultats de votre processus de fabrication. Cependant, le succès de votre prototype en plastique dépendra de votre compréhension des technologies de prototypage disponibles et de la sélection de la plus efficace pour votre application. Maintenant que vous en savez plus sur le développement de prototypes en plastique, il est temps d'acquérir un avantage concurrentiel en choisissant le bon partenaire de fabrication.

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FAQ

Comment fabrique-t-on un prototype en plastique ?

Il existe différentes techniques pour fabriquer des prototypes en plastique. Ils comprennent la coulée sous vide, le moulage par injection, l'impression 3D, l'usinage CNC, etc. Votre choix dépendra de l'application, du volume, de la forme, du matériau et du coût de votre prototype.

Pourquoi un prototype en plastique est-il important ?

L'avantage essentiel d'un prototype en plastique est qu'il stimule les caractéristiques réelles du produit. De cette façon, vous pouvez tester rapidement l'exactitude de la conception et la fonctionnalité du produit avant de passer à la production de masse.

Combien coûte la fabrication d'un prototype en plastique ?

Le prix relatif de la fabrication de prototypes en plastique dépendra de la technique de fabrication choisie et du volume de pièces nécessaires. Généralement, l'impression 3D présente l'option la plus rentable, tandis que l'usinage CNC est également relativement bon marché. Le prix du moulage par injection est un peu élevé en raison de l'outillage du moule.