Fabriquer des prototypes avec l'impression 3D

Un prototype est le premier exemple d'un produit à fabriquer, servant de point de départ pour effectuer les modifications nécessaires, de modèle à répliquer ou de matrice pour réaliser un moule.

Ainsi, le prototypage est un processus expérimental à travers lequel les équipes de conception peuvent concrétiser leurs idées. Le prototypage est un processus très utile dans divers secteurs, permettant d'effectuer des itérations jusqu'à ce que le résultat souhaité soit atteint.

Image 1 :Prototype de casque imprimé en 3D avec Raise Pro2 Plus. Source :KIDO Sports.

Il existe plusieurs types de prototypage de produit avec des fonctions différentes :

• Prototypes basse fidélité : Les prototypes basse fidélité peuvent être réalisés dans un court laps de temps, avec une grande immédiateté, et agissent comme un modèle d'étude, permettant d'analyser différents aspects afin d'apporter les modifications nécessaires au modèle avant d'atteindre la conception finale du produit.
• Concevoir des prototypes :Des prototypes de conception sont réalisés afin de valider la conception du produit.
• Prototypes géométriques :Ce type de prototype est réalisé pour vérifier la géométrie du produit et le modifier si nécessaire.
• Prototypes fonctionnels :Ces prototypes sont réalisés pour analyser le comportement des matériaux utilisés et tester la fonctionnalité du produit.
• Prototypes techniques :Dans ce cas, le prototype est utilisé comme modèle d'étude global, permettant d'analyser toutes ses fonctionnalités.
• Prototypes haute fidélité : Ils consistent en la fabrication d'un prototype identique au produit final. Il est fortement recommandé de réaliser ce type de prototypage avant de procéder à la production en série d'un produit.

Il existe actuellement plusieurs procédés pour la fabrication de prototypes, tels que l'usinage CNC, le moulage par injection ou l'impression 3D.

Prototypage rapide

Impression 3D est directement lié au prototypage rapide en raison de l'immédiateté offerte par ce mode de fabrication et les diverses possibilités qu'il offre en fonction de la technologie utilisée et des matériaux utilisés, ce qui en fait une méthode de fabrication largement utilisée pour le prototypage basse fidélité.

Vidéo 1 :Prototypage rapide de DLimit. Source :BCN3D.

Le prototypage rapide par impression 3D vise à fabriquer des modèles pour tester un ou plusieurs aspects du produit et ainsi pouvoir le modifier si nécessaire de manière agile et immédiate jusqu'à la conception finale, assurant à la fois la forme et la fonctionnalité du produit.

Pour la fabrication de prototypes utilisant l'impression 3D,il faut prendre en compte la technologie la plus appropriée. Chaque technologie a des avantages et des inconvénients, il est donc nécessaire de connaître les fondamentaux sur lesquels repose son fonctionnement ainsi que ses limites afin de trouver la plus adaptée à chaque besoin.

Les technologies d'impression 3D les plus répandues sont :

• Dépôt de matériau en fusion (FDM)
• Photopolymérisation sélective des résines (SLA)
• Frittage laser sélectif (SLS)

Un tableau de comparaison entre eux peut être vu ci-dessous :

Caractéristique	FDM	SLA	SLS
Matériel utilisé	Thermoplastiques	Résine photopolymérisable	Thermoplastiques
Variété de matériaux	Très élevé	Moyen	Faible
Immédiateté	Très élevé	Moyen	Faible
Précision	Faible	Moyen	Élevé
Tolérance générale	±0,5 % (limite inférieure ±0,5 mm)	±0,5 % (limite inférieure ±0,15 mm)	±0,3 % (limite inférieure ±0,3 mm)
Prise en charge	>45º	Toujours	Jamais

Tableau 1 :Comparaison entre différentes technologies d'impression 3D. Source :Filament2print.

Pour approfondir les caractéristiques et les limites de chaque technologie, nous vous conseillons de lire l'article "Comment choisir la bonne technologie :FDM, SLA et SLS".

Certains des avantages offerts par le prototypage d'impression 3D sont :

Vitesse :Selon la technologie d'impression 3D utilisée, la vitesse de production sera plus ou moins élevée, mais l'impression 3D est, en général, une méthode de fabrication qui offre l'immédiateté.

Économies de coûts et de ressources  :En fonction de la complexité de la pièce et des matériaux utilisés, l'utilisation de l'impression 3D pour le prototypage de pièces peut entraîner des économies importantes en termes de coûts et de ressources par rapport aux autres méthodes de fabrication traditionnelles.

Durabilité :En disposant d'équipements d'impression 3D dans les propres installations de production de l'entreprise, les prototypes sont produits localement, ce qui réduit l'empreinte carbone produite par rapport à une fabrication externe. De plus, il est souvent possible de travailler avec des matériaux biodégradables, recyclés ou recyclables et, de par la nature même de la méthode de fabrication, les déchets et le gaspillage de matière sont minimisés.

Du prototypage à la fabrication

Initialement, l'impression 3D n'était utilisée que pour le prototypage. Cependant, il est désormais également utilisé comme méthode de fabrication supplémentaire. Cela est principalement dû à deux facteurs :

Développement de matériaux

L'un des facteurs qui permettent de fabriquer de petites séries de pièces finales avec l'impression 3D est le développement de matériaux qui permettent des applications pour des environnements exigeants grâce à leurs propriétés mécaniques ou propriétés spécifiques.

Un exemple en est les matériaux ESD, qui sont disponibles sous forme de filament, de poudre et même de résine, et qui permettent de fabriquer des produits avec une protection contre les décharges électrostatiques.

Progrès dans les technologies d'impression 3D

Grâce aux avancées de ces dernières années et au travail de R&D des équipementiers, les fonctionnalités offertes par les imprimantes 3D se sont nettement améliorées, au point de pouvoir fabriquer des pièces très complexes avec une qualité industrielle.

Toutes les technologies d'impression 3D ont considérablement évolué. Les exemples sont les imprimantes 3D SLA de FormLabs pour le secteur médical et dentaire, Form 3B+ et Form 3BL, qui peuvent imprimer en 3D des matériaux biocompatibles; ou les imprimantes 3D SLS de Sinterit, qui peuvent produire des pièces très complexes sans avoir besoin de supports , ainsi que des modèles de bureau tels que Lisa, Lisa Pro ou Lisa X.

Image 3 :Fabrication de produits finis pour le secteur dentaire. Source :FormLabs.

Sans aucun doute, la fabrication par impression 3D permet aux utilisateurs professionnels de produire des prototypes et même des pièces finales de qualité industrielle, et est actuellement l'une des méthodes de fabrication les plus largement utilisées pour le prototypage rapide dans une multitude de secteurs. Grâce à la variété des technologies, des équipements et des matériaux, il est possible de trouver des solutions pour presque toutes les applications.