Prototypage d'élastomères : guide professionnel pour une fabrication rapide et rentable

Le prototypage est une phase clé du cycle de vie de la fabrication qui relie généralement la fin de l'étape de conception au début de la production. Le processus permet aux concepteurs et aux ingénieurs d'affiner la conception de la pièce, de recueillir des commentaires et d'obtenir l'adhésion des parties prenantes.

Les prototypes peuvent être créés de plusieurs façons différentes. Le prototypage rapide 3D, qui utilise des méthodes de fabrication additive pour produire des pièces, est devenu un choix de plus en plus populaire pour le prototypage car il permet aux ingénieurs d'identifier rapidement et rentablement les problèmes de conception avant le début de la production. Cela aide à éviter des révisions d'outillage potentiellement coûteuses ou chronophages, améliore la qualité du produit et garantit que la production reste sur la bonne voie par rapport aux délais projetés.

Cependant, certaines applications de pièces et certains matériaux ne conviennent pas au prototypage basé sur l'impression 3D. Des procédés comme le modèle de dépôt de filament fondu (FDM) produisent des pièces non isotropes qui peuvent être plus fragiles et réagir différemment que les pièces de production en élastomère, tandis que d'autres méthodes additives peuvent être limitées par le coût ou les options de matériaux.

Cela peut présenter un défi pour le prototypage rapide de moulage d'élastomères, de joints et d'autres pièces hautement élastiques à faible dureté, où la flexibilité est une caractéristique de matériau souhaitable. Bien que les développements dans les méthodes de fabrication additive aient permis aux ingénieurs d'imprimer du caoutchouc, ou des produits « élastomères », il existe encore des limitations à ce qui peut être fait avec la technologie. Cependant, les composants et prototypes en élastomère peuvent être efficacement fabriqués avec des méthodes de fabrication traditionnelles.

Méthodes pour produire des prototypes élastomères

Des procédés comme le moulage par compression et le moulage par transfert sont des méthodes très efficaces pour produire des pièces en caoutchouc telles que les joints, les étanchéités et les joints toriques, mais l'outillage requis pour fabriquer des conceptions de moules de compression en caoutchouc a tendance à coûter cher. Les deux méthodes traditionnelles les plus courantes pour le prototypage de pièces en caoutchouc sont la coulée de polyuréthane et la découpe à l'emporte-pièce.

La coulée de polyuréthane implique la création d'un moule en silicone autour d'un modèle maître avec la géométrie exacte de la pièce finale désirée. Le modèle maître peut être usiné CNC ou imprimé en 3D, selon l'application et la complexité géométrique. Une fois le moule pris, il peut être ouvert et utilisé pour créer des répliques hautement précises du modèle maître en faibles volumes. Un avantage significatif de la coulée de polyuréthane est que le processus permet plus de duretés et de couleurs que d'autres méthodes de prototypage d'élastomères. La découpe à l'emporte-pièce de feuilles d'élastomère est également très courante pour les joints et les étanchéités.

Le fraisage CNC est un procédé de fabrication soustractif qui utilise des outils rotatifs pour couper rapidement et efficacement la matière d'une pièce brute solide, façonnant ainsi la pièce désirée. Cette méthode peut également être utilisée pour créer des conceptions en caoutchouc, mais il y a une limitation de conception majeure : tenter de couper un matériau élastique et flexible avec un quelconque degré de précision est incroyablement difficile. Pour cette raison, seuls les caoutchoucs très rigides peuvent être efficacement fraisés.

Le prototypage par coulée de polyuréthane est un moyen plus efficace de créer des pièces en caoutchouc souple. Si pour une raison quelconque le prototype doit être fraisé, les ingénieurs devraient envisager de placer un collier juste au-dessus de la fraise pour empêcher la pièce brute en caoutchouc de bouger. Les pièces brutes en caoutchouc peuvent également être congelées dans de l'azote liquide avant le fraisage pour augmenter leur dureté.

L'un des principaux avantages de l'impression 3D de prototypes en caoutchouc est la vitesse. Une fois le fichier CAO finalisé, les pièces peuvent souvent être fabriquées en moins d'une journée. Cependant, certaines méthodes additives s'accompagnent de limitations de matériaux, ce qui signifie que si elles peuvent être efficaces pour tester l'ajustement et la forme des composants, elles ne sont souvent pas idéales pour les tests fonctionnels.

Certaines limitations de matériaux varient selon le procédé. L'une des premières méthodes de prototypage d'élastomères imprimés en 3D utilisait le frittage laser sélectif (SLS) avec un matériau de base élastique. Les prototypes créés par SLS présentent une certaine élasticité, mais présentent encore une rigidité relative et sont sujets à la rupture après des flexions répétées. Ces pièces ont également souvent des finitions à faible résolution.

Le développement de la technologie PolyJet a permis aux ingénieurs d'imprimer plusieurs matériaux en différentes combinaisons à partir de la même tête. Cela permet la production de prototypes qui simulent avec précision les diverses propriétés du caoutchouc, y compris des duretés allant de 27 à 95 sur l'échelle de dureté Shore. Malheureusement, de nombreux matériaux PolyJet manquent de la résistance des vrais prototypes en caoutchouc, bien que certains matériaux plus récents offrent une résistance et une fonctionnalité plus comparables.

La technologie Digital Light Synthesis (DLS) de Carbon peut également être utilisée pour imprimer des prototypes d'élastomères, avec un avantage du processus étant qu'il permet des propriétés plus isotropes. Cette méthode a certaines limitations en ce qui concerne les propriétés des matériaux, la dureté, la couleur, la complexité et la taille des pièces, mais peut être utilisée pour créer des prototypes en caoutchouc de qualité production.

Prototyper les pièces en caoutchouc efficacement

Les avancées technologiques ont rendu beaucoup plus facile le prototypage rapide et économique de pièces en élastomère, et laisser les spécifications de matériau requises déterminer quel procédé utilisent les fabricants est la clé pour maximiser l'efficacité. Si le prototype est destiné à servir de preuve de concept ou à tester la forme et l'ajustement des composants, alors l'efficacité offerte par l'impression 3D est difficile à battre. D'un autre côté, la coulée de polyuréthane a beaucoup moins de limitations de matériaux, ce qui s'avérera souvent plus utile pour les tests fonctionnels.

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