Guide du concepteur pour le prototypage

Les conceptions supérieures ne sont pas faites du jour au lendemain - elles sont le produit de séries d'itérations, de tests et d'adaptations. En fait, chaque pièce réussie que nous rencontrons dans notre vie quotidienne a fait l'objet d'un processus de développement de produit approfondi pour optimiser la conception et la fabricabilité de la pièce.

Sans prototypage et validation des composants, il n'y a aucune garantie que les pièces s'emboîteront ou fonctionneront comme prévu. Les erreurs nécessitent des reconceptions, qui peuvent être extrêmement coûteuses en raison de produits mis au rebut, de retards de production et de nouveaux outils.

Un processus rigoureux de développement de produits comprendra plusieurs cycles de prototypage. Chaque prototype a un but - certains sont de simples modèles de preuve de concept, tandis que d'autres démontrent la fonctionnalité ou les caractéristiques matérielles souhaitées. Les prototypes peuvent être créés à l'aide de diverses méthodes de fabrication. Il est donc important que les fabricants connaissent les tenants et les aboutissants des différents processus afin de maximiser l'efficacité de l'étape de développement du produit. Cet article abordera certaines considérations clés pour le prototypage rapide.

Les étapes du prototypage rapide

Le prototypage peut être décomposé en plusieurs phases, dont chacune vise à tester ou à démontrer un aspect de la conception d'une pièce. Le choix du processus de fabrication du prototype dépendra des facteurs évalués. Généralement, plus le processus se rapproche de la production, plus le prototypage devient complexe et coûteux.

1. Modèles de preuve de concept

Les prototypes initiaux sont des modèles simples qui donnent une idée générale de l'application de la pièce. Les éléments à privilégier à ce stade sont la vitesse et l'apparence. L'objectif est de présenter rapidement le prototype aux gens afin que la conception générale puisse être approuvée ou rejetée avant le début du prochain cycle de prototypage.

Selon l'application, des prototypes rudimentaires peuvent être fabriqués à partir d'argile, de carton ou de mousse à modeler, mais si un modèle sophistiqué est nécessaire, les fabricants peuvent facilement créer des prototypes en uréthane coulé ou imprimés en 3D à partir d'un modèle CAO rapide. La fidélité des prototypes s'améliorera au fur et à mesure que la conception du produit progressera.

2. Modèles de test d'assemblage

Une fois l'architecture du produit déterminée, il est important de prototyper les différentes pièces d'un assemblage pour s'assurer qu'elles s'adaptent comme prévu. Cela permet d'identifier les problèmes physiques potentiels de la pièce, des erreurs de conception aux problèmes de dimensions, de tolérances ou d'ajustement. Cette étape doit donner la priorité à l'exactitude et à la précision des pièces.

La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) permet des tests rapides de taille et de forme, et des processus tels que l'usinage CNC produisent systématiquement des tolérances de pièces favorables (bien que des géométries de pièces complexes puissent avoir un impact sur l'efficacité des prototypes d'usinage). Il est important de garder à l'esprit que tout test des tolérances d'un prototype nécessitera l'utilisation d'un processus de fabrication identique ou comparable à celui qui sera utilisé en production.

3. Modèles fonctionnels

La prochaine phase de test évalue la performance des prototypes lorsqu'ils sont soumis aux contraintes et aux conditions de l'application prévue de la pièce. Cela peut impliquer de tester la résistance de la pièce aux produits chimiques, aux fluctuations de température ou à l'électricité, ainsi que les propriétés mécaniques, optiques et thermiques de la pièce afin d'obtenir des résultats optimaux.

Parfois, un autre cycle de prototypage peut être nécessaire pour déterminer comment les propriétés du matériau de la pièce changent au fil du temps. Ce que l'on appelle les "tests de durée de vie" soumet les prototypes à des conditions extrêmes (y compris l'humidité, les températures extrêmes ou l'exposition aux UV) pour mesurer la résistance à la fatigue et aider à garantir que les produits restent fonctionnels pendant toute leur durée de vie prévue.

Dans les deux situations de test, les fabricants doivent donner la priorité au choix du matériau, en utilisant le matériau exact ou comparable à la pièce finale pour les résultats les plus précis.

4. Modèles de tests réglementaires

À ce stade, la conception du produit doit être finalisée et l'une des dernières étapes du prototypage consiste à créer des modèles pour les tests réglementaires. Ces modèles peuvent être utilisés pour démontrer que la pièce est conforme aux normes établies par des agences telles que la FDA, la FCC ou l'Organisation internationale de normalisation (ISO), et peuvent inclure des tests d'inflammabilité, de sécurité alimentaire ou, dans le cas de nombreuses applications médicales, biocompatibilité.

Si le prototype répond à toutes les exigences réglementaires, les fabricants peuvent commencer les préparatifs pour démarrer la production.

Prototypage :le tremplin vers des pièces fonctionnelles et manufacturables

L'objectif final du prototypage est double :prouver qu'une pièce est fonctionnelle et démontrer qu'elle peut être fabriquée de manière économique. À l'aide des informations recueillies lors des cycles de prototypage, les concepteurs, les ingénieurs et les chefs de produit peuvent s'assurer qu'une pièce est optimisée pour la conception, la fabricabilité et la fonction, tout en atténuant les risques de découverte de problèmes fonctionnels en aval. Une approche approfondie du prototypage maximise la qualité des pièces, aide à garantir la conformité réglementaire, réduit les coûts et réduit les délais de production.

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