Sélectionner la méthode de prototypage rapide optimale pour un développement de produit supérieur

Le « prototypage rapide » (RP) fait référence à la fabrication rapide de produits physiques à l'aide de la conception assistée par ordinateur (CAO) pendant la phase de conception du cycle de vie du produit. Il peut être utilisé tout au long du processus de conception, de la création de concept aux tests finaux. Un prototypage rapide efficace aide les ingénieurs à éviter les pièges potentiels dès le début, améliore la qualité globale d'un produit et accélère la mise sur le marché. Le prototypage rapide peut également reproduire rapidement des géométries complexes directement à partir d'un fichier CAO sans aucun besoin d'outillage.

Il existe deux types de prototypes : faible fidélité et haute fidélité. Les prototypes à faible fidélité sont des maquettes grossières utilisées dans les premières étapes du cycle de conception pour aider les concepteurs et les ingénieurs à comprendre la forme et la fonction d'un concept, leur permettant d'améliorer rapidement les conceptions. Les prototypes à haute fidélité sont des représentations presque exactes d'une conception finale, utilisées pour valider la performance, l'apparence et l'ergonomie du produit.

Le prototypage rapide est l'un des principaux avantages de l'additif, mais il est difficile de savoir quel type d'impression 3D utiliser. Pour soulager la pression de la sélection d'un processus de prototypage rapide pour un produit donné, nous avons décomposé six des méthodes les plus courantes.

Modélisation par dépôt de filament fondu (FDM)

Pendant la modélisation par dépôt de filament fondu (FDM), une buse d'impression chauffée fond le matériau thermoplastique tel que le polycarbonate ou l'ABS à l'intérieur de son canon et extrude ensuite le matériau liquéfié, couche par couche, le long d'un trajet d'outillage défini. Le FDM existe depuis de nombreuses années et est l'une des technologies de prototypage les plus courantes car il est facile, sûr à utiliser et peut produire des pièces relativement solides à un prix modéré à bas.

Malheureusement, le FDM n'est pas connu pour son intégrité structurelle. Le processus produit souvent des pièces poreuses, à résistance non uniforme et à capacité de test fonctionnel limitée. Le FDM est également plus lent que la stéréolithographie ou le frittage laser sélectif. Néanmoins, les ingénieurs devraient considérer le FDM comme une option viable pendant la phase de développement de produit, car il fournit un moyen rentable pour le prototypage rapide.

Stéréolithographie (SLA)

La stéréolithographie (SLA) est le choix de prototypage rapide éprouvé pour de nombreuses équipes de conception et d'ingénierie. Pendant ce processus, un laser UV contrôlé par ordinateur trace chaque tranche 2D d'une pièce sur la plateforme de construction, durcissant une résine photopolymère liquide. Chaque couche terminée adhère à la suivante et le processus est répété jusqu'à la formation d'une pièce complète. C'est rapide, abordable et largement disponible. Les prototypes SLA sont couramment utilisés pour les dispositifs médicaux et les modèles.

Puisque la SLA ne nécessite pas de résines de qualité ingénierie, les prototypes faits par ce processus ont tendance à être plus faibles et inadaptés aux tests rigoureux. De plus, les UV peuvent se dégrader avec le temps et lorsqu'ils sont exposés à l'humidité. Cependant, les pièces SLA ont une bien meilleure finition de surface que le FDM en raison de la résolution plus élevée du laser et de l'apparence réduite des lignes de couches. Les ingénieurs devraient envisager le prototypage avec la SLA pour des pièces à usage limité avec des designs complexes ou des exigences de surface plus élevées.

Synthèse par lumière numérique (DLS)

La Digital Light Synthesis (DLS) de Carbon utilise un processus photochimique pour construire des pièces. La lumière est projetée à travers une fenêtre perméable à l'oxygène et vers le bas dans une cuve de résine curable aux UV. Ensuite, un dispositif numérique projette une séquence d'images UV dans la résine, la pièce se solidifie couche par couche, et la pièce complète est formée. La pièce imprimée est cuite dans un four à convection forcée et l'application de la chaleur donne aux pièces imprimées DLS leurs propriétés mécaniques exceptionnelles.

Ce processus est idéal pour le développement de prototypes à haute fidélité et de petites pièces isotropes car le processus d'impression est continu. Les pièces imprimées DLS sont similaires en résistance et propriétés mécaniques aux pièces produites par moulage par injection. La DLS est également compatible avec une grande variété de matériaux de qualité industrielle, la rendant idéale pour de multiples itérations de pièces.

Cependant, la DLS n'est pas le meilleur processus de prototypage pour imprimer des pièces plus grandes que la paume d'une main et les ingénieurs pourraient devoir repenser leurs conceptions pour tenir compte des supports de ce processus. De plus, c'est généralement plus cher que les autres processus de prototypage disponibles et n'a pas un grand volume de construction.

Frittage laser sélectif (SLS)

Le frittage laser sélectif (SLS) utilise un puissant laser contrôlé par ordinateur pour fritter plusieurs couches de matériau en poudre, généralement à base de nylon, en un solide. En plus du nylon, le SLS est compatible avec les poudres TPU élastomériques qui sont mécaniquement similaires aux thermoplastiques. Ce processus de prototypage rapide est particulièrement bien adapté pour la création de pièces matérielles automobiles.

Les prototypes construits avec le SLS sont plus résistants, plus durables et plus adaptés aux tests fonctionnels que ceux construits avec la SLA. Ce processus est également plus polyvalent que la SLA, car il peut être réalisé en utilisant une grande variété de matériaux tout en maintenant une résistance uniforme. Cependant, les produits imprimés en SLS sont poreux, moins détaillés, plus chers et prennent plus de temps à produire.

Multi Jet Fusion (HP MJF)

Le Multi Jet Fusion (HP MJF) est une technologie de lit de poudre qui construit des sections transversales 2D en utilisant des têtes d'impression à jet d'encre pour déposer un agent de fusion sur une couche de poudre qui est ensuite fusionnée par une lampe infrarouge. Les pièces sont ensuite excavées de la boîte de construction et soufflées pour éliminer l'excès de poudre.

Le HP MJF est rapide, environ trois jours plus rapide en moyenne que le SLS. Ce processus peut produire des prototypes fonctionnels, chimiquement résistants et hautement denses en aussi peu qu'une journée. Cela le rend idéal pour les applications étanches, les boîtiers et autres prototypes ayant des assemblages complexes. Les prototypes peuvent également être fabriqués en couleur complète, permettant aux concepteurs de tester l'esthétique d'un produit également. Cependant, le HP MJF ne peut être utilisé qu'avec du nylon PA12 et ne promet pas une grande précision en ce qui concerne la création de petites caractéristiques.

PolyJet

Pendant le processus d'impression PolyJet, une tête d'impression pulvérise une couche de résine photopolymère sur une matrice de gel, puis procède au durcissement de la résine sous lumière ultraviolette. Cela produit des couches de matériau ultra-minces et incroyablement lisses qui peuvent donner à votre prototype une finition de surface supérieure. De plus, la tête d'impression peut éjecter des gouttelettes de différents matériaux, vous permettant de créer des prototypes multi-matériaux en une seule impression.

Cependant, le PolyJet partage de nombreuses vulnérabilités de la SLA. Les prototypes construits avec ce processus ne sont pas très solides et peuvent se dégrader en raison de la sensibilité aux UV. Néanmoins, si les ingénieurs recherchent un processus de prototypage rapide compatible avec de nombreux matériaux et produisant une impression élégante et haute résolution, le PolyJet peut être une option appropriée.

Construire de meilleurs prototypes avec des conseils d'experts

Choisir le meilleur processus de prototypage rapide peut sembler accablant. En équilibrant les contraintes budgétaires, le calendrier, les exigences physiques et d'autres facteurs critiques, les ingénieurs peuvent commencer à cibler le processus de prototypage rapide qui est le meilleur pour leur projet. S'associer à un partenaire de fabrication expert peut aider à garantir que vous faites le bon choix.

Si vous cherchez le bon partenaire pour optimiser non seulement votre processus de prototypage rapide, mais chaque phase de votre projet de fabrication, tournez-vous vers Fast Radius. Notre équipe d'experts apporte des années d'expérience et peut élever vos opérations du concept à la livraison, garantissant que vous obtenez un produit d'une qualité inégalée. Contactez-nous dès aujourd'hui pour obtenir un devis.

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