Prototypage rapide expliqué : comment choisir la bonne méthode pour votre produit

Si vous avez récemment eu une conception de produit, vous avez probablement répondu à certaines questions courantes que votre fabricant pourrait vous poser. Par exemple, quel est votre choix de matériau, les dimensions, les exigences de résistance et de tolérance, et combien d'unités cherchez-vous à produire ?

Cependant, même après avoir répondu à toutes ces questions, vous ne pouvez pas exclure la possibilité d'échec quand vous commencez la production en série de votre produit final. Une façon dont les concepteurs de produits de premier plan atténuent ces risques est par le prototypage rapide. Cet article explique le prototypage rapide et fournit des conseils utiles pour vous aider à choisir la méthode idéale.

Qu'est-ce que le prototypage rapide ?

Le prototypage rapide implique la fabrication de pièces échantillons de votre produit pour tester l'ajustement des composants, la fonction, la fabricabilité, l'apparence et la résistance. Il vous permet de repérer les défauts de conception tôt pendant le développement de produit pour que vous puissiez prendre des mesures pour les corriger. Cependant, à cause des plusieurs technologies de prototypage rapide disponibles aujourd'hui, vous pourriez être confus sur le choix de la technologie et méthode de prototypage rapide idéales pour votre projet.

Choisir la méthode de prototypage rapide idéale

Trois méthodes couramment utilisées pour le prototypage rapide incluent :

1. Impression 3D
2. Moulage par injection
3. Usinage CNC

#1 Impression 3D

L'impression 3D est un procédé de fabrication additive — ce qui signifie qu'il implique l'ajout de portions de matériaux en couches pour former le prototype désiré. C'est la méthode la plus courante pour le prototypage rapide en raison de sa haute précision, compatibilité matériaux et faible coût (surtout pour un faible volume de pièces).

Cependant, les technologies d'impression 3D existent en plusieurs types, chacun ayant sa capacité et son adéquation pour différents besoins de prototypage. Par exemple, trois technologies d'impression 3D couramment utilisées incluent :

• Modélisation par dépôt de filament fondu (FDM)
• Stéréolithographie (SLA)
• Frittage sélectif par laser (SLS)

Modélisation par dépôt de filament fondu (FDM)

La modélisation par dépôt de filament fondu (FDM) est la méthode d'impression 3D la plus populaire pour le prototypage rapide. Les imprimantes 3D FDM fonctionnent en extrudant des filaments thermoplastiques (comme PLA et ABS) couche par couche à travers une buse chauffée. Elle a généralement une taille de construction maximale de 320 x 132 x 154 mm et convient pour créer des prototypes que vous soumettrez à des tests d'ajustement de forme.

Par exemple, la Figure 2 montre le prototype d'un boîtier Raspberry Pi créé en utilisant une imprimante 3D FDM pour être soumis à des tests d'ajustement de forme.

Cependant, la taille de la buse d'extrusion définit la résolution d'une pièce imprimée FDM. Par conséquent, le FDM pourrait ne pas être une méthode idéale pour créer des pièces de prototype nécessitant des détails complexes.

Stéréolithographie (SLA)

Une imprimante 3D stéréolithographie crée des prototypes en utilisant un laser de haute précision. Ce laser polymérise de la résine liquide, éliminant le défi de faible résolution commun dans l'impression 3D FDM. En résultat, les imprimantes 3D SLA peuvent atteindre une plus haute précision et des détails plus fins que les imprimantes 3D FDM.

Vous devriez opter pour l'impression 3D SLA si vous cherchez à créer des prototypes visuels détaillés nécessitant des tolérances serrées, une précision ultime, exactitude et une finition de surface lisse. Cependant, gardez à l'esprit que l'impression 3D SLA a généralement une taille de construction maximale de 145 x 145 x 175 mm.

Frittage sélectif par laser (SLS)

Dans le frittage sélectif par laser (SLS), des lasers sont utilisés pour fritter de la matière en poudre (généralement polyamide ou nylon) en couches pour créer le prototype désiré. L'impression 3D SLS est excellente pour créer des prototypes entièrement fonctionnels qui nécessitent de bonnes propriétés mécaniques. Elle offre une plus grande taille de construction (300 x 300 x 300 mm) que l'impression 3D SLA mais produit des pièces avec une finition de surface plus rugueuse.

#2 Moulage par injection

Le moulage par injection est une méthode de fabrication qui implique l'utilisation de moules pour créer des prototypes. Pour créer des prototypes en utilisant une machine de moulage par injection, votre fabricant créera d'abord un moule dans la forme de votre produit désiré. Ensuite, le fabricant chauffe un polymère thermoplastique, le transformant en fluide fondu. Ce fluide est ensuite injecté dans la cavité du moule à travers un système de canaux pour former la forme désirée.

Le moulage par injection est compatible avec de nombreux matériaux (thermoplastiques, métaux, et caoutchouc silicone liquide) et peut créer des designs de produits complexes. Cependant, il est généralement idéal pour produire plusieurs répliques d'un prototype, surtout quand vous avez besoin d'effectuer une série de tests sur ces prototypes.

Par exemple, considérez la Figure 6, qui montre un prototype de souris d'ordinateur (fait de caoutchouc silicone) sans aucun système électrique.

Dans ce scénario, vous pouvez créer plusieurs unités de ce prototype pour tester l'ergonomie — ce qui signifie que vous voulez tester comment cette souris d'ordinateur affecte la capacité des utilisateurs à travailler confortablement et efficacement. Par exemple, vous pouvez déterminer comment ce design de souris s'adapte à la main de votre utilisateur ou comment il restreint le mouvement du bras ou la circulation sanguine.

Les résultats que vous obtenez de ce test peuvent vous aider à prendre des mesures de conception de produit pour réduire les risques de syndrome de la souris et du canal carpien.

#3 Usinage CNC

L'usinage CNC est une méthode de fabrication soustractive — ce qui signifie qu'il crée le prototype désiré en enlevant des portions de matériau d'une pièce en utilisant des outils de coupe. La technologie de commande numérique par ordinateur (CNC) automatise la séquence de mouvement de l'outil de coupe et de la pièce pour créer vos prototypes.

L'usinage CNC est généralement la meilleure méthode de prototypage rapide pour les pièces métalliques, surtout quand vous avez besoin de créer des produits prototypes fonctionnels hautement précis (comme des gabarits et fixations et composants pour applications d'utilisation finale). Par exemple, les machines CNC peuvent atteindre des tolérances aussi petites que 0,004 mm et une résistance mécanique jusqu'à 136 MPa. Cependant, la nature soustractive de l'usinage CNC signifie que certaines caractéristiques pourraient être difficiles à fabriquer (par exemple, les sous-coupes).

En savoir plus : Comprendre comment concevoir pour l'usinage CNC.

Services de prototypage rapide : Gensun peut aider

L'impression 3D, le moulage par injection et l'usinage CNC sont capables de créer une large gamme de prototypes de conception de produit rapidement. Cependant, le succès de votre projet de prototypage rapide dépend principalement de l'atelier d'usinage avec lequel vous travaillez.

Gensun Precision Machining est un fournisseur leader de services de prototypage rapide en Asie. Non seulement nous avons des capacités d'impression 3D, moulage par injection et usinage CNC, mais nous avons aussi des ingénieurs hautement formés et des experts en contrôle qualité qui travaillent ensemble pour réussir votre produit.

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