Éléments clés du prototypage physique pour le développement produit

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Le développement de tout produit commence par la conception du produit. La conception conceptuelle est ensuite convertie en prototype physique. Le développement de prototype physique est une étape essentielle du développement de nouveau produit ou nouvelle technologie. Il est généralement fait pour évaluer et tester le design par les analystes système.

Un prototype physique peut être n'importe quoi, d'un modèle simple fait main à un modèle entièrement opérationnel représentant comment la conception conceptuelle correspondra aux conditions réelles. De nos jours, les prototypes physiques sont faciles à fabriquer grâce à l'introduction de diverses techniques de prototypage rapide qui font gagner du temps et sont rentables, permettant de fabriquer un grand nombre de prototypes physiques efficaces en moins de temps, attirant beaucoup de clients grâce à une meilleure esthétique et finition.

Types de prototypes physiques

1. Prototype fonctionnel

Un prototype fonctionnel est un prototype physique développé de manière à représenter toutes les caractéristiques de la conception conceptuelle. Un prototype fonctionnel est aussi opérationnel et correspondra aux conditions réelles.

2. Prototype visuel

Un prototype visuel est un prototype physique développé uniquement pour représenter l'apparence, les dimensions et la forme de la conception conceptuelle. Un prototype visuel n'est pas destiné à représenter la fonctionnalité de la conception conceptuelle.

3. Prototype fonctionnel (variant)

Un prototype fonctionnel est similaire au prototype de travail, sauf que le prototype fonctionnel peut être développé avec une échelle et une technique différentes de celles du produit original.

4. Prototype d'expérience utilisateur

C'est un type de prototype physique développé de manière à fournir suffisamment d'informations sur le produit en développement pour être utilisé par les chercheurs à des fins de recherche ultérieures.
Prototypage rapide : Développement du prototypage physique

Le développement de prototype est généralement fait par l'emploi de techniques de prototypage rapide par les fabricants. Ces techniques de prototypage rapide sont rentables et font gagner du temps. De plus, les prototypes produits par ces techniques sont efficaces et attrayants grâce à leur esthétique. Ces techniques de prototypage rapide marquent les industries et sont une révolution. La fabrication du produit est généralement faite par imprimante 3D ou autre technologie de fabrication additive par couches en utilisant les données du modèle CAO.

L'impression 3D est une technique courante de prototypage rapide de nos jours où le matériau est solidifié sous l'action d'un ordinateur en utilisant les données d'un modèle CAO pour former le prototype physique. L'imprimante 3D devient populaire auprès des clients domestiques et industriels car le matériau utilisé en impression 3D est facilement disponible et moins cher comparé aux autres techniques de fabrication.

Le logiciel de modélisation moderne aide aussi vers le prototypage rapide. Ce logiciel sauvegarde le modèle CAO en format AMF au lieu du format STL qui produit moins d'erreurs comparé au format STL. L'interface de ce logiciel est aussi conviviale, la rendant facile pour les utilisateurs de concevoir dessus.

Les machines CNC sont aussi employées par les fabricants pour convertir le modèle conceptuel en prototype physique. C'est une machine à commande numérique qui utilise des G-codes et M-codes pour le coupage, perçage, alésage et autres opérations de fabrication. Le modèle CAO est converti en directives de fabrication en utilisant un logiciel FAO. La transformation des directives en G-codes et M-codes permet à la machine de produire un prototype physique hautement précis. Les machines CNC modernes utilisées de nos jours sont à 5 axes, ce qui permet à l'outil de se déplacer le long de 5 axes différents en même temps, permettant à la machine de produire des pièces hautement efficaces et précises.

La différence entre l'imprimante 3D et le CNC est marquée par le matériau utilisé pour la fabrication. Le CNC est généralement utilisé pour les prototypes métalliques, tandis que l'imprimante 3D utilise généralement ABS, PLA et PLA souple pour le développement de prototypes physiques. De plus, une imprimante 3D typique utilise beaucoup moins d'espace qu'un CNC, tour ou machine de rectification de précision, la rendant une option beaucoup plus adaptée pour les fabricants. Mais généralement, le choix de la technique de prototypage rapide dépend habituellement du choix du matériau pour le prototype physique. D'autres techniques de prototypage rapide employées de nos jours sont :

*Fabrication par dépôt de forme (SDM) (et Moule SDM)

*Durcissement de sol solide (SGC)

*Frittage laser sélectif (SLS)

*Fusion laser sélective (SLM)

*Stéréolithographie (SLA)

*Fabrication de particules balistiques (BPM)

*Fabrication par lumière dirigée (DLF)

*Coulée directe de coquille de production (DSPC)

*Modélisation par dépôt fondu (FDM)

*Fabrication d'objets stratifiés (LOM)

*Impression de résine stratifiée (LRP)

Importance du prototype physique

Le développement du prototype physique est nécessaire avant le développement d'un produit. Un prototype aide à déterminer de nombreux facteurs du futur produit à développer comme décrit ci-dessous :

1. Détermination du coût de production et des problèmes

Grâce au développement de prototype physique avant le début de la production réelle, les fabricants peuvent examiner toute difficulté qui pourrait survenir pendant les opérations de fabrication. Ainsi, toute opération de fabrication peut être modifiée ou supprimée. Cela rend le coût de production minimal. Et permet au fabricant de choisir la méthode optimale pour le développement du produit qui lui coûtera le moins cher et produira des produits sans erreur et précis.

2. Évaluation et test du produit

Une conception conceptuelle peut différer du produit réel, ce qui peut créer de nombreux problèmes pour le fabricant. Cela peut être résolu en créant d'abord un prototype physique par n'importe quelle technique de prototypage rapide pour que la conception conceptuelle puisse être testée dans des conditions réelles. Cela permet au fabricant de revoir toutes les pièces et des amendements au design peuvent être faits en conséquence. De plus, chaque pièce peut être évaluée et testée dans des conditions réelles, ce qui facilite pour le fabricant de regarder toute difficulté qui pourrait survenir après la fabrication du produit.

3. Vente du produit

Un prototype physique attirera plus de clients comparé à un simple design. Le client peut être expliqué le produit mieux avec le prototype qu'avec le design. Le client connaîtra les caractéristiques cachées du produit par un prototype fonctionnel. De plus, l'esthétique du prototype physique due à l'emploi de techniques de prototypage rapide peut facilement attirer plus de clients. Ainsi, les ventes du produit peuvent être prédites avant la production du produit.

4. Brevet

Un nouveau design ou produit peut être facilement breveté. Avec un prototype physique en main, il est facile de voir quelles caractéristiques du design peuvent être brevetées et quelles parties doivent être modifiées pour être brevetables. Cela protège les fabricants de toute poursuite qui pourrait être déposée contre eux en cas de similarité avec un produit déjà breveté. De plus, il est beaucoup plus facile de décrire les caractéristiques clés à un avocat en brevets avec un prototype physique plutôt qu'un design conceptuel pour que le brevet puisse être déposé.

Différence entre un prototype et le produit réel

Bien que les ingénieurs et développeurs essaient de leur mieux de minimiser les différences entre le prototype et le produit réel. Mais en général, un prototype peut différer du produit réel en termes de matériau utilisé, du processus d'usinage, de l'apparence, etc.

Le matériau utilisé pour le produit final est cher et difficile à fabriquer, donc un prototype est généralement fait d'un matériau facile à fabriquer mais avec un matériau dont les propriétés sont identiques à celles du produit final. Dans certains cas, le matériau utilisé pour le produit final n'est pas disponible, donc le prototype est fait de matériau identique. La différence de matériau peut changer l'apparence et la finition du produit final comparé au prototype.

Les produits finaux sont souvent produits en grandes quantités, donc le processus de fabrication peut différer, où le produit final est souvent développé par une méthode de production de masse qui est rentable et fait gagner du temps. Ce processus de fabrication ne peut souvent pas être utilisé pour le prototype car le matériau n'est souvent pas le même. De plus, les processus de fabrication du produit final peuvent être complexes, donc le prototype est souvent produit en utilisant une technique simple. Cela peut aussi mener à une différence d'apparence entre le produit final et le prototype.

Les techniques d'inspection qualité du prototype et du produit final peuvent aussi différer. Le produit final qui doit être vendu sur le marché subit divers tests d'inspection qualité. Alors que le prototype physique n'est pas inspecté de la même manière que le produit final en raison des différences de matériau et de techniques de fabrication.

Conclusion

Il est évident que le développement de prototype physique est un processus nécessaire dans les industries de nos jours pour évaluer et tester le design avant d'entrer dans la phase de fabrication. De plus, le prototype physique prédit le coût de fabrication et toute difficulté qui peut survenir pendant le processus pour que le fabricant choisisse la méthode optimale rentable.

Un prototype physique attire aussi plus de clients comparé à un design conceptuel. Et avec le développement des logiciels et techniques de prototypage rapide, il n'est pas difficile de produire un prototype en beaucoup moins de temps et avec une plus grande précision. Il peut différer un peu du produit réel mais il est efficace dans les ventes de produits dans les industries modernes.