Qu’est-ce que le Prototypage Rapide ?

Dans cette nouvelle série d’article nous souhaitons vous expliquer notre métier, ses challenges, ses difficultés mais aussi ses possibilités infinies. Si vous avez des questions ou des thèmes que vous aimeriez voir développer ici, n’hésitez pas à nous contacter.

Sommaire

Qu’est-ce que le Prototypage Rapide ?

Le prototypage rapide regroupe un ensemble de technologies qui permettent la production d’un prototype, d’une pièce, ou d’un ensemble destiné à être lancé à plus grande échelle. Grâce aux nouvelles technologies, notamment l’usinage CNC et l’impression 3D, le prototypage rapide est devenu plus simple, plus efficace et moins cher qu’auparavant.

L’usinage CNC

L’usinage CNC est une méthode soustractive. Celle-ci est souvent utilisée pour fabriquer des objets avec une grande précision. Elle est donc très préconisée dans les domaines de l’automobile, de la fabrication d’objets en métal et de l’aérospatial. Cependant, l’usinage CNC est plus difficile à manier, et trouve ses limites pour certaines géométries.

L’impression 3D

L’impression 3D est une méthode additive. En superposant les couches de matériaux (plastiques ou métaux) les unes sur les autres, elle permet de créer n’importe qu’elle forme. Associée à l’optimisation topologique (voir plus bas), l’impression 3D à de nombreux avantages face à l’usinage CNC.

Dans la conception et la fabrication de produits, trouver et corriger rapidement les défauts de conception peut aider les entreprises à éviter des révisions coûteuses et de changer d’outillage à mi-chemin.

Le prototypage rapide permet aux ingénieurs de tester de manière approfondie des prototypes dont l’aspect et les performances sont similaires à ceux des produits finaux, réduisant ainsi les risques de problèmes d’utilisation et de fabrication avant de passer à la production.

Chez Axis, nous nous spécialisons depuis 1997 sur plusieurs techniques d’impression 3D. Ceci nous permet d’offrir du prototypage rapide et même ce qu’on appelle des mini ou petites séries allant jusqu’à 5,000 pièces si besoin.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les différentes technologies d’impression 3D mises en œuvre chez Axis, vous trouverez sur chaque page une explication détaillée ainsi qu’une vidéo explicative.

Les 2 applications principales du prototypage rapide

Les prototypes esthétiques

Les startups et les bureaux d’études des grands groupes le savent bien. Lorsqu’il s’agit de convaincre les futurs investisseurs ou les équipes dirigeantes, un prototype fait partie d’une phase essentielle du projet. Un dessin vaut mille mots, mais un prototype doit valoir milles dessins ! Pouvoir toucher l’objet comme si c’était la version finale, avec les même propriétés mécaniques ou esthétiques est essentiel pour avancer rapidement. Des technologies comme la SLA permettent de créer des pièces de qualité visuellement équivalentes à l’injection plastique. Une impression peut aussi subir des traitements afin de ressembler exactement au produit pour une exposition ou un salon (ponçage, peinture, vernis…). L’industrie automobile utilise beaucoup cette technologie pour la conception de nouveaux phares car elle permet de créer rapidement une réplique exacte (transparence et couleur) de la pièce.

Les marques de produits de grande consommation peuvent aussi s’en servir pour tester de nouveaux packaging ou forme de produits. Ces prototypes sont alors présentés à des consommateurs tests lors de « focus-groups » qui permettent d’évaluer l’avis des futurs clients. Plus le prototype est proche du résultat final, plus le retour sera pertinent. Une couleur, la sensation au toucher de la matière, la manière dont les utilisateurs vont le prendre en main seront des informations clés pour modifier le produit final.

le prototypage rapide Aspirateur en stéréolithographie réalisée par Axis

Les prototypes fonctionnels et dimensionnels

Avant de lancer la production de plusieurs milliers d’unités, il est important de savoir si la pièce conçue répond au cahier des charges technique. Le prototypage rapide devient un élément clé dans la phase d’industrialisation. Un prototype fait de la même matière que la pièce finale peut donc aider à valider les éléments clés du projet. Il existe de nombreuses résines, filaments ou poudres de frittage qui couvrent les besoins des ingénieurs. Cela va du simple ABS, Polypropylène, PA6, PA12 au titane, différents aciers, cuivre et aluminium. Consultez notre fiche matières afin de trouver la meilleure option pour votre projet. Et si jamais elle n’y est pas, vous pouvez nous contacter afin d‘y remédier.

Les prototypes fonctionnels peuvent donc être insérés dans des ensembles pour valider la résistance mécanique du matériau. Les tests d’usure permettront de vérifier les choix des ingénieurs, voire de décider de changer de matériau ou de modifier la pièce.

L’autre avantage de développer un prototype fonctionnel est en fait de pouvoir en créer plusieurs simultanément. Là où il faudrait créer un moule pour chaque version avec une technologie de fabrication traditionnelle, il suffit de modifier son fichier 3D pour obtenir une variante de son prototype. 

Piece FDM mini série

Cette approche est idéale pour les designers qui peuvent proposer de légères modifications à leurs clients pour offrir un large panel de choix. Et niveau vitesse de production, cela n’aura aucun impact car les pièces pourront être imprimées en même temps et non l’une après l’autre.

Les 3 avantages principaux du prototypage rapide

Réduction des coûts

Le prototypage rapide permet ainsi de réaliser des prototypes sans qu’il soit nécessaire de recourir à des outillages coûteux, tout en garantissant les performances du produit final. On est donc en mesure d’explorer différentes variantes du produit en cours d’élaboration afin de retenir la solution la plus appropriée. Ceci est extrêmement important car le but du prototype est justement de valider, ou non, le concept développé et l’absence de moule permet une infinité de changements.

Gain de temps

Sans moule à modifier ou reproduire, il « suffit » de modifier le fichier 3D pour corriger le problème identifié sur la version précédente. Une communication rapide s’établit alors entre le bureau d’étude et le prestataire produisant le prototype.

Comme indiqué plus haut, l’optimisation topologique qui consiste à modifier le design de la pièce afin d’en optimiser la masse, la résistance mécanique et/ou le coût, permet aussi d’accélérer le processus de prototypage rapide. La pièce optimisée sera en général plus légère tout en offrant une résistance identique. Moins de matière dit alors une production plus rapide et moins chère, ce qui est critique dans certaines industries comme l’aéronautique ou l’automobile.

Communication améliorée

Que ce soit pour échanger entre les équipes en interne d’une société (techniques/marketing/commerciales/management), avec des clients ou des investisseurs, un prototype facilite clairement la communication. Le prototypage rapide permet aux ingénieurs de tester de manière approfondie des prototypes dont l’aspect et les performances sont similaires à ceux des produits finaux, réduisant ainsi les risques de problèmes d’utilisation et de fabrication avant de passer à la production.

Les inconvénients de l’impression 3D pour le prototypage rapide

Il n’existe pas vraiment d’inconvénients directement liés aux technologies d’impression 3D pour du prototypage rapide. Chacune d’entre elle possède ses avantages et ses problèmes qui les limiteront à certaines applications. L’inconvénient est plutôt le fait de devoir posséder plusieurs de ces technologies et de les maîtriser parfaitement pour en optimiser leur utilisation. De nombreuses entreprises s’équipent en machines, mais nous recommandons vivement de passer par un professionnel qui saura vous aiguiller sur la bonne technologie et les bons matériaux pour votre projet. Un spécialiste de la fabrication additive vous permettra d’aller droit au but et d’éviter de nombreux déboires pendant votre apprentissage de l’impression 3D. Les machines d’entrée de gamme en FDM se trouve aujourd’hui autour de 200€ mais peuvent difficilement rivaliser avec des machines à 300,000€. De plus les finitions telles que la métallisation, le chromage ne sont pas simples à réaliser si on n’est pas équipé correctement.

Les technologies d’impression 3D du prototypage rapide

Il existe de nombreuses technologies de fabrication additive ou impression 3D. Bien qu’ayant une image moderne et de technologie récente, l’impression 3D existe depuis les années 80. Bien sûr, avec le temps, la technologie simple à l’origine s’est grandement développée pour donner naissance à différentes approches et utilisant de plus en plus de matériaux différents.

Chez Axis, nous utilisons les principales telles que :

  • L’impression 3D par dépose de fil fondu (FDM), qui met en œuvre un panel large de matières plastiques à faible coût. Nous travaillons avec e-motion Tech, société française, mais aussi avec Stratasys, l’un des leaders du marché.
  • La stéréolithographie (SLA), nous permet de créer des prototypes quasiment identiques au produit final grâce à sa qualité d’impression équivalente à de l’injection. Elle permet aussi de produire des pièces translucides et transparentes. Nous avons investi récemment sur des machines de très grandes dimensions de la société Raplas.
  • La Multi jet fusion (MJF) de la marque HP, permet de fabriquer des prototypes de validation fonctionnelle et dimensionnelle
  • Le frittage de poudre (SLS), similaire à la MJF, offre une grande flexibilité au niveau des matières.
  • La coulée sous vide, idéale pour le prototypage rapide des petites séries jusqu’à 20 pièces de haute qualité
  • Le moulage par injection-réaction RIM, similaire à la coulée sous-vide, on peut concevoir un plus grand nombre de pièces.
  • Le frittage métal (DMLS/SLM), permet de créer des prototypes en métal, brut ou qui peuvent être repris en usinage si besoin de précision maximale.

Ces technologies, parfois complémentaires, nous permettent d’offrir une réactivité et une qualité sans précédent. De nombreux clients nous font confiance pour leurs projets (voir le fil d’actualités) et c’est pour cela que nous investissons en permanence pour utiliser les dernières technologies disponibles sur le marché.

Si vous aussi vous souhaitez en savoir plus sur le prototypage rapide, n’hésitez pas à contacter notre équipe afin de déterminer la meilleure approche pour votre projet.