Le prototypage rapide est un processus de conception rapide qui implique une idée, le prototypage et le test d’une pièce physique, d’un modèle ou d’un bâtiment à l’aide d’une conception assistée par ordinateur (CAO) en 3D. La construction de la pièce, du modèle ou de l’assemblage est généralement réalisée par fabrication additive, également connue sous le nom d’impression 3D. La fabrication additive décrit la technologie qui est utilisée pour construire des objets 3D en ajoutant couche sur couche de matériau.
Il existe deux types de prototypes qui sont utilisés pour décrire un produit. Un prototype haute-fidélité est lorsque la conception correspond au produit final projeté. Alors qu’un type de basse fidélité est lorsqu’il y a une distinction claire entre le prototype et le produit final.
Comment fonctionne le prototypage rapide ?
Le prototypage rapide (RP) décrit beaucoup de technologies de fabrication différentes. La RP la plus utilisée est la fabrication additive. Cependant, d’autres technologies qui sont généralement utilisées pour le RP sont le moulage, le moulage, l’extrusion et l’usinage à grande vitesse.
Lorsque l’on utilise la fabrication additive pour le processus de prototypage rapide, divers processus établis peuvent être utilisés pour construire des prototypes.
Ces procédés sont :
- Soustractifs : Un morceau de matériau est tranché pour créer la forme préférée en utilisant le meulage, le tournage ou le fraisage.
- Compression : Un matériau semi-solide ou liquide est modifié pour obtenir la forme préférée avant de durcir, tout comme dans le cas de la coulée, du moulage ou du frittage par compression.
Quels sont les différents types de prototypage rapide ?
Steréolithographie (SLA) ou photopolymérisation en cuve
C’est un procédé de fabrication additive rapide et abordable. Cette technique a été la toute première méthode d’impression 3D à fonctionner. Elle fonctionne en utilisant une cuve de liquide photosensible. Ce liquide est ensuite transformé en un solide couche par couche grâce à l’utilisation d’une lumière ultraviolette (UV) contrôlée par ordinateur. Ce processus est irréversible, et les pièces SLA ne peuvent pas être ramenées à l’état liquide.
Selective Laser Sintering (SLS)
SLS est une technologie de fabrication additive qui est utilisée pour le prototypage en métal et en plastique. Elle utilise des couches de poudre pour créer un prototype en utilisant un laser à haute puissance pour chauffer et fritter le matériau en poudre. Les pièces SLS sont plus faibles que les pièces SLA. Cependant, la SLS est peu coûteuse, nécessite un minimum de temps et de main-d’œuvre et offre une productivité élevée. En outre, la surface du produit fini est rugueuse et nécessite plus de travail pour obtenir le produit fini.
Modélisation par dépôt de fusion (FDM) ou jet de matériau
Le FDM est un processus de fabrication additive qui est abordable, rapide, bon marché et un processus facile à utiliser. Cela le rend idéal pour le développement de produits. Le FDM peut être localisé dans beaucoup d’imprimantes 3D de bureau non industrielles. Elle crée un objet physique de bas en haut en utilisant un filament thermoplastique qui est fondu à l’intérieur d’une buse d’impression. La buse de l’imprimante se déplace d’avant en arrière en plaçant le plastique liquide vers le bas couche par couche en utilisant un programme de dépôt par ordinateur.
Fusion sélective par laser (SLM) ou fusion sur lit de poudre (PBF)
C’est une technique de fabrication additive préférée des fans car son processus est relativement peu coûteux et permet de fabriquer des pièces à haute résistance et à multiples facettes. Le SLM est généralement utilisé par les entreprises de l’automobile, de l’aérospatiale, de la médecine et de la défense. La méthode PBF utilise un faisceau d’électrons ou un laser à haute puissance pour faire fondre couche par couche et fusionner les matériaux en poudre afin de créer un prototype ou une pièce de production. La méthode PBF utilise n’importe quel matériau de base en poudre, mais les matériaux les plus fréquemment utilisés en RP sont les alliages de chrome cobalt, l’aluminium, l’acier inoxydable, le cuivre et le titane.
Fabrication d’objets laminés (LOM) ou laminage de feuilles
C’est un processus relativement peu coûteux qui n’est pas aussi complexe que le SLM ou le SLS. L’avantage de la LOM est qu’il n’y a pas besoin de conditions de contrôle particulières. Le LOM fonctionne en assemblant couche par couche des matériaux en plastique, en métal et en céramique qui ont déjà été découpés avec des faisceaux laser ou un autre mécanisme de découpe pour créer la conception CAO. Chaque couche de matériau est collée sur la précédente jusqu’à ce que le composant soit terminé. L’un des problèmes de ce style de fabrication additive est que les pièces en céramique doivent être décubées, ce qui en fait un procédé à forte intensité de main-d’œuvre, impliquant des temps de traitement plus longs.
Traitement numérique de la lumière (DLP)
Le DLP ressemble beaucoup à la technique SLA dans la mesure où le DLP utilise également la polymérisation de résines qui sont durcies(durcies) à l’aide d’une source lumineuse. La source de lumière DLP provient de la lumière UV d’un projecteur alors que la source de lumière SLA provient de faisceaux laser UV. Même si le DLP est plus rapide et est moins cher que le SLA, le DLP a généralement besoin de structures de support et de durcissement post-construction.
Une autre forme de DLP est la production par interface liquide continue (CLIP). CLIP utilise la projection de lumière numérique pour former une pièce qui est tirée en continu d’une cuve et n’utilise pas de couches. Au fur et à mesure que le matériau est extrait de la cuve, une séquence d’images UV est projetée sur la pièce pour en modifier la forme. Cela durcit la pièce et crée le prototype.
Jet de liant
Cette technique de fabrication additive permet d’imprimer une ou plusieurs pièces en même temps. Par rapport au SLS, les pièces créées ne sont pas aussi solides. Ce procédé fonctionne en utilisant des buses pour pulvériser des liants liquides afin de joindre les particules de poudre créant une couche de la pièce. Couche par couche, la poudre est ajoutée, compactée et étalée par un rouleau, et le liant est ajouté. Finalement, la pièce est créée par la superposition de la poudre et du liant. Une fois terminée, la pièce est durcie dans un four pour singer le liant qui fusionne la poudre dans le produit fini.
Applications
Ces procédés sont utilisés par les concepteurs de produits, les ingénieurs et les équipes de développement pour la fabrication rapide de pièces prototypes. Les prototypes sont extrêmement bénéfiques pour les concepteurs de produits, car les pièces aident à la visualisation, à la conception et au développement du processus de fabrication avant la production en série.
Le prototypage rapide existe depuis la fin des années 1980 et était initialement utilisé pour créer des pièces et des modèles réduits pour l’industrie automobile. Depuis lors, il a été appliqué à un large éventail d’industries telles que le médical et l’aérospatial. Une application dans l’industrie dentaire est celle où le RP est utilisé pour créer diverses moulures dentaires telles que les couronnes.
Enfin, l’outillage rapide est une autre application du RP qui permet à une personne de produire un produit rapidement et à moindre coût. Il s’agit de la création d’un moule dans un laps de temps réduit. Dans l’outillage rapide, une pièce comme un coin de capteur à ultrasons est créée et utilisée comme outil dans un processus différent.
Quels sont les avantages ?
La liste des avantages du prototypage rapide est sans fin. Le RP permet à un concepteur de produits, aux ingénieurs et aux équipes de développement de produits d’avoir une vue plus complète de l’apparence ou du fonctionnement de leur produit au début du processus de conception et de fabrication. Des modifications ou des améliorations peuvent ainsi être apportées dès les premières étapes du processus, ce qui permet au concepteur de gagner du temps et de l’argent. La durée de la RP peut aller de quelques jours à plusieurs mois et elle dépend largement de la technique de fabrication additive utilisée.
Deux autres avantages majeurs de la RP sont la rentabilité et la précision. La RP est un moyen extrêmement abordable de prototyper des produits car c’est un processus automatisé qui ne nécessite pas beaucoup de personnes pour fonctionner. Il est également rentable car le PR peut agir rapidement et résoudre tout problème afin de réduire le risque d’erreurs coûteuses au stade de la fabrication. La RP est une technique extrêmement précise, car elle peut être utilisée avec des conceptions assistées par ordinateur (CAO). Cela lui permet de réduire la quantité de matériaux gaspillés et il n’y a pas besoin d’outils spécialisés pour prototyper chaque produit spécifique.
RP permet aux concepteurs de montrer leurs idées uniques aux membres du conseil d’administration, aux clients et aux investisseurs d’une manière qui leur permet de comprendre et d’approuver le produit. Les clients et les clients sont en mesure de fournir aux concepteurs des commentaires plus précis, car ils peuvent voir à quoi ressemblera réellement le produit, sur la base du produit physique qu’ils peuvent voir et toucher, plutôt que quelque chose qu’ils doivent imaginer ou observer visuellement dans un dessin 2D.
Enfin, le processus de RP se débarrasse de la nécessité de créer des produits personnalisés à partir de zéro. C’est un processus interactif qui permet d’intégrer les besoins de ses clients dans les conceptions par des moyens abordables. Ce processus permet au RP d’offrir un plus grand choix et une plus grande flexibilité aux clients.
Combien cela coûte-t-il ?
Le coût varie grandement en fonction d’une multitude de facteurs différents. Ces facteurs comprennent la taille physique de la pièce, la méthode d’usinage, la quantité, la finition de la surface, le volume ou la quantité de matériaux utilisés pour créer la pièce, les coûts de main-d’œuvre et la quantité de traitement post-production à effectuer.