Prototypage rapide: tout ce qu'il faut savoir

Le prototypage est une étape essentielle de la conception d’un produit. Cependant, les va-et-vient et les délais de production d’un prototype, font de la phase de prototypage un goulet d’étranglement qui freine le projet.

Généralement, les ingénieurs et designers de produit créent des modèles conceptuels de fortune avec des outils rudimentaires. Pour produire des prototypes fonctionnels, il faut malheureusement passer par les mêmes processus que pour des produits finaux… Les méthodes habituelles d'usinage telles que le moulage par injection de plastiques ou le fraisage nécessitent des installations et des outillages professionnels coûteux, qui rendent la production de prototypes sur mesure en petit volumes considérablement onéreuse.

Le prototypage rapide permet aux entreprises de convertir leurs idées en projets tangibles. Transformer les concepts en prototypes dont l’apparence et le fonctionnement correspondent au produit final peut être un jeu d’enfant avec les bons outils.

Grace au prototypage rapide à et l’impression 3D, les ingénieurs et designers peuvent créer rapidement des prototypes à partir d'un fichier numérique, et effectuer aisément des corrections multiples, basées sur des tests et des observations en conditions réelles.

Apprenez l’importance du prototypage rapide dans le processus de conception de produit, ses applications, ainsi que les outils disponibles pour le mettre en oeuvre.

  1. Qu’est-ce que le prototypage rapide?
  2. Pourquoi choisir le prototypage rapide?
  3. Les applications du prototypage rapide
  4. Les outils du prototypage rapide

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Qu’est ce que le prototypage rapide?

Le prototypage rapide est le nom donné au groupe de techniques utilisées pour fabriquer, à l’échelle, un modèle ou un assemblage en utilisant des données de conception assistée par ordinateur (CAO) en trois dimensions.
Étant donné que ces pièces ou assemblages sont souvent créés via des techniques additives, ce terme est fréquemment synonyme de fabrication additive et d’impression 3D.

La fabrication additive convient particulièrement bien au prototypage : la liberté de forme est presque totale, elle ne requiert pas d'usinage ou d’outillage professionnel, et elle permet de produire des pièces aux propriétés mécaniques qui correspondent à la plupart des matériaux utilisés dans les méthodes de production traditionnelles. Les technologies d’impression 3D sont utilisées depuis les années 1980. Cependant, leur coût élevé et leur complexité d’utilisation en ont longtemps fait l’apanage des grands industriels, et ont forcé les PME à sous-traiter la production à des entreprises spécialisées, allongeant le délai de plusieurs semaines entre chaque modification.

Plus récemment, l’avènement des technologies d’impression 3D dites “de bureau”, qui ont leur place dans les ateliers les plus modestes, a généralisé l’adoption massive des imprimantes 3D.
Grâce à la possibilité d’imprimer en 3D en interne, les ingénieurs et designers peuvent rapidement corriger et ré-imprimer des prototypes physiques à partir de fichiers numériques. Il est désormais possible de créer des prototypes dans la journée et de leur faire subir des modifications de design, taille, forme ou d’assemblage en se basant sur des tests et analyses en conditions réelles. En somme, le prototypage rapide aide les entreprises à concevoir des produits de meilleure qualité, et à les rendre disponibles sur le marché plus rapidement.

schéma des phases de production industrielle avec l’utilisation de l’impression 3d en prototypage rapide.
Grâce à l’impression 3D, les designers peuvent corriger et reproduire des prototypes physiques à partir de fichiers numériques, et lancer plus rapidement la phase de production.

Pourquoi choisir le prototypage rapide ?

Concevoir et mettre en oeuvre vos concepts plus rapidement

Le prototypage rapide permet d’explorer physiquement des idées et concepts, dès les étapes préliminaires d’un projet, et de les transformer rapidement en prototypes, très proches du produit final, sans risques ou investissements significatifs. Cela permet aux designers de passer au delà de la visualisation, en facilitant la compréhension de l’apparence et du toucher du design, et en permettant de comparer les différents concepts à partir d’objets physiques.

Mieux communiquer vos idées

Des modèles physiques permettent aux designers de partager leurs concepts avec leurs collègues, clients et collaborateurs pour transmettre leurs idées d’une façon bien plus efficace qu’avec un fichier 3D sur un écran. Le prototypage rapide facilite une évaluation claire et concrète des designs qui est essentielle afin de les améliorer par la suite.

Améliorez vos designs instantanément

Le design est toujours un processus itératif qui nécessite de multiples tests, évaluations et améliorations avant de parvenir au produit final. Le prototypage rapide grâce à l’impression 3D apporte la flexibilité de produire des prototypes réalistes plus rapidement, et de mettre en oeuvre les changements instantanément, en améliorant le processus d’essais et d’erreurs.

Le dispositif de suture chirurgicale automatisé Sutrue a été prototypé par itérations consécutives sur une imprimante SLA de Formlabs.
Consecutive iterations of Sutrue, dispositif de suture chirurgicale automatique a été prototypé par itérations consécutives sur une imprimante SLA de Formlabs.

Il est souvent utile de fonctionner avec des cycles de 24h : conception numérique durant la journée, impression des pièces durant la nuit, puis le jour suivant : nettoyage des pièces, test et modification du design, et répétez.

Réduisez les coûts et gagnez du temps

Avec l’impression 3D, il n’y a pas besoin d’outils ou de structures coûteuses ; le même équipement peut être utilisé pour produire toutes sortes de géométries. Le prototypage en interne élimine les coûts élevé et les délais inhérents à la sous traitance.

Testez minutieusement et minimisez les défauts de conception

Dans les domaines de la conception de produit, notamment industrielle, identifier et résoudre les défauts de conception dès le début permet aux entreprises d’éviter des révisions de design et des changements d’outillages plus tard dans le processus de production.
Le prototypage rapide permet aux ingénieurs de tester minutieusement des prototypes qui disposent de l’apparence et des performances du produit final, ce qui réduit les risques liés à des problèmes d’ergonomie et de faisabilité de fabrication avant de passer à l’étape de la production.

Applications du prototypage rapide

Grâce à la large gamme de technologies et de matériaux disponibles, le prototypage rapide via l’impression 3D est un véritable atout pour les designers et ingénieurs dans toutes les étapes de la conception produit, depuis les premières ébauches du concept, l’ingénierie et la validation jusqu’à l’étape finale de production.

Modèles de conception

Les prototypes de modèles de conception (ou “preuve de concept”) permettent aux designers de valider des idées et hypothèses, et de tester la viabilité du produit. Les modèles de conception physiques sont idéaux pour présenter une idée, engager une discussion, et explorer le concept en prenant peu de risques, jusqu’à trouver un accord entre les parties prenantes.

Les concepteurs de Swiss Design et du cabinet de conseil en design Panter & Tourron ont utilisé l’impression 3D SLA pour concevoir leur produit, du prototype à la vitrine en 2 semaines.
Les concepteurs de Swiss Design et du cabinet de conseil en design Panter&Tourron ont utilisé l’impression 3D SLA pour concevoir leur produit, du prototype à la vitrine en 2 semaines.

La rapidité est la clé du succès pour la réalisation de modèles conceptuels. Les designers doivent produire une abondance d’idées, avant de construire et d’évaluer des modèles physiques. A ce stade, l’ergonomie et la qualité sont de moindre importance et les équipes se fient aux pièces standards autant que possible.

L’imprimante 3D est l’outil idéal pour la réalisation de modèles conceptuels. Elle permet des délais de production inégalés lorsqu’il s’agit de transformer un fichier numérique en un prototype physique, et permet ainsi aux designers de tester plus de concepts, plus rapidement. En comparaison avec la majorité des outillages pour les ateliers et l’industrie, les imprimantes 3D de bureau ne requièrent pas d’espace aménagé et s'adaptent très bien à un environnement de bureau.

Prototypes fonctionnels

Plus le produit passe dans les étapes ultérieures de la production, plus chaque détail compte. L’impression 3D permet de créer des prototypes de haute précision qui ressemblent fidèlement au produit final. Cela permet de faciliter les vérifications concernant le design, les ajustements, les fonctionnalités et la faisabilité de fabrication avant d’investir dans des outillages coûteux et de lancer la production, phase durant laquelle tout changement entraîne un impact très important sur les coûts et délais.

Le fabricant de caméras de plongée Paralenz a utilisé l’impression 3D pour créer des prototypes réalistes et fonctionnels et effectuer des tests 200m sous le niveau de la mer.
Le fabricant de caméras de plongée Paralenz a utilisé l’impression 3D pour créer des prototypes réalistes prototypes réalistes et fonctionnels et effectuer des tests 200m sous le niveau de la mer

La fabrication additive dispose désormais d’une large gamme de matériaux disponibles similaires à ceux utilisés dans les processus industriels classiques (tels que les moulage par injection), que ce soit pour l’apparence, le toucher ou même propriétés mécaniques. De nombreux matériaux permettent de produire des pièces avec des textures et détails d’excellente qualité, des surfaces lisses avec une faible friction, des boitiers rigides et robustes, ou encore des éléments translucides. Pour améliorer les propriétés physiques des pièces imprimées, il est possible de les traiter : ponçage, polissage, peinture, ou électro-galvanisation, afin de reproduire les caractéristiques visuelles de la pièce finale. Il est aussi possible des les usiner pour créer des assemblages faits de plusieurs pièces et matériaux.

Les ingénieurs de Wohlers ont créé un prototype visuel et complètement fonctionnel d’un compteur d’humidité fait de plusieurs matériaux, avec un boitier rigide et des boutons.
Les ingénieurs de Wohlers ont créé un prototype visuel et complètement fonctionnel d’un compteur d’humidité fait de plusieurs matériaux, avec un boitier rigide et des boutons.

Les prototypes d’ingénierie nécessitent des tests fonctionnels approfondis pour vérifier comment une pièce ou un assemblage fonctionnera lorsqu’il sera soumis à la tension et aux conditions d’une utilisation en conditions réelles. Il existe une variété de plastiques pour l’ingénierie disponibles en fabrication additive, pour créer des prototypes résistants à d’importantes contraintes thermiques, chimiques ou mécaniques. Cette technologie offre également une solution efficace pour la création d’équipement de test sur mesure afin de simplifier le test fonctionnel et la certification par collection de données concordantes.

Pré-production et fabrication industrielle

Disposer d’un excellent prototype ne fait pas tout ; pour assurer le succès du produit final, le design doit être viable économiquement et adaptable à une production industrielle. L’étude sur la faisabilité de la fabrication du design repose sur l’esthétique et la fonctionnalité, tout en maintenant les exigences du produit final. Elle facilite le processus de fabrication pour réduire les coûts de production en maintenant le coût par pièce en dessous du niveau requis.

L’entreprise de conception d’appareils médicaux Coalesce utilise des outils sur-mesure pour leurs tests en interne.
L’entreprise de conception d’appareils médicaux Coalesce utilise des outils sur-mesure pour leurs tests en interne.

Le prototypage rapide permet aux ingénieurs de produire de petits lots de pièces et de sous-ensembles sur-mesure pour la validation de conception et d’ingénierie afin de tester la faisabilité de la production.

L’impression 3D facilite également les tests de tolérance, les tests exhaustifs en interne et en conditions réelles avant de lancer la production de masse. La fabrication additive permet de créer des pièces qui viennent soutenir la production, via des outils de prototypage, des moules, des porte-pièces, et équipements sur-mesure pour la ligne de production.

Porte-pièces sur-mesure imprimés en 3D sur la ligne de production de Pankle Racing Systems.
Porte-pièces sur-mesure imprimés en 3D sur la ligne de production de Pankl Racing Systems.

Avec l’impression 3D, le design ne s'arrête pas lorsque la production commence. Les outils de prototypage rapide permettent aux designers et ingénieurs de continuer à améliorer les produits, et de réagir rapidement et efficacement à des problèmes sur la ligne de production, grâce à des pièces sur mesure qui améliorent les processus de contrôle qualité.

Les outils de prototypage rapide

Il existe de nombreuses techniques de prototypage rapide, et choisir la meilleure solution n’est pas toujours chose facile. Vous souhaitez savoir quel outil de prototypage rapide convient le mieux à votre projet ?
Après avoir étudié les différentes technologies de fabrication additive disponibles, pesé les avantages et inconvénients de chacune afin de déterminer laquelle convient le mieux à votre projet, il vous faut vous assurer que la machine que vous souhaitez acquérir peut produire des résultats de qualité satisfaisante. Pour cela, la meilleure façon est de commander un échantillon gratuit dans la résine de votre choix, afin de vous faire votre propre opinion.

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