FINIS imprime en 3D des prototypes de lunettes de plongée 100 % en silicone

FINIS, Inc. est réputée pour développer des produits de pointe qui ont gagné la confiance des nageurs de tous niveaux grâce à leur qualité et à leurs performances exceptionnelles. Basée en Californie (États-Unis), la société a pour objectif de constamment améliorer son offre de produits innovants, tout en restant attentive à l'évolution des besoins des nageurs et des entraîneurs.

David Beittel est concepteur principal chez FINIS et dirige le groupe de développement de produits. Avec son équipe, il a commencé à utiliser l'impression 3D à dépôt de fil fondu pour le prototypage rapide, mais il s'est rapidement rendu compte qu'il avait besoin de pièces plus détaillées et isotropes. Bien qu'ils utilisent toujours l'impression à dépôt de fil fondu dans leur processus de développement, ils se sont tournés vers les imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA) Form 3+ de Formlabs pour réaliser des prototypes de type production et ont été impressionnés par la « gamme phénoménale de matériaux disponibles ». Mais comme leurs principales lignes de produits comprennent des palmes de natation, des lunettes de natation et des équipements d'entraînement, la seule chose qui leur manquait était un silicone pur et durable pour fabriquer des prototypes similaires aux produits finaux. 

Auparavant, ils avaient l'habitude de couler des pièces en silicone dans des moules, ce qui demandait beaucoup de travail et entraînait de longs délais d'exécution. Désormais, ils sont équipés d'imprimantes 3D résine Form 3+ et de la nouvelle résine Silicone 40A Resin, la première résine accessible 100 % silicone pour des pièces souples, flexibles et durables, qui leur permet d'effectuer rapidement des ajustements et d'imprimer des prototypes fonctionnels en un seul jour.

Au cours des tests internes où les pièces sont plongées dans l'eau, l'équipe a salué l'étanchéité remarquable du matériau et sa résistance au rebond inégalée, qui sont bien supérieures à celles d'autres matériaux d'impression 3D de type silicone. L'équipe de développement de produits a été ravie de constater que l'élasticité de Silicone 40A Resin la rend très proche du matériau de production final, ce qui en fait un outil précieux pour affiner la conception des produits et garantir des performances optimales à tous les stades du processus de développement.

Pour produire en série ses pièces en silicone, l'équipe opte généralement pour le moulage par injection ou le moulage par compression. Ces méthodes traditionnelles nécessitent des outils en acier coûteux et des délais d'exécution longs qui s'étirent souvent sur plusieurs mois. C'est pourquoi ils sous-traitent généralement les moulages en uréthane pour les prototypes bêta et les pièces de pré-production pendant le développement du produit. Bien que cette approche soit courante pour produire des dizaines de pièces, elle nécessite toujours un délai de deux à trois semaines, ce qui limite les possibilités de prototypage et d'itérations rapides de la conception. 

Pour relever ce défi, ils ont intégré l'impression 3D dans le cycle de développement, ce qui leur a permis d'affiner les conceptions et d'effectuer des tests internes avant d'investir dans un outillage rapide pour les tests utilisateurs. Ils peuvent ainsi passer par de nombreux cycles de « conception, test et révision » pour développer de meilleurs produits.

En développant leurs nouvelles lunettes intelligentes, l'équipe de FINIS, Inc. s'est heurtée à un problème lors du prototypage des nouveaux joints. Le petit module inséré dans les lunettes qui affiche les longueurs, la vitesse de nage et les temps intermédiaires doit pouvoir être allumé et éteint facilement. Le défi consistait donc à développer un joint avec un bouton intégré qui s'alignerait sur le bouton du module tout en restant étanche.

Avant de se lancer dans le moulage d'uréthane pour les tests bêta, l'équipe a dû itérer la conception. « Le bouton était un design délicat à réaliser, et son prototypage a été difficile », explique M. Beittel. Auparavant, l'équipe se tournait vers l'impression 3D et Elastic 50A Resin pour développer des prototypes de ce nouveau joint. Cependant, les matériaux d'impression 3D de type silicone n'ont pas assez de ressort et ne rebondissent pas comme de véritables silicones. Bien qu'Elastic 50A Resin ait bien fonctionné pour les prototypes initiaux, il fallait un matériau plus proche du silicone utilisé pour le produit final. « Pour les joints, nous avions besoin d'un matériau de prototypage rapide doté d'une certaine élasticité. D'autres matériaux pouvaient se plier et se déformer, mais ils ne rebondissaient pas comme du silicone. »

Lorsque M. Beittel et son équipe ont commencé à utiliser Silicone 40A Resin, les prototypes sont devenus de plus en plus performants. Le nouveau matériau présente une résistance au rebond nettement meilleure et est très proche du matériau de production. L'équipe a utilisé le joint imprimé avec Silicone 40A Resin pour effectuer des tests internes et a été stupéfiée en constatant la qualité du joint autour des verres et l'étanchéité du matériau. Selon M. Beittel, « ça nous a vraiment aidé, car nous avons pu utiliser ces prototypes au lieu d'attendre des pièces produites avec des outils, et le résultat était similaire ».

L'un des produits les plus populaires de FINIS, Inc. est le lecteur MP3 sous-marin à conduction osseuse. L'équipe a entrepris de développer une nouvelle version moins encombrante adaptable sur l'oreille. L'une des difficultés rencontrées a été la légère instabilité des écouteurs lorsque les nageurs effectuent des mouvements vigoureux comme les poussées ou les virages en flip. M. Beittel et son équipe ont donc cherché à améliorer cette situation en développant un petit accessoire en silicone qui se fixe solidement aux écouteurs, ce qui permet à la sangle des lunettes de passer par-dessus et de leur donner une plus grande stabilité.

Le groupe de développement du produit a testé plusieurs itérations imprimées en 3D pour parvenir à un résultat satisfaisant. « Nous avons procédé à de petits ajustements pour déterminer quelle version était la plus facile à utiliser pour l'utilisateur, et quelle version fonctionnait le mieux dans la piscine », explique M. Beittel. Auparavant, ils avaient utilisé des matériaux de type silicone disponibles dans la gamme de résines Formlabs, mais ils ont constaté qu'ils n'avaient pas la souplesse nécessaire pour s'insérer dans les trous et maintenir un ajustement serré sur les écouteurs, et qu'ils étaient également plus susceptibles de se déchirer. 

L'élasticité et la durabilité de Silicone 40A Resin ont considérablement amélioré le processus de prototypage en résolvant ces problèmes. M. Beittel ajoute qu'il est important pour lui de connaître les propriétés, le ressenti et l'aspect du matériau, pour pouvoir vérifier qu'il est suffisamment proche du matériau de production. Il apprécie également le fait que le matériau ne se fige pas et conserve sa forme après un usage répété.

Sans l'impression 3D, ils auraient opté pour le moulage par injection avec un petit outil et modifié le moule si nécessaire. Mais cela aurait considérablement ralenti le processus, avec un délai d'au moins un mois pour chaque itération. M. Beittel souligne que Silicone 40A Resin leur permet de simplifier le cycle de développement, d'accélérer la prise de décision, de produire vite des pièces et d'effectuer des tests rapidement. 

L'équipe peut ainsi réduire le nombre de modèles et s'assurer qu'ils fonctionnent correctement avant de commander l'outillage de production final. « Une fois que l'outillage est commandé, il est difficile de faire marche arrière. Il est possible d'apporter quelques modifications, mais elles prennent du temps, sont coûteuses et tendent à réduire la qualité de l'outil. »

Une autre application permise par l'élasticité de Silicone 40A Resin est celle des queues de sirène, qui ont rapidement gagné en notoriété au cours des dernières années. Comme le dit M. Beittel, de plus en plus de personnes rejoignent le « monde des sirènes » : il est donc crucial pour l'entreprise de pouvoir suivre la tendance et de s'adapter aux tailles de pieds plus grandes des hommes qui nagent maintenant avec les sirènes. L'équipe souhaitait tester le marché avant de fabriquer en série plusieurs versions de ce produit. Pour ce faire, le groupe de développement de produits a conçu une extension de sangle qui peut être ajoutée à la pochette afin de s'adapter à tous les types de pieds.

Comme dans le cas précédent, l'équipe a d'abord testé d'autres matériaux flexibles avant d'essayer Silicone 40A Resin, et il n'y a pas photo : le nouveau matériau est au-dessus du reste. Flexible 80A Resin et Elastic 50A Resin, bien qu'excellentes pour le prototypage initial et les itérations de conception, n'ont pas la capacité de supporter des tensions et des déformations répétées, ce qui entraîne souvent des déchirures pendant les tests. L'élasticité de Silicone 40A Resin reste ainsi inégalée.

« Disposer d'une imprimante SLA en interne à ce prix est tout simplement extraordinaire. Je n'aurais jamais pensé pouvoir faire cela », déclare M. Beittel. 

L'ajout de Silicone 40A Resin dans leur flux de travail a permis au groupe de développement de produits de FINIS d'accélérer les étapes de prototypage. M. Beittel a été ravi de constater que grâce à ses propriétés mécaniques exceptionnelles, le nouveau matériau fonctionnait à merveille pour fabriquer des prototypes fonctionnels de joints de lunettes et de diverses autres pièces en caoutchouc, ainsi que pour effectuer des tests internes.