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Qu’est-ce que le prototypage rapide ?

Le prototypage rapide est un procédé de fabrication permettant de créer des maquettes dans des délais assez courts. À l’inverse des techniques soustractives conventionnelles, son utilisation s’avère plus simple et moins onéreuse. C’est aussi pourquoi cette méthode de prototypage 3d connaît un essor considérable au sein de nombreuses industries. Mais comment fonctionne réellement le processus ?

Prototypage rapide : Principes et définition

Le prototypage est une étape déterminante durant le développement de produits, mais représente une problématique majeure. En effet, les méthodes d’usinage traditionnelles impliquent souvent l’installation d’un outillage onéreux, compliquant également la production en petite série. C’est pour pallier ce problème que le prototypage rapide a été inventé.

Définition

Le prototypage rapide se définit comme une méthode de fabrication permettant de produire des maquettes de pièces ou d’assemblages en petite série. Le processus est réalisé à partir de données 3D CAO, ou conception assistée par ordinateur. Ainsi, il ne prend que quelques heures.

Les prototypes réalisés sont exempts des techniques soustractives. D’ailleurs, leur production ne nécessite aucun outillage spécifique contrairement au prototypage industriel. Pourtant, les maquettes obtenues possèdent les mêmes caractéristiques (fonctionnement et design) que le produit final.

Comment fonctionne le prototypage rapide ?

Utilisant la fabrication additive et l’impression 3D, le prototypage rapide fait appel à divers procédés pour concevoir des modèles numériques, des prototypes ou des préséries. En principe, la technique implique l’élaboration d’un cahier des charges qui définit les caractéristiques du produit : finition de la surface, application et tolérance, matériaux…

Vient ensuite la modélisation 3D ainsi que la production des maquettes 3D à l’aide d’une imprimante 3D. Cet équipement permet de créer divers objets à l’aide d’un système laser piloté par ordinateur ce qui rend le prototypage plus simple. Parfois, les professionnels utilisent d’autres procédés et outils afin d’obtenir des maquettes conformes au produit final : usinage CNC, moule en silicone, fraiseuse…

Les avantages et inconvénients du prototypage rapide

Le prototypage rapide avec l’impression 3D accélère la phase de développement, réduisant par la même occasion la durée et les coûts de fabrication. Grâce à cette technique, les ingénieurs peuvent démontrer en peu de temps la faisabilité de leur idée.

Avantages

Ce processus de prototypage présente une foule d’avantages, tant sur le plan pratique qu’économique :

  • accélérez la réalisation de vos conceptions et leur test ;
  • transmettez vos idées plus efficacement et obtenez de meilleurs retours ;
  • créez et modifiez vos prototypes instantanément ;
  • gagnez du temps tout en économisant de l’argent ;
  • minimisez les défauts de conception en effectuant des essais plus approfondis.

Facilitant la validation des caractéristiques du produit final, le prototypage rapide permet de tester puis d’ajuster les composants avant la production en masse.

Inconvénients

Bien que ses atouts soient nombreux, le prototypage 3D présente certaines limites. En effet, les pièces imprimées en 3D ne reproduisent pas forcément les propriétés physiques (fonctionnalité et utilisation) des pièces moulées. Par ailleurs, les maquettes peuvent présenter quelques contraintes mécaniques.

Les technologies d’impressions 3D en prototypage rapide

Les outils et méthodes utilisés pour un prototypage rapide varient essentiellement en fonction du produit final à concevoir.

L’impression 3D par dépôt de fil fondu

Également appelée impression 3D FDM, cette technique consiste à réaliser les pièces à partir de la fonte d’un filament thermoplastique. On l’utilise généralement pour la production de prototypes simples, car le niveau de résolution et d’exactitude proposé est assez faible.

La stéréolithographie

Se servant des imprimantes 3D SLA, cette technique offre un niveau de précision élevé. Pour ce faire, elle utilise la photopolymérisation ; procédé consistant à transformer la résine liquide en plastique durci. La stéréolithographie permet d’obtenir des prototypes non fonctionnels à haute fidélité ou des pièces fonctionnelles nécessitant une tolérance serrée. Mais surtout, elle offre une large sélection de résines et un prototypage 10 fois plus rapide que l’impression 3D FDM.

L’usinage CNC

Ce procédé utilisant des outils CNC (commande numérique par ordinateur) fait partie des méthodes de fabrication soustractives. Il consiste à façonner les pièces à partir d’un matériau brut par découpage, forage, perçage et meulage. En prototypage rapide, l’usinage CNC sert pour la création de modèles simples, de composants structurels et métalliques ainsi que des pièces impossibles à produire avec la fabrication additive.

L’injection thermoplastique

Offrant une grande flexibilité, cette technique est idéale pour créer des pièces en plastiques avec des tolérances élevées. Elle utilise une machine de moulage par injection ainsi, vous pouvez produire des prototypes de différentes tailles. Son véritable avantage ? Le taux de production élevé. En effet, elle peut servir aussi bien pour l’usinage classique que le prototypage rapide, tout ceci à grande vitesse.

Quels sont les domaines d’application du prototypage rapide ?

Grâce à la diversité des technologies disponibles et des matériaux, le prototypage rapide est souvent nécessaire pour la production de pièces avec une grande précision. À ce titre, on l’utilise principalement dans les secteurs de l’automobile, l’aérospatial, ou encore le médical. Cette méthode reste également très prisée pour la conception d’assemblages et de composants métalliques.

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20 novembre, 2023

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