Comment créer un prototype ?

Lors du développement d'un produit, la réalisation d'un prototype physique peut s'avérer précieuse pour la recherche, les tests, le financement et bien plus encore. Grâce à des prestataires de services de prototypage rapide comme 3ERP, il est facile de créer un prototype abordable en un temps record.

Cependant, certaines entreprises retardent le prototypage simplement parce qu'elles ne savent pas par où commencer ; elles ne savent pas quelles technologies ou quels matériaux utiliser, ou elles ne savent pas avec quel type de partenaire de prototypage travailler.

Heureusement, la création d'un prototype avec un partenaire comme 3ERP est simple et rapide. Ce guide présente les bases de la création d'un prototype et analyse deux grandes catégories : les maquettes conceptuelles et les prototypes fonctionnels. Il offre également un aperçu du fonctionnement du processus de prototypage rapide dans un atelier de fabrication de prototypes.

Qu’est-ce que le prototypage rapide ?

Le prototypage rapide est le processus de développement d'un prototype dans les plus brefs délais. Un prototype est un modèle, une ébauche, une maquette ou une version préliminaire d'un produit physique, réalisée avant sa production.

Les entreprises peuvent avoir besoin de développer un prototype pour différentes raisons, et différentes technologies peuvent être utilisées pour le construire : chez 3ERP, nous nous concentrons sur l’usinage CNC, l’impression 3D, le moulage, la fonderie et la fabrication de tôles, et certains prototypes nécessitent une combinaison de procédés s’ils contiennent plusieurs composants.

Le prototypage rapide permet aux entreprises de commercialiser leurs produits plus rapidement . En créant rapidement un prototype, l'entreprise peut accélérer des processus tels que les études de marché et les essais mécaniques, pour lesquels des prototypes sont généralement nécessaires, et atteindre plus rapidement les dernières étapes du développement du produit.

Modèles conceptuels

Objectifs : Attrait visuel, communication des idées essentielles, coût le plus bas possible

Procédés typiques : impression 3D, usinage CNC, moulage sous vide, tôlerie, autres

De nombreux prototypes sont conçus pour remplir une fonction visuelle ou esthétique. Ces prototypes n'ont pas besoin d'être fonctionnels , mais ils doivent donner une impression visuelle fidèle du produit final.

Un prototype conçu à des fins visuelles peut être appelé maquette conceptuelle, prototype d'exposition ou prototype d'apparence. Il peut servir à présenter un futur produit à des investisseurs potentiels ou à réaliser une étude de marché auprès de clients potentiels. Il peut également être utilisé pour communiquer des idées à d'autres services internes de l'entreprise.

Comme les maquettes conceptuelles n'ont pas besoin d'être fonctionnelles, il est possible d'utiliser certains procédés de fabrication qui ne seront pas employés pour la production des pièces finales. L'objectif est simplement de réaliser un prototype esthétique au prix le plus bas possible.

C’est pourquoi l’impression 3D est parfois utilisée pour les maquettes : les pièces imprimées, bien que parfois insuffisantes pour une utilisation finale, peuvent être réalisées rapidement avec un rendu visuel de haute qualité. Le moulage sous vide est également principalement employé pour les prototypes peu résistants mais esthétiquement attrayants. Cela étant dit, l’usinage CNC et la fabrication de tôles peuvent souvent s’avérer moins coûteux et/ou plus adaptés à certains projets, et offrent une grande flexibilité.

Les entreprises peuvent également utiliser des matériaux moins coûteux pour leurs prototypes, car ces matériaux n'ont pas à résister à des contraintes ni à remplir une fonction mécanique. Cependant, pour obtenir un aspect soigné — par exemple, donner un aspect métallique à un plastique bon marché —, une finition de surface professionnelle peut être appliquée.

Un exemple de modèle conceptuel

Prototypes fonctionnels

Objectifs : Validation, essais mécaniques, préproduction

Procédés typiques : usinage CNC, moulage par injection, tôlerie, autres

Les prototypes peuvent être fonctionnels et non seulement visuels. Les prototypes fonctionnels sont généralement conçus pour valider les aspects physiques d'un produit (par exemple, le choix des matériaux) ou pour réaliser des essais mécaniques . Ils peuvent également servir à démontrer le fonctionnement du produit aux équipes internes, aux clients, aux investisseurs, etc.

Un prototype fonctionnel destiné aux tests peut négliger l'esthétique. Par exemple, il peut être non coloré, inachevé ou dépourvu de certaines fonctionnalités et détails. En revanche, les prototypes de fin de cycle ou de préproduction peuvent intégrer à la fois des caractéristiques fonctionnelles et esthétiques afin de se rapprocher au maximum du produit final.

Les prototypes fonctionnels soumis à des essais mécaniques doivent généralement être fabriqués à l'aide de matériaux et de procédés proches de ceux utilisés en production, sinon les essais seront inutiles.

Si le prototype doit également subir des tests de composition métallique, le choix d'un matériau de qualité industrielle est crucial. Les procédés de production tels que l'usinage CNC et le moulage par injection sont souvent utilisés pour les prototypes fonctionnels, car les pièces imprimées en 3D manquent souvent de la résistance requise et leurs performances mécaniques ne reflètent pas celles de la pièce de production.

Pour les prototypes fonctionnels non démonstratifs, les finitions de surface ne doivent être appliquées que si elles contribuent à la fonction du produit, et la peinture, l'application de la marque, etc. peuvent être omises.

Un exemple de prototype fonctionnel

Le processus de prototypage rapide

Chez 3ERP, le processus de prototypage rapide commence une fois que nous avons finalisé une commande et reçu toutes les informations et les fichiers numériques nécessaires.

La suite des opérations dépend du procédé de fabrication choisi, lequel dépend du type de prototype (maquette conceptuelle ou fonctionnelle), du matériau requis et du nombre d'unités nécessaires. Chaque cas étant unique, nous collaborons avec le client afin de déterminer la solution la plus adaptée à chaque commande de prototypage rapide.

Quel que soit le procédé, les prototypes sont soumis à des procédures de contrôle qualité, puis subissent les étapes de post-traitement nécessaires, comme le retrait du matériau de support et l'application des traitements de finition de surface souhaités, tels que l'anodisation ou la peinture.

Les prototypes sont ensuite expédiés au client dans les plus brefs délais, afin qu'il puisse poursuivre le développement de son produit.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des différents processus que nous utilisons pour le prototypage rapide.

Usinage CNC

Pour les prototypes usinés CNC, nous pouvons démarrer rapidement, en obtenant les matériaux appropriés et en envoyant le fichier numérique à la machine CNC pour le fraisage, le tournage, l'électroérosion, etc.

CNC machining process is good for rapid prototyping because it is a one-step process: no tooling is required; the raw material goes in and the prototype comes out. This makes the process very fast, in addition to producing prototypes of a high quality with a high level of detail.

L'usinage est également polyvalent en termes de matériaux. Ce procédé convient aux métaux et plastiques de haute performance, et les pièces usinées peuvent subir divers traitements de finition de surface.

Impression 3D

L'impression 3D , un procédé additif couche par couche, est souvent utilisée pour les maquettes conceptuelles mais rarement pour les prototypes fonctionnels.

Il existe cependant différentes techniques d'impression 3D : FDM, SLS et SLA pour les pièces en plastique, SLM et DMLS pour les pièces métalliques. Les procédés de fabrication additive métallique permettent de produire des pièces à haute résistance et aux performances mécaniques élevées, et peuvent donc être utilisés pour la réalisation de prototypes fonctionnels.

L'impression 3D présente plusieurs avantages : géométries complexes, faibles coûts et délais de production rapides. Elle est particulièrement adaptée aux prototypes uniques plutôt qu'à la production en série.

Coulée sous vide

Le moulage sous vide, également appelé moulage d'uréthane, est une alternative économique au moulage par injection, bien plus abordable pour les petites séries. Il convient donc au prototypage rapide, malgré les performances mécaniques limitées des pièces obtenues.

Ce procédé est principalement utilisé pour les maquettes, car il permet d'obtenir une finition de surface de haute qualité, comparable voire supérieure à celle du moulage par injection.

Le moulage par injection

Si les prototypes sont fabriqués par moulage par injection , nous devons d'abord réaliser un moule, ce qui nécessite de notre part une conception CAO complexe, où nous créons une version inversée du prototype avec les lignes de séparation, les canaux d'injection, etc. nécessaires.

Une fois ce moule métallique réalisé, grâce à un outillage rapide réalisé sur un centre d'usinage CNC, nous pourrons commencer à fabriquer les prototypes moulés en plastique.

Du fait de cette étape de fabrication supplémentaire, le moulage par injection n'est réellement rentable que pour la production d'un grand nombre de prototypes (voir la section « Économies d'échelle » ci-dessous). Il présente néanmoins de nombreux avantages : une excellente finition de surface, une bonne résistance et une grande similarité avec les pièces finales.

Fabrication de tôles

Il est possible de réaliser des prototypes en tôle dans divers métaux, avec des délais de production courts. Ces prototypes sont souvent similaires aux pièces finales et peuvent servir aux essais.

La fabrication de tôles est adaptée à des produits spécifiques comme les supports, les boîtiers et les panneaux, et n'est généralement pas utilisée de manière interchangeable avec d'autres procédés de fabrication métallique.

Considérations relatives aux économies d'échelle

Le choix d'un procédé de fabrication dépend souvent du nombre d'unités requises. Il est parfois nécessaire de faire des compromis et d'opter pour un autre procédé si la quantité unitaire n'est pas économiquement viable.

Malgré de nombreuses exceptions, ce tableau donne une idée approximative du nombre d'unités adaptées à certains procédés. (La fabrication de tôles est exclue, car les pièces et prototypes en tôle sont généralement conçus spécifiquement pour les procédés de travail de la tôle.)

Comment créer un prototype en 5 étapes simples

Conceptualisent

La première étape de la création d'un prototype, avant même sa conception, consiste à définir les besoins. Cette étape peut impliquer une étude de marché et un brainstorming sur les exigences potentielles.

Design

À moins qu'une maquette grossière réalisée à la main ne suffise, un logiciel de CAO est indispensable pour concevoir un prototype . La CAO permet une reproduction exacte et une modification aisée, et les fichiers peuvent être convertis dans un format lisible par machine pour une production immédiate. Les personnes sans expérience en conception peuvent avoir besoin de services professionnels de conception de produits.

Choisissez le matériau, la technologie et la finition.

Le choix des matériaux, des technologies et des finitions de surface doit être pris en compte dès le départ, car ces facteurs influenceront la conception CAO. Toutefois, les choix définitifs peuvent être effectués après la phase de conception.

Se construisent

Un fichier CAO exploitable ainsi qu'une liste des matériaux, des technologies et des finitions de surface doivent être envoyés au spécialiste du prototypage, qui pourra alors commencer la fabrication du prototype.

Prototype à nouveau

Une fois que le prototype a rempli sa fonction, il peut s'avérer nécessaire d'en développer un autre, selon l'avancement du développement produit. Par exemple, un modèle conceptuel, une fois validé, peut être remplacé par un prototype mécanique.

3ERP est spécialisée dans le prototypage rapide et a collaboré avec une clientèle diversifiée issue de nombreux secteurs d'activité. Contactez-nous pour obtenir un devis gratuit.