Prototypage rapide : une approche du développement de produits modernes

« Le prototypage rapide permet de fabriquer rapidement des modèles et des assemblages 2D ou 3D personnalisés, ce qui permet une production et des tests en faible volume avant la fabrication finale. »

Prototypage rapide est un processus de fabrication à faible volume qui peut être utilisé pour créer une pièce ou un assemblage réel à partir d'une conception de pièce dans un délai court. Le prototypage permet aux ingénieurs et aux fabricants de conception de développer un meilleur produit final en concevant et en prototypant plusieurs fois rapidement et à un prix inférieur. Avec l'aide de Prolean prototypage rapide chine entreprise spécialisée dans l'impression 3D et à la demande fabrication, tout le monde peut créer des preuves de concept réalistes et faire évoluer ces concepts vers des prototypes haute fidélité qui ressemblent aux produits finaux. Plus important encore, les prototypes imprimés en 3D sont relativement bon marché, ce qui signifie que les équipes peuvent produire rapidement des dizaines de prototypes bon marché. 

Dans ce guide, vous découvrirez les bases de fabrication rapide, ses utilisations et comment l'impression 3D peut aider à la création de prototypes à un rythme plus rapide et à moindre coût.

Qu’est-ce que le prototypage rapide et son importance ?

Prototypage rapide

Dans un monde compétitif, les organisations doivent faire preuve de créativité et introduire de nouveaux produits sur le marché le plus rapidement possible. En tant que tel, il améliore les conceptions en permettant aux équipes de terminer les cycles rapidement. 

Valider et affiner les conceptions 

La fabrication rapide permet de tester très tôt la conception d'un produit quant à sa forme, son ajustement et sa fonction. Ces tests précoces permettent de déterminer les problèmes rencontrés dans la production finale et ainsi d'y remédier. En outre, cela garantit la conformité du produit aux spécifications techniques et aux objectifs commerciaux, augmentant ainsi les chances de son succès sur le marché. 

L'intégration du prototypage dans les processus de développement des organisations peut améliorer la qualité et l'adéquation des produits sur le marché et ainsi améliorer les performances et la satisfaction des utilisateurs.

Prototypage rapide en trois étapes simples 

Le prototypage rapide augmente le taux de développement de produits car il implique le développement de modèles rapides à réaliser. Ce processus itératif est très efficace pour affiner les conceptions à un coût abordable. 

Créer 

Dans l'étape de création, l'objectif est d'actualiser le concept de conception du prototype. Tout d’abord, esquissez puis dessinez les concepts de conception. Développez ces idées dans un modèle 2D ou 3D précis à l'aide du logiciel CAM/CAD. Sélectionnez les matériaux appropriés pour le développement du prototype. Ensuite, utilisez les processus optimaux pour assembler la conception du prototype. 

Évaluer 

Ensuite, évaluez la conception. Le processus d'évaluation du prototype détermine dans quelle mesure le prototype développé répond aux exigences de conception et aux exigences des utilisateurs. Ce processus comprend des tests fonctionnels, de performances et d’utilisabilité dans des conditions réelles. Des données sont collectées auprès des parties prenantes pour identifier les défis actuels et les possibilités d'amélioration. L'objectif est de garantir que le problème envisagé est résolu par le prototype tel que conçu. Le processus de raffinement du prototype avant le début de la production en série est utile pour minimiser certains risques ou au moins réduire leurs effets et économiser de l'argent. Cela garantit également la réussite du lancement d’un produit. 

Améliorer 

L’étape d’amélioration d’un prototype vise à enrichir le prototype développé sur la base des retours d’expérience et des résultats des tests. Cela implique d’apporter quelques modifications susceptibles d’améliorer la convivialité, l’efficience et l’efficacité avant de passer à la production de masse.

Distinguer le prototypage rapide de l'impression 3D 

Même si prototypage rapide et impression 3D sont des termes utilisés dans le même contexte, ils sont différents. Le prototypage comprend plusieurs processus utilisés pour développer un modèle physique à partir d'un modèle informatique. La fabrication additive, en revanche, constitue une vaste catégorie, tandis que l’impression 3D est une technique qui implique la création d’objets en couches. Bien que l’impression 3D ait été adoptée pour son efficacité dans la génération de prototypes, elle n’est que l’un des outils pouvant être utilisés dans le prototypage rapide. 

L'évolution de l'impression 3D  

Au début, l’impression 3D était principalement utilisée pour produire rapidement des prototypes. Cependant, à mesure que la technologie évoluait, elle a pu produire des pièces de haute qualité pouvant être utilisées directement dans des applications. Toutefois, cela n’a pas encore éliminé le recours à l’impression 3D pour le prototypage, car certaines méthodes sont plus coûteuses. Il est crucial de faire la distinction entre la technologie (impression 3D) et l’application (prototypage rapide) pour choisir la meilleure stratégie. 

Trois types de prototypage rapide 

Le prototypage rapide peut être classé en trois types principaux :

Prototypes basse fidélité 

Les premiers prototypes de base sont les prototypes basse fidélité, qui comprennent des maquettes sur papier et des wireframes simples. Ils sont particulièrement utiles aux premières étapes du processus de conception, lorsque l'accent est davantage mis sur la reconnaissance du design que sur ses spécificités. Ces prototypes aident à générer les premiers concepts en les trouvant et en les évaluant rapidement. Concernant les informations spécifiques sur la construction de ces prototypes, il faudra peut-être rechercher des informations sur les outils et les stratégies de wireframing. 

Prototypes moyenne fidélité 

Comparés aux prototypes basse fidélité, les prototypes moyenne fidélité contiennent le plus d’interactions et certains visuels. Ce niveau de fidélité est aujourd’hui souvent utilisé dans le prototypage rapide en raison des outils et systèmes de conception disponibles. Ainsi, en utilisant Figma, les concepteurs peuvent construire ces prototypes à l'aide des actifs et des systèmes de conception disponibles. De cette façon, on peut tester des interactions et des flux de travail importants sans entrer dans les détails de mise en œuvre. 

Prototypes haute fidélité 

Les prototypes réalistes sont précis et presque similaires au produit réel. Il peut s'agir soit de modèles UX à tester par les utilisateurs, soit d'applications entièrement codées destinées à être livrées aux utilisateurs ou aux développeurs. La création d'un prototype haute fidélité est plus facile et plus rapide si la bibliothèque de conception contient des fonctionnalités interactives. Supposons que vous soyez intéressé par les meilleures pratiques pour créer des prototypes très réalistes. Dans ce cas, il est préférable de rechercher des articles et du matériel axés sur les approches modernes du prototypage.

Quand utiliser le prototypage rapide ? 

Le prototypage rapide doit être utilisé lorsqu'un retour d'information sur le concept ou une fonctionnalité de conception est nécessaire. Il est préférable de l'utiliser lorsque vous souhaitez tester un écran ou un flux clé plus tôt, et d'être d'accord s'il n'est pas joli. Cette méthode est relativement informelle et nécessite peu de préparation à l'avance. Cependant, il comporte des étapes cruciales. Cette technique est particulièrement utile lorsque vous devez développer un système susceptible d'être souvent modifié en fonction des commentaires des utilisateurs. Cela permet de garantir que le résultat est acceptable pour l’utilisateur et rentable pour l’entreprise.

Techniques de prototypage rapide pour le développement de produits ?

Pour obtenir des réponses réalistes, les maquettes doivent être aussi réalistes que possible. Quant aux recommandations, il est suggéré d'éviter les différences entre elles et le produit réel afin d'éviter tout biais dans les commentaires. Cela signifie développer des modèles cliquables avec des données et des graphiques précis, même s'ils sont faux. 

Des prototypes haute fidélité sont développés pour être très proches du produit réel. Cela implique une planification adéquate des interactions et de l'utilisation des chemins par les utilisateurs. Ces prototypes réalistes nécessitent des compétences en développement logiciel et en expérience utilisateur (UX). Ils sont généralement construits rapidement plutôt que de manière planifiée. 

Parfois, il est possible de développer un prototype à part entière, mais cela peut s'avérer excessif ou trop coûteux. Les wireframes offrent une solution sous la forme d'interactions et de processus simples entre l'utilisateur et le site Web. Les chefs de produits créent ces conceptions simplifiées, qui peuvent être utilisées pour les premiers tests avec les utilisateurs. Ils permettent d'identifier les principaux paramètres nécessaires au développement d'un prototype fonctionnel, ce qui, en retour, facilite la création du prototype. 

Des prototypes cliquables ou de façade sont disponibles, entre wireframes et maquettes fonctionnelles. Même si ces conceptions ne sont pas entièrement basées sur des données, elles permettent aux utilisateurs de recueillir des commentaires sur divers aspects. Ils peuvent être développés rapidement à l’aide d’instruments de conception et d’UX qui fournissent des données sur les actions et les préférences des utilisateurs. 

En outre, le prototypage rapide peut être compris comme la création de plusieurs prototypes qui seront testés et évalués simultanément. Cette approche permet aux équipes de comparer simultanément les différentes versions et de déterminer quelle version est bien acceptée par les utilisateurs.

Quels sont les avantages du prototypage rapide ? 

Comme mentionné ci-dessus, le prototypage rapide présente de nombreux avantages, principalement dans deux domaines. Premièrement, il garantit qu'un produit ou un composant est conforme aux spécifications de conception puisque la capacité des utilisateurs à comprendre le produit ou le composant ainsi que ses performances et fonctionnalités peut être évaluée à ce stade. Cela permet d’améliorer la conception avant que la production ne soit réalisée à grande échelle. Deuxièmement, cela réduit les coûts car il ne nécessite pas d’outillage ni d’équipement de fabrication comme ce serait le cas dans le cas d’une production de masse. Cependant, CNC prototypage rapide n'est pas si coûteux et des technologies telles que l'impression 3D, l'usinage CNC ou le prototypage rapide en aluminium sont utilisées pour la fabrication de petits volumes et de petits lots. 

Comme dans toute autre activité, il existe de nombreuses méthodes de prototypage, chacune présentant des avantages et des inconvénients. Les méthodes décrites ci-dessus sont les plus courantes et, en fonction du niveau de technologie, le concepteur doit choisir la meilleure pour le projet. Il s’agira d’identifier les avantages et les inconvénients des différentes méthodes de prototypage. Ainsi, compte tenu de la description de chaque méthode et des caractéristiques du matériau pouvant être identifié, on peut trancher. Un guide de prise de décision comprend également certains facteurs à prendre en compte lors du choix de la technique de prototypage. L’objectif est d’aider à trouver la bonne solution pour utiliser des prototypes pour les processus de développement.

Comparaison des processus de fabrication rapides 

Voici quelques procédés de fabrication rapides et leurs distinctions.

SLA (Stéréolithographie) 

Fabrication rapide SLA

La stéréolithographie (SLA) consiste à utiliser un laser pour durcir des photopolymères et développer des prototypes à partir d'une seule couche. Cette technique offre une résistance allant de 2,500 10,000 à 17.2 68.9 psi (0.002 à 0.006 MPa). L'épaisseur de couche standard est comprise entre 0.051 et 0.152 pouces ou entre XNUMX et XNUMX millimètres de largeur. Le SLA est le plus précis et est généralement utilisé avec des photopolymères de type thermoplastique. 

SLS (Frittage Laser Sélectif) 

Pièces prototypes SLS

Le frittage sélectif par laser (SLS) utilise un laser pour faire fondre les matériaux en poudre. La résistance des pièces produites varie de 5,300 11,300 à 36.5 77.9 psi ou 0.004 à 0.102 MPa. Les couches additives ont généralement une épaisseur de XNUMX pouces (XNUMX mm). Le SLS est souvent appliqué sur des matériaux en nylon et TPU offrant de bonnes performances mécaniques et une longue durée de vie. 

DMLS (frittage laser direct des métaux) 

Prototypage DMLS

Le frittage direct de métal par laser (DMLS) est un processus de fusion de poudre métallique à l'aide d'un laser. Ce processus aboutit à une résistance élevée allant de 37,700 190,000 à 0.0008 0.0012 psi. L'épaisseur de la couche est généralement comprise entre 0.020 et 0.030 pouces (XNUMX à XNUMX mm). Le DMLS est idéal pour fabriquer des pièces métalliques telles que l’acier inoxydable, le titane, le chrome, l’aluminium et l’Inconel et est utilisé pour produire des pièces solides et performantes. 

FDM (modélisation de dépôt fondu) 

Modélisation des dépôts fondus

La modélisation par dépôt fondu (FDM) est un processus d'extrusion de matériaux thermoplastiques en couches. Cela conduit à des pièces d'une résistance comprise entre 5,200 9,800 et 35.9 67.6 psi (0.005 à 0.013 MPa). L'épaisseur de la couche varie de 0.127 à 0.330 pouces (XNUMX à XNUMX mm). Les matériaux les plus souvent utilisés pour le FDM sont l'ABS, le PC, le PC/ABS et le PPSU. Cette méthode est largement utilisée en raison de son efficacité et de sa rentabilité par rapport aux autres méthodes. 

MJF (fusion multi-jets) 

Prototype de fusion multi-jets (MJF)

Multi Jet Fusion (MJF) applique un jet d'encre pour fusionner sélectivement la poudre de nylon. Les pièces créées ont une résistance d'environ 6,960 48 psi (0.0035 MPa). L'épaisseur de la couche varie de 0.008 à 0.089 pouces (0.203 à 12 mm). Le MJF est souvent associé à la finesse des détails et aux bonnes propriétés mécaniques de la pièce finale, généralement en Nylon XNUMX noir. 

PJET (PolyJet)  

Prototypage PJET

La technologie PolyJet utilise des photopolymères projetés durcis aux UV. Les composants fabriqués par ce procédé ont une résistance à la traction comprise entre 7200 8750 et 49 6 psi ou 60, 3 à 0.0006, 0 MPa. Les couches additives sont généralement comprises entre 0012 et 0.015 pouces (0.030 à XNUMX mm). PolyJet réalise des prototypes très précis avec des matériaux tels que des photopolymères à base d'acrylique et d'élastomère.  

CNC (usinage à commande numérique par ordinateur) 

Le prototypage CNC rapide implique la création de pièces grâce à l'application de fraiseuses et de tours à commande numérique par ordinateur. La résistance développée varie entre 3,000 20,000 et 20.7 137.9 psi (XNUMX à XNUMX MPa). Cette méthode de fabrication soustractive permet d'obtenir des produits précis et hautement finis. Il est utilisé dans de nombreux produits et produits d'ingénierie prototypes en plastique.

IM (moulage par injection) 

IM est un processus dans lequel des outils en aluminium sont utilisés pour mouler des pièces. Ce processus crée des pièces avec des résistances allant de 3,100 20,000 à 21.4 137.9 psi (XNUMX à XNUMX MPa). Les pièces moulées peuvent également présenter une surface lisse ou une texture choisie. Le moulage par injection est flexible et peut traiter des matériaux tels que les thermoplastiques de base et techniques, les métaux et le caoutchouc de silicone liquide.

Avantages et inconvénients du prototypage rapide 

Avantages

Accélère les tests de conception

Le prototypage rapide est une technique permettant de construire un modèle grandeur nature d'une pièce en peu de temps ; par conséquent, la conception peut être évaluée. Ce cycle rapide permet de répondre rapidement aux problèmes de conception et aux solutions correspondantes. 

Prend en charge plusieurs modifications de conception

Cela permet de modifier souvent la conception avec peu d’effet sur les coûts. Cela rend la conception progressive et contribue ainsi à l'améliorer dans les cycles suivants. 

Réduit les coûts

De ce point de vue de la production, le prototypage rapide est moins cher car il ne nécessite ni moules ni outils. Cela devient donc une méthode abordable de génération d’idées et une première étape de test des idées sur le marché ou l’environnement. 

Réduit les délais de mise sur le marché

En effet, la création de prototypes relativement rapidement est utile au développement global du produit. Cela signifie que les produits peuvent être développés et lancés sur le marché plus rapidement, ce qui constitue un avantage concurrentiel. 

Améliore la précision de la conception

Le prototypage rapide est utile à la mise au point du produit puisque des tests sont effectués sur les prototypes. Cela permet d'arriver à la conception prévue et aux attentes des utilisateurs concernant le produit final. 

Inconvénients

Peut entraîner des coûts plus élevés en cas de surutilisation

Si l'étendue du prototypage est portée au niveau maximum ou si la gestion de l'importance du prototypage n'est pas contrôlée, alors le coût sera plus élevé. C'est pourquoi il est nécessaire d'éviter les besoins de prototypage et de projet afin de ne dépenser que ce qui est nécessaire. 

Ne convient pas à toutes les étapes de développement

Cela concorde avec la discussion initiale, au cours de laquelle il a été souligné que le prototypage rapide ne pouvait pas être appliqué à toutes les étapes du processus de développement de produits. Certaines étapes peuvent encore nécessiter des approches de fabrication conventionnelles pour atteindre la précision et la rigidité. 

Peut fournir des résultats trompeurs

Le prototypage dans les étapes initiales peut ne pas être très utile pour déterminer les performances finales du produit ou même son apparence générale. Cela peut conduire à des hypothèses erronées et éventuellement à de mauvaises décisions de développement concernant le marché cible. 

Pas idéal pour la production à grande échelle

Le prototypage rapide est appliqué aux tests préliminaires et à petite échelle du produit. Il n’est pas utilisé en production de masse puisque plusieurs procédés de fabrication sont impliqués. 

Contraintes techniques

Certains des inconvénients liés à l'utilisation de certaines techniques de prototypage rapide sont les suivants : la sélection des matériaux, la précision et la résistance. Ceux-ci posent une limitation à la qualité et à la fonctionnalité du prototype à développer.

Outils CNC pour le prototypage rapide 

Les outils CNC (Computer Numerical Control) sont des techniques de soustraction, tandis que les outils additifs sont FDM, SLA ou SLS. Contrairement aux techniques de construction traditionnelles, où le matériau est construit en couches, les outils CNC traitent des blocs, des barres ou des tiges solides, puis la découpe, le perçage, l'alésage ou le meulage requis sont effectués.  

Autres techniques de prototypage rapide

Le fraisage et le tournage CNC sont deux des processus les plus répandus dans une installation de production. Alors qu'en fraisage, l'outil de coupe est celui qui se déplace lorsque la pièce est à l'arrêt, tandis qu'en tournage, la pièce est celle qui tourne lorsque l'outil de coupe est à l'arrêt. Les découpeuses laser sont précises puisque l'outil de découpe est un laser qui grave ou coupe le matériau approprié pour des conceptions complexes. En revanche, les découpeuses au jet d'eau utilisent un jet d'eau à haute pression avec des abrasifs pour couper les composites métalliques et d'autres matériaux. 

Les matériaux couramment utilisés avec les outils CNC sont les plastiques, les métaux mous et durs, le bois, l'acrylique, la pierre, le verre et les composites. Ils sont particulièrement adaptés à la réalisation de conceptions et de pièces complexes contenant des caractéristiques difficiles à réaliser. Cependant, l’application des outils CNC peut être légèrement plus compliquée que les processus de fabrication additive. En effet, le prototypage CNC est coûteux en production unique ou en petites séries en raison des différentes méthodes, des outils utilisés et de la délicatesse des matériaux. 

Les outils CNC sont particulièrement utiles pour créer des pièces squelettiques et métalliques essentielles qui ne peuvent pas être fabriquées efficacement à l'aide des technologies de fabrication additive dans un outillage rapide. Ils sont fiables pour former des prototypes bons et précis si les processus additifs sont impossibles.

résumer

Prototypage rapide est une technique bénéfique car elle permet non seulement de gagner du temps mais également de réduire les risques. Les prototypes aident les chefs de produit à obtenir des commentaires utiles de la part des utilisateurs pour confirmer les concepts de conception ou identifier les modifications qui peuvent être nécessaires avant la sortie du produit. Cela minimise la probabilité que le produit final ne réponde pas aux attentes de l'utilisateur, d'où le terme « expérience utilisateur ». 

Chez prolean Tech, la communication est renforcée et le travail des équipes s'aligne avec services de prototypage rapide. Proleantech aide l'entreprise à commercialiser des produits de haute qualité qui, à leur tour, répondent aux besoins des clients et des prospects.

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