Qu’est-ce que le prototypage de tôlerie ? Exemples et avantages

« Le prototypage de tôlerie est crucial pour valider les conceptions et garantir la fabricabilité. Il constitue un moyen rentable d’évaluer la forme, l’ajustement et les fonctions des pièces en tôle conçues.

Les tôles sont des matières premières importantes dans le secteur manufacturier, qui sont utilisées pour produire diverses gammes de composants et de produits dans tous les secteurs. Cependant, la fabrication directe à grande échelle de pièces conçues n’est pas pratique. Le concept doit d'abord être testé avec des prototypes. Le prototypage de tôlerie est essentiel pour tester la faisabilité technique et économique de la conception de la tôle. 

Les prototypes de tôle sont également précieux pour l'optimisation de la conception, les tests de fabricabilité, de rentabilité, ainsi que pour la conformité aux normes industrielles et réglementaires. De plus, ce blog abordera le prototypage rapide de pièces en tôle, y compris le processus, les exemples et les avantages.

Passons en revue !

Qu’est-ce que le prototypage de tôlerie ?

Il existe différentes méthodes de prototypage, CNC Prototypage rapide , prototypage par impression 3D, prototypage de tôle, etc. En particulier, le prototypage de tôle consiste à créer des modèles de test à partir de diverses tôles en utilisant différentes techniques de fabrication.

Premièrement, l'épaisseur des feuilles de calcul varie de 0.006 à 0.25 pouces dans les projets de fabrication de tôle, donc le prototypage. Lors du prototypage, ces feuilles de métal ou d'alliage approprié sont converties en un produit préliminaire pour tester et valider les concepts de conception avant la production à grande échelle. Diverses techniques de fabrication sont impliquées dans le processus : découpe, pliage, assemblage, etc. De plus, vous pouvez utiliser des tôles d'acier, d'aluminium, de titane, de cuivre, de laiton et d'autres tôles pour le prototypage en fonction des propriétés physiques et mécaniques nécessaires. 

Le prototype final contient tous les détails mentionnés dans la conception, y compris les dimensions, les caractéristiques géométriques, les tolérances et la qualité de l'état de surface. Par conséquent, les concepteurs et les ingénieurs utilisent le prototypage rapide de la tôle pour identifier et résoudre tout problème avant de s'engager dans la production finale. 

De plus, les raisons pour lesquelles le prototypage de tôle est important dans la fabrication sont :

• Vérification de la fabricabilité et de la rentabilité
• Accélération du délai de mise sur le marché
• En avance sur les concurrents
• Recherche et innovation
• Utilisation optimale des ressources. 

Opérations de prototypage de tôle

Pour convertir des tôles brutes en prototypes conçus, plusieurs opérations/techniques de fabrication métallique sont impliquées, de la découpe du métal à l'assemblage. Tout d’abord, les tôles sont découpées dans des tailles spécifiques, puis pliées ou autres opérations, suivies d’opérations d’assemblage comme le soudage et le rivetage.

Développons brièvement les opérations de prototypage de tôlerie par ordre chronologique ;

1. Découpe de tôle

Tout d’abord, les tôles brutes sont découpées dans des formes spécifiques selon la conception du prototype. Vous pouvez utiliser de nombreuses techniques de découpe de tôle en fonction de l'épaisseur et du type de matériau, découpe par cisaillement, découpe laser, découpe plasma, etc.

• Coupe par cisaillement : Un outil de coupe doté de dents acérées coupe une feuille en ligne droite avec une force de cisaillement.
• Découpe au laser: Un faisceau laser fait fondre et vaporise le matériau depuis la position de coupe pour créer la coupe.
• Découpe plasma : Un jet accéléré de plasma chaud (un faisceau de gaz hautement ionisé) traverse les matériaux grâce à une chaleur intense.
• Découpe au jet d'eau : Un jet d'eau à haute pression érode le matériau, parfois mélangé à des abrasifs

Par ailleurs, le tableau ci-dessous résume les capacités de ces différentes techniques ;

Tableau : Techniques de découpe de tôle pour le prototypage 

2. Pliage de tôle

Il s'agit de la technique de déformation la plus courante que vous trouverez dans les projets de prototypage rapide de tôle. Le pliage consiste à déformer les tôles en formes angulaires spécifiques à l’aide d’une presse plieuse et d’un mécanisme de matrice. Par exemple, le pliage en U et en V. Cependant, il existe également d'autres techniques de pliage pour le pliage rapide de la tôle, le pliage au rouleau, le pliage rotatif, etc.

En règle générale, des tôles jusqu'à 0.25 pouces (6.35 mm) d'épaisseur peuvent être pliées. Pendant ce temps, les matériaux plus épais peuvent nécessiter certaines considérations de processus et un équipement spécialisé. Par conséquent, les processus de pliage peuvent maintenir une précision de ±0.25 à ±1 degré pour les angles et de ±0.005 pouces (0.13 mm) pour les dimensions du revêtement.

3. Autres techniques de déformation

Tous les prototypes ou leurs composants ne peuvent pas être façonnés avec des déformations en flexion. Certaines conceptions de prototypes de tôlerie peuvent nécessiter d'autres techniques de déformation telles que l'emboutissage, le découpage, le poinçonnage, etc. Contrairement au pliage, toutes ces techniques de déformation nécessitent des configurations personnalisées de matrices et de poinçons. Ainsi, les prototypes de tôles utilisant ces techniques pourraient être plus coûteux.

4. Assemblée

Ensuite, les pièces individuelles déformées ou fabriquées sont assemblées pour former les prototypes de tôlerie finaux. Cela implique l'utilisation de procédés d'assemblage de métaux tels que le soudage, le rivetage et l'adhésion en fonction de la conception. Plusieurs considérations sont essentielles à cette étape, par exemple l'alignement des composants, les raccords précis et les tolérances souhaitées.

• Soudage

Cela implique la fusion permanente de deux ou plusieurs pièces métalliques en utilisant la chaleur, la pression ou une combinaison des deux. Les techniques de soudage courantes dans le prototypage de tôle comprennent le TIG, le MIG et le point. 

• Rivetage

Le rivetage consiste à assembler des tôles à l'aide de rivets, qui sont des broches métalliques insérées dans des trous pré-percés puis déformées pour maintenir les tôles ensemble. Cet assemblage est souvent utilisé là où le soudage est peu pratique en raison de problèmes de chaleur.

• Adhésion

Des adhésifs comme eles poxies, les acryliques ou les cyanoacrylates peuvent également lier des pièces en tôle entre elles. Cette technique est bénéfique lorsque vous devez assembler des matériaux différents ou lorsqu'un aspect propre sans attaches visibles est souhaité.

5. Post-traitement et traitement de surface

Le produit fabriqué peut nécessiter un détourage, un ébavurage, un ponçage ou d'autres opérations de post-traitement pour préciser les dimensions et les caractéristiques de la surface. De plus, vous pouvez appliquer un placage, un revêtement, une peinture ou d’autres finitions pour des raisons d’esthétique et de performances.

Exemples de prototypes de tôlerie

Exemples de prototypes de tôlerie

Voyons quelques applications concrètes du prototypage de tôle ;

1. Boîtiers électriques

Acier inoxydable, prototypage en aluminium, ou d'autres feuilles similaires de faible poids sont utilisées dans les prototypes de boîtiers électriques. En règle générale, le processus de découpe au laser coupe les grandes feuilles dans la forme et la taille requises avec des fonctionnalités supplémentaires telles que des trous ou des zones de ventilation. Ensuite, le pliage déforme les pièces découpées selon la géométrie requise. Le soudage est souvent utilisé pour l’assemblage.

Les prototypes d’armoires électriques offrent des avantages significatifs en termes de personnalisation et d’évolutivité. Vous pouvez fabriquer rapidement des conceptions personnalisées qui répondent à des besoins spécifiques, notamment en termes de tailles, d'options de montage ou de points d'accès spécialisés. 

2. Supports automobiles

Les constructeurs automobiles et les chercheurs utilisent le prototypage en tôle pour divers composants, les supports structurels en font partie. La fabrication de prototypes de tôle pour ces supports implique un poinçonnage CNC pour créer des trous et des formes précis. Ensuite, le pliage et le formage permettent d'obtenir la géométrie souhaitée. 

Vous pouvez tester l'ajustement, la fonction et la sécurité des supports dans l'ensemble du véhicule. Les prototypes vous permettent également de tester des scénarios réels, comme la charge et le stress. 

3. Conduits CVC

Le processus de prototypage de conduits CVC implique le profilage pour créer de longues sections de conduits, suivi de la découpe et de l'assemblage de ces sections dans la configuration souhaitée. Le prototypage des conduits CVC vous permet d'intégrer les conduits dans la configuration du système. Ainsi, vous pouvez vérifier s’ils s’ajustent correctement et fonctionnent efficacement ou non.

4. Autres exemples

Outre les exemples ci-dessus de prototypage rapide de tôles, de nombreuses autres applications de prototypage existent dans l'industrie manufacturière ;

• Étagères industrielles
• Protecteurs de machine
• Racks télécom
• Boîtiers pour dispositifs médicaux
• Panneaux d'appareils
• Boîtiers de batterie
• Appareils d'éclairage
• Composants d'aéronefs
• Armoires
• Panneaux d'ascenseur

Avantages du prototypage de tôle

Un prototype de tôle est le premier modèle de la pièce ou du produit prévu, il offre des avantages pour de nombreuses applications en termes de performances, de durabilité, de précision des tests, de produit plus proche de la réalité, etc.

• Vitesse de prototypage : Le prototypage de tôle ne nécessite aucun outillage ou montage complexe, il peut convertir les conceptions en éléments physiques en quelques heures.
• Identification des erreurs : Les fonctionnalités proches du produit final aident à identifier les erreurs fonctionnelles et à les résoudre avec des itérations rapides.
• Changement de conception facile : La conception du prototype et d’autres variables peuvent être rapidement adaptées au cycle de production ultérieur.
• Rentable: Les prototypes de tôle sont moins chers que la CNC, le moulage par injection ou tout autre prototypage. Dans certains cas, ils coûtent même moins cher que la fabrication de feuilles de plastique.
• Potentiel d’évolutivité : Une fois la conception validée, vous pouvez faire évoluer votre production en toute transparence, du prototypage au fabrication à faible volume et la production de masse. 

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Résumé 

Les prototypes de tôlerie sont les formes les plus proches des produits ou composants de tôlerie prévus. Ils vous permettent de tester la fonctionnalité, les performances, le coût et d’autres aspects des conceptions. Vous pouvez choisir différentes techniques de tôlerie pour fabriquer votre conception en fonction des spécifications et des exigences finales, découpe laser, découpe au jet d'eau, pliage en V, soudage au rouleau, rivetage, etc.