Prototypage rapide : les différentes méthodes

Avant de passer à la phase d\’industrialisation d\’un produit, il est indispensable de le tester à l\’aide de prototypes. Et comme le temps, c\’est plus que jamais de l\’argent, différentes méthodes dites de prototypage rapide sont aujourd\’hui mises à disposition des ingénieurs et des designers. Qu\’il s\’agisse d\’impression 3D ou de techniques plus classiques, à chacune ses spécificités, ses avantages et ses inconvénients.

Dans le processus de conception d\’un produit, la phase de prototypage occupe une place importante. Longtemps, cette phase a également constitué un frein à l\’avancée des projets. Car produire des prototypes fonctionnels demandait beaucoup de temps et pas mal d\’argent. Mais aujourd\’hui, les méthodes de prototypage rapide permettent aux ingénieurs — avec le soutien de quelques spécialistes que sont Protechasia , Protolabs ou encore Stratasys — de se faire une idée précise de leur produit à partir d\’un simple fichier informatique. Et de procéder à toutes les corrections nécessaires après tests et observations du comportement de la pièce en conditions réelles. Avant d\’en valider enfin les caractéristiques. Le tout en un temps extrêmement limité et sans investissement significatif.

Notez que l\’on confond parfois impression 3D et prototypage rapide. Pourtant, cette dernière expression désigne à l\’origine aussi bien les procédés d\’impression 3D qui se sont récemment démocratisés que des techniques plus classiques permettant de réaliser rapidement des pièces en petites séries à partir de modèle CAO.

En matière de prototypage rapide, l’impression 3D présente des avantages certains. Mais également des limites. Ainsi les propriétés mécaniques — telle la résistance aux chocs — du prototype produit peuvent être éloignées de celles de la pièce finale.

L’impression 3D et les méthodes de fabrication additives

L\’expression « impression 3D » est aujourd\’hui entrée dans le langage courant. Elle consiste en la fabrication d\’un objet par superposition de fines couches de matière, entre 0,05 et 0,3 mm environ. D\’où le terme également employé de méthode de fabrication additive. Un procédé qui donne accès au prototypage de pièces complexes et autorise de nombreuses itérations à moindre coût.

Mais sous cette expression se cachent plusieurs techniques. La première d\’entre elles s\’appelle la stéréolithographie (SLA) et repose sur le concept de photopolymérisation. Une résine liquide est transformée en un plastique solide sous l\’action d\’un laser. Elle offre une grande précision et permet de rendre des détails extrêmement fins. Et il existe aujourd\’hui des résines aux propriétés thermiques, mécaniques et optiques qui lui assurent une grande polyvalence.

Le Frittage Laser Sélectif (SLS) est très utilisé dans l\’industrie. Il fait appel à un laser puissant qui vient fusionner de fines particules se présentant sous la forme de poudres. Il convient tout particulièrement aux pièces à géométries complexes et au prototypage fonctionnel.

La Construction Laser Additive Directe (CLAD) est intéressante notamment pour les pièces de grande taille et qui présentent peu de détails.

La projection à froid, quant à elle, produit des prototypes moins denses et donc plus fragiles.

Pour le dépôt de filament fondu (FDM), l\’idée est de faire fondre et extruder un filament thermoplastique qu\’une buse d\’impression dépose couche par couche sur la zone de fabrication. La méthode est adaptée aux pièces ne demandant pas une grande résolution.

Les méthodes soustractives ou de moulage peuvent aussi présenter leurs avantages.

Les autres méthodes

La fabrication additive n\’est pas la seule façon de produire rapidement un prototype. L\’usinage CNC — comprenez Commande numérique par calculateur — peut également faire l\’affaire. En quoi consiste-t-il ? Des fraiseuses numériques viennent enlever de la matière — on parle d\’ailleurs ici de méthode soustractive — à un bloc pour constituer le prototype en vue de tests fonctionnels. Les fraiseuses sont contrôlées par ordinateur et se déplacent selon un parcours défini par un fichier 3D. La méthode peut être intéressante, notamment dans le cas de prototypes, plastiques ou métalliques, de grande taille.

Le prototypage rapide peut également reposer sur la méthode du moulage par injection. Notamment lorsque le nombre de prototypes identiques doit être élevé pour pouvoir réaliser différents tests aussi bien visuels que mécaniques. Pour gagner en temps, on réalise alors un moule prototype en aluminium dont la production sera bien plus rapide et moins coûteuse que pourrait être celle d\’un vrai moule en acier.

La duplication sous vide, enfin, ne peut se faire qu\’après fabrication d\’un maître modèle par une méthode d\’usinage ou d\’impression 3D. Il y a ensuite création d\’un moule en silicone — réutilisable, mais à durée de vie limitée — puis la matière première est injectée dans ce moule par aspiration dans une cloche sous vide avant d\’être durcie au four. De quoi assurer une duplication parfaite du modèle, surtout lorsque les besoins dépassent la dizaine de prototypes identiques à produire.