Introduction au prototypage rapide

usinage

Le prototypage rapide regroupe un ensemble de techniques dont l’objet est de fabriquer rapidement, à l’aide de représentations 3D issues de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO), un modèle à l’échelle 1 d’une pièce physique ou d’un assemblage de pièces.

Les principales techniques de prototypage rapide sont : le moulage par injection, l’usinage CNC (fabrication soustractive) et l’impression 3D (fabrication additive).

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Le moulage par injection

Le moulage par injection, aussi appelé injection plastique, est un procédé de fabrication de pièces par injection d’un matériau fondu dans un moule (généralement en acier). La géométrie du moule est généralement définie par le biais d’un fichier issu de la CAO.

Parmi les nombreux matériaux compatibles avec ce procédé, dans le cadre du prototypage rapide, les polymères thermoplastiques et thermodurcissables seront ceux essentiellement utilisés. De même, pour ce type d’application, les moules seront plutôt en aluminium pour limiter les coûts et les délais. C’est un procédé répandu pour le prototypage, qui présente un certain nombre d’avantages, dont :

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  • la quantité : le prix de revient des prototypes est inversement corrélé à la quantité ;
  • un très bon état de surface ;
  • les dimensions du prototype : petit ou grand, il y a peu de limites aux dimensions des prototypes.

L’usinage CNC

L’usinage à commande numérique par calculateur (CNC) est un procédé qui consiste à fabriquer des pièces par soustraction de matière (en général enlèvement de copeaux, tournage ou fraisage) avec des machines-outils commandées par un calculateur numérique. L’usinage CNC se pratique aussi bien sur des métaux que des plastiques. La machine-outil acceptera divers formats de fichier issus de la CAO ou de la fabrication assistée par ordinateur (FAO).

Les coûts d’utilisation sont relativement faibles, mais les économies d’échelles sont peu importantes. À l’inverse de l’injection plastique, cette technique n’est pas recommandée pour les moyennes et grandes séries, mais est plus adaptée pour des séries d’une dizaine de pièces.

Voici quelques avantages de cette technique dans le cadre du prototypage rapide :

  • haute précision ;
  • adaptée aux matériaux métalliques ou plastiques ;
  • excellent état de surface des pièces ;
  • coûts de production relativement faibles ;
  • versatilité de production.

L’impression 3D

L’impression 3D, ou fabrication additive, a fait son apparition à la fin des années 1980. Elle fait référence à un ensemble de techniques qui consistent à déposer de la matière, couche après couche, pour former un objet tri-dimensionnel. La construction de l’objet se fait à partir d’un fichier issu de la CAO ou d’un fichier 3D.

Un des avantages de cette technique est la fabrication de pièces complexes irréalisables par les techniques de prototypage plus traditionnelles, en particulier les pièces creuses ou avec des treillis internes. Cette méthode de prototypage présente, entre autres, les avantages suivants :

 

  • une grande liberté des formes autorisées ;
  • précision ;
  • rapidité ;
  • une grande latitude dans la phase de conception, car les contraintes de fabrication sont moindres.

Cette technique de prototypage rapide est particulièrement adaptée pour des productions en très faibles quantités (quelques pièces). Elle est la plus versatile des trois, c’est aussi la plus simple et rapide à mettre en œuvre, à tel point que des services en impression 3d en ligne se sont développés.