Introduction au prototypage rapide

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.

La découpe au laser

La découpe au laser est une technique de prototypage rapide qui connaît un essor considérable ces dernières années. Elle utilise un faisceau laser pour découper des matériaux avec une extrême précision et offre de nombreux avantages.

Cette méthode permet de découper différentes épaisseurs et types de matériaux tels que le bois, le plastique, l’acier inoxydable ou encore les métaux non ferreux. Cela en fait une solution polyvalente pour la réalisation de prototypes dans divers domaines.

En plus d’être polyvalente, la découpe au laser présente aussi une grande rapidité d’exécution. Grâce à sa capacité à travailler rapidement sans compromettre la qualité du résultat final, cette technique permet aux concepteurs et ingénieurs d’accélérer considérablement leur processus de développement.

Un autre avantage majeur réside dans le rendu propre et net obtenu grâce à la découpe au laser. Contrairement aux autres méthodes traditionnelles telles que le sciage ou l’utilisation d’une fraiseuse, cette technique ne laisse aucune bavure sur les bords découpés. Cela garantit ainsi des résultats finaux impeccables.

La précision offerte par la découpe au laser est remarquable. Le faisceau lumineux très fin permet des découpes précises et complexes, ce qui est particulièrement apprécié dans les industries de pointe.

La stéréolithographie

La stéréolithographie est une méthode de prototypage rapide qui utilise la technologie de photopolymérisation pour créer des objets en trois dimensions. Cette technique offre de nombreux avantages et trouve des applications dans divers domaines tels que l’industrie, l’architecture ou encore la médecine.

Le principe de fonctionnement de la stéréolithographie repose sur l’utilisation d’un réservoir rempli d’une résine liquide photosensible. Un laser ultraviolet est alors utilisé pour solidifier sélectivement cette résine en suivant un modèle tridimensionnel précis.

L’un des principaux atouts de la stéréolithographie réside dans sa capacité à réaliser des pièces avec une grande précision et finesse. Effectivement, grâce à son faisceau laser très fin, elle permet d’obtenir des détails extrêmement précis sur les objets produits. Cela en fait une solution idéale pour le prototypage avancé où chaque détail compte.

Au-delà de la précision, la stéréolithographie se distingue aussi par sa possibilité de travailler avec différents matériaux tels que les plastiques transparents ou opaques. Il est même possible d’introduire certains matériaux additives pour obtenir des propriétés spécifiques dans les objets produits.