Généralités sur le prototypage rapide

Les objectifs

L'objectif principal du prototypage rapide est la fabrication d'un modèle physique (maquette, prototype, outillage) dans un délai très court, à moindre coût et avec le minimum d'outillage et d'étapes intermédiaires dans le processus de réalisation.

On peut ainsi, au cours du cycle de développement d'un produit :

•détecter au plus tôt d'éventuels problèmes de conception, sans conséquences majeures sur le coût final,
•tester des solutions alternatives (choix technologiques pour la pièce, procédés utilisés pour sa fabrication...),
•valider rapidement la faisabilité industrielle de la pièce et optimiser les formes et le coût des outillages futurs nécessaires à sa fabrication en série, et donc minimiser les risques de modifications lors de l'industrialisation,
•affiner les caractéristiques opérationnelles du produit (mécanique, aérodynamique, esthétique, ergonomique...) au travers de tests en grandeur réelle sur un prototype physique,
•disposer d'un objet support, et éviter ainsi l'arbitrage d'éventuels conflits ou le développement en parallèle des éléments de procédés et de processus inhérent à chaque métier (obtention du brut, usinage, métrologie, assemblage, packaging...).

Les évolutions

Le rapid prototyping (le prototypage rapide)
Les prototypes permettent de valider rapidement la conception d'un nouveau produit en phase de développement afin de réduire le temps de mise sur le marché (time to market). L'impact du prototypage rapide est le plus fort dans les premières semaines de la conception, quand les modifications ne coûtent que très peu.

Le rapid tooling (l'outillage rapide ou l'outillage consommable)
La réalisation de présérie ne peut se faire par des machines de prototypage rapide pour des questions de délais et de coûts. L'outillage ainsi réalisé se fait à partir de plusieurs technologies reconnus par leur spécificité comme par exemple les inserts en frittage de poudre métallique, les broches en tournage, le plan de joint par électroérosion, les fonds des empreintes par UGV.

Le rapid manufacturing (la fabrication express)
Ce serait des nouvelles machines qui utiliseraient le principe de la fabrication des produits couche par couche donc sans outillage particulier, mais très rapidement pour des petites et moyennes séries. Ces produits auraient les bonnes caractéristiques mécaniques, chimiques et autres sans être lié au mode d'obtention conventionnel.

Les différents types de protos

Proto virtuel (ou maquette virtuelle)
* Modèle numérique (modèle CAO): Texture, rendu réaliste.
* Nombreuses simulations (cinématique-comportement mécanique,...).
* Le proto virtuel est à la base du prototype rapide (création fichier STL).

Proto de forme (d'aspect, de design)
* Nécessaire à la validation des formes.
* Support de communication (géométrie, design, esthétique).
* Base d'échange objective.

Proto fonctionnel (bonne matière)
* Nécessaire pour la validation des fonctions du produit (encombrement, cinématique, clipsage, résistance au milieu agressif,...).
* Proche de la matière réelle du produit.

Proto d'industrialisation (ou technologique)
* Permet de valider la phase d'industrialisation avant la production de série.
* Prototype vraie matière et proche du procédé.
* Quantité de la pré-série de quelques pièces à 1000 pièces.

Exemples de prototypes

proto virtuel
proto forme proto fonctionnel
proto virtuel
proto de forme
proto fonctionnel

Les étapes

Toutes les techniques de prototypage rapide font référence au même principe: fabriquer un objet couche par couche ; il faut en effet découper l'objet en tranches, pour le reconstituer du bas vers le haut par superposition de ces tranches.

modèle CAO flèche tranchage flèche fabrication
Modèle CAO Conversion en triangles (STL)
Construction des supports éventuels
Processus de tranchage Génération des données
pour guider la machine
Fabrication

Mais avant de faire du prototypage rapide, il est indispensable de créer un modèle en CAO. De la qualité de ce modèle dépendra la qualité du prototype.

Quelles que soient les techniques employées, le processus de réalisation d'un prototype est identique:

1. La création du modèle 3D en CAO.
2. Le maillage STL.
3. Le transfert de la CAO vers le prototypage rapide.
4. La fabrication du modèle en prototypage rapide.
5. La finition du prototype.

Les principaux procédés disponibles à l'IFTS

L’IFTS possède de nombreux équipements en CFAO et en prototypage rapide. Les formations dispensées ainsi que la réalisation de nombreux projets industriels ont permis à l’IFTS d’acquérir de l'expérience dans ce domaine.

Les logiciels de CAO :
L’IFTS utilise différents logiciels de Conception Assistée par Ordinateur que l’on retrouve dans les entreprises industrielles :
-Catia V5
-Pro Engineer
-SolidWorks
-Rhinoceros
-Topsolid
-Inventor

Les machines de prototypage rapide :
Stéréolithographie
Stratoconception
Frittage de poudre
Imprimante 3D