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Tout savoir sur le prototypage rapide
Prototypage rapide (RP) est un terme relativement nouveau qui explique simplement le processus de création rapide de prototypes à l'aide de processus de fabrication avancés, en essayant d'évaluer visuellement et fonctionnellement la conception de nouveaux produits et d'optimiser en permanence la conception. Les ingénieurs ou designers transforment de grandes idées en modèles conceptuels réalistes qui simulent l'apparence et le style de travail du produit final, et subissent une série de validations avant de passer à la production de masse. Un prototype est la version originale du produit final, utilisée pour évaluer la conception, les techniques de test, analyser les principes de fonctionnement du produit, ajuster la conception, les matériaux, les dimensions, la forme, l'assemblage, la couleur, la fabricabilité et la résistance, éviter en temps opportun le potentiel pièges et améliorer la qualité du produit final. Cet article explore sept méthodes de prototypage actuellement populaires et compare les caractéristiques matérielles des pièces fabriquées par divers procédés. De plus, les facteurs clés qui doivent être pris en compte dans divers processus de fabrication sont résumés. L'objectif est d'aider les concepteurs à choisir le meilleur processus de fabrication de prototypes.
Définition du prototypage rapide
Le prototypage rapide est le processus de production de modèles le plus rapidement possible pour simuler le produit final. Il existe des dizaines de méthodes de fabrication permettant de réaliser des prototypes, dont la plus impressionnante est la fabrication additive, à savoir l'impression 3D. Cependant, l'usinage CNC de fabrication soustractive traditionnelle peut également produire des prototypes de haute qualité. L'impression 3D et le prototypage rapide s'accordent parfaitement, permettant la fabrication de pièces aux formes géométriques presque illimitées, ne nécessitant qu'une seule imprimante et aucun autre outil. L'impression 3D permet de produire des pièces aux propriétés mécaniques très proches de divers matériaux fabriqués selon les méthodes de fabrication traditionnelles.
7 types de processus de fabrication de prototypes
Processus | Nommé | DESCRIPTION | FINITION | EXEMPLES DE MATÉRIAUX |
Stéréolithographie | Contrat de niveau de service | Polymères photosensibles durcis au laser | La plage typique de couches additives est de 0.002 à 0.006 pouces (0.051 à 0.152 mm) | Comme le thermoplastique |
Frittage laser sélectif | SLS | Poudre frittée au laser | Les couches d'additifs typiques sont d'environ 0.004 pouces (0.102 mm) | Comme le nylon et le TPU |
Frittage laser direct des métaux | Dmls | Poudres métalliques frittées au laser | La plage typique de couches d'additifs est de 0.0008 à 0.0012 pouces (0.020 à 0.030 mm) | Comme l'acier inoxydable, le titane, le chrome, l'aluminium et les alliages de fer-chrome-nickel |
Modélisation par dépôt en fusion | FDM | Extrusions fusionnées | La plage typique de couches d'additifs est de 0.005 à 0.013 pouces (0.127 à 0.330 mm) | Comme ABS、PC、PC/ABS、PPSU et autres plastiques |
Polyjet | PJET | Polymères photosensibles à jet durcis aux UV | La plage typique de couches d'additifs est de 0.0006 à 0.0012 pouce (0.015 à 0.030 mm) | Comme le PMMA, polymère photosensible élastique |
Usinage CNC | CNC | Utiliser des fraiseuses et des tours CNC pour enlever l'excédent de matière | Enlever l'excédent de matière (lisse) | La plupart des plastiques et des métaux de qualité technique contiennent des centaines de matériaux |
Coulée sous vide | VC | Utilisez des moules en silicone pour fabriquer des répliques de pièces en plastique | Lisse ou avec texture sélectionnée | Thermoplastique de qualité technique |
Avantages et inconvénients des différentes méthodes de fabrication
Contrat de niveau de service
Contrat de niveau de service: SLA est la méthode de fabrication additive la plus ancienne, la plus populaire et la plus rentable, et c'est la première méthode d'impression 3D appliquée au commerce. Il s'agit d'un processus consistant à utiliser un laser ultraviolet contrôlé par ordinateur pour durcir couche par couche une résine polymère photosensible liquide et à répéter le processus pour fabriquer des pièces. Les coupes couche par couche sont dérivées des fichiers de conception CAO (format .stl). Il convient de noter que les fichiers CAO au format .stl sont devenus le langage informatique par défaut pour la plupart des imprimantes 3D.
Avantages: Comparé à d'autres procédés additifs, le SLA peut produire des prototypes et des pièces de haute qualité avec des formes géométriques complexes. Le SLA est rapide, peu coûteux et les pièces fabriquées ont une excellente finition de surface et des détails optimaux, en maintenant des tolérances strictes. Il existe plusieurs bibliothèques de matériaux sélectionnables, telles que les propriétés optiques, mécaniques et thermiques, pour correspondre aux thermoplastiques standard, techniques et industriels. Les prototypes SLA sont généralement utilisés pour la fabrication de prototypes médicaux, également pour les modèles maîtres de coulée sous vide.
Désavantages: Les prototypes de fabrication SLA ont souvent une résistance insuffisante et ne conviennent pas aux tests dans des situations extrêmes. De plus, les rayons ultraviolets s'affaiblissent avec le temps dans les environnements humides.
SLS
SLS : SLS est une technologie d'impression 3D pour la fabrication de prototypes en métal et en plastique. Il s'agit d'un processus de création de prototypes couche par couche à l'aide de matériaux en poudre de chauffage et de frittage au laser haute puissance contrôlés par ordinateur, tels que le nylon ou les poudres de TPU élastiques similaires aux plastiques de qualité technique. La technologie SLS remonte aux années 1980 et a été brevetée par Carl Deckard. Semblable à de nombreux autres procédés d'impression 3D, il peut fabriquer des pièces aux formes géométriques complexes, y compris des caractéristiques internes, des contre-dépouilles, des parois minces, etc., telles que des pièces avec des structures en treillis internes difficiles à réaliser par usinage CNC.
Avantages: Par rapport au SLA, les pièces SLS sont plus précises et durables, et conviennent à certains tests fonctionnels.
Désavantages: La surface des pièces SLS a une texture granuleuse ou sableuse, manque de détails fins et est très rugueuse. Un traitement secondaire est nécessaire pour obtenir des résultats esthétiques et les matériaux disponibles sont limités.
Dmls
DMLS : Dmls est une technologie d'impression 3D pour la fabrication de prototypes métalliques et de pièces d'utilisation finale, en soudant la poudre couche par couche jusqu'à ce que la pièce soit terminée. Les pièces DMLS peuvent être fabriquées à partir de la plupart des alliages, et bien sûr, les mêmes matériaux que les pièces finales peuvent être sélectionnés pour produire des prototypes à pleine résistance et fonctionnels.
Avantages: DMLS peut fabriquer des prototypes métalliques (généralement 97 % de densité) pour les tests fonctionnels, et peut fabriquer des caractéristiques internes ou des canaux qui ne peuvent pas être réalisés par les processus traditionnels. Les propriétés mécaniques des pièces DMLS sont fondamentalement conformes à celles des pièces de fabrication traditionnelle.
Désavantages: La surface des pièces DMLS est rugueuse et nécessite un post-traitement coûteux. Si le DMLS est utilisé pour fabriquer plusieurs pièces métalliques, le coût peut être élevé.
FDM
MDF : Dans le processus de moulage par dépôt par fusion (FDM), les matériaux thermoplastiques (tels que l'ABS, le polycarbonate ou le mélange ABS/polycarbonate) sont fondus dans une buse chauffée par l'imprimante, puis la buse se déplace le long d'un chemin défini, déposant un matériau de résine liquéfié couche par couche, créant un prototype de bas en haut.
Avantages: FDM peut choisir parmi des matériaux thermoplastiques authentiques, produisant des composants à faible coût et robustes, et capables d'effectuer certains tests fonctionnels. Bien entendu, ce procédé peut également produire des pièces aux structures complexes. La technologie FDM est facile à utiliser, s'adapte à différents types et couleurs de plastique dans la fabrication d'une seule pièce et est suffisamment sûre, propre et non polluante.
Désavantages: Les pièces FDM ont souvent des trous, une résistance inégale, une mauvaise finition de surface et des marques d'ondulation évidentes. Comparé à SLA ou SLS, FDM n'est pas efficace.
SLM
SLM : Le SLM est une technologie qui utilise des lasers de haute puissance pour fondre et fusionner des poudres métalliques afin de produire des prototypes ou des pièces. Les poudres métalliques courantes comprennent les alliages de titane, d'acier inoxydable, d'aluminium et de cobalt-chrome, qui peuvent être utilisés pour fabriquer des pièces métalliques de précision à haute résistance, durabilité et complexité.
Avantages: Les pièces de précision fabriquées par SLM sont largement utilisées dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile, Défense nationale et soins médicaux.
Inconvénients: Les pièces ou prototypes fabriqués par SLM peuvent être coûteux et doivent être contrôlés par un machiniste qualifié.
POLYJET
POLYJET : PolyJet utilise une tête d'impression pour pulvériser couche par couche de résine polymère photosensible et utilise des matériaux durcissables aux UV pour construire des prototypes ou des pièces. La couche de résine pulvérisée par ce procédé peut être très fine et produire des pièces aux surfaces lisses. Les têtes d'impression peuvent être pulvérisées avec différents matériaux, permettant la construction de prototypes multi-matériaux.
Avantages: Polyjet est abordable et peut être utilisé pour fabriquer des pièces flexibles avec des structures complexes, ainsi que pour réaliser des prototypes de pièces moulées enveloppées à l'aide de matériaux souples et rigides.
Désavantages: Les pièces Polyjet ne sont pas assez résistantes pour les tests fonctionnels et peuvent jaunir après une exposition prolongée à la lumière.
Usinage CNC: Les couteaux tournent le long d'un chemin défini pour couper des blocs solides (ou des barres) de plastique ou de métal, en éliminant l'excès de matériau pour produire des pièces ou des prototypes, ce qui est un processus de réduction de matériau. Par rapport aux additifs, les pièces usinées CNC ont une excellente résistance et finition de surface, et sont relativement complètes. La gamme de matériaux sélectionnés est très large, avec des milliers de types, qui peuvent produire des pièces CNC avec de multiples fonctions, telles que la résistance à la traction, la résistance aux chocs, la température de déformation thermique, la résistance chimique et la biocompatibilité. De bonnes tolérances conviennent à l'assemblage et aux tests fonctionnels.
Avantages: Les pièces CNC ont une bonne finition de surface et des tolérances strictes, et une variété de thermoplastiques et de métaux de qualité technique peuvent être sélectionnés. Par rapport à l'impression 3D, les prototypes peuvent être livrés sous 24 heures selon la complexité de la pièce.
Désavantages: Pour certaines pièces complexes, l'usinage CNC peut présenter certaines limites. Par exemple, il est très difficile d'usiner des pièces creuses à parois minces et il est parfois nécessaire de retourner et de fixer la pièce avec des fixations personnalisées. Par conséquent, pour l'usinage de pièces aux formes géométriques complexes, le coût de l'usinage CNC est relativement élevé.
Coulée sous vide: À proprement parler, la coulée sous vide est un procédé de fabrication de petites séries de pièces. Le processus de démoussage, de mélange, de préchauffage et de moulage du matériau en polyuréthane coulé sous vide, et la réalisation d'un processus de moulage de durcissement secondaire de 2 à 3 heures dans une boîte à température constante à 60 ℃ - 80 ℃.
Avantages: La réplique réalisée par coulée sous vide peut atteindre la résistance et la dureté des matières premières telles que l'ABS, et peut également être équipée de couleurs selon les besoins. Le processus de réplique sous vide peut produire de petits lots de pièces en plastique avec des structures complexes et une épaisseur de paroi uniforme qui peuvent répondre à certaines fonctions et apparences.
Désavantages: Chaque moule peut produire jusqu'à 25 exemplaires (en fonction de la complexité du moule et du matériau de coulée) ; Si les pièces nécessitent une qualité élevée (telles que des structures transparentes ou complexes), seules 12 voire 10 répliques peuvent être fabriquées à partir d'un moule.
Combien coûte le prototypage rapide?
Il est difficile de répondre à cette question. Le prototypage rapide dépend d'une variété de facteurs différents, avec des différences significatives de coûts. Par exemple, si des informations telles que la technologie de traitement, la taille, la quantité, la finition de surface, la quantité, le matériau et le traitement de surface sont incertaines, il est difficile d'évaluer combien il en coûtera pour fabriquer un prototype, qui peut aller de quelques dizaines de dollars à Des milliers de dollars. Si vous avez terminé la conception d'un projet de prototype, n'hésitez pas à contacter DDPROTOTYPE, l'un des principaux fabricants de prototypage rapide en Chine, pour vous fournir un devis gratuit et fournir gratuitement des suggestions constructives et des solutions réalisables pour votre conception.