Impression 3D de Prototypes : 4 Étapes et Avantages du Prototypage 3D

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Les processus traditionnels de création de prototypes peuvent être très lents et coûteux. Cependant, il existe de nouvelles techniques permettant d’améliorer les processus de développement de produits. Ces techniques permettent de fabriquer des prototypes de haute qualité à moindre coût. La technologie de prototypage en 3D est la solution idéale pour vos besoins de prototypage rapide.

Le prototypage 3D vous donne accès à des possibilités de conception étendues et à des techniques efficaces pour économiser du temps et de l’argent. En outre, il s’agit d’une fabrication efficace adaptée à des applications dans plusieurs secteurs. Il vous permet également de conceptualiser rapidement vos idées à un coût relativement faible.

En quoi consiste le prototype d’impression 3D ? Comment le prototypage 3D peut-il bénéficier à votre produit ? Quelles sont les considérations à prendre en compte avant de lancer votre projet ? Cet article répond à toutes vos questions et vous donne les informations dont vous avez besoin pour tirer le meilleur parti de votre prototypage 3D.

Qu’est-ce que le prototypage 3D ?

Le prototypage rapide en 3D est un processus de fabrication additive qui consiste à créer des objets tridimensionnels à partir de fichiers numériques. Dans ce processus, un fabricant crée des objets en déposant des couches successives de matériau. Chaque couche est une coupe transversale fine de l’objet final.

Contrairement au processus traditionnel de fabrication soustractive, l’impression 3D n’implique pas de découper des morceaux de matériau. En outre, elle permet de produire des formes complexes avec moins de matériaux. Il existe trois grands types d’impression 3D, en fonction des niveaux de précision requis. Il s’agit des types suivants :

1- La modélisation par dépôt de matière fondue (FDM)

Cette technique de prototypage par impression 3D est la plus populaire et la plus rentable des options disponibles. Elle est facile à utiliser et implique des filaments thermoplastiques avec extrusion couche par couche. Ce procédé, qui connaît une croissance rapide, est adapté au développement de produits.

2- Frittage sélectif par laser (SLS)

Il s’agit d’une technique d’impression 3D utilisée pour le prototypage de plastique et de métal. Elle utilise des lits de poudre pour construire des prototypes couche après couche, en utilisant un laser pour chauffer et fritter le matériau en poudre.

3- Stéréolithographie (SLA)

Cette méthode crée un prototypage en 3D avec un réservoir de résines liquides photosensibles. La lumière ultraviolette (UV) permet ensuite de solidifier chaque couche du produit. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que le modèle soit complet. Il s’agit d’une solution recommandée pour les prototypes 3D haute résolution.

Les imprimantes 3D de prototypage rapide sont précieuses pour fabriquer des produits allant des pièces mécaniques et des modèles architecturaux aux conceptions de bijoux et autres produits de consommation.

Avantages d’un prototype en impression 3D

Plusieurs industries dans le monde adoptent la technique d’impression de prototypes en 3D en raison de ses nombreux avantages essentiels par rapport aux techniques de fabrication traditionnelles. Ces avantages sont les suivants :

1- Flexibilité de la conception

L’impression 3D vous permet de créer efficacement diverses itérations de vos conceptions. Elle vous donne plus de liberté et de flexibilité de conception que plusieurs autres techniques de fabrication. Un prototype 3D est créé à l’aide d’un logiciel de modélisation 3D. Par conséquent, le processus vous permet de créer facilement vos conceptions, qu’elles soient simples ou complexes. Il vous donne également la possibilité de créer n’importe quel prototype à partir de zéro tout en ajustant votre modèle 3D à n’importe quel moment de la phase de production. Cela permet d’éviter les maux de tête lors de l’utilisation de l’impression 3D pour la production de masse.

En outre, une imprimante 3D donnée peut imprimer presque n’importe quel produit, à condition qu’il entre dans son volume de construction. En outre, la commodité de l’impression 3D pour le prototypage rapide en fait un excellent choix pour tous les projets. Puisque vous devez apporter plusieurs modifications pour obtenir le produit final souhaité, vous n’aurez pas à créer un nouveau moule pour chaque itération de votre projet. Il n’y a que peu ou pas de changement dans l’équipement ou les machines tout au long du processus.

Contrairement aux techniques traditionnelles, l’impression 3D vous permet d’inclure plusieurs matériaux dans un même objet. Ainsi, vous disposez d’un éventail de propriétés mécaniques, de couleurs et de textures assorties. Vous serez également en mesure de créer et de fabriquer des géométries impossibles à réaliser avec les méthodes de fabrication traditionnelles. Ces géométries comprennent des pièces dans des pièces et des cavités creuses dans des pièces solides. Vous pouvez modifier vos conceptions comme bon vous semble pour créer des pièces uniques et de qualité.

2- Économie d’argent

Le prototypage 3D est relativement moins cher que d’autres méthodes de fabrication comme le moulage par injection. Comme nous l’avons mentionné précédemment, vous n’aurez pas à créer de nouveaux moules à chaque fois que vous modifiez votre conception. Il s’agit d’un avantage considérable, notamment pour les petites séries de production. Le processus d’impression 3D ne nécessite qu’une ou deux machines avec peu d’opérateurs pour créer un composant.

Ce processus ne nécessite généralement pas d’outillage supplémentaire. Ainsi, le coût du service d’impression 3D est généralement minime. En outre, le gaspillage de matériaux dans l’impression 3D est très faible car il s’agit d’un processus de fabrication additive. Il implique la construction d’un composant à partir de la base, et il n’y a pas de découpe de blocs solides comme dans l’usinage CNC.

3- Gain de temps

L’un des avantages les plus importants de la technologie d’impression 3D est qu’elle assure un prototypage rapide. Par conséquent, vous pouvez concevoir, développer et tester votre pièce personnalisée dans les plus brefs délais. Même si vous devez modifier la conception à un moment donné, vous pouvez le faire sans nécessairement affecter la vitesse de fabrication. Contrairement aux procédés traditionnels, les techniques d’impression 3D vous permettent de concevoir votre pièce, de la fabriquer en interne et de la tester en quelques jours, voire moins.

La fabrication additive évite également le processus de création du moule et l’attente de la préparation de l’outil. C’est souvent une différence importante pour les petites entreprises qui ont besoin de petites séries de production. Vous pouvez accélérer le développement des produits et les mettre sur le marché dans des délais très courts. Vous êtes également libéré de la question des commandes minimales.

4- Essais de prototypes fonctionnels

Le large éventail de matériaux d’impression 3D disponibles aujourd’hui permet de créer des prototypes fonctionnels avancés. Ce sont ces prototypes que vous déployez pour des tests de marché rentables afin de vous assurer qu’ils répondent à vos exigences et aux besoins de vos consommateurs.

Vous pouvez facilement tester un prototype d’impression 3D et modifier le fichier CAO si vous découvrez des défauts. Vous obtenez un retour de vos investisseurs et clients potentiels sur le produit physique sans risquer d’importantes dépenses initiales pour le prototypage. Vous bénéficiez ainsi d’un avantage concurrentiel global dans votre secteur.

Comment imprimer des prototypes en 3D ?

Le processus d’impression 3D de prototypes se déroule en quatre étapes essentielles :

1- Conception CAO

Le point de départ de votre projet de prototypage 3D est le développement d’un fichier de conception CAO. Vous pouvez travailler avec des sociétés de conception de produits pour développer le logiciel 3D permettant l’extrapolation de la conception. Il existe plusieurs formats de fichiers disponibles pour l’impression 3D. Il est essentiel que vous vérifiiez d’abord les formats de fichiers pris en charge par l’imprimante.

En outre, vous devez vérifier les programmes disponibles pour la conception des fichiers. Certains des formats de fichiers courants sont disponibles :

  • STL
  • OBJ
  • AMF
  • 3MF

Une fois que vous disposez d’un fichier imprimable, vous pouvez alors préparer le fichier pour votre imprimante 3D. D’où l’étape suivante.

2- Le prétraitement numérique

Le processus de préparation du fichier pour votre imprimante s’appelle le découpage en tranches. Cela signifie que vous divisez le modèle 3D en centaines de couches à l’aide d’un logiciel de découpage. Une fois découpé en tranches, votre fichier est prêt pour l’imprimante et vous pouvez l’alimenter par USB, Wi-Fi ou SD.

L’étape de prétraitement numérique implique également le choix des matériaux et des paramètres. Il existe plusieurs matériaux d’impression 3D à choisir en fonction des propriétés souhaitées de votre produit final. De même, vous devez définir d’autres paramètres du processus, notamment le placement et la taille de l’impression.

3- Impression 3D de votre prototype

Une fois que vous avez téléchargé le fichier découpé dans l’imprimante 3D, le processus d’impression commence. Les imprimantes 3D utilisent les instructions du fichier pour dicter la disposition des matériaux. Les imprimantes construisent ensuite la pièce en déposant des couches du matériau d’impression 3D. Bien que les principes soient similaires, le type d’imprimante que vous utilisez déterminera la manière dont le processus sera réalisé. Il peut également y avoir des finitions post-traitement comme la peinture et le brossage en poudre après le processus d’impression.

4- Inspection

Une fois le prototypage 3D terminé, l’étape suivante consiste à inspecter le prototype et à le soumettre à des tests de marché. C’est généralement le cas pour les prototypes fonctionnels. Les ingénieurs internes peuvent inspecter le composant pour détecter les défauts et les modifications. Vous pouvez également le présenter à des consommateurs potentiels pour vous assurer qu’il répond à leurs besoins. S’il est nécessaire d’apporter des modifications, il y a suffisamment de place pour le faire.

Les services d’impression 3D de Natis3D

La réalisation de votre projet d’impression 3D est toujours plus facile lorsque vous travaillez avec le meilleur partenaire de prototypage. Natis3D vous offre un service d’impression 3D de haute qualité et rentable qui répondra aux exigences uniques de votre projet.

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Les 4 principales considérations avant le prototypage 3D

L’impression 3D donne les meilleurs résultats en matière de prototypage, mais vous devez tenir compte de certains facteurs avant de vous lancer dans un projet de prototypage 3D. Cela vous aidera à tirer le meilleur parti de votre projet. Ces facteurs sont les suivants :

1- Matériaux d’impression 3D

Comme nous l’avons vu plus haut, vous disposez d’un large éventail de matériaux pour vos projets d’impression 3D. Les divers matériaux offrent la possibilité de manipuler les propriétés de conception, de conférer de la flexibilité, de la transparence, etc., en fonction de vos besoins.

Toutefois, vous devez vérifier les aspects suivants avant de choisir votre matériau :

Le prix

Il s’agit de l’une des considérations les plus importantes pour de nombreuses entreprises. Vous visez les matériaux qui permettent de réduire le coût tout en donnant les propriétés nécessaires. Par exemple, vous souhaitez commencer les premières étapes du prototypage avec du plastique avant de passer à l’impression 3D en métal. Ce choix est plus rentable que l’utilisation du métal dans son intégralité. Il existe plusieurs matériaux plastiques pour vous procurer une solution économique.

La précision et la qualité du matériau

Un prototype d’impression 3D vous donne un parfait aperçu de ce à quoi ressemblera le produit final. Par conséquent, votre sim est de créer un prototype fonctionnel. Par conséquent, votre choix de matériau doit s’aligner sur la complexité de votre projet. Vous devez également connaître les propriétés mécaniques du matériau pour vous assurer qu’il convient à votre projet.

Directives de conception du matériau

Il existe différentes directives de conception pour différents matériaux. En choisissant un matériau, assurez-vous de vérifier que la dimension et la géométrie s’alignent sur les propriétés du matériau. Si vous avez un mur trop fin pour un matériau non adapté, le fichier risque de ne pas être imprimable. Par conséquent, le processus sera contre-productif.

2- L’application du produit

L’application de votre produit doit également être une priorité lorsque vous prenez vos décisions. Supposons que vous conceviez un prototype qui doit reproduire l’esthétique du produit final. Dans ce cas, vous devez choisir une technologie d’impression 3D qui offre une résolution plus fine. Sinon, vous devrez peut-être prévoir un budget pour le post-traitement. D’autre part, vous devez choisir une technologie qui offre d’excellentes tolérances si vous avez besoin de prototypes fonctionnels.

3- Technologie d’impression 3D

Les différentes technologies d’impression 3D ont leurs propres styles de construction, propriétés des matériaux et limites de conception. La méthode que vous choisissez déterminera les ajustements à apporter à votre conception, tels que les décalages et les écarts. Polyjet vous permet de combiner des matériaux durs et souples. Il permet également d’obtenir la transparence et les couleurs.

D’autre part, la stéréolithographie (SLA) construit des pièces avec des finitions de surface lisses. Ces procédés sont les plus adaptés si l’esthétique est une préoccupation majeure. En revanche, le frittage sélectif par laser (SLS) et la modélisation par dépôt en fusion (FDM) sont plus adaptés aux prototypes fonctionnels. Ces technologies permettent de fabriquer des pièces durables avec différents matériaux. Ainsi, votre choix dépendra des exigences de votre projet.

4- Formats de fichiers

Il est conseillé d’envoyer vos fichiers CAO dans le bon format pour garantir une excellente construction. Le format de fichier .STL est le plus populaire pour les constructions et les montages. Bien que vous puissiez convertir des fichiers CAO natifs au format .STL, certains problèmes peuvent survenir si vous n’utilisez pas le logiciel natif. Les meilleurs fichiers ne comportent qu’une seule coquille, sans bords non partagés. Votre fichier doit également indiquer l’unité de mesure. Cela contribuera à réduire les erreurs potentielles.

Les meilleurs matériaux 3D pour l’impression de prototypes

Si l’impression 3D est l’une des meilleures méthodes de prototypage, vous devez choisir les meilleurs matériaux pour tirer le meilleur parti de votre projet. Il existe plusieurs matériaux pour l’impression 3D de prototypes, et votre choix dépend des besoins de votre projet. Voici quelques-uns des matériaux les plus utilisés pour l’impression de prototypes 3d.

Nylon PA12

Il s’agit d’un matériau plastique blanc, et il fait partie des matériaux les plus abordables pour le prototypage. Malgré son coût relativement bas, le Nylon PA12 possède d’excellentes propriétés mécaniques. Il provient d’une fine poudre de polyamide, ce qui le rend parfait pour le prototypage et les séries de production. Ce matériau d’impression 3D fonctionne mieux avec la technologie de frittage laser sélectif (SLS).

Multi Jet Fusion PA12

Ce matériau est un plastique gris, parfait pour le prototypage et la production. La version brute du Multi Jet Fusion PA12 est l’option la moins chère du marché. Vous pouvez facilement apporter des modifications à faible coût. De plus, l’utilisation de ce matériau permet d’obtenir des produits résistants à l’abrasion et aux rayures. Cela les rend utiles pour les tests de prototypes. Le Multi Jet Fusion PA12 est également stable aux intempéries, stabilisé aux UV et à la lumière. Il s’agit donc d’une option parfaite pour les tests dans des conditions extérieures.

Résine de prototypage

Cette résine est plus adaptée aux prototypes non fonctionnels, et vous ne souhaitez pas l’utiliser pour les grandes séries de production. Lorsque vous souhaitez fabriquer des composants très détaillés, la résine de prototypage est un choix parfait. Elle offre des finitions de surface lisses, similaires à celles des produits fabriqués par moulage par injection plastique. Ce matériau est idéal pour la stéréolithographie (SLA).

PLA

Le Fused Deposition Modeling (FDM) est une technique intéressante, particulièrement utile pour les filaments d’acide polylactique (PLA). Le PLA est un matériau facile à utiliser, très rigide et résistant. Sa température d’impression est basse et sa déformation minimale, ce qui en fait l’un des matériaux d’impression 3D les plus faciles à utiliser. C’est également un matériau peu coûteux, qui permet de créer des pièces fiables pour de nombreuses applications différentes. Si l’esthétique et les détails fins sont une préoccupation majeure, le PLA devrait être votre matériau de prédilection.

TPU

Si votre projet de prototypage en impression 3D nécessite un plastique flexible, le TPU est la solution idéale. Ce matériau possède les propriétés du caoutchouc, notamment une grande élasticité et une grande résistance. Par conséquent, il conviendrait à votre projet de prototypage si vous avez besoin de quelque chose de flexible. Les composants fabriqués à partir de ce matériau sont résistants à la fatigue et au stress, et c’est également un excellent choix pour les produits finis.

Obtenir des prototypes rentables et réussis grâce à l’impression 3D

L’impression 3D est un moyen très rentable de produire rapidement de nombreuses itérations de conception et d’obtenir un retour d’information immédiat tout au long des premières étapes critiques du processus de développement du produit.

La possibilité d’affiner rapidement la forme, l’ajustement et la fonction peut améliorer considérablement les coûts de production et les délais de commercialisation. Cela peut créer un avantage concurrentiel distinct pour les entreprises qui intègrent l’impression 3D dans leur processus de conception.

L’impression 3D peut augmenter les chances de succès du lancement d’un produit en permettant des évaluations de conception plus rapides et un processus plus itératif. La conception d’un produit réussi nécessite l’examen et la contribution de nombreuses sources, et les équipes de conception peuvent examiner les concepts plus tôt avec les parties prenantes de l’entreprise. Une collaboration rapide avec l’ingénierie, le marketing et l’assurance qualité permet aux concepteurs de produits et aux ingénieurs d’apporter des ajustements tout au long du processus de conception et des tests de suivi.

En fin de compte, un processus de conception optimisé avec un plus grand nombre d’itérations de prototypes peut contribuer à minimiser le risque de défaillance du produit. Les prototypes imprimés en 3D permettent aux concepteurs d’avoir une connaissance approfondie des produits plus tôt dans le processus de développement, ce qui réduit le risque que les problèmes passent inaperçus. Grâce à la finesse des détails et à leur résistance aux tests rigoureux, les concepteurs et les ingénieurs peuvent avoir davantage confiance dans leur travail à mesure qu’ils avancent dans le cycle de vie du développement du produit.

Du prototypage 3D à la fabrication

Au départ, l’impression 3D était uniquement utilisée pour le prototypage. Cependant, elle est désormais également utilisée comme méthode de fabrication supplémentaire. Cela est dû principalement à deux facteurs :

Le développement des matériaux

L’un des facteurs qui rendent possible la fabrication de petites séries de pièces finales avec l’impression 3D est le développement de matériaux qui permettent des applications pour des environnements exigeants grâce à leurs propriétés mécaniques ou à des propriétés spécifiques.

C’est le cas par exemple des matériaux ESD, disponibles sous forme de filament, de poudre et même de résine, qui permettent de fabriquer des produits avec une protection contre les décharges électrostatiques.

Progrès des technologies d’impression 3D

Grâce aux progrès réalisés ces dernières années et aux travaux de R&D des équipementiers, les fonctionnalités offertes par les imprimantes 3D se sont considérablement améliorées, au point de pouvoir fabriquer des pièces très complexes avec une qualité industrielle.

Toutes les technologies d’impression 3D ont considérablement progressé. Citons par exemple les imprimantes 3D SLA de FormLabs pour le secteur médical et dentaire, Form 3B+ et Form 3BL, qui peuvent imprimer en 3D des matériaux biocompatibles, ou les imprimantes 3D SLS de Sinterit, qui peuvent produire des pièces très complexes sans support, ainsi que les modèles de bureau tels que Lisa, Lisa Pro ou Lisa X.

Sans aucun doute, la fabrication par impression 3D permet aux utilisateurs professionnels de produire des prototypes et même des pièces finales de qualité industrielle, et constitue actuellement l’une des méthodes de fabrication les plus utilisées pour le prototypage rapide dans une multitude de secteurs. Grâce à la variété des technologies, des équipements et des matériaux, il est possible de trouver des solutions pour presque toutes les applications.

Pour conclure sur l’impression 3D de prototypes

Le prototypage rapide en 3D est un procédé de fabrication efficace pour une ingénierie plus rapide et de meilleure qualité. Il accélère vos flux de travail et élimine les goulots d’étranglement du cycle de prototypage traditionnel. L’utilisation du prototypage par impression 3D permet de réduire les coûts et les délais de mise sur le marché tout en facilitant les tests de conception et en offrant des avantages globaux en matière de prototypage. Avant de vous lancer dans un projet d’impression 3D, vous devez réfléchir au partenaire de fabrication avec lequel vous allez travailler.

Natis3D est votre meilleure option pour créer des prototypes d’impression 3D de haute qualité. Nous fournissons les meilleures technologies d’impression 3D, les meilleurs matériaux et l’expertise nécessaire pour vous aider à tirer le meilleur parti de votre projet. Nos capacités de fabrication vous permettront également d’obtenir votre prototype dans des délais courts et à des prix abordables. Téléchargez votre fichier CAO dès aujourd’hui, et c’est parti !

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