Prototypage rapide : ce que c'est et quel procédé choisir à chaque étape du développement

Le prototypage rapide consiste à fabriquer une pièce directement à partir du fichier 3D, sans moule ni outillage, pour la tenir en main en quelques jours et non en semaines. Aujourd'hui, cela signifie quatre procédés : impression 3D à partir de 5 jours ouvrables, usinage CNC et découpe et pliage de tôle à partir de 8, et coulée sous vide à partir de 10. À chaque étape du développement, quelque chose de différent est validé (la forme, la fonction, l'aspect, la série) et c'est pourquoi le procédé approprié change d'une étape à l'autre.

Ce guide parcourt les quatre étapes, ce qui est vérifié à chacune et quel procédé, matériau et quantité conviennent, avec les délais de notre service de fabrication de prototypes et de séries courtes.

Qu'est-ce que le prototypage rapide ?

Le terme est né dans les années 80 avec la stéréolithographie : pour la première fois, une pièce sortait d'un fichier sans fabriquer auparavant un moule. Pendant des années, « prototypage rapide » était synonyme d'impression 3D. Aujourd'hui, le concept est plus large : tout procédé qui fabrique une pièce sur mesure à partir du CAO, sans outillage spécifique, en quelques jours. L'usinage CNC, la tôle découpée au laser et pliée, et la coulée sous vide dans des moules en silicone entrent dans la définition, et chacun répond à une question différente du développement.

L'opposé du prototypage rapide n'est pas la lenteur, mais l'outillage : un moule d'injection ou une matrice d'estampage qui coûte des milliers d'euros et des semaines et ne se justifient que lorsque le design ne va plus changer.

Les quatre étapes et ce qui est validé à chacune

Étape 1 : le prototype de concept

Il sert à vérifier que la pièce rentre, est bien saisie et s'adapte aux autres. Il n'a pas besoin du matériau final ni des tolérances : il faut de la rapidité et du prix. L'impression 3D MJF en PA12 est l'option par défaut : sans supports, avec une précision de ±0,3 mm jusqu'à 100 mm et dès une unité. Si vous voulez juste voir un volume, une imprimante de bureau à la maison suffit ; dès que la pièce a des clips, des filetages ou des parois fines, le PA12 résiste et le PLA non. Plus d'informations sur cette technologie dans comment ça marche l'impression 3D Multi Jet Fusion.

Étape 2 : le prototype fonctionnel

Ici, la pièce doit fonctionner : supporter une charge, tourner sur un roulement, résister à la température ou s'adapter à une pièce achetée. Le processus se décide selon le matériau dont la fonction a besoin :

• Métal ou plastique technique avec tolérances : usinage CNC de pièces sur mesure, avec une tolérance générale ISO 2768-f et jusqu'à IT7 sur les cotes qui ajustent. Aluminium pour la plupart des cas ; acier ou inoxydable s'il y a de l'usure ; POM ou PEEK en plastique.
• Géométrie complexe, boîtiers, conduits, clips : MJF en PA12, qui supporte montage et usage, et TPA lorsque la pièce doit fléchir.
• Supports, châssis et enveloppes : découpe laser et pliage de tôle, en acier, inox ou aluminium de 0,3 à 15 mm.

C'est l'étape où l'on apprend le plus et où l'on fait le plus de versions. Un conseil : commandez chaque version en une seule unité et ne passez à cinq que si le design résiste à l'essai.

Étape 3 : le prototype d'aspect

Pour une présentation, un salon, une photo de catalogue ou un test avec des utilisateurs, la pièce doit ressembler au produit final : couleur de marque, brillance, texture, transparence. La coulée sous vide copie un maître fini à la main et donne des pièces en polyuréthane rigide, flexible ou transparent en couleur RAL pigmentée en masse ; c'est le plus proche d'une pièce injectée sans faire le moule. En métal, l'usinage avec anodisation ou peinture remplit le même rôle. Les finitions disponibles sont dans finitions pour pièces usinées.

Étape 4 : la présérie de 10 à 300 pièces

Avant de commander un moule d'injection, il convient de mettre des pièces réelles entre les mains de clients pilotes, de monter les premiers équipements et de valider le processus. La coulée sous vide est pensée pour cela : environ 20 copies par moule en silicone, plusieurs moules pour des séries de 100 ou 300, et le même aspect sur toutes. Si la pièce est métallique, l'usinage CNC en série courte abaisse le prix unitaire en répartissant le programme et le serrage ; si elle est fonctionnelle en plastique, la cuve de MJF se remplit de pièces. Quand chacun se rentabilise se trouve dans coulée sous vide ou injection : quoi choisir.

Quel processus choisir ? L'arbre de décision

1. La pièce est-elle en métal ou a-t-elle besoin de tolérances d'ajustement ? → Usinage CNC.
2. Est-elle en tôle : plate, pliée, à épaisseur uniforme ? → Découpe et pliage.
3. Est-elle en plastique, avec une géométrie complexe, des cavités internes ou des clips, de 1 à 500 unités ? → Impression 3D MJF.
4. Doit-elle ressembler à une pièce injectée, avec couleur et finition, de 10 à 300 unités ? → Coulée sous vide.
5. Pour plus de 300 pièces identiques en matériau définitif : injection, précédée d'une présérie par coulée sous vide.

Le sélecteur de procédé de fabrication pose ces questions de manière interactive et vous retourne le procédé et le matériau en un minute. Si la pièce comporte deux parties distinctes, elles sont combinées : par exemple, un boîtier en PA12 et un arbre en aluminium.

Combien cela coûte et comment réduire le prix.

Sans outillage, la première pièce est la plus coûteuse et le prix unitaire baisse ensuite : en usinage CNC, le programme et le serrage sont répartis, en MJF la cuve est remplie, en coulée sous vide les maîtres et les moules sont amortis. Quatre façons de payer moins :

• Demandez le devis avec trois quantités et examinez la courbe avant de décider.
• Concevez pour le procédé : rayons de 1 mm et poches peu profondes en CNC, parois de 1,5 mm et cavités avec évacuation de la poudre en MJF, épaisseurs uniformes et angles de dépouille en coulée.
• Tolérances uniquement sur les cotes fonctionnelles ; les tolérances générales sont déjà fines. La fiche de tolérances par procédé l'explique.
• Validez sur le matériau peu coûteux ce qui est possible (aluminium avant l'acier inoxydable, PA12 avant le polyuréthane peint) et réservez le matériau coûteux pour la dernière version.

Cinq erreurs courantes.

1. Imprimer en 3D un prototype qui doit résister à 120 °C ou porter un roulement : il s'agit d'une pièce d'usinage.
2. Commander dix unités d'une version qui n'a jamais été testée.
3. Fixer des tolérances de ±0,02 sur tout le plan « au cas où ».
4. Présenter au client une pièce grise en PA12 alors que le produit sera blanc brillant : la coulée sous vide existe pour cela.
5. Commander le moule d'injection avant la présérie.

Foire aux questions sur le prototypage rapide.