Étape incontournable pendant le processus de recherche et de développement, le prototypage permet de valider ou de tester un concept élaboré par les créateurs d’un projet. Il va sans dire que le nouvel objet doit être bien façonné afin de refléter fidèlement la nouvelle idée aussi bien en termes de résistance que d’esthétique, de rentabilité ou de dureté. Il peut en outre être fabriqué dans des matériaux divers tels que le caoutchouc, le plastique ou le métal. Ces matériaux possèdent chacun leurs caractéristiques techniques, leurs avantages et leurs inconvénients. Enfin, le choix de la matière première dépendra également de la destination de la pièce ainsi que de son coût de fabrication.
Le prototypage de pièces en caoutchouc
La fabrication de pièces en caoutchouc s’effectue soit par compression soit par injection. Les matières les plus exploitées sont entre autres le caoutchouc naturel, la silicone et le polyuréthane.
La méthode par compression consiste à placer le matériau dans des moules chauffés à haute température avant de le soumettre à pression pouvant aller jusqu’à 400 tonnes pour que la pièce prenne la forme voulue. Elle passera ensuite par l’étape d’ébavurage afin de lui donner une finition impeccable et plus lisse. Le grand avantage de cette technique de fabrication est qu’elle permet de fabriquer des objets avec une grande précision et en série.
La technologie par injection nécessite l’utilisation de moules dans lesquels on injectera les élastomères. Les machines utilisées possèdent un pot d’injection ainsi qu’une presse offrant une force comprise entre 150 et 500 tonnes. Les polymères passeront par une étape de vulcanisation dans un transformateur caoutchouc avant d’être refroidis avec de l’eau. À l’issue du processus, le produit sera ébavuré à la main.
Ce mode de prototypage est idéal pour la fabrication de pièces souples en caoutchouc, avec ou sans inserts. Le coût de production est toutefois assez élevé, car il nécessite l’usinage de moules.
Des prototypes en plastique qui concrétisent idéalement un projet
Le prototypage de pièces en plastique utilise un procédé de moulage par injection permettant la réalisation sur mesure de pièces avec une très grande précision. La matière sera ainsi fondue dans une cuve avant d’être coulée dans un moule en aluminium. Le choix du matériau s’effectuera en fonction des caractéristiques techniques attendues de la pièce.
Généralement, les plus utilisés sont l’ABS, le polypropylène, le PEHD ou le PEEK.
Le seul inconvénient de ce procédé de fabrication de pièces plastiques est qu’il peut se révéler coûteux et plus long à mettre en œuvre, car il nécessite la création d’un moule.
L’impression en 3D est une autre solution permettant de créer un prototype conforme à un fichier de CAO. L’avantage de cette technologie de prototypage rapide est qu’elle permet de manufacturer des pièces très précises. Pour la fabrication, on utilisera du fil en fusion thermoplastique comme le nylon, l’ABS ou les résines photopolymères.
L’inconvénient de l’impression 3D est qu’elle peut être très longue dès lors que le projet possède un design complexe. Par ailleurs, la taille des objets à fabriquer peut être limitée et doit correspondre aux dimensions du plateau de l’appareil.
Enfin, le coût de fabrication des pièces à travailler est raisonnable par rapport au prototypage nécessitant des moules. Ce mode de production permet aussi à une équipe d’être plus réactive, car elle peut modifier rapidement un article présentant des failles avant d’éditer de nouveaux prototypes.
La fabrication d’objets métalliques par l’usinage par CNC
L’usinage par CNC (Commande numérique par calculateur ou Computer numerical control) est incontournable lorsque certaines pièces industrielles ne peuvent être fabriquées qu’en acier afin de répondre à des conditions de fonctionnalité, de résistance, de stabilité, de précision ou de poids. Le processus de fabrication est simple : un bloc d’acier sera placé dans le compartiment d’un centre d’usinage et une fraise le travaillera ensuite pour lui donner la forme souhaitée. Comme l’opération est numérisée, le résultat obtenu est très précis.
L’usinage par CNC permet de manufacturer plusieurs types de métal tels que l’acier inoxydable, le titane, le laiton ou l’aluminium. Il est de même possible d’y travailler divers matériaux thermoplastiques comme le nylon, le PET, le polyphénylsulfone, le PVC.
Le point faible de cette technologie est qu’elle ne permet pas de produire des prototypes en grande série. Le coût de production est également assez élevé.
