Prototypage rapide : générateur de confiance pour les OEM

Pourquoi de nombreuses entreprises choisissent-elles d'ignorer le développement du prototype et de passer directement au développement du moule ? Pourquoi risquer des milliers d'euros et des mois de développement ? Pour deux raisons :

1. La puissance du prototypage rapide est souvent sous-estimée.
2. Le prototypage rapide est considéré comme une perte de temps et une source d'augmentation des coûts, au lieu d'un gain de temps et d'argent.
    

Cette méconnaissance ne sera pas forcément un problème si elle est abordée correctement. Comment ? C'est ce que nous vous expliquons dans ce guide.

Avant d'aborder les malentendus liés au prototypage rapide, examinons en quoi il consiste exactement. Le prototypage rapide permet essentiellement de créer un modèle physique (à l'échelle) d'une pièce ou d'un assemblage. Pour cela, vous utilisez un dessin CAO et une méthode telle que l'impression 3D ou la CNC (commande numérique informatisée) pour créer la pièce.

Le terme rapide fait référence à la vitesse à laquelle les prototypes sont produits. En utilisant différentes techniques de production, vous pouvez rapidement créer des prototypes et les itérer. Obtenir des prototypes à partir d'un moule peut prendre des semaines, alors que cela peut être fait en quelques jours avec le prototypage rapide.

Le prototypage consiste tout d'abord à définir avec précision les besoins pour la pièce spécifique et les exigences qui y sont liées. Les prototypes sont ensuite utilisés pour valider les hypothèses sur papier avec un modèle réel. Vous pouvez repérer les défauts, créer des itérations et résoudre les problèmes. Cela permet de créer un produit robuste et de faire les premiers pas vers une production performante.

Comme mentionné précédemment, le prototypage rapide dans sa forme la plus élémentaire ne nécessite rien de plus qu'un dessin CAO et une méthode pour créer le modèle physique. Mais pour optimiser le prototypage rapide, vous devez avoir une vue d'ensemble complète des spécifications de la pièce :

• Application/fonction du produit - Par exemple, vous avez besoin d'un produit emballé sous vide. Mais qu'est-ce qu'un emballage sous vide et comment le générer ?
• Aspects critiques du produit - Il peut s'agir d'une bague d'étanchéité à lèvre dont la lèvre doit former un angle exact.
• Documentation requise - Informations sur le produit, instructions de travail, etc.
• Normes/standards/certificats - Qualité alimentaire, médical, etc.
• Exigences de qualité - État de surface, type de couleur et cohérence, 1 produit sur 1000 peut présenter un défaut.
• Exigences de livraison - Comment garantir une livraison parfaite ?
   

Recueillir ces spécifications vous aidera à tirer le meilleur parti du prototypage rapide et à accéder au véritable intérêt de cette technique. Le dessin vous permet de créer le prototype, tandis que les spécifications vous permettent de le vérifier. Il est important de se rappeler qu'un dessin est un résumé de tous les choix et suppositions faits lors de la conception de la pièce. Souvent, les dessins ne mentionnent pas tous ces éléments ; mais les spécifications le font.

Pour vraiment comprendre la puissance du prototypage rapide, il faut d'abord considérer le Design for Six Sigma. Il s'agit d'une approche de la conception visant à maximiser la qualité des produits et à minimiser les erreurs et les délais de mise sur le marché.

La méthode DfSS s'exécute en plusieurs étapes :

1. Identifier les problèmes dans la conception de la machine ou du composant, tout en tenant compte des exigences, des spécifications et des conditions d'utilisation de chaque pièce.
2. Utiliser des simulations, telles que l'analyse par éléments finis au moyen de simulations informatiques.
3. Développer des prototypes et les soumettre à des itérations en utilisant le prototypage rapide.
4. Créer une série 0 pour tester le processus de production
5. Passer à la production en série en ayant l'assurance que vos pièces et votre processus sont à la hauteur.
    

En développant des prototypes, en validant leur forme et leur fonction et en itérant, vous passez en toute confiance à l'étape de la série 0. Vous vous assurez d'avoir éliminé tous les problèmes critiques ou bloquants.

Le prototypage rapide n'est donc pas un but en soi. C'est un moyen de parvenir à une fin. Le but est de livrer un produit qui répond à 3 critères :

1. Haute qualité : Pour répondre aux normes de qualité, le produit doit respecter des paramètres de qualité. Des paramètres qui exigent souvent un rapport de 1:10 000, voire de 1:100 000, lorsqu'il s'agit de défauts de produits.
2. À temps : Oui, le prototypage rapide prend du temps, mais moins de temps que de développer d'abord un moule pour livrer des prototypes. Il est question d'une semaine au lieu de 2 ou 3 mois. La recherche et l'élimination des défauts prennent moins de temps à ce stade du processus de développement que lorsque vous produisez une série 0 ou que vous êtes en pleine production.
3. Rentable : Alors qu'un seul prototype coûte environ 500 €, un moule peut facilement vous coûter entre 25 000 et 300 000 €. De plus, la correction des défauts est beaucoup moins coûteuse pendant le développement du prototype que pendant la production, car elle nécessite moins de retouches.
    

Plus vous vous rapprochez du lancement d'un nouveau produit, plus il est compliqué de résoudre les problèmes rencontrés. Après le lancement, la tâche se complique encore plus. Il est essentiel d'identifier et de corriger ces problèmes dès le début afin d'éviter des retards et des coûts supplémentaires par la suite.

Le prototypage rapide est souvent sous-estimé, en raison de la façon dont il est perçu. Pour beaucoup de gens, le prototypage rapide est synonyme d'impression 3D. Vous utilisez un dessin CAO de votre pièce pour faire une impression 3D, et cette impression 3D est plus ou moins suffisamment précise pour tester la forme. Cette vision des choses est trop limitée, car le prototypage rapide va bien plus loin :

• Un moyen de tester la forme et la fonction
• Une opportunité de réduire les coûts de production et le TCO (coût total de possession)
• Une occasion d'identifier les améliorations à apporter au processus de production

Tester la forme fait partie intégrante du prototypage rapide. Tester l'ajustement est l'un des principaux avantages de la création d'un prototype. En plus de l'ajustement, tester la forme permet également de valider si un produit ressemble à ce que vous vouliez et si vous pouvez l'installer.

Le prototype concrétise un dessin en un produit réel. Un dessin n'est pas tangible, un prototype l'est.

Le test de fonctionnement est un développement récent, surtout lorsqu'il s'agit d'impression 3D. C'est un grand pas en avant dans l'applicabilité du prototypage rapide. Il vous permet de tester les aspects mécaniques et dynamiques d'un produit avant de passer au développement du moule.

Le test des propriétés mécaniques est crucial, en particulier pour les matériaux sensibles aux influences environnementales. Prenons l'exemple du silicone : lorsqu'il entre en contact avec certains matériaux, il peut perdre ses propriétés mécaniques. Si vous utilisez un joint en silicone avec une faible résistance chimique, vous risquez d'avoir des fuites, des dysfonctionnements et des retouches coûteuses. Avoir la possibilité de tester le matériau vous donne une garantie dès le départ.

Le prototypage rapide permet de faire des tests, tels que :

• Tests des matériaux
• Tests de résistance
• Tests de processus (pouvons-nous fabriquer cela ?)
• Tests de force
• Tests d'amortissement pour les amortisseurs de vibrations
   

Chacune de ces méthodes sert à valider la qualité de votre produit, à trouver les défauts et à les corriger de manière efficace en termes de temps et de coûts.

La prévention des erreurs est synonyme de prévention des coûts, mais le prototypage rapide ne se limite pas seulement à cela. Il peut être un moyen de réduire activement les coûts de production, par exemple :

• Tester un matériau plus rentable pour voir s'il s'agit d'une alternative valable.
• Modifier la conception pour utiliser moins de matériaux tout en continuant de présenter les propriétés fonctionnelles requises.
• Optimiser la forme du produit afin de réduire la complexité et les coûts du moule.
   

Bien que ces réductions de coûts soient possibles sans avoir recours au prototypage rapide, un prototype vous permet de vérifier ces décisions. Utiliser moins de matériaux peut présenter un énorme risque si vous ne vous assurez pas que le produit fonctionne toujours. Un prototype vous aide à trouver la limite, sans la franchir, d'une manière peu risquée.

Le prototypage rapide a pour objectif principal de valider le produit. Mais vous pouvez également l'utiliser pour améliorer le processus de production. Les améliorations se présentent sous 2 formes : éliminer les blocages et trouver des optimisations.

Un exemple concret de blocage est celui d'un robot de soudage qui ne pouvait pas atteindre la ligne de soudure à cause de la construction du flexible qu'il devait souder.

Pour ce qui est de l'optimisation, un prototype vous permet de répondre à des questions telles que :

• Pouvons-nous supprimer les étapes inutiles de la production ?
• Pouvons-nous former une seule pièce à partir de pièces distinctes ?

La deuxième fausse idée concernant le prototypage rapide est qu'il est considéré comme une perte de temps et une source d'augmentation des coûts pendant le développement, au lieu d'un gain de temps et d'argent. Ce qui est loin d'être vrai. Le prototypage rapide est la solution idéale pour créer une pièce qui doit être produite avec un moule. Un prototype évite de devoir refaire un moule qui vous coûterait des semaines et des milliers d'euros. Un prototype qui ne répond pas à vos critères vous coûtera une semaine tout au plus.

Ceux qui considèrent le prototypage rapide comme une perte de temps souligneront le fait qu'il implique du temps et de l'argent supplémentaires pour le développement. Bien que ce soit peut-être vrai, cela crée une fausse dichotomie. Ne pas investir au départ peut entraîner des coûts beaucoup plus élevés par la suite. Tout ingénieur sait qu'éliminer les défauts d'une machine devient de plus en plus long et coûteux au fur et à mesure que l'on avance dans le processus de développement. Sans parler du temps et des efforts nécessaires pour faire des retouches après le lancement.

En calculant les coûts du prototypage rapide, on oublie souvent les « coûts cachés » de l'absence de prototypage. Un prototype ne représente qu'une petite partie des coûts qui seraient engendrés par le calcul des heures passées à refaire le travail, sans parler du manque à gagner et des retards de revenus entraînés par le non-respect des délais de lancement.

Vérifier un produit au moyen d'un prototypage rapide réduit considérablement les risques de retouche par la suite. Il renforce la confiance dans votre conception, réduit les délais de mise sur le marché et les coûts. Ce n'est pas un hasard si tous les grands fabricants d'équipements utilisent le prototypage rapide, qu'il s'agisse de constructeurs automobiles comme Volkswagen ou de sociétés de semi-conducteurs comme ASML. Même dans le monde du MRO (maintenance et réparation), le prototypage rapide devient de plus en plus courant. Lorsqu'une brasserie comme Heineken crée une nouvelle forme de bouteille, elle teste d'abord ses lignes de production avec des prototypes de la bouteille finale.

Lorsque le prototype est stable sur les critères critiques, vous êtes prêt à passer à l'étape suivante. Vous devez avoir répondu à la question suivante : ce produit fera-t-il ce que vous voulez qu'il fasse sous la forme dans laquelle vous l'avez conçu ? En même temps, vous devez également examiner le processus de production.

La série 0 est la suite du prototypage rapide. Ici, vous créez un moule de démonstration qui est utilisé pour tester le processus de production des pièces. Ce moule de démonstration est souvent fait avec un matériau assez résistant pour finaliser la série 0, mais pas assez robuste pour être utilisé dans la production en série. Et alors que le prototypage rapide est axé sur le produit, la série 0 est très axée sur le processus.

Grâce aux optimisations apportées lors de la phase de prototypage rapide, vous pouvez passer à l'étape suivante en toute confiance. Vous avez la certitude qu'il n'y aura pas de mauvaises surprises en ce qui concerne la forme et la fonction du composant. Vous savez que vous n'aurez pas à refaire le travail ou à prendre du retard en raison de problèmes imprévus avec votre composant. Vous savez pertinemment que la série 0 sortira comme vous le souhaitez, sans défauts de produit qui vous feront perdre des semaines ou des mois.

C'est finalement l'objectif du prototypage rapide : développer la confiance dans votre produit et votre processus.

Le prototypage rapide est le processus de création d'un produit tangible qui permet de voir des choses que l'on ne voit pas sur un dessin. Le prototype doit représenter le produit final au mieux, et le plus tôt possible dans le développement. Il vous permettra d'obtenir un retour sur les aspects techniques du produit.

Il s'agit aussi de comprendre ce que vous faites et de voir les conséquences de certains choix de conception.

Non, le prototypage rapide peut être réalisé par impression 3D, mais l'impression 3D n'est pas la seule méthode pour créer des prototypes. Toutes les pièces imprimées en 3D ne sont pas non plus forcément des prototypes rapides.

Les principales formes de prototypage rapide sont les suivantes :

• Fabrication additive/Impression 3D
• Usinage CNC
• Traçage et découpe
• Moulage sous vide - Vous créez d'abord la contre-pièce en utilisant l'impression 3D, puis vous créez la pièce par moulage sous vide.

Afin de créer un prototype capable de tester à la fois la forme et la fonction, vous devez le produire dans son matériau final. Vous pouvez le faire avec les matériaux suivants :

• Élastomères
• Plastique
• Métal
• Céramique
• Matériaux renforcés en fibres
   

Ce dernier est une technique relativement récente. En utilisant de la fibre de carbone et une machine CNC, vous pouvez créer un prototype atteignant 80 % de la résistance du produit final.