Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx De plusieurs jours à quelques heures : repenser le développement de prototypes

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Le développement de prototypes est une partie intégrante du processus de conception. Avec un modèle tangible en main, on obtient une meilleure compréhension des idées et des concepts. Urma AG propose, avec Formlabs, des imprimantes 3D intuitives, qui peuvent être utilisées notamment pour les prototypes et les pièces proches de la fonctionnalité.

Les pièces fonctionnelles peuvent être fabriquées à l'aide d’imprimantes 3D pour une fraction du coût des méthodes traditionnelles et permettent, dans le développement de produits, une fabrication rapide de prototypes, le jour même. Ainsi, les entreprises mettent leurs produits sur le marché plus rapidement que la concurrence. Grâce à l'impression 3D en interne, les ingénieurs peuvent rapidement concrétiser de nouveaux designs numériques et différentes versions de prototypes. Il est aujourd'hui possible de produire plusieurs prototypes au cours d'une même journée de travail et de réaliser des itérations rapides en matière de conception, de taille, de forme ou d'assemblage.

Développement de prototypes pour le moulage et la fabrication finale

Outre les avantages du design itératif, les prototypes aident les ingénieurs à finaliser les produits avant de passer à la fabrication. Cela permet d'éviter des erreurs coûteuses. Wöhler, un fabricant allemand de technologies de mesure et d'inspection, utilise différents matériaux afin de développer des prototypes adaptés à l'application spécifique des pièces et de réaliser une série de tests basés sur les exigences des utilisateurs.

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En tant que designer produit chez Wöhler, Sebastian Leifels devait concevoir un prototype correspondant à l'apparence et au fonctionnement du produit final, afin de préparer le moulage et la fabrication finale d'un nouveau produit. Il faisait face à un défi : il devait créer un prototype visuellement identique et fonctionnel avant que la production ne puisse commencer.

Le prototype devait correspondre à l'apparence et au fonctionnement du produit final. Cette phase extrêmement importante du processus de conception sert à éviter les erreurs. Des modifications du moule ainsi que du produit final peuvent s'avérer coûteuses, les coûts peuvent atteindre des montants à quatre ou cinq chiffres. Sebastian Leifels avait ce risque à l'esprit lorsqu'il a conçu le prototype de l'humidimètre pour bois Wöhler HF 550. Cet appareil mesure le taux d'humidité du bois de chauffage et des produits dérivés du bois tels que les granulés ou les copeaux. Afin de respecter ses délais, Sebastian Leifels devait pouvoir apporter des modifications au prototype rapidement et facilement. Il a donc opté pour l'utilisation de l'impression 3D de bureau. Son choix s'est porté sur une imprimante 3D Formlabs utilisant la technologie SLA, permettant de créer des modèles précis en quelques heures.

« La durée de réalisation d'un prototype a pu être réduite de plusieurs jours à quelques heures. Avec l'introduction de l'imprimante 3D pour la conception de pièces de boîtier, nous avons économisé plusieurs semaines sur l'ensemble du processus de développement », explique Sebastian Leifels.

La fabrication en interne a permis à l'équipe de Wöhler de bénéficier de davantage de contrôle et de rapidité dans le processus de conception. Si nécessaire, l'imprimante fonctionnait jour et nuit pendant plusieurs semaines durant la phase de développement. Grâce au plus grand nombre de prototypes, l'équipe a pu tester plusieurs idées, ce qui a conduit à un meilleur produit final.

Différents matériaux dans une même imprimante

Au début du processus de conception, Sebastian Leifels utilisait une imprimante 3D de bureau avec la technologie FDM (Fused Deposition Modeling = dépôt de filament fondu), qui coûtait plus de quatre fois le prix de l'imprimante de Formlabs. Cependant, même lorsque la même épaisseur de couche était choisie, l'imprimante Formlabs produisait toujours des résultats plus lisses.

« L'imprimante Formlabs permet une plus grande précision. Notre machine précédente avait une épaisseur de couche minimale de 0,178 mm. L'imprimante 3D de Formlabs en a une de 0,025 mm », constate Sebastian Leifels.

Afin de créer le prototype de l'appareil de mesure de l'humidité du bois, Sebastian Leifels a dû utiliser plusieurs matériaux différents. L'imprimante 3D FDM précédente de l'équipe ne pouvait pas imprimer avec des matériaux souples, si bien qu'un processus complexe était nécessaire. Dans un premier temps, ils ont conçu un modèle de moulage test qu'ils ont imprimé à l'aide de l'imprimante FDM. Ensuite, une phase de post-traitement exigeante a été réalisée afin de lisser la surface. Enfin, le modèle a été coulé avec un mélange de caoutchouc.

Cela représentait un processus chronophage, et l'équipe de conception ne parvenait néanmoins pas à obtenir des détails fins. Avec l'utilisation de l'imprimante 3D Formlabs, le processus a été simplifié, car les pièces détaillées peuvent être imprimées directement. Ils ont utilisé Black Resin pour le boîtier et Flexible Resin pour le panneau de commande.

Comme les touches doivent pouvoir s'enfoncer lorsque l'utilisateur les actionne, les parois des boutons doivent être très fines tout en restant résistantes. Par conséquent, la Flexible Resin permet à l'équipe de réaliser de nombreux tests sur les prototypes, sans qu'il y ait de dommages ou d'altération de la fonctionnalité des pièces. Sebastian Leifels et son équipe chez Wöhler utilisent désormais l'imprimante 3D de Formlabs pour tous leurs prototypes.

« Grâce à l'impression 3D en interne, nous avons l'avantage de pouvoir tester les pièces de chaque appareil avant la production en série. Le risque de devoir retravailler l'appareil par la suite est faible », confirme Sebastian Leifels.

L'utilisation d'une seule imprimante capable de traiter différents matériaux ouvre à l'équipe de Wöhler de nouvelles possibilités en matière de fabrication de prototypes. L'impression 3D en interne permet d'économiser beaucoup de temps et d'argent, mais le principal avantage réside dans la capacité à produire de meilleurs produits finis.

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