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10 outils pour fabriquer rapidement votre prototype

Ok, aujourd’hui on change un peu de thématique. Non pas que j’en ai assez de parler des montages de mes projets Makers et DIY et de ceux que je découvre, mais j’ai une passion plus générale : l’innovation et la création de produits. D’un point de vue général, mon truc, c’est d’utiliser ma tête et mes dix doigts pour créer des « trucs », y compris professionnellement.

Pour être tout à fait transparent j’ai été à mon compte, ingénieur indépendant, spécialiste en innovation produit et conception mécanique. J’avais écrit quelques articles sympas (à mon goût) sur l’innovation produit et sur le prototypage de produits. Pour divers raisons personnelles, j’ai mis fin à cette activité, j’ai supprimé le site, mais j’ai gardé les articles que je vais remettre au goût du jour et publier sur OhMyFab, élargissant ainsi le champs des thématiques de OhmyFab! Alors fini les explications, place au contenu !

Quand on crée un produit innovant, la réalisation d’un prototype est une étape indispensable pour valider les aspects et les détails de la conception du produit, pour tester son fonctionnement tout autant que valider son potentiel commercial. Et comme on vit une époque formidable, il n’y a plus besoin d’acheter une usine avant de sortir la moindre pièce.

Les techniques de réalisations numériques, largement utilisées pour la fabrication d’un prototype peuvent aujourd’hui aussi être utilisées pour la réalisation de petites séries (de quelques unités à quelques milliers), permettant même d’envisager de lancer un début de production sans investissement massif, autre qu’un stock de composants pour assembler votre produit. Mais comment faire pour créer des pièces sans investir dans les différents outillages nécessaires ?

Et bien il existe un certain nombre de techniques et d’outils qui vous vous permettre de réaliser ces pièces sans allouer votre budget à de lourds investissements. Ces techniques peuvent aussi être utiles pour la réalisation de production en petites séries, ou pour des préséries de test fonctionnelle ou de test marché.

Je vous propose un petit tour d’horizon de 10 techniques disponibles pour la création de vos produits.

 

Usine numérique

La généralisation depuis plusieurs années des outils numérique a été une avancée majeure dans la simplification et la réduction des coûts de fabrication des prototypes. Ces outils directement pilotés par une chaîne numérique permettent de réaliser l’ensemble des pièces à partir d’un fichier numérique CAO. Ces outils permettent de réaliser des pièces certes plus chères que celles produits par des outillages des productions spécialisé de grande série, mais très compétitifs pour des réalisations en petites séries ou de pièces uniques.

 

Logiciel CAO compatible

C’est la base tout le processus de création. Utiliser un logiciel de CAO et réaliser un modèle numérique est une première étape de conception indispensable pour la conception de votre produit mais va aussi servir de base à l’utilisation des outils de production numérique, en particulier grâce à l’utilisation de fichiers d’échange directement interprétable par ces machines, tel que le STL.

Impression 3D

La révolution de l’impression 3D permet désormais de réaliser presque tout type de pièces dans un grand choix de matériaux plastiques et métalliques. C’est actuellement l’outil au cœur du processus de création d’un prototype, puisqu’il permet d’obtenir un modèle de votre pièce en quelques jours, et pour un prix tout à fait raisonnable dans la plupart des cas.

Malheureusement, il reste encore quelques freins à la réalisation de l’ensemble de vos projets, c’est pour cela qu’on va multiplier les techniques pour arriver à réaliser le produit dans ses moindres détails.

 

Usinage CNC

L’usinage sur des centres d’usinages CNC offre une grande flexibilité de réalisation tant en forme qu’en matériaux. C’est un outil parfait pour réaliser autant des pièces fonctionnelles que des pièces d’aspect. Particulièrement utilisée dans la production industrielle, la flexibilité de ces outils va permettre d’usiner des pièces à l’unité ou en très petite série. Cette technologie est particulièrement intéressante pour prototype des pièces de fonderie ou d’injection avant la réalisation des outils. C’est d’ailleurs une solution meilleure que l’impression 3D, pas forcément beaucoup plus couteuse, surtout lorsque les contraintes de matières ou de résistances mécaniques sont des points clé. C’est aussi très certainement la technologie la plus à même de tenir les dimensions finales de la pièce avec le plus de précision possible.

En revanche l’utilisation de l’usinage CNC en prototypage est assez coûteux, non seulement due à l’utilisation de machine très chère à l’achat, mais aussi au temps de programmation nécessaire avant de lancer la fabrication de la pièce.

Au-delà des pièces mécaniques en métal, on utilise l’usinage CNC pour la réalisation de prototypes de grandes dimensions, difficiles à réaliser en impression 3D (carrosserie, coques, …), comme par exemple des panneaux d’habillages en 3D ou en 2D (découpe de panneaux). On peut alors utiliser des machines de fraisage plus légères qui vont usiner des matériaux tendres tel que des blocs de mousse, de plastique ou de bois.

 

Découpe laser

La découpe laser au même titre que les autres outils CNC présentés ci-dessus ont une grande flexibilité d’utilisation. Il est ainsi aisé de découper des tôles métalliques (aluminium, acier, laiton, …), mais aussi de bois, du carton, du plexiglas et bien d’autres encore.

Bien sûr ces découpes sont parfaitement plates et ne proposent pas d’autre alternatives. Si ce n’est pas parfaitement adapté à vos besoins, il faut parfois repenser les pièces pour s’adapter à ces contraintes. La découpe laser est une technologie très abordable, même pour la découpe de métaux.

 

Duplication résine

Il arrive parfois que les besoins de votre prototype nécessitent des matériaux ou des aspects particuliers. Si par exemple vous voulez réaliser des hublots ou des éléments optiques, l’impression 3D n’offrira pas la transparence suffisante et l’usinage CNC nécessitera des finitions fastidieuses. Et bien pour cela, la duplication sous vide permet de réaliser des pièces en coulant une résine liquide dans un moule rapide en silicone réalisé à partir d’un master souvent réalisé en impression 3D, mais pourquoi pas usiné ou réalisé à la main.

Cette technologie est particulièrement utile pour la réalisation de pièce nécessitant un aspect ou une résistance proche de la bonne matière. Il existe une très grande diversité de résines pour imiter la plupart des matières plastiques. Cette technique utilise un modèle de départ fait en impression 3D, une finition, un outillage un matériaux onéreux et l’utilisation d’une machine spécifique pour la coulée sous vide. Donc évidemment les coûts peuvent être important, mais cet investissement permet la production de quelques dizaines de pièces d’aspect.

Si vous n’en êtes pas à ce stade, il est possible de mettre en œuvre des techniques du même type, chez vous, simplement, bien que moins performante. Pour cela allez voir du côté des fournitures d’art et de la coulée silicone RTV.

 

Moule Rapide en impression 3D

Quand il s’agit de prototyper et mettre au point des pièces pour l’injection, ou de réaliser des pièces plastiques en très petites série, il est apparu une nouvelle technologie il y a quelques années, permettant de réaliser des empreintes de moules en impression 3D. Intégré dans une carcasse de moule spécifique en acier, cette technique permet de réaliser des pièces d’injection sans investir dans un moule complet.

A noter que certains moulistes peuvent aussi proposer la réalisation d’empreintes en aluminium qui seront intégrés dans des carcasses standardisées. Toutes ces techniques restent relativement coûteuses et sont déjà un pas vers l’industrialisation de votre produit. Mais lorsque c’est indispensable, ces technologies sont une possibilité de tester des pièces d’injection pour quelques milliers d’euros, contre quelques dizaines de milliers pour un moule de production complet.

 

Tôlerie

Les pièces de tôleries ne nécessitent pas toujours d’outillage spécifique. La plupart des sous-traitant en tôlerie sont équipés de manière à répondre à la plupart des demandes sans avoir à investir dans de l’outillage spécifique. Les ensembles mécano-soudés sont donc réalisables sans investissement spécifique et peuvent être une bonne alternative pour prototyper des pièces structurelles. La réalisation de ce type de pièces nécessite un vrai savoir-faire et un peu de mise au point. Les pièces prototypes restent relativement onéreuses, mais les prix tombent vite, dans que vous avez besoins de quelques pièces supplémentaires.

On y pense plus rarement, mais la tôlerie, c’est l’art de transformer des matériaux en feuille, du métal bien sûr, mais aussi du plastique. En effet la tôlerie plastique permet la réalisation de pièces de panneautage et des composants plastiques de grandes dimensions sans investir dans de l’outillage. Les coûts sont similaires à la tôlerie métal.

Thermoformage

Le thermoformage est utilisé en production de façon industrielle pour la réalisation de capotage en petite et grandes séries, mais restent lié à l’achat d’outillages assez coûteux. Mais il existe aussi des petites machines pour faire des petites pièces en plastiques à partir d’un master fraisé en usinage CNC pour obtenir des pièces à prix abordable. Mais pour les premiers essais faites comme les plus téméraires des makers, et utilisez votre four pour chauffer les feuilles de plastique, une boite avec un plateau perforé et un aspirateur pour faire le vide !

 

Vos mains

Et bien oui, il faut aussi savoir se salir un peu les mains, pour finaliser les prototypes et s’approcher du résultat final d’une pièce réalisée par un outillage de production bien réglé. Des maquettistes professionnels sauront réaliser pour vous des finitions parfaites. Mais pour bien des réalisations, un petit atelier bien équipé suffira. N’hésitez pas à aller voir du côté du matériel de hobbyiste et de modélistes qui seront très pratiques pour réaliser les finitions de votre prototype.

Des cartes électroniques de développement

La plus connue est sans doute l’Arduino, mais il en existe des tas, open sources ou propriétaires. J’insiste beaucoup sur l’aspect technique de fabrication mécanique, de part ma spécialité, mais ces cartes permettent grâce aux centaines de cartes d’extensions disponibles sur le marché de prototyper la plupart des fonctions électronique et software sans avoir à développer le moindre PCB, tout en créant tout ou partie des fonction électroniques de votre produit. En revanche, il faut savoir coder un minimum pour mettre tout cela en œuvre et la courbe d’apprentissage peut être longue pour arriver au niveau de ses ambitions (croyez-moi, j’en sais quelque chose).

 

Je vous ai présenté ce qui me semble être les 10 outils les plus intéressants, comme toute liste, elle n’est certainement pas exhaustive et il existe encore bien des solutions pour réaliser des maquettes et prototypes aussi proches que nécessaires de vos besoins. Mais ces 10 technologies sont à mon avis suffisantes pour créer un prototype fonctionnel, et pas trop moche de n’importe quel produit !

Comme vous pouvez le voir, cet article diffère un peu du contenu habituel du blog, plus orienté vers la création de projet de point de vue professionnel. Mais soyons honnête, la plupart d’entre nous a déjà pensé ou rêver transformer une de ses idées en produit commercial non ? Pour ceux qui se l’avouent, il est facile de voir que les outils nécessaires à la construction de vos prototypes et la mise en œuvre de vos idées de nouveaux produits est la somme de petites techniques assez abordables, par l’intermédiaire de petites machines que vous pouvez vous offrir, par l’accès aux machines d’un fablab ou par l’utilisation de services de fabrications sur mesure sur internet. Il vous restera « uniquement » à innover !

A bientôt sur OhmyFab!

 

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