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Depuis sa création, la technologie de prototypage rapide est devenue un outil indispensable dans le développement de produits, la vérification de la conception et les processus de fabrication en raison de son efficacité, de sa flexibilité et de sa précision. Le cœur de cette technologie consiste à utiliser des données de conception assistée par ordinateur (CAO) pour générer directement un modèle solide tridimensionnel par superposition de couches. La clé de la réalisation de ce processus réside dans les différents matériaux utilisés. Cet article a pour but d’explorer les différentsmatériaux utilisés dansprototypage rapide, analyser leurs propriétés et leur adéquation à différentes applications.

Qu’est-ce que le prototypage rapide ?

Prototypage rapide, en bref, fait référence à l’utilisation d’une technologie de fabrication avancée ou d’un logiciel de conception dans les premières étapes du développement d’un produit pour produire un modèle préliminaire ouPrototype rapidedu produit à moindre coût et dans un délai plus court. Ceux-ciPrototypes rapides peuvent être fonctionnelles, cosmétiques ou même une combinaison des deux et sont utilisées pour tester, valider des concepts de design, évaluer l’expérience utilisateur, présenter aux investisseurs ou faire du marketing.

Le principe est de réviser et d’améliorer continuellement la conception des produits grâce au cycle « build-test-learn-feedback ». Par rapport au processus traditionnel de développement de produits, prototypage rapidese concentre davantage sur la vitesse et la flexibilité, ce qui permet aux concepteurs et aux ingénieurs de découvrir et de résoudre les problèmes dès le début du développement du produit et d’éviter des modifications coûteuses et chronophages par la suite.

Quels sont les matériaux couramment utilisés dans le prototypage rapide ?

LeMatériaux de prototypage rapidesdeModèles prototypessont regroupés dans les catégories suivantes :

1. Plastiques

Les plastiques sont un matériau de prototypage courant car ils sont utilisés dans de nombreux domaines et offrent de nombreux avantages tels que la durabilité, la flexibilité et le bon marché. Ce sont des polymères synthétiques qui peuvent être moulés dans différentes formes et tailles. Cela les rend idéaux pour la fabrication de pièces aux géométries complexes.

Les plastiques peuvent êtreprototypéUtilisation d’une variété de processus, y compris le moulage par injection, l’impression 3D et l’usinage CNC. PourModèle de prototypage, une variété de plastiques peut être utilisée. Les types de plastique les plus courants sont :

ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) :L’ABS est un plastique composé de trois ingrédients principaux : l’acrylonitrile, le butadiène et le styrène. Il s’agit d’une matière plastique solide et durable couramment utilisée pour fabriquer des jouets, des appareils électroménagers, des pièces automobiles, etc. Il est connu pour sa durabilité, sa résistance à la chaleur et aux chocs. Le plastique ABS est bon marché et facile à façonner et à traiter, ce qui en fait un choix populaire pour l’impression 3D et le moulage par injection.

PC (polycarbonate) :Le PC est un polymère thermoplastique doté d’une résistance, d’une durabilité et d’une clarté excellentes. Il est souvent utilisé pour fabriquer des pièces automobiles, des composants électroniques, des équipements de sécurité, du verre pare-balles et d’autres matériaux de protection. Le polycarbonate est également utilisé pour fabriquer des filaments d’impression 3D car il est facile à mouler et à façonner en formes complexes. Il s’agit d’un matériau hautement adaptable qui résiste aux chocs et à la chaleur, ce qui en fait un choix populaire pour une variété d’applications, notamment l’automobile et l’aérospatiale.

PE (polyéthylène) :Le polyéthylène est un type de plastique connu pour sa durabilité, sa flexibilité, sa résistance aux produits chimiques et sa résistance aux chocs. Il est largement utilisé dans la fabrication d’articles tels que les matériaux d’emballage, les conteneurs et les tuyaux, ainsi que dans la fabrication de jouets et d’autres produits de consommation. Le polyéthylène est un matériau polyvalent qui est facile à façonner et à traiter, ce qui en fait le matériau de choix pour le moulage par injection et d’autres processus de fabrication. Il est également largement utilisé pour fabriquer des filaments d’impression 3D en raison de sa capacité à être facilement moulé dans des formes complexes.

Nylon:est un polymère synthétique à haute résistance, durabilité et résistance à l’abrasion. Il est largement utilisé dans la production d’engrenages, de roulements, de pièces automobiles, de textiles et d’autres matériaux industriels. Comme il peut être facilement moulé et façonné en formes complexes, le PA est également largement utilisé pour fabriquer des filaments d’impression 3D. Il s’agit d’un matériau polyvalent, durable et flexible souvent utilisé comme alternative abordable à la soie, au caoutchouc et au latex.

PP (polypropylène) :Le PP est une polyoléfine ou un polymère saturé. Le PP est l’un des polymères les plus utilisés, offrant une excellente résistance chimique, une résistance à la fatigue, une résistance aux températures élevées et une densité inférieure à celle du HDPE. Le PP est un plastique léger et flexible couramment utilisé dans les emballages, les barils, les bols, les caisses, les jouets, les pièces médicales, les pièces automobiles, les tambours de machines à laver, les boîtiers de batteries et les bouchons de bouteilles. Le PP peut être modifié en élastomère pour fabriquer des pare-chocs et rempli de talc pour le rendre plus dur à haute température.

Polyoxyméthylène (POM) :est un matériau d’ingénierie thermoplastique utilisé pour créer des pièces avec une rigidité accrue, une polyvalence à faible frottement et une excellente stabilité dimensionnelle. Le POM est solide et durable avec une résistance élevée à la traction, à l’abrasion, au fluage, au gauchissement, à la ténacité et à la durabilité. Le POM est largement utilisé dans la production de pièces automobiles, d’équipements sportifs, d’engrenages, de roulements, de pièces de convoyeur, de composants électriques, de composants coulissants et de guidage, etc.

PEEK (polyétheréthercétone) :Le PEEK est un polymère thermoplastique organique incolore. Il s’agit d’un plastique technique qui est utilisé dans une variété d’applications nécessitant résistance et ténacité. Le PEEK est résistant aux produits chimiques et peut résister à des températures allant jusqu’à 260°C.

2. Résines

Les matériaux en résine sont principalement utilisés pour les modèles de haute précision dans le prototypage rapide, en particulier l’impression SLA (stéréolithographie). Les matériaux en résine ont d’excellentes propriétés de moulage et une qualité de surface, ce qui permet d’obtenir des produits aux géométries complexes et aux détails fins. Les matériaux de résine courants comprennent les acryliques prototypes, le polyuréthane élastomère (EPU), le polyuréthane flexible et les résines d’impression 3D couleur telles que VeroWhite et VeroClear.

3. Métaux

Aluminium:L’aluminium est un métal argenté de faible densitéUtilisé dans une variété d’applications commerciales. Pour la plupart, l’aluminium non allié est ductile, modérément solide et extrêmement résistant à la corrosion. Les propriétés de l’aluminium peuvent être considérablement améliorées en utilisant les éléments d’alliage appropriés (cuivre, magnésium, manganèse, silicium, etc.) et la chaleur/le traitement ultérieur. L’aluminium est largement utilisé dans l’aviation, les transports, la construction, l’alimentation et le traitement chimique en raison de sa faible densité et de sa résistance à la corrosion.

Cuivre:Les alliages de cuivre sont parmi les métaux les plus utiles car ils résistent à la corrosion, ont une conductivité thermique élevée et conduisent bien l’électricité. Les alliages de cuivre conviennent bien à de nombreuses industries de l’électricité, de la construction, du transport et des biens de consommation. Le cuivre est utilisé pour fabriquer des composants de construction, des pièces de monnaie, des condenseurs/échangeurs de chaleur, des tuyaux, des noyaux de radiateurs, des instruments de musique, des serrures, des attaches, des charnières, des composants de munitions et des connecteurs électriques.

Laiton:Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc et possède certaines des mêmes propriétés que le cuivre. Le laiton est un métal durable et facile à travailler. L’alliage est également résistant à la corrosion, conducteur d’électricité et a un faible coefficient de frottement. Le laiton est un métal polyvalent utilisé dans une variété d’applications, notamment la plomberie, l’électricité, l’art et la médecine.

Titane:Considéré comme le métal le plus précieux, le titane se comporte bien dans les environnements difficiles où d’autres métaux peuvent échouer. L’alliage de titane est un alliage composé de titane et d’autres éléments chimiques. Les alliages de titane sont légers, ont une résistance à la traction et une ténacité extrêmement élevées, résistent à la corrosion et peuvent résister à des températures extrêmes.

Acier allié :Le principal élément d’alliage de l’acier allié n’est pas le carbone. Il contient de petites quantités d’éléments d’alliage tels que le manganèse, le silicium, le nickel, le titane, le cuivre, le chrome et l’aluminium. L’acier allié est plus résistant à la corrosion, soudable, résistant à la chaleur et ductile que l’acier au carbone. Mais l’acier au carbone est plus résistant que l’acier allié. En raison de leur faible coût, de leur grande disponibilité, de leur facilité de traitement et de leurs propriétés mécaniques supérieures, les aciers alliés sont couramment utilisés dans les applications industrielles, les appareils électroménagers, l’argenterie, les ustensiles de cuisine et les automobiles.

Inox:L’acier inoxydable est un alliage d’acier qui est plus résistant à la corrosion que l’acier au carbone/l’acier allié. Les nuances d’acier inoxydable 304, 316, 416 et 17-4 PH sont couramment utilisées pour l’usinage CNC. L’acier inoxydable est un matériau solide avec une couche d’oxyde protectrice naturelle, ce qui le rend adapté aux situations difficiles. La composition de l’alliage qui compose les nuances d’acier inoxydable les rend différentes.

Acier doux :L’acier doux est un acier au carbone à faible teneur en carbone. Il est souvent appelé « acier doux ». Les aciers doux ont une résistance à la traction plus faible que les aciers à haute teneur en carbone et les aciers alliés, car ils contiennent moins de carbone et d’autres éléments d’alliage qui empêchent les dislocations de la structure cristalline. L’acier doux est un choix courant pour les produits de consommation en raison de sa soudabilité et de sa maniabilité élevées.

Acier à outils :L’acier à outils est un acier allié au carbone. Il est souvent utilisé pour fabriquer, modifier ou réparer des outils à main et des moules de machines. L’acier à outils est connu pour être dur, résistant à l’usure et résistant à la flexion. L’acier à outils est souvent façonné en d’autres matériaux en le coupant, en le pressant, en l’estampant ou en l’extrudant. En effet, l’acier peut conserver son tranchant à des températures extrêmement élevées. L’acier à outils est couramment utilisé dans les applications d’impact telles que les matrices d’emboutissage ou d’extrusion, la découpe, la fabrication de matrices et de marteaux.

Quelles sont les technologies principalement utilisées dans le prototypage rapide ?

RapideSignification du prototypagejoue un rôle importantdans divers domaines, alors quels sont lesMéthodes de prototypage rapide?

Technologie	Abréviation	Matériaux	Avantage
Stéréolithographie	SLA	Photopolymères de type thermoplastique	Haute précision et excellent état de surface
Frittage sélectif par laser	SLS	Nylon, TPU	Aucune structure de support n’est requise, adaptée à une variété de matériaux
Modélisation par dépôt de fil fondu	FDM	ABS, PC, PC/ABS, PPSU	Polyvalence des matériaux, facilité d’utilisation et accessibilité
Frittage laser direct de métal	DMLS	Acier inoxydable, titane, chrome, aluminium, Inconel	Haute précision, haute résistance, adapté aux pièces fonctionnelles et aux conceptions complexes
Traitement numérique de la lumière	DLP	résines photosensibles	Rapide, produisez des pièces avec une excellente résolution et une excellente finition de surface
Fabrication d’objets stratifiés	LOM	papier, plastiques et feuilles métalliques.	Faible coût des matériaux, adapté à la production de grandes pièces
Usinage à commande numérique par ordinateur	CNC	La plupart des thermoplastiques et métaux de base et d’ingénierie	Matériaux de haute précision et polyvalents. Idéal pour produire des pièces avec des tolérances serrées et des détails complexes
Multi Jet Fusion	MJF	Nylon	Produisez des pièces solides avec des détails fins et des propriétés mécaniques constantes

Comment sélectionnez-vous les matériaux pour le prototypage rapide ?

Voici quelques facteurs à prendre en compte lors du choix des matériaux pour votreProcessus de prototypage rapide:

1. Propriétés des matériaux : Les différents types de matériaux de prototypage rapide présentent des propriétés uniques, telles que la résistance, la flexibilité et la résistance à la chaleur. Dans de nombreuses applications, telles que la fabrication de moules et d’autres produits, ces propriétés peuvent être respectées. Par exemple, lorsque vous créez des prototypes de pièces mécaniques, choisir un matériau durable comme l’ABS peut être une décision intelligente.
2. Rentabilité : Le budget joue un rôle essentiel dans le choix des matériaux. Dans de nombreux cas, le prix des matériaux est l’un des facteurs clés qui déterminent le succès d’un investissement dans un projet. Bien que les matériaux produits efficacement et rapidement puissent présenter des propriétés supérieures, ils ont tendance à être coûteux à fabriquer. Si une méthode appropriée peut être trouvée pour réduire les coûts de production de ces matériaux, cela apportera d’énormes avantages aux entreprises. Il est crucial d’assurer un équilibre entre les coûts et les avantages.
3. Utilisation prévue : Tenez compte de la fonctionnalité du prototype. Le prototype est un concept, qui peut également être compris comme une technologie ou une méthode, dont le but est de réaliser l’idée de conception de fonctions spécifiques en analysant et en comparant des objectifs à différentes étapes. Est-il principalement utilisé pour les tests fonctionnels et l’évaluation visuelle, ou une combinaison des deux ?PrototypematériauxPour les essais fonctionnels, il peut être nécessaire d’utiliser des substances dont les propriétés sont très similaires à celles du produit final.
4. Épaisseur de la couche : L’épaisseur réelle de chaque couche pendant le processus d’impression 3D. En général, plus l’épaisseur de la couche est grande, meilleur est l’effet de moulage. Ce paramètre aura un impact énorme sur la qualité et la précision du prototype.
5. Détail par rapport au temps d’impression : une épaisseur de couche plus fine permet d’obtenir des détails plus fins et des surfaces plus lisses, mais cela entraîne souvent des temps d’impression plus longs. Pour certaines imprimantes à structure complexe, si elles veulent répondre aux exigences de sortie d’impression rapide, il est nécessaire de réduire les changements de niveau de détail pendant le processus d’impression. Il est essentiel de trouver un équilibre entre la garantie des détails spécifiques requis et la gestion des contraintes de temps.
6. Structures de support : Pour les conceptions complexes avec des caractéristiques en porte-à-faux ou des géométries complexes, des structures de support sont souvent nécessaires. Pour obtenir une fabrication rapide, une méthode simple mais efficace est proposée pour construire des structures temporaires en convertissant directement des modèles 3D en graphiques 2D. Ces structures temporaires créées assurent la stabilité pendant l’impression et évitent la déformation du prototype de filament d’impression 3D.
7. Stabilité et précision : les structures de support garantissent que votre prototype conserve son intégrité structurelle tout au long du processus d’impression, en particulier dans les zones aux géométries complexes, évitant ainsi des problèmes tels que l’affaissement ou le gauchissement.
8. Retrait après l’impression : Il est important de noter que la structure de support doit être retirée une fois le prototype terminé, ce qui peut nécessiter des travaux supplémentaires.
9. Besoins de post-traitement : L’amélioration de l’apparence finale et de la fonctionnalité du prototype peut souvent être obtenue grâce à des techniques de post-traitement pour améliorer l’esthétique et la fonctionnalité du prototype.

Foire aux questions

1. Quel est le meilleur matériau pour prototyper ?

Les meilleurs matériaux pour la fabricationPrototypescomprennent principalement : Matériaux ABS : matériaux couramment utilisés pour le prototypage de produits conventionnels, faciles à traiter et beaux ; résine époxy, résine phénolique, polycarbonate (PC), polyamide (nylon) : convient aux applications nécessitant une résistance aux hautes températuresPrototypage; résine polyoxyméthylène (POM) ou polyamide (nylon) : matériaux de prototypage pour produits résistants à l’usure ; nylon (PA) ou polypropylène (PP) : utilisés pour fabriquer des prototypes de produits à haute ténacité ; PMMA (acrylique), ABS transparent et polycarbonate transparent (PC) : Convient pour le prototypage où la transparence est requise.

2.Lequel peut être utilisé pour le prototypage rapide ?

Techniques de prototypage rapides’appuient souvent sur des matériaux et des processus spécifiques. Résine ou plastiques techniques similaires : convient à la technologie SLA (stéréolithographie), qui permet de produire rapidement des prototypes de pièces de petite et moyenne taille ; matériaux en feuilles minces (tels que le papier, les feuilles métalliques, les films plastiques, etc.) : utilisés pour la technologie LOM (layered solid manufacturing), la fabricationPrototypesen coupant et en empilant couche par couche ; divers matériaux en poudre : adaptés à la technologie SLS (Selective Laser Sintering), qui utilise le balayage laser pour faire fondre la surface de la poudre localement ou partiellement, complétant ainsi le traitement à un seul niveau et le formage couche par couche. Solide tridimensionnel.

3.Quels matériaux sont utilisés dans les prototypes d’ingénierie ?

Prototypes d’ingénierie Il faut souvent que les matériaux soient sélectionnés en fonction d’environnements d’application et d’exigences fonctionnelles spécifiques. Ingénierie communePrototypageLes matériaux comprennent principalement des matériaux métalliques : tels que l’acier, l’aluminium, etc., utilisés pour les prototypes d’ingénierie qui nécessitent une résistance et une résistance à la corrosion élevées ; matériaux plastiques : tels que l’ABS, le nylon, le polycarbonate, etc., adaptés aux applications nécessitant une ingénierie légère, résistante à l’usure ou transparentePrototypes. Matériau composite : un nouveau matériau composé de deux ou plusieurs matériaux avec desPropriétéspar des méthodes physiques ou chimiques. Il convient aux prototypes d’ingénierie qui nécessitent des propriétés particulières (telles qu’une résistance élevée, une ténacité élevée, une résistance aux températures élevées, etc.).

4. Quels sont les matériaux utilisés dans l’outillage de prototypage ?

Outils de prototypagese réfèrent généralement à l’équipement et aux matériaux utilisés pour fabriquer des prototypes. (1) Outils de dessin à la main : tels que crayon, gomme, papier blanc, etc., utilisés pour fabriquer des prototypes dessinés à la main. Ces matériaux sont faciles à obtenir et adaptés aux étapes préliminaires du prototypage. (2) Outils logiciels : Outils de prototypage et de collaboration en ligne tels que Axure et Ink Knife. Lors de l’utilisation de ces outils, leMatériaux du prototypesont principalement des actifs numériques (tels que des images, des icônes, des boutons, etc.). Ces ressources peuvent être modifiées et combinées dans le logiciel pour former un prototype. . (3) Matériaux d’impression 3D : Les matériaux plastiques tels que le PLA et l’ABS, ainsi que les poudres métalliques, les poudres céramiques, etc., sont utilisés pour la technologie d’impression 3D afin de fabriquer des prototypes. Ces matériaux peuvent être sélectionnés et adaptés en fonction des besoins du prototype.

Résumé

 Il existe une grande variété de matériaux utilisés dansMaquette rapide, chacun avec son proprePropriétéset gamme d’applications. Lors de la sélection des matériaux, des facteurs tels que les besoins du projet, le coût, l’efficacité du traitement et la protection de l’environnement doivent être pris en compte de manière exhaustive pour garantir la production d’un prototype répondant aux exigences. Avec l’avancement continu de la technologie et l’innovation continue des matériaux, davantage d’options de matériaux performants, peu coûteux et respectueux de l’environnement apparaîtront dans le prototypage rapide à l’avenir.

Démenti

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Cet article a été écrit par plusieurs contributeurs de Longsheng. Longsheng est une ressource de premier plan dans le secteur manufacturier, avecUsinage CNC,Fabrication de tôles,Impression 3D,Moulage par injection,emboutissage du métal, et plus encore.