Comment créer un prototype en plastique

Dans l'environnement de fabrication au rythme rapide d'aujourd'hui, le prototypage plastique est devenu une étape essentielle pour transformer les idées en produits tangibles et testables. Avant de s'engager dans la production à grande échelle, les entreprises s'appuient sur des prototypes pour valider l'intention de conception, évaluer les fonctionnalités et aider à minimiser le risque d'erreurs coûteuses aux stades de production ultérieurs. Dans de nombreux cas, un prototype en plastique bien exécuté sert de pont critique entre un concept et un produit commercialement viable.

Alors, comment créez-vous un prototype en plastique? Il comprend un mélange de décisions de conception intelligentes, des bons matériaux etméthodes de fabrication- Tout cela nous décomposerons étape par étape de cet article.

Qu'est-ce que le prototypage plastique?

Le prototypage plastique est le processus de création de modèles physiques précoces ou d'échantillons d'un produit utilisant des matériaux plastiques. Ces prototypes aident les fabricants à tester et à affiner la forme, l'ajustement, la fonction et l'esthétique d'un produit avant la production à grande échelle. Ce processus permet à l'équipe d'ingénierie de valider les concepts de conception, d'identifier les problèmes potentiels, de rassembler les commentaires des utilisateurs et de s'assurer que le produit est prêt pour la fabrication et aligné avec les besoins du marché.

Selon la maturité de la conception, un prototype peut ressembler, fonctionner comme ou ressembler étroitement au produit final. Mais «ressemble à des looks» et «comme des œuvres» ne sont pas les seuls moyens de classer les prototypes. Vous trouverez ci-dessous des termes communs supplémentaires utilisés pour les classer:

• Prototype visuel / tactile:Une version préliminaire utilisée pour afficher des fonctionnalités de base telles que la taille et la forme d'un produit, sans fonctionnalité préoccupante ou apparence détaillée. L'impression FDM ou SLA 3D est couramment utilisée pour produire rapidement et rentable ces prototypes.
• Prototype fonctionnel:Également connu sous le nom de prototype de travail, il comprend des caractéristiques clés et des matériaux pour reproduire les fonctions centrales du produit final. Il permet de tester l'ajustement, les performances mécaniques et la convivialité. Pour des exigences spéciales telles que la sécurité alimentaire, la clarté ou la résistance à la pression, des méthodes telles que l'usinage ou la coulée sont souvent nécessaires.
• Prototype haute résolution:Une version quasi finale qui ressemble étroitement au produit final en apparence, en fonction et en finition. Il est idéal pour les présentations des parties prenantes, les tests des utilisateurs, le marketing ou l'approbation de pré-production. Des techniques à haut niveau comme le SLA, le polyjet ou la coulée sous vide sont couramment utilisées.

À mesure que ces prototypes deviennent plus raffinés, ils passent par plusieurs phases de test pour assurer la préparation à la production. Ces étapes de test sont importantes pour valider l'intégrité de la conception, les performances et la fabrication.

Il existe trois types de tests couramment utilisés:

• Test de validation d'ingénierie (EVT)est généralement réalisé au stade précoce du prototypage, vérifiant si les fonctions principales du produit fonctionnent comme prévu. Cette phase se concentre sur l'identification des défauts de conception fondamentale et des problèmes potentiels, fournissant des commentaires précieux pour des améliorations de conception supplémentaires.
• Test de validation de conception (DVT)est généralement effectué après la validation et l'optimisation de la conception initiale. Il vérifie non seulement les fonctionnalités du produit, mais teste également de manière approfondie sa convivialité, sa fiabilité, sa conformité aux réglementations et aux normes et à d'autres aspects.
• Test de validation de production (PVT)est effectué lorsque la conception du produit est presque finalisée et approche de la production de masse. Il s'agit d'une transition cruciale des courses pilotes à la fabrication à grande échelle. PVT se concentre sur la validation de la configuration des lignes de production, des processus de fabrication et de l'étalonnage des équipements. Il comprend les tests de production, l'inspection du premier article (FAI) et la confirmation que le produit peut être construit à grande échelle avec une qualité cohérente.

Méthodes courantes pour le prototypage plastique

Dans le cycle de développement des produits - de la validation précoce du concept aux tests de pré-production - des techniques différentes sont utilisées pour atteindre divers objectifs. Certaines méthodes priorisent l'itération rapide, tandis que d'autres visent à reproduire la qualité et les performances du produit final. Dans le prototypage plastique, quatre méthodes de fabrication largement utilisées se distinguent pour leurs avantages et leur polyvalence uniques.

Impression 3D

L'impression 3D, ou fabrication additive, est un terme parapluie englobant une gamme diversifiée de techniques qui construisent des objets tridimensionnels en ajoutant une couche de matériau par couche à partir d'un modèle numérique. Ces techniques prennent en charge le prototypage rapide et les itérations multiples et peuvent produire des géométries complexes sans avoir besoin de moules ou d'outillage personnalisé. Vous trouverez ci-dessous trois des méthodes les plus populaires pour fabriquer des prototypes en plastique:

• Modélisation des dépôts fusionnés (FDM):Une méthode d'impression 3D à faible coût, largement utilisée pour les modèles de concept à un stade précoce et les prototypes fonctionnels simples. Il extrait des filaments thermoplastiques comme l'APL, l'ABS ou le PETG à travers une buse chauffée, déposant la couche de matériau par couche. Cependant, les pièces FDM peuvent avoir des lignes de calques visibles et une intégrité structurelle réduite.

• Stéréolithographie (SLA):Utilise un laser UV pour guérir la résine liquide dans une TVA, produisant des pièces à haute précision et une excellente finition de surface. Cela en fait un choix supérieur pour les modèles visuels, les prototypes à haute résolution et les pièces de qualité présentation. Cependant, le SLA est généralement plus cher en raison de résines et d'équipements spécialisés, et ses pièces imprimées sont généralement plus fragiles que les thermoplastiques. Post-Curaring est souvent nécessaire pour atteindre une résistance mécanique complète.

• Frittage laser sélectif (SLS):Utilise un laser à haute puissance pour fusionner des plastiques en poudre comme le nylon ou le TPU en couches solides, produisant des prototypes durables et fonctionnels. Étant donné que la poudre non insendienne entoure la pièce pendant l'impression, aucune structure de support n'est nécessaire - créant des SL bien adaptés aux géométries complexes, aux canaux internes et aux caractéristiques fermées. Cependant, les pièces imprimées ont souvent une finition de surface légèrement granuleuse et peuvent nécessiter un post-traitement pour une apparence plus fluide.

Moulage à vide

La coulée sous vide, également connue sous le nom de moulage par uréthane, est une méthode de fabrication à faible volume qui utilise des moules en silicone et des résines de polyuréthane pour produire des pièces en plastique avec une qualité de surface élevée et des détails fins. Le processus commence par un modèle maître imprimé 3D de haute qualité, qui est utilisé pour créer un moule en silicone flexible capable de reproduire les géométries complexes et les caractéristiques de surface subtiles.

Cette technique est généralement utilisée dans les étapes de prototypage ultérieures lorsque la conception est mature et qu'un petit lot de prototypes cohérents est nécessaire. Il est particulièrement bien adapté à la production de prototypes fonctionnels, de modèles de présentation et de composants de vérification de l'ajustement tels que des boîtiers, des boîtiers ou des couvertures.

En particulier, la coulée sous vide est une solution rentable pour produire 10 à 100 unités pour les tests de validation d'ingénierie. Lorsque plusieurs pièces identiques sont nécessaires, elle fournit souvent des coûts par unité plus faibles que l'impression 3D, en particulier pour une réplication à court terme. De plus, les moules en silicone sont moins chers que les moules métalliques mais ont une durée de vie limitée, produisant généralement 20 à 25 parties par moisissure.

Usinage CNC

CNC Usining PlasticUtilise des machines-outils contrôlés par ordinateur pour supprimer le matériau d'un bloc solide. Ce processus prend en charge des tolérances étroites et offre une excellente répétabilité, permettant la création de géométries complexes - y compris les threads fins, les contre-dépouilles et d'autres caractéristiques complexes.

L'usinage CNC est souvent utilisé pour les prototypes fonctionnels du stade de milieu à tarifaire qui exigent une précision et une résistance élevées. Il fournit des propriétés de matériaux uniformes pour des tests d'ajustement, de forme et de fonction fiables - contrairement à l'impression 3D, qui peut souffrir de faiblesses intercouches. Le processus permet également d'utiliser divers matériaux, vous donnant la flexibilité de choisir la meilleure option pour vos besoins spécifiques. Les services disponibles incluent le fraisage, le tournant et le resserrement des équipements.

Moulage par injection

Le moulage par injection n'est généralement pas le premier choix pour le prototypage car cela prend beaucoup de temps et coûte plus cher. Cependant, Chiggo peut produire rapidement et rentable produire des moules en acier pour PVT - la phase de test finale avant la production - avec des échantillons T1 (les premières pièces produites à partir de l'outil de production) disponibles en 10 jours.

De plus, lors de la production de 100 prototypes en plastique ou plus, des méthodes de virage rapide utilisant des moisissures en aluminium ou imprimées en 3D avec une base de moisissure standard peuvent réduire le temps et le coût sans sacrifier la qualité, bien qu'elles offrent généralement une précision plus faible et ne sont pas aussi durables que les moules en acier.

Matériaux communs pour un prototype en plastique

Collectivement, les quatre méthodes de prototypage en plastique soutiennent une large gamme de matériaux en résine en plastique. Comme le montre le tableau ci-dessous, cependant, il existe des différences dans ce que chaque méthode prend en charge. 

Gardez à l'esprit que ：

1. Les cotes de coulée sous vide reflètent la faisabilité des résines PU analogues, et non la coulée directe du polymère de base.

2. Les notes d'impression 3D sont basées sur le processus additif le plus mature et le plus rentable pour chaque matériau:

• FDM / FFF:Convient pour ABS, PLA, PETG, TPU (plastiques basse à moyenne à température). Il a du mal avec un pp / PP élevé. Les machines à haute température peuvent imprimer un aperçu mais nécessitent un contrôle de processus strict.
• SLS / MJF:Nylon PA11 / PA12 et leurs composites sont excellents; La poudre PP dédiée est juste; PE, PVC, TPU reste niche ou expérimental.
• SLA / DLP:Imprime acrylique comme, les abdages comme et PP comme les photopolymères avec une excellente clarté et finition de surface, mais les propriétés mécaniques sont à la traîne des plastiques natifs; Pas adapté aux plastiques d'ingénierie semi-cristallins tels que POM ou PEEK.

3. Le même matériau peut fonctionner différemment en fonction de la méthode. Par exemple, une pièce ABS faite par CNC peut ne pas correspondre à la force ou à la finition d'une injection en raison de différences structurelles.

4. Alignez toujours votre choix de matériau et votre méthode de fabrication avec votre phase de test actuelle et vos objectifs de performance.

Un guide étape par étape pour fabriquer un prototype en plastique

Ensuite, nous expliquerons étape par étape comment construire un prototype en plastique et mettre en évidence les principales considérations en cours de route.

Étape 1: clarifiez le type de prototype dont vous avez besoin

Avant d'entrer dans le processus technique, il est crucial d'identifier l'objectif et l'utilisation prévue de votre prototype. L'application déterminera quel type de prototype est le plus approprié:

• Si vous êtes au début de l'idéation et que vous devez explorer ou présenter la forme, la taille ou l'ergonomie d'un produit - sans vous soucier des fonctionnalités - un modèle de concept est approprié.
• Si l'objectif est de tester le comportement mécanique, d'évaluer l'interaction des pièces ou de simuler l'expérience utilisateur, un prototype fonctionnel est le bon choix.
• Pour la validation visuelle, les présentations des parties prenantes ou le matériel marketing, un prototype haute résolution offre l'apparence et la précision raffinées nécessaires.
• Si vous vous préparez à la production de masse et que vous devez vérifier les matériaux, la fabrication ou la conformité aux normes de l'industrie, un prototype au niveau de la production aidera à assurer la préparation.

Étape 2: Préparez un modèle CAO

Une fois que vous avez clarifié le type de prototype nécessaire, la deuxième étape consiste à créer un modèle CAO (conception assistée par ordinateur), qui sert de plan numérique pour votre prototype. Le modèle CAO définit la géométrie, les dimensions et les interfaces d'assemblage de la partie. Un fichier CAO clair et bien préparé peut réduire l'ambiguïté, minimiser les erreurs de production et accélérer le processus de prototypage.

Pour assurer la fabrication, vous pouvez suivre les points ci-dessous:

• Définissez les dimensions et les tolérances critiques, en particulier pour les pièces ou les interfaces mobiles.
• Incluez les relations d'assemblage si votre produit est multi-composantes.
• Considérez les angles de brouillon, l'épaisseur de la paroi et les contre-dépouilles si vous prévoyez d'utiliser des techniques de moulage.
• Préparez les dessins 2D si nécessaire, pour mettre en évidence les spécifications clés qui peuvent ne pas être évidentes dans le modèle 3D.

Étape 3: Choisissez la bonne méthode de prototypage

Une fois votre conception finalisée, choisissez une méthode de prototypage qui correspond à votre calendrier, à votre budget, à vos besoins matériels et aux exigences de performance. Chaque méthode offre des forces et des compromis uniques - certains favorisent l'itération rapide, tandis que d'autres excellent dans les tests fonctionnels ou la validation de la production. Le tableau ci-dessous compare quatre méthodes de prototypage courantes basées sur le coût, le délai de livraison et la pertinence pour différentes étapes de développement pour vous aider à décider.

Créer des prototypes en plastique avec Chiggo

Le prototypage plastique est une étape essentielle qui plie votre conception à la production - elle aide à réduire les coûts en identifiant les problèmes de conception tôt, en minimisant les retouches et en évitant les changements d'outils coûteux - vous aidant finalement à accélérer votre chemin vers le marché. Chez Chiggo, que vous ayez besoin d'un seul prototype, d'une production personnalisée à petite échelle ou prêt à vous déplacer vers la fabrication à grande échelle, nous vous avons couvert. Nos ingénieurs et concepteurs expérimentés travaillent en étroite collaboration avec vous pour optimiser votre conception et vous assurer qu'il peut être fabriqué en douceur. De plus, nous n'avons aucune exigence de commande minimale. Vous avez une idée en tête?Contactez-nous aujourd'huiEt donnons vie!