Rapid Prototyping – Donnez de la substance à vos modèles 3D

maquette réalisée en rapid prototyping - Source ZCorp/Sirris
Source : ZCorp/Sirris

Infographiste 3D et passionné par l’image, je dois pourtant avouer qu’une maquette physique exerce un attrait indéniable sur le public. Il suffit pour s’en convaincre de voir la foule qui se presse autour d’une maquette d’architecture à l’occasion d’un salon.

La réalisation d’une maquette par un maquettiste professionnel représente un investissement conséquent, que ce soit au niveau du prix ou du temps de réalisation. Heureusement, il est maintenant possible de produire un modèle physique qu’on peut toucher, manipuler, à partir d’un fichier numérique grâce au Rapid Prototyping.

Sur l’invitation de Bernard Everaerts, sales engineer chez Sirris (anciennement Crif) le Centre Collectif de l’industrie technologique belge, j’ai pu découvrir les différents processus et matériaux utilisés en prototypage rapide.

Des utilisations dans de nombreux domaines

  • Présentation et promotion d’un projet d’architecture ou d’urbanisme
  • Reconstitution historique ou archéologique
  • Fabrication de prototypes
  • Fabrication très rapide sans outillage
  • Fabrication d’outils ou de parties d’outils

Choisir le procédé de rapid prototyping adapté à vos besoins

Avant de choisir le procédé de prototypage rapide, vous devez déterminer à quoi doit servir votre prototype :

Prototype de forme
Pour validation visuelle uniquement.
Prototype géométrique
Pour valider la géométrie d’un objet ou d’un outil. C’est vraisemblablement l’utilisation idéale pour les besoins des architectes et promoteurs immobiliers.
Prototype fonctionnel
Pour valider le fonctionnement d’une pièce – comportement mécanique ou thermique par exemple.
Prototype technique
Pour valider les caractéristiques d’une pièce. Réalisé selon un procédé similaire à celui utilisé pour la production en série.
Prototype pré-série
Pour validation définitive de la conception et du procédé de fabrication.

Viennent ensuite la question du délai de réalisation… et du prix. Un savant calcul qui dépend entre autres de la taille et de la précision du modèle, du procédé de fabrication choisi, du matériau utilisé et du délai de réalisation. Et de la qualité du fichier fourni !

Des procédés variés pour des utilisations variées

Guidé par Mario Anelli et Raoul Carrus, du département Rapid Prototyping de Sirris, j’ai eu l’occasion de découvrir les procédés suivants :

3D Printer Zcorp

Ce procédé produit des prototypes en plâtre ou en cellulose par superposition de couches. C’est le même principe qu’une imprimante jet d’encre mais en 3 dimensions.

Quelques avantages :

  • coût de réalisation raisonnable
  • délais de production courts
  • nouveau – possibilité d’obtenir des pièces colorées

Et inconvénients :

  • fragile
  • précision réduite par rapport à d’autres procédés
  • non fonctionnel
  • dimensions réduites

Comme pour les autres procédés, les dimensions des objets réalisés par rapid prototyping sont limitées par les dimensions des machines. Il est cependant possible de réaliser des maquettes de grande taille par assemblage.

Dimensions: 250×200×350 mm

Stéréolithographie

Ce procédé fonctionne par durcissement localisé d’une résine par photopolymérisation à l’aide d’un laser.

Cette technologie permet une bien meilleure précision et la réalisation de pièces plus fines.

Suivant la résine utilisée, votre prototype pourra être :

  1. rigide et précis
  2. résistant thermiquement et précis
  3. transparent et souple

Ce procédé a cependant un coût de réalisation plus élevé. Les matériaux utilisés sont plus chers et les temps de production plus longs en haute résolution. La Stereolithographie Haute Résolution est notamment utilisée dans le domaine médical, la bijouterie et la connectique.

Dimensions: 250×250x250mm.

En combinant les avantages de ces deux procédés, il est possible de réaliser un modèle en plâtre sur lequel sont assemblés des éléments plus fins en résine.

Frittage de poudre polymérique

Ce procédé utilise des matériaux thermoplastiques PS, PA et PA chargé de billes de verre.

Dimensions: 340×340×600 mm.

Frittage de poudre métallique

Dimensions: 250×250x160mm.

3D Printing Metal

Ce procédé fonctionne comme une imprimante jet d’encre 3D. Il fonctionne par superposition de couches de poudre métallique agglomérée par un liant. Les pièces doivent ensuite subirune étape de déliantage au cours de laquelle le liant peut être remplacé par du bronze. Une finition supplémentaire est possible.

Un de ses principaux avantages est d’être 4 à 10 fois plus rapide que la méthode par frittage de poudre métallique.

Ce procédé est notamment utilisé pour réaliser des pièces artistiques ou des pièces métalliques à géométrie interne complexe (exemple: structure interne cellulaire).

Dimensions: 1000×500x250mm.

Thermojet

Produit des pièces par superposition de couches de cire. Utilisé notamment pour les techniques de fonderie par modèle perdu. Possibilité de réaliser des pièces collées. Les pièces de couleur neutre peuvent éventuellement être peintes.

Dimensions: 250×190x200mm.

Optoform

L’Optoform est une technique de pointe du Rapid Prototyping. Elle permet une grande souplesse pour le développement de matériaux composites. Elle se limite actuellement à l’utilisation d’un matériau rigide composé de silice et d’epoxy mais l’utilisation de céramique, d’acier inoxydable et d’élastomères est en développement.

Votre modèle 3D convient-il pour le Rapid Prototyping ?

Faites attention si vous travaillez comme moi dans le domaine de l’image. La réalisation de maquettes 3D destinées à la réalisation de modèles physiques impose des contraintes à ne pas sous-estimer.

Chaque élément 3D doit constituer un volume étanche. Tous vos maillages doivent donc être fermés. Attention également à l’orientation correcte des normales de faces qui revêt une importance cruciale pour éviter les incohérences et erreurs de production. Les opérations booléennes vous viendront bien à point !

Selon le matériau utilisé et la précision de fabrication, certains éléments devront peut-être être modélisés plus épais.

Pour gagner beaucoup de temps et réduire les coûts de réalisation, mieux vaut donc modéliser dès le départ avec l’objectif de réaliser un prototype !

NB : Votre logiciel 3D devra également être capable d’exporter dans un format lisible par les logiciels de production utilisés : essentiellement les formats STL, IGES ou 3DS.

Combien ça coûte ?

Le prix de réalisation d’un objet en Rapid Prototyping varie en fonction de nombreux critères. Il est donc impossible de vous donner un ordre de prix.

Sachez toute fois que la hauteur de travail à une influence importante sur le coût de réalisation. Plus votre modèle est haut, plus grand sera le nombre de couches et plus long sera le temps de réalisation. C’est la raison pour laquelle certains modèles seront réalisés couchés pour réduire la hauteur de travail.

Sources

Vous avez d’autres bonnes adresses ? Laissez-moi un commentaire !

Convaincu ? Alors… Donnez de la substance à vos projets 3D avec le Rapid Prototyping !

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