L’usinage a connu des progrès décisifs. Les services d’usinage sont maintenant capables de livrer des pièces usinées, en métal ou en plastique, en moins de temps qu’il n’en fallait avant pour fournir un simple devis. Il suffit de télécharger un fichier de CAD (Computer aided drawing) ou DAO Dessin assisté par ordinateur), de sélectionner le matériau, la quantité de pièces et d’indiquer la date de livraison souhaitée. Il est même probable que les pièces puissent être disponibles dès le lendemain, pour un prix comparable à celui de l’impression 3D.
Comment développer et lancer un nouveau produit ? Comment fabriquer et tester un prototype de produit innovant ? Combien cela coûte-t-il ?
Vous avez une idée de produit innovant (objet électronique, objet connecté…) et vous souhaitez créer un prototype de votre future solution ? Voici la marche à suivre pour lancer un produit qui n’existe pas encore. Nous parlons ici essentiellement de produit mêlant plastique et électronique.
Qu’est-ce qu’un prototype ?
Définition : Terme industriel, un prototype est un modèle original qui présente les principales caractéristiques techniques et fonctionnelles du futur produit final. Le prototype peut être un objet matériel, ou immatériel (service, logiciel).
Le prototype est à distinguer :
- de la maquette, qui est conçue en amont du prototype,
- de la pré-série, qui est lancée à la suite de la réalisation du prototype. La pré-série est une production de quelques exemplaires en vue d’ajuster les méthodes de fabrication définitives.
Réaliser un prototype est une étape fondamentale pour tout projet de création d’objet innovant. Bonne nouvelle, il est aujourd’hui beaucoup plus facile de fabriquer un prototype qu’auparavant, et moins coûteux.
Les imprimantes 3D ont révolutionné la manière de fabriquer des prototypes plastiques. Une imprimante 3D est une imprimante capable de produire des objets en trois dimensions à partir d’un modèle créé grâce à un logiciel informatique. D’abord coûteuses, les imprimantes 3D se sont démocratisées et sont maintenant disponibles dans toutes les grandes villes et parfois en libre-service comme sur le site d’usine IO (Paris).
Réaliser son prototype avec du plastique
Dans le domaine des matières plastiques, le plus gros volume de pièces est généralement réalisé par injection. Il est donc nécessaire d’en connaître les règles techniques pour préparer son projet.
Les matières plastiques techniques s’usinent facilement avec les machines-outils conventionnelles pour l’usinage des métaux et l’usinage du bois. Cependant, il est nécessaire d’observer certaines précautions et d’adapter les outils et paramètres afin d’obtenir les meilleurs résultats.
Par rapport aux métaux, on notera plus particulièrement des coefficients de dilatation thermique très supérieurs, la reprise d’humidité de certains matériaux, la faible conductibilité thermique qui ne permet pas un bon refroidissement et peut engendrer contraintes internes et déformations.
On peut utiliser des outils en acier au carbone, en acier rapide et en acier dur. Cependant, en général, et en particulier pour les grandes séries, on préfèrera des outils à pastille carbure de tungstène ou diamant.
Les outils doivent être en permanence lisses et bien affûtés. Ils doivent avoir suffisamment de dépouille pour que seule l’arête de coupe soit au contact du matériau.
Une bonne évacuation régulière des copeaux doit être assurée, surtout lors des perçages. Une vitesse de coupe et une avance adaptées et régulières doivent être respectées pour assurer les conditions optimum et la meilleure finition.
Refroidissement
Un refroidissement doit être appliqué lors d’un usinage délicat et/ou créant un développement de chaleur important (surtout perçage). Les liquides type huiles solubles conviennent généralement très bien. Toutefois, ils ne doivent pas être utilisés lors de l’usinage de matériaux sensibles à la fissuration sous contrainte tels que PC, PEI, PSU. Dans ces cas, les réfrigérants les mieux adaptés sont l’eau pure ou l’air comprimé.
Tolérances d’usinage
Les tolérances d’usinage pour les matériaux thermoplastiques sont largement plus importantes que celles normalement appliquées pour les métaux. Ceci est dû à l’élasticité de la matière, au coefficient de dilatation thermique plus élevé, à la possible reprise d’humidité et aux déformations éventuelles liées à la libération de contraintes internes lors de l’usinage. Ce dernier phénomène se produit généralement lors d’usinages asymétriques ou avec des changements de section importants. Dans ces cas, il est conseillé de procéder à un traitement thermique de stabilisation après ébauche et avant usinage de finition.
En raison de ces caractéristiques, à la conception des pièces, il est nécessaire de déterminer les dimensions et tolérances en fonction des conditions normales d’utilisation – température, humidité du milieu de fonctionnement. Il ne sert à rien de rechercher des précisions dimensionnelles qui peuvent s’avérer souvent inutiles et surtout coûteuses.
Fraisage
Pour réaliser un bon fraisage, il est conseillé d’utiliser des fraises à plaquettes rapportées qui favorisent l’évacuation des copeaux et restent affûtées et opérationnelles plus longtemps.
Perçage
Le perçage est une opération délicate car il entraîne un échauffement rapide du matériau avec la génération de contraintes internes.
Les forets en acier rapide conviennent pour le perçage des matériaux synthétiques mais génèrent rapidement un échauffement important. Pour limiter cet échauffement, il est nécessaire d’utiliser un réfrigérant et de dégager régulièrement le foret (débourrage) pour évacuer les copeaux, surtout dans le cas de perçage profond. Pour le forage de trous de grand diamètre, il est conseillé d’utiliser un foret à lame affinée pour limiter la friction en fond de perçage, et par conséquent l’échauffement qui peut être à l’origine de la création de contraintes internes jusqu’à l’éclatement des ébauches, de procéder par étape en réalisant un avant-trou, puis en agrandissant progressivement avec des forets de diamètre de plus en plus gros jusqu’au diamètre final.
Dans le cas de trous débouchants, la vitesse d’avance doit être réduite en fin de coupe pour éviter une sortie brutale avec bavures et éclats.
Sciage
Pour le sciage, il est possible d’utiliser des scies à ruban, des scies circulaires (de préférence) ou des
Pendant l’opération de sciage, la pièce doit être convenablement maintenue pour éviter les vibrations.
Tournage
Le tournage ne présente pas de difficultés particulières. Comme pour les autres techniques d’usinage, il faut veiller au choix des outils, à leur bon affûtage, au respect des vitesses de coupe et d’avance. Dans la majorité des cas, pour les matériaux thermoplastiques, les copeaux sont longs et doivent être rapidement dégagés pour éviter qu’ils s’enroulent sur les pièces. Pour les matériaux thermodurcissables, les copeaux sont courts avec de la poussière de résine. Dans ce cas, une aspiration efficace est nécessaire, voire obligatoire.
