Prototype : quoi et pourquoi?

Un prototype est le premier exemplaire d’un produit, que l'on réalise par des moyens spécifiques pour en valider certaines caractéristiques avant de lancer la fabrication en série. Dans le processus de développement, la fonction d'un prototype est de vérifier si la définition envisagée pour le produit répond bien aux attentes du cahier des charges. En effet, la démarche de conception est un processus itératif, où se succèdent: - des phases de génération de concept, dans laquelle les concepteurs proposent une solution et en détaillent les caractéristiques; - des phases d'évaluation, dans laquelle ces caractéristiques proposées sont comparées aux spécifications du cahier des charges. De plus en plus, les phases d'évaluation font appel à la simulation, sur des moyens numériques : la résistance mécanique d'une pièce par exemple peut être vérifiée par un calcul par éléments finis, après maillage du modèle CAO.

Néanmoins, bon nombre d'évaluations demeurent difficiles à réaliser par simulation, soit parce qu'elles portent sur une caractéristique trop lourde ou complexe à modéliser (par exemple, le comportement aérodynamique d'un élément est encore essentiellement évalué par des essais en soufflerie), soit parce qu'elles font appel à une appréciation subjective du produit: c'est le cas par exemple lorsque des maquettes sont réalisées pour étudier la sensibilité du client à des variantes de style, ou aider à la prise de décision par la direction du projet.

En résumé, un prototype sert, à un stade donné du développement d'un produit, à détecter quelles sont les caractéristiques qui devront être modifiées pour parvenir à un produit conforme à toutes les spécifications du cahier des charges.

Du prototypage au prototypage rapide

L'appellation prototypage rapide regroupe l'ensemble des techniques de réalisation rapide apparues depuis une quinzaine d'années à la faveur des progrès de la CAO : on y trouve en particulier les techniques dites additives, c'est-à-dire celles où la pièce est réalisée par un ajout de matière piloté par les données d'un modèle CAO 3D, telles que la stéréolithographie, le frittage de poudre ou la construction par strates à partir d'un matériau en plaques.

Dans un premier temps, en raison des caractéristiques mécaniques assez limitées des produits réalisés, ces techniques ont vu leurs débouchés limités au seul domaine du prototypage. La vaste palette de matériaux accessible aujourd'hui permettant d'élargir sensiblement leur champ d'application, on subsitue de plus en plus souvent au terme de prototypage rapide celui de réalisation rapide.

Le PRéCI dispose de plusieurs machines de réalisation rapide ou assimilées gérées par ses partenaires:
-une machine de prototypage rapide dite imprimante 3D;
-plusieurs centres d'usinage, dont un à très grande vitesse/5 axes;
-une machine de découpe par jet d'eau, utilisable pour des constructions par strates.

Rétroconception

Le terme de rétroconception désigne les techniques permettant de construire le modèle géométrique 3D d'un objet, à partir de l'objet physique lui-même, par mesurage et traitement informatique de ses caractéristiques réelles. Bien que ces techniques visent des utilisations très variées, elles sont souvent associées au thème du prototypage: la conception de certains types de pièces passe par une phase de maquettage physique manuel pour esquisser la géométrie extérieure de la pièce en fonction de critères d'ergonomie ou de style. Une fois cette géométrie définie et validée par une confrontation avec les utilisateurs ou les décideurs, les techniques de rétroconception sont précieuses pour construire un modèle CAO de la pièce qui deviendra la référence pour la suite du projet, et qui alimentera les filières CAO-CFAO utilisées par le bureau d'étude et les secteurs de fabrication. Le PRéCI dispose d'une installation de rétroconception gérée par un de ses partenaires (UTBM) : machine à mesurer tri-dimensionnelle (MMT) munie d'un capteur sans contact Kréon , ainsi que d'une chaîne d'acquisition et de traitement.

 
Lire l'article sur l'installation Kreon dans la revue Icône de juin 2004.

Ce que le PRéCI vous propose

Les consultants du PRéCI sont en mesure de vous proposer un accompagnement sur différents thèmes:

Analyser votre besoin en prototypage
Il n'y a pas de bon ou de mauvais procédé de prototypage : tous ont leurs caractéristiques propres (rapidité de réalisation, précision géométrique, aspect, résistance mécanique, matériaux utilisables …) qui les rendent plus ou moins adaptés à chaque utilisation.

Choisir le procédé le mieux adapté à votre cas commence donc par une analyse de votre besoin:
-quel est le rôle attendu du prototype dans votre processus de conception?
-quelle est la nature de la validation visée (essai technique, choix de style, …) et quelles exigences en découlent sur les propriétés du prototype?

On définira ainsi le besoin de représentativité de votre prototype, c'est-à-dire son niveau de conformité par rapport à certaines des caractéristiques supposées du produit définitif. Par exemple, si votre besoin consiste à choisir entre plusieurs hypothèses de style en soumettant des modèles à un panel de clients, seule compte l'apparence extérieure (forme, couleur, état de surface, toucher, …), et on pourra s'affranchir des contraintes de comportement mécanique, par exemple.

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Présentation ou démonstration des matériels disponibles au PRéCI
Du simple échange d'expériences avec les utilisateurs, jusqu'à la conduite d'essais sur le cas qui vous intéresse, la collaboration est à construire ici au cas par cas, avec les personnes en charge de la gestion des matériels du PRéCI.

Enfin, le PRéCI a aussi vocation de créer des liens entre des entreprises franc-comtoises partageant des préoccupations communes: une partie de ces activités peut, si vous le souhaitez, être réalisée avec une ou plusieurs autres entreprises, occasion d'élargir votre réseau de connaissances et d'échanger points de vue et idées.