Introduction
Vous avez un projet qui nécessite le prototypage de plusieurs dizaines de pièces. Le coût des moules de production en série est trop élevé ; l’impression 3D est trop lente et les propriétés des matériaux ne conviennent pas. Le prototypage rapide en silicone répond à ces besoins.
Le prototypage en silicone répond à des besoins spécifiques. Il permet de produire plusieurs pièces dont l'apparence et les performances sont très proches de celles des pièces produites en série. Ces pièces peuvent servir aux tests, à la validation et même à la production en petites séries. Cette méthode fait le lien entre le prototypage unitaire et la production à grande échelle. C'est sa raison d'être et la raison pour laquelle les fabricants l'adoptent.
Pourquoi utilise-t-on le silicone dans le prototypage rapide ?
Le silicone n'est pas le seul matériau de moulage. Mais il est le plus adapté à certaines applications. Ses propriétés sont parfaitement adaptées au procédé.
Reproduction des détails excellente
Le silicone reproduit fidèlement les moindres détails, même les plus infimes, ainsi que les caractéristiques de surface. Les géométries complexes sont reproduites sans perte de précision. Que le moule original présente des arêtes vives, un texte fin ou des motifs complexes, les pièces obtenues y correspondront parfaitement.
Propriétés flexibles du moule
La flexibilité du silicone est un atout majeur. Les pièces chanfreinées se démoulent facilement. Les composants courbes se retirent sans dommage. Les formes complexes qui resteraient bloquées dans des moules rigides se démoulent proprement grâce aux moules en silicone.
Le moule est souple, ce qui permet aux pièces de se démouler naturellement, sans forcer ni risquer de se déchirer. Le prototypage en silicone devient ainsi possible pour des conceptions impossibles à mouler dans des matériaux rigides.
Faibles coûts d'outillage et production rapide
Les moules métalliques peuvent coûter des dizaines de milliers de dollars et leur fabrication prend des mois. À l'inverse, les moules en silicone coûtent beaucoup moins cher et peuvent être produits en quelques jours seulement. Ils peuvent être usinés à partir d'un moule maître ou coulés. Les délais de production sont courts. Pour le prototypage et la production en petites séries, cette structure de coûts représente un avantage considérable.
Compatibilité étendue des matériaux
Les moules en silicone sont compatibles avec une grande variété de matériaux. Les résines de polyuréthane sont couramment utilisées pour fabriquer des pièces rigides et flexibles. Les matériaux à base de caoutchouc offrent des propriétés élastomères, tandis que les plastiques techniques assurent des performances structurelles optimales. Le moulage d'élastomères de silicone dans des moules en silicone permet d'obtenir des pièces souples adaptées au contact cutané. Ce procédé peut être personnalisé pour des applications spécifiques.
Ces quatre avantages font du silicone le matériau de référence pour le prototypage rapide. Il est rapide, économique, permet de reproduire les détails les plus fins et convient aux formes complexes. Aucun autre matériau de moule ne réunit ces quatre atouts. C'est pourquoi il domine ce domaine.
Comment fonctionne le prototypage rapide en silicone ?
Créer le modèle maître
Le moule maître définit la pièce. Il existe trois méthodes pour créer un moule maître.
| Usinage CNC | Elle consiste à découper un matériau massif, ce qui permet d'obtenir une grande précision et une finition de surface exceptionnellement lisse. |
| Impression 3D SLA | L'utilisation de résine liquide permet d'obtenir des surfaces lisses et des détails fins. |
| Impression SLS | L'utilisation de matériaux en poudre permet d'obtenir une résistance supérieure à celle du procédé SLA. |
Bien qu'il existe d'autres technologies de prototypage rapide, ces trois-là couvrent la plupart des scénarios d'application.
Le moule maître détermine la limite supérieure de la précision et de la qualité de surface du prototype final.
Un moule maître ébauché produira des pièces moulées ébauchées ; un moule maître poli produira des pièces moulées polies. L’état de surface du moule maître est directement transféré à la pièce. Chaque rayure, chaque ligne de couche et chaque marque d’outil sera reproduite à l’identique.
Avant la fabrication du moule, le moule maître doit être usiné selon les normes requises.
Fabrication de moules en silicone
L'ingénieur place le moule maître dans le mouleur, puis mélange le caoutchouc de silicone liquide et le dégazifie pour éliminer les bulles d'air. Enfin, le silicone est coulé autour du moule maître. Une fois le silicone durci, le moule maître est retiré et le moule est terminé.
Les avantages sont évidents : il permet de reproduire fidèlement les détails de surface ; la surface du moule est lisse et peut être intégralement transférée à la pièce ; et il permet de reproduire des formes complexes, y compris les contre-dépouilles et les surfaces courbes.
Les moules de prototypage en silicone résistent généralement à 20 à 50 moulages. Ce nombre précis dépend du matériau de moulage, de la géométrie de la pièce et des précautions prises lors du démoulage. Cela suffit pour les petites séries. Pour les productions en grande série, plusieurs moules peuvent être fabriqués à partir du même moule maître.
Moulage de prototypes
Les ouvriers versent le matériau de moulage (résine ou silicone) dans le moule. Le moulage sous vide du silicone élimine les bulles d'air avant et pendant la coulée. Le vide assure un remplissage complet du moule, ce qui permet d'obtenir une pièce sans porosités. Après polymérisation, la pièce est démoulée et subit les opérations de finition : ébarbage du canal d'injection et nettoyage de la surface. Les prototypes en silicone sont alors prêts pour l'inspection et les essais.
Les pièces produites par ce procédé sont identiques au moule maître en termes de géométrie et de finition de surface. Leurs propriétés matérielles sont comparables à celles des pièces produites en série. Bien que le coût unitaire soit supérieur à celui du moulage par injection, le coût du moule est nettement inférieur. Pour des séries de 20 à 50 pièces, il s'agit de la solution la plus rentable. C'est là tout l'intérêt du prototypage rapide en silicone.
Procédés courants de prototypage rapide en silicone
Coulée sous vide en silicone
Commencez par créer un modèle maître, qui servira ensuite à fabriquer un moule en silicone. Placez le moule dans une chambre à vide, versez-y de la résine ou du silicone sous vide pour éliminer les bulles d'air, et une fois la pièce durcie, ouvrez le moule et retirez le produit fini.
Avantages
Le moule confère directement à la pièce une finition de surface de haute qualité, garantissant ainsi une apparence conforme au produit final attendu. De plus, étant donné que le moule est en silicone et non en acier, le coût de production en petites séries est réduit.
Le moulage sous vide de silicone permet de produire des prototypes en silicone dont l'aspect et le toucher sont similaires à ceux des pièces de production. Ils présentent une finition de surface de haute qualité avec des détails nets et précis. Les propriétés du matériau sont proches de celles des plastiques et élastomères utilisés en grande série. C'est pourquoi ce procédé est le plus courant en prototypage rapide de silicone.
Applications
Ce procédé trouve des applications dans la fabrication de boîtiers et de boutons pour l'électronique grand public, de composants et de joints d'étanchéité pour l'automobile, ainsi que de prototypes pour dispositifs médicaux nécessitant des matériaux biocompatibles et des surfaces lisses. Il convient à toute application où l'aspect, le toucher et la fonctionnalité doivent être validés avant la production en série d'un moule.
Moulage par compression en silicone
Le silicone est placé dans la cavité du moule chauffé. Le moule se referme. La chaleur et la pression font couler le silicone dans la cavité, où il durcit. Le moule s'ouvre et la pièce est démoulée.
Le prototypage en silicone par moulage par compression est idéal pour les pièces en caoutchouc. Les joints d'étanchéité, les garnitures et les composants flexibles sont des applications courantes. Ce procédé étant identique à la production de masse, bien qu'à plus petite échelle, les propriétés du matériau répondent aux normes de cette dernière.
Pour les petites séries, le moulage par compression est plus lent que le moulage sous vide. Cependant, il permet de travailler des matériaux à faible fluidité. Les silicones haute viscosité, les fluorosilicones et les composés chargés sont plus faciles à mouler par compression que par moulage sous vide. Les prototypes en silicone ainsi produits sont fonctionnellement identiques aux pièces de production.
Le compromis réside dans le temps. La fabrication du moule prend plusieurs semaines et sa préparation plusieurs heures. Pour un petit lot de prototypes en silicone, le moulage sous vide est généralement plus rapide. Cependant, pour les pièces qui doivent utiliser exactement les mêmes matériaux et procédés que la production en série, le moulage par compression est la meilleure option. Le choix précis dépend de l'application.
Moulage par injection de caoutchouc de silicone liquide (LSR)
Mélangez les deux composants liquides. La machine injecte le mélange dans un moule chauffé, où le silicone durcit à l'intérieur de la cavité. Les pièces finies sont ensuite démoulées.
Avantages
Constance et rapidité. Les variations entre les injections sont minimes et les temps de cycle courts. Ce procédé est idéal pour la production en grande série de pièces en silicone. Il est également utilisé pour la production en petite série lorsque la géométrie de la pièce justifie l'investissement dans l'outillage.
Le prototypage en silicone par moulage par injection de LSR est rare. Le coût des moules est élevé et la mise au point complexe. Pour les petites séries, le moulage sous vide est généralement plus économique ; pour les grandes séries, le moulage par injection de LSR est la seule option rentable. Le seuil de rentabilité entre les deux techniques dépend de la taille, de la géométrie et du matériau de la pièce.
Surmoulage de silicone
Le silicone peut être moulé directement sur d'autres matériaux, tels que des inserts en plastique et des composants métalliques. Lors du processus de polymérisation, le silicone forme des liaisons chimiques, ce qui rend inutile l'utilisation d'adhésifs.
Applications
Poignées douces au toucher pour outils et appareils électroniques ; dispositifs portables dont les surfaces entrent en contact avec la peau ; et poignées de dispositifs médicaux nécessitant des surfaces antidérapantes et faciles à nettoyer.
Pour le prototypage rapide en silicone, le surmoulage est complexe. Il faut d'abord fabriquer des inserts, et le moule doit pouvoir les accueillir. La mise en place est plus complexe qu'un simple moulage. Cependant, pour les tests fonctionnels de composants assemblés, c'est parfois la seule option. Le prototype présente des caractéristiques similaires au produit final, ce qui permet de vérifier son toucher, son ajustement et ses performances avant la fabrication des moules de production.
Services de prototypage rapide en silicone chez NOBLE
NOBLE est une entreprise manufacturière de premier plan. Ses principaux domaines d'activité comprennent la fabrication de pièces métalliques et plastiques, le prototypage rapide, la production en petites séries et la fabrication de pièces sur mesure. Nous accompagnons nos clients tout au long du cycle de développement de leurs produits.
NOBLE aide les entreprises à transformer leurs concepts en prototypes fonctionnels et en pièces prêtes pour la production. Contrairement aux fournisseurs qui proposent uniquement des services de prototypage, NOBLE offre des solutions de fabrication complètes, de l'assistance à la conception à l'assemblage final.
Capacités de prototypage rapide en silicone de NOBLE
Chez NOBLE, le prototypage rapide en silicone est intégré à d'autres services. L'assistance à la conception est directement intégrée au processus de fabrication. L'usinage CNC produit les moules maîtres. Le moulage par injection répond aux besoins de production en série. L'assemblage et la finition de surface donnent au produit sa forme finale. L'ensemble du processus est géré par un fournisseur unique.
Normes de qualité et certifications
Le système qualité est certifié et bien documenté.
La norme ISO 9001:2015 couvre le management général de la qualité. Les contrôles des processus de fabrication garantissent la reproductibilité des résultats ; les procédures d’inspection vérifient les dimensions et la qualité de surface.
La norme ISO 13485:2016 ajoute les exigences rigoureuses nécessaires à la fabrication des dispositifs médicaux : une traçabilité plus rigoureuse et une validation des processus plus stricte.
FAQ sur le prototypage rapide en silicone
Le silicone est-il utilisé comme matériau de prototype ou comme matériau de moule ?
Les deux. Le silicone peut servir à ces deux fins. Dans la plupart des applications de prototypage rapide, il est utilisé pour créer des moules flexibles. Ces moules permettent de produire des pièces prototypes en y coulant de la résine, du polyuréthane ou du silicone.
Combien de pièces un moule en silicone peut-il produire ?
Un moule en silicone standard peut produire environ 20 à 50 pièces. Sa durée de vie réelle dépend de la géométrie de la pièce, du matériau de moulage, de la conception du moule et des conditions d'utilisation. On peut produire un plus grand nombre de pièces avec une géométrie simple et des résines à faible viscosité ; à l'inverse, on en produit moins avec une géométrie complexe et des matériaux chargés. L'usure du moule est normale.
Quelle est la précision des pièces prototypes en silicone ?
Le moulage sous vide en silicone permet une excellente reproduction des détails. Le niveau de précision dépend de la qualité du moule maître, du choix du silicone, des dimensions et de la géométrie de la pièce, ainsi que de la maîtrise du processus de moulage. Un moule maître poli, associé à un moule en silicone stable, permet de produire des pièces conformes aux exigences de conception et aux tolérances strictes ; à l’inverse, un moule maître rugueux, associé à un moule de mauvaise qualité, engendrera des pièces défectueuses.
En quoi le prototypage rapide en silicone se compare-t-il au moulage par injection ?
Les moules de prototypage en silicone sont moins coûteux et leur mise en place est plus rapide, ce qui les rend adaptés aux petites séries. Les moules d'injection, quant à eux, sont plus onéreux et leur mise en place est plus longue, mais ils permettent de réduire le coût unitaire pour les productions en grande série, ce qui les rend plus adaptés à la production à grande échelle et à la fabrication à long terme.
Quand devrais-je choisir le prototypage rapide en silicone ?
Pour la production de 10 à 100 pièces prototypes (ou plus), de composants flexibles ou en caoutchouc, la validation rapide de conceptions ou la production transitoire à faible coût, optez pour le prototypage rapide en silicone. Ce procédé permet de fabriquer des pièces d'une qualité comparable à celle des pièces produites en série, sans avoir recours à des moules de production.
NOBLE peut-il fournir des services de prototypage rapide en silicone, de la conception à la production ?
Bien sûr ! NOBLE offre une assistance complète.
Les revues de conception permettent d'identifier les problèmes dès le début. Le prototypage sert à valider la conception. Le moulage par injection de silicone est utilisé pour créer les moules. L'usinage des pièces en plastique et en métal permet de fabriquer les autres composants. La finition de surface apporte la touche finale aux pièces. L'assemblage rassemble tous les composants. Le support à la production peut être adapté avec souplesse à l'augmentation des volumes de production.
