Techniques de conception pour prototypes et maquettes à l'échelle 1

La conception de prototypes et de maquettes à échelle 1:1 est une étape essentielle avant l'industrialisation et la commercialisation d’un produit. Pour valider l'expérience utilisateur (UX), s'assurer de la faisabilité industrielle, convaincre les décideurs ou des investisseurs, nombreuses sont les entreprises qui optent pour le prototypage et la production de maquette échelle 1:1 

Néanmoins, la conception et la production d’un tel projet de prototypage est complexe et nécessite la maîtrise de compétences et de technologies spécifiques. Mieux vaut savoir s’entourer d’une équipe professionnelle détenant une véritable expertise pour concrétiser ses idées.

Au travers de cet article, apprenez-en plus au sujet des spécificités du prototypage et de la production de maquettes à échelle 1:1, par la présentation des principales technologies utilisées et par le biais d’exemples concrets.

Le prototypage et la maquette échelle 1 aujourd'hui

Les principaux types de maquettes et prototypes échelle 1, et leurs applications

Les maquettes et prototypes échelle 1 trouvent de nombreuses applications. On peut notamment citer : 

Les maquettes design, ou maquettes d'aspect. Axées sur l'esthétique et l'ergonomie, elles proposent une représentation fidèle des formes et des couleurs de l'objet, offrant ainsi une perspective concrète aux concepteurs et designers du projet.

Les prototypes fonctionnels : ces maquettes vont plus loin en intégrant des composants et des fonctionnalités (affichages, cinématiques, électronique). Ils sont essentiels pour évaluer les performances en condition réelle d'utilisation, détecter en amont les éventuels problèmes et affiner les détails techniques. Ils sont souvent à taille réelle.

Les objets concept. Ils communiquent une identité de marque et une direction design. Ce sont en général de véritables produits fonctionnels à échelle 1, mais fabriqués à l'unité.

Les maquettes de validation industrielle. Ces objets sont des prototypes de toutes les pièces du futur produit, utilisés pour valider les procédés de montage sur les chaînes d'assemblage et garantir leur faisabilité industrielle. 

Chaque type de prototype et de maquette contribue à différentes étapes du cycle de développement, favorisant ainsi la création de produits de qualité parfaitement adaptés aux besoins du marché.

Quelques exemples concrets d'application

Prototypage et maquettage dans l’industrie automobile

Les entreprises du secteur automobile, constructeurs et équipementiers, utilisent le maquettage et le prototypage à échelle 1 pour toutes leurs opérations :

• validation design en produisant tout au long du cycle de conception des maquettes complètes ou partielles d'intérieur et d'extérieurs de nouveaux véhicules
• tests cliniques industriels menés auprès d'un panel de clients et de prospects. Lors de ces tests, les futurs clients observent une représentation exacte de l'extérieur (maquette semi-creuse avec signatures lumineuses) et de l'intérieur (barge inter à écrans fonctionnels) du véhicule dans lequel ils sont invités à s'asseoir.
• Coque Aero qui reflètent fidèlement et à échelle 1 les formes du véhicule pour des tests en soufflerie
• Unit, ou maquettes de validation industrielle
• Concept car, prototypes roulants à échelle 1 pouvant être conduits ou exposés sur des salons professionnels.

Prototypage et maquettage dans l’industrie aéronautique

Le prototypage et le maquettage à échelle 1:1 sont également utilisés dans l'industrie aéronautique pour valider l’aérodynamisme par exemple, mais également définir rapidement les agencements personnalisés d’un habitacle (sièges, espace détente, ...)

Autres exemples de projets confiés aux prototypistes

Outre le monde du transport, le prototypage échelle 1 sert à la conception de nouveaux produits, ou bien dans l’industrie des arts et spectacles. Pour la production de décors de cinéma, par exemple, les techniques de maquettage permettent de concevoir rapidement des objets en trois dimensions tout en mettant l’accent sur un design et une finition sur-mesure.

Les principales techniques de conception

Le fraisage numérique

Le fraisage numérique permet de réaliser des pièces aux formes complexes, avec une grande précision et une excellente qualité de finition, tout en autorisant des ajustements et des modifications rapides grâce à la nature paramétrique du modèle numérique 3D utilisé en entrée. Cela réduit considérablement les délais de conception et de réalisation. 

Le fraisage numérique s’applique à de nombreux matériaux, comme le bois, les mousses (LAB, polystyrène), les matériaux composites. Le choix du matériau dépend du type de produit, du coût, du délai et du niveau de détail souhaités.

Il est possible de produire des objets de très grande taille (plusieurs mètres) en utilisant un parc de machine adapté, ou bien en assemblant plusieurs objets usinés de grande taille. 

Tous ces atouts font de l’usinage numérique un outil très adapté pour l'industrie du design, de l'ingénierie et de la création de produits.

Les matériaux composites

Les matériaux composites offrent légèreté, résistance, flexibilité ou esthétique, tout en permettant une grande liberté de forme lors de la fabrication. Ils peuvent être peints ou gainés.

Les matériaux composites sont particulièrement adaptés à la réalisation de maquettes et de prototypes qui requièrent des formes complexes, aux courbes fluides,aux détails précis, que ce soit pour la création de pièces artistiques, de pièces industrielles ou de composants fonctionnels. 

L'impression 3D

Pour effectuer un prototypage rapide de pièces de petite taille, on a tendance à utiliser l’impression 3D, intéressante à la fois en termes de coût et de délai de production.

L'interface utilisateur et le fonctionnel

La conception de prototypes fonctionnels à échelle 1 nécessite la mise en œuvre des cinématiques et de l’interface utilisateur (UI), ainsi qu’un contrôle parfait de celles-ci. Aussi, les prototypistes disposent généralement de moyens de développement électronique (courants forts, courants faibles), et maîtrisent les techniques de programmation (contrôle des cinématiques et motorisations, menus, affichages, techniques WEB, logiciels C#, unity...).

Le rôle essentiel du bureau d'études dans la conception de maquettes à l'échelle 1

Les techniques utilisables pour la conception et la production de prototypes et maquettes à échelle 1 sont nombreuses. Les prototypistes doivent maîtriser les technologies, comprendre leurs avantages, maîtriser leurs coûts. Aussi, au centre de tout projet de prototype échelle 1 se trouve un bureau d’étude expérimenté qui sait utiliser la technologie appropriée au cahier des charges, aux délais et aux coûts de fabrication souhaités. Le bureau d’étude doit également maîtriser le design industriel et de modélisation numérique 3D pour pouvoir proposer les éventuelles modifications nécessaires au respect de tous les objectifs du projet avant la construction de maquettes aux dimensions réelles.

Les évolutions techniques

Au-delà des techniques exposées précédemment, les prototypistes savent faire preuve d’innovation. Parmi les grandes tendances du secteur, l’intégration du prototypage virtuel et du prototypage physique constitue un axe de travail important. Les prototypistes les plus avancés savent proposer des prototypes hybrides, incluant des casques de réalité virtuelle, de réalité augmentée, ou bien de la projection d’images 3D aux expériences des utilisateurs. Certains travaillent déjà à la mise en œuvre d’expériences de prototypage hybrides, collaboratives et à distance.

Pourquoi et comment confier son projet de prototype ou de maquette échelle 1 à un tiers de confiance ?

Les étapes pour faire le bon choix

La première étape d’un projet de prototypage consiste en la rédaction d’un cahier des charges précis. Ce document doit contenir toutes les informations nécessaires à la compréhension du projet, ses fonctionnalités, sont coût et ses délais. Si vous faites appel à une entreprise externe pour la création d’une maquette échelle 1:1, elle doit être en mesure de comprendre les enjeux du projet.

Par la suite, vous serez amené à choisir votre prestataire. L’essentiel est de se tourner vers une équipe pluridisciplinaire comprenant votre besoin et disposant des moyens techniques adéquats pour vous accompagner.

Une fois votre prestataire choisi, vous pourrez passer à l’étape de la conception. Cette étape peut être plus ou moins longue en fonction des dimensions de l’objet réalisé et de la technique utilisée. Par la suite des tests seront effectués sur le prototype obtenu pour peaufiner le produit obtenu, améliorer le design ou rectifier les mesures le cas échéant.

L’expérience d’ Estech en matière de maquettage et prototypage échelle 1

L'entreprise Estech est active dans le domaine du prototypage et du maquettage échelle 1 depuis plus de 10 ans. Estech commercialise ses services auprès des plus grands industriels français et internationaux (Renault, Nissan, Stellantis, Toyota, Louis Vuitton,..). L’expérience d’ Estech est capitalisée au sein d’un bureau d’étude de plus de 20 personnes. 

La plateforme d'innovation d' Estech est couverte par le Crédit d'Impôt Recherche (CIR) et le Crédit d'Impôt Innovation (CII). En confiant votre projet de prototypage, vous bénéficierez d’un accompagnement sur-mesure et de nombreux conseils avisés. Plus de 170 designers, créatifs, infographistes, modeleurs numériques 3D, maquettistes, prototypistes, plasturgistes et peintres expérimentés sont prêts à donner vie à vos projets. L'entreprise Estech est située dans les Yvelines (78), en Ile-de-France.