Le moulage par injection sous la loupe. Matériaux et processus de production

Le moulage par injection est l’une des technologies les plus efficaces pour produire des pièces en plastique. Dans cet article, vous apprendrez comment fonctionne ce procédé, quelles sont les propriétés des matériaux utilisés pour le modelage et quels sont les avantages et les inconvénients de son utilisation.

Le processus de moulage par injection est utilisé pour la production de masse. Grâce à la grande répétabilité de l’ensemble du cycle, il est très facile de produire des milliers d’unités d’un produit donné avec un niveau de qualité très similaire. Il s’agit d’une technologie qui offre un large éventail de possibilités. Elle est utilisée pour produire une grande variété de pièces, des plus petits composants aux panneaux de carrosserie. Dans la suite de cet article, nous décrirons plus en détail le processus de production.

Matériaux utilisés dans le moulage par injection

Le moulage par injection plastique permet d’utiliser la plupart des polymères. Il peut s’agir de résines polymères et de tous les thermoplastiques, ainsi que de certains matériaux thermodurcissables (époxy et phénolique, par exemple) et d’élastomères. La plupart des thermoplastiques se caractérisent par leurs propriétés biodégradables, leur large applicabilité et leur capacité à passer à l’état de plastique lorsqu’ils sont chauffés. Lors de la sélection des matériaux, il est utile de se laisser guider par des critères tels que le coût, la solidité, l’élasticité (la capacité à retrouver sa forme et son volume d’origine une fois que les forces externes à l’origine de la déformation ont été supprimées), la résistance aux produits chimiques et l’absorption d’eau.

L’aspect le plus important dans le choix des bons paramètres est le retrait de transformation du plastique. Il s’agit du changement de volume ou de dimension de la pièce moulée par rapport au volume et aux dimensions de la cavité de moulage. Le retrait de transformation varie de 0,2 % à 4 % pour chaque matériau.

Les propriétés de chaque matériau signifient qu’il sera adapté à une utilisation dans des conditions spécifiques. Certaines d’entre elles sont décrites ci-dessous :

• Acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) – grâce à sa souplesse, sa rigidité et sa solidité, l’ABS est idéal pour les pièces qui doivent résister aux chocs et conserver leur stabilité dimensionnelle.
• Polyamide (PA) – disponible dans de nombreuses variétés, les différents nylons offrent des propriétés différentes. Ils sont résistants aux températures élevées et aux produits chimiques, ont une dureté élevée, de bonnes propriétés de glissement ou une bonne stabilité de forme.
• Polycarbonate (PC) – léger, il présente une résistance et une stabilité de forme élevées, ainsi que de bonnes propriétés électriques, une large plage de températures de fonctionnement et est ignifuge.
• Polypropylène (PP) – avec une bonne résistance à la fatigue, le PP est physiologiquement neutre, ce qui le rend apte au contact alimentaire.
• Polyéthylène (PE) – relativement facile à traiter, conçu pour le contact alimentaire, résistant aux produits chimiques, matériau le plus couramment utilisé dans la technologie du rotomoulage.
• Polyéthylène téréphtalate (PET): résistance mécanique élevée, stabilité dimensionnelle, grande rigidité.
• Polyméthacrylate de méthyle (PMMA) – dureté élevée. Excellentes propriétés optiques, c’est pourquoi il est souvent utilisé dans l’industrie de l’éclairage, de la brillance.
• Polystyrène (PS) – stabilité dimensionnelle, grande rigidité.

Processus de moulage par injection plastique

Dans ce processus, le matériau sous forme de granulés est plastifié sous l’influence du cylindre chauffé de la machine de moulage par injection, puis la vis tournant à l’intérieur du cylindre déplace le plastique vers le moule. Sous l’effet de la chaleur, il se transforme en une masse plastique. La combinaison d’une pression et d’une température élevées amène le matériau à l’état plastique, suivi de l’éjection sous la forme d’une pièce moulée finie.

La température d’injection est d’environ 200 degrés Celsius, ce qui permet au plastique de se liquéfier et de produire une masse plastique. L’injection dans la vis permet d’injecter le plastique liquide dans les cavités situées dans le moule d’injection fermé. La pression d’injection dépend du plastique utilisé, de sa géométrie et de sa masse. Le durcissement du plastique inséré permet de le retirer du moule d’injection en tant que pièce finie. Le cycle est répété jusqu’à l’obtention du nombre de pièces requis ou jusqu’à une certaine date.

L’une des techniques de transformation des matières plastiques est le moulage par insertion. Avec cette méthode, il n’est pas nécessaire de produire un grand moule coûteux. Des inserts, placés dans la matrice à l’endroit où se trouvent les cavités du moule, suffisent. L’utilisation de cette méthode permet de réduire considérablement le temps de fabrication d’un moule (en règle générale, il est inférieur à 30 jours ouvrables) et de réduire les coûts par rapport à un moule utilisé pour l’injection traditionnelle – le coût d’un moule peut être jusqu’à 50 % inférieur. Cette solution est dédiée à la production de petites pièces avec une structure simple et des volumes réduits (10’000-100’000 pièces). Le processus de fabrication ne change pas avec cette technologie.

Moulage par injection plastique – avantages et inconvénients

Pour :

• Temps de cycle très court.
  D’une durée habituelle d’une douzaine de secondes ou plus, il est possible de produire des centaines, voire des milliers d’unités d’un produit dans un court laps de temps.
• Toute forme.
  Capacité à produire des pièces aux formes très complexes et aux tolérances dimensionnelles étroites.
• Peu de déchets.
  Le moulage par injection de plastique se caractérise par une faible production de déchets par rapport à d’autres méthodes de fabrication (par exemple, l’usinage CNC). En outre, les matériaux utilisés peuvent souvent être réutilisés. Les avantages écologiques comprennent également de faibles émissions de substances nocives.
• Flexibilité dans la conception des formes et le choix des matériaux.
  Le fabricant dispose d’une grande liberté dans la création de la forme et le choix du thermoplastique utilisé pour les différents composants.
• Efficacité énergétique.
  Les machines de moulage par injection électriques modernes peuvent consommer relativement peu d’énergie.
• Répétabilité de la production et stabilité dimensionnelle des pièces moulées produites.
  Un contrôle adéquat des paramètres du processus nous donne confiance dans la qualité et la géométrie des composants, qui ne souffriront pas de la production rapide d’un grand nombre de pièces moulées.
• Aucune finition n’est nécessaire.
  L’utilisation de la technologie du moulage par injection ne nécessite pas de traitement supplémentaire en post-production.
• Possibilité d’automatiser entièrement le processus.
  Une ligne de production intégrée, soutenue par des systèmes informatiques, permet de réduire les ressources humaines nécessaires à son fonctionnement.
• Haute qualité des moulures fabriquées.
  Les destinataires recherchent des composants robustes, flexibles et complexes. Le moulage par injection plastique convient parfaitement à leur production, en maintenant un niveau de qualité élevé.

Inconvénients :

• Coût élevé de la mise en œuvre du formulaire.
  Le coût d’un moule d’injection peut être très élevé. C’est pourquoi la technologie de fabrication doit être choisie avec soin afin d’optimiser les coûts.
• Longue durée de fabrication des moules.
  Ce processus dure généralement de 12 à 16 semaines.
• Des employés hautement qualifiés sont nécessaires.
  L’équipe de conception et de mise en œuvre doit notamment planifier correctement le processus, concevoir le moule et sélectionner les paramètres de traitement appropriés.
• Il s’agit d’une technologie qui n’est pas rentable pour les petits lots.
  Pour que la production soit rentable, les volumes de commande doivent commencer à un minimum de 10 000 unités.
• Contrôle de l’épaisseur de la paroi.
  Les parois ne doivent pas être trop épaisses, car la surface extérieure de la pièce peut devenir froide et se solidifier complètement. D’autre part, l’intérieur du matériau peut encore être ductile, de sorte que la résistance de la pièce se détériore et que des défauts peuvent apparaître (il est recommandé de maintenir l’épaisseur en dessous de 4 mm). D’autre part, une épaisseur trop faible (moins de 1 mm) pour la plupart des matériaux peut également poser des problèmes, car elle n’est pas assez résistante et des défauts peuvent également se produire.
• La nécessité de maintenir des tolérances étroites dans les paramètres de production.
  Un contrôle continu des processus est nécessaire, notamment en ce qui concerne le contrôle de la qualité.

Exemples d’applications du moulage par injection

• Composants pour appareils ménagers et domestiques
• Raccords
• Casquettes
• Cassettes de tests médicaux
• Bobines
• Rosettes
• Éléments d’ameublement (p. ex. pieds)
• Éléments en caoutchouc
• Embouts
• Connecteurs de câbles
• Blocs pour enfants
• composants électroniques
• articles de tous les jours
• composants pour l’industrie médicale (par exemple, cassettes de test)
• boîtes éléments de mobilier
• supports de porte

Résumé

Le moulage par injection est devenu l’une des technologies les plus importantes de l’industrie de transformation des matières plastiques. Les prévisions de marché indiquent que l’intérêt pour cette technologie augmentera d’année en année en raison de l’accroissement des applications dans de nouveaux domaines tels que l’optique, l’électronique, l’aérospatiale, la biomédecine et les communications.

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