Comment fabriquer un moule : guide de la fabrication de moules pour les professionnels

L'invention des moules à l'âge du bronze a révolutionné les procédés de fabrication rudimentaires pratiqués par nos ancêtres. Les techniques de fabrication de moules n'ont cessé de se développer depuis lors. Les fabricants qui utilisent des techniques de fabrication avancées telles que le moulage par injection, le thermoformage ou la fonderie continuent de s'appuyer sur les moules pour créer la majorité des pièces en plastique, en silicone, en caoutchouc, en composite et en métal qui vous entourent.

Les fabricants professionnels et les amateurs désireux de tirer parti de ces procédés doivent comprendre comment fonctionne le processus de fabrication des moules, comment ils sont utilisés et comment optimiser leur utilisation pour améliorer leur rendement. 

Ce guide complet vous fournira des informations détaillées sur la meilleure façon de vous lancer dans la fabrication de moules. Nous traiterons des différents processus de moulage, du choix de la meilleure technique de moulage, des équipements qui optimisent le processus et du rôle de l'impression 3D. À chaque étape, des liens vers des contenus approfondis complémentaires seront fournis pour garantir la réussite des projets de moulage.

Divers procédés de fabrication impliquent le façonnage de matières premières malléables à l'aide d'un outil, d'une structure ou d'un cadre fixe appelé moule. En termes de structure, les moules ont des formes concaves (moule négatif) ou convexes (moule positif) conçues en fonction du design final que le fabricant souhaite créer. 

Les moules sont essentiels à ces processus de fabrication, et leur principal objectif est la reproduction de copies uniformes d'un modèle donné. Les moules peuvent être fabriqués en métal, en plastique, en céramique, en bois, en mousse, etc. Une fois conçu et développé à l'aide d'outils de fabrication de moules, le moule est placé dans un équipement de moulage et des matières premières, telles que les thermoplastiques, sont versées dedans ou formées autour de lui. Une fois solidifié, le moule imprime ses motifs sur le matériau pour former le produit fini. 

Alors, que peut-on faire avec des moules ? À peu près tout, des prototypes aux pièces complexes à usage final. Les techniques de moulage sont utilisées en production industrielle pour créer des pièces automobiles, des produits de consommation, des emballages, des bijoux, des dispositifs médicaux, etc. En fait, il serait difficile de trouver des produits fonctionnels sans un seul composant fabriqué à l'aide des techniques de moulage.

La fabrication de moules est cruciale pour toute une série de processus : le moule est le modèle qui permet la reproduction de nombreux objets produits en masse. Les procédés de fabrication qui reposent sur des moules sont les suivants :

• Le moulage par injection est l'un des procédés de fabrication les plus populaires pour les pièces en thermoplastique, en silicone ou en caoutchouc. C’est une technologie abordable et extrêmement reproductible qui permet la fabrication de pièces de haute qualité pour de larges volumes de production. Avec ce procédé, le moule développé est inséré dans la machine de moulage par injection, puis les thermoplastiques chauffés ou la matière première liquéfiée sont versés dans le moule. Une fois le matériau solidifié, la pièce finale est éjectée de la machine et le processus est répété.

• Le thermoformage consiste à chauffer une feuille de plastique et à lui donner des formes spécifiques à l'aide d'un moule. Les moules donnent leur forme aux pièces thermoformées. En fonction du procédé de thermoformage, le moule peut être rempli de matériau malléable, estampé ou comprimé dans le matériau. Le matériau peut également être forcé sur le moule par l'action du vide. Le thermoformage est la méthode la plus courante pour la production d'emballages, mais il est également utilisé pour la fabrication de pièces durables à usage final.

• La fonderie consiste à remplir un moule avec du métal fondu ou un autre matériau liquéfié. Le matériau fondu refroidit et durcit dans le moule pour former le produit souhaité. La fonderie est couramment utilisée pour la fabrication de produits métalliques, ainsi que de pièces en silicone et en plastique.

• Le moulage par compression est un procédé de fabrication lors duquel une quantité précise de matériau à mouler généralement préchauffé est comprimée à l’aide de deux moules chauffés pour lui donner la forme désirée. Le moulage par compression est généralement considéré comme une alternative au moulage par injection pour des conceptions relativement simples et pour la production de petites et moyennes séries.

• Le moulage par soufflage est une technique qui s'apparente au soufflage du verre. Une machine souffle de l'air dans une pièce chauffée en forme de tube, généralement en plastique ou en verre, qui est serrée dans un moule. Lorsque l'air est insufflé dans le moule, la pression pousse le plastique qui vient épouser la forme du moule. Le moulage par soufflage est couramment utilisé pour la fabrication de produits creux, tels que les bouteilles. 

• La stratification de composites consiste à assembler des matériaux composites sur un moule et d'appliquer des méthodes telles que la stratification humide, la stratification de préimprégnés ou le moulage par transfert de résine pour former les pièces composites finies à partir de matériaux haute performance, notamment la fibre de carbone, la fibre de verre et le kevlar.

Il existe de nombreux types de moules qui peuvent être utilisés comme solutions d'outillage pour les processus de fabrication mis en évidence ci-dessus. Par exemple, pour le moulage de l'aluminium, il existe environ sept types de moules, dont les moules en sable, les moules en céramique et les moules en coquille. Par conséquent, pour simplifier la classification des différents types de moules, nous utiliserons la catégorisation suivante :

• Les moules en une pièce sont les types de moules les plus simples, avec des surfaces uniformes sur toutes les parties de l'objet à mouler. Les conceptions de moules ou les objets présentant une seule surface plane peuvent également être reproduits à l'aide de moules en une pièce. Bien que des moules en une pièce puissent être réalisés à partir de modèles CAO, ces moules sont généralement développés à partir d'un modèle master physique. 

• Les moules en deux pièces permettent de produire efficacement des pièces plus complexes. Un moule en deux pièces est un moule comportant deux parties distinctes assemblées au niveau d'une ligne de jonction, afin de fabriquer le produit final. Chaque pièce produite reflète les différentes caractéristiques des deux parties de la conception du modèle ou du modèle master. La fabrication d'un moule en deux pièces implique aussi généralement le développement des deux parties du moule à partir d'un modèle master ou d'un modèle CAO.

• Les moules en plusieurs pièces sont parfaits pour les conceptions de moules aux géométries plus complexes qui nécessitent une approche différente par rapport au processus de développement de moules en une ou deux pièces. Les moules en plusieurs pièces tiennent compte des différents aspects ou caractéristiques du modèle. Le moule terminé sera donc composé de plusieurs pièces pour recréer les différentes caractéristiques du modèle. 

• Les moules à cavités multiples ont plusieurs cavités qui ont la forme de la même pièce, ce qui permet de fabriquer plusieurs pièces par cycle de production et d'augmenter ainsi la productivité.

Une autre caractéristique cruciale qui aide à classer les différents types de moules est le taux de réutilisation du moule. Le taux de réutilisation fait référence au nombre d'utilisations que le fabricant compte faire d'un moule. Les différents types de moules appartenant à cette classification sont :

• Moules à usage unique ou sacrificiels : ces moules ne peuvent reproduire qu'un seul objet. Une fois utilisé, le moule est détruit lors du processus de démoulage. Les moules à usage unique sont généralement fabriqués à partir de sable, d'argile, de silicone, de cire ou de plastique.

• Moules réutilisables ou permanents : comme leur nom l'indique, ces moules peuvent être réutilisés pour plusieurs cycles, et sont adaptés à la production de petites ou de grandes séries. Pour les petits volumes, les moules réutilisables peuvent être fabriqués en silicone, en mousse, en bois, en plastique ou en métaux plus souples comme l'aluminium. On appelle ce type de moules des moules souples. Les volumes plus importants nécessitent des moules plus durables qui ne s'usent pas et qui sont le plus souvent fabriqués à partir de métaux durs, comme l'acier. On appelle ce type de moules des moules durs. 

Quelle est la meilleure technique de fabrication de moules pour une application donnée ? Quelques facteurs importants sont à prendre en compte, notamment le matériau de la pièce finale, le processus de fabrication prévu, la géométrie du modèle et le volume de production. 

Nous vous présentons ci-dessous une approche simplifiée, étape par étape, pour choisir la meilleure technique pour votre projet de fabrication :

Un plan de fabrication peut aider à mieux comprendre ce que l'on attend d'un projet, son calendrier de développement et le budget disponible. Que vous envisagiez de créer des pièces personnalisées ou de produire en série des milliers d'exemplaires d'un même objet, cela vous permettra de mieux vous guider. Les critères de développement peuvent varier en fonction du projet, mais comprennent généralement la conception de la pièce, la taille, le matériau, la qualité, les tolérances requises, le calendrier, le volume de production requis, les contraintes de coût, etc. 

Dans le cadre du développement d'un produit, le document initial qui répond à bon nombre de ces questions est souvent le document sur les exigences du produit (PRD), tandis que la nomenclature (BOM) est la liste complète des pièces, articles, assemblages et autres matériaux nécessaires à la création d'un produit.

Le procédé de fabrication adapté pour une pièce donnée dépend largement des critères de développement. Dans certains cas, plusieurs processus de production peuvent être utilisés pour créer une conception donnée. En règle générale, il convient de choisir le processus qui peut donner à la pièce la qualité requise aux coûts les plus bas, tout en remplissant les autres critères de développement. Le matériau et le volume de fabrication sont probablement les facteurs les plus importants à prendre en compte.

Pour les pièces en plastique, vous pouvez lire notre guide des procédés de fabrication avec des plastiques.

Une fois que vous avez choisi le bon procédé de fabrication, le type de moule choisi pour ce procédé dépend largement des critères de développement. Bien que les facteurs exacts dépendent du processus de fabrication, voici quelques-uns des points les plus importantes à prendre en compte lors du choix d'une technique de fabrication de moules :

• Conception de la pièce : essayez de simplifier la conception autant que possible et de respecter les règles de conception pour le processus de fabrication donné afin de pouvoir choisir la technique permettant d'obtenir les coûts les plus bas. Les conceptions simples peuvent ne nécessiter que des moules créés avec des techniques manuelles, tandis que les conceptions complexes nécessitent souvent des moules en plusieurs pièces créés avec des outils de fabrication numérique tels que des imprimantes 3D ou des machines d'usinage CNC. 

• Volume de production : les productions en grande série nécessitent des moules durables, capables de reproduire fidèlement les modèles sans s'user après quelques utilisations. Cependant, la fabrication de ces outils entraîne des coûts et des délais élevés. Pour les pièces uniques et les petits lots, il peut être plus judicieux de choisir des moules moins chers pouvant être créés plus rapidement, tels que des moules sacrificiels ou des moules souples, qui peuvent être mis au rebut lorsqu'ils commencent à montrer des signes d'usure.

• Qualité : des tolérances plus strictes nécessitent des moules et des outils plus précis, tels que des outils de fabrication numérique, qui doivent être plus durables afin de garantir une qualité constante sur plusieurs cycles.

• Délais : la production de moules métalliques complexes prend souvent des mois si vous passez par un sous-traitant. Si vous avez des délais serrés, essayez de rechercher des alternatives qui peuvent réduire les délais de production, comme l'outillage rapide imprimé en 3D.

• Matériaux : les matériaux qui ont un point de fusion plus élevé ou qui sont plus abrasifs nécessiteront des moules plus durables capables de créer le volume de pièces requis sans se dégrader.