Moulage par injection, coulage et thermoformage avec des moules imprimés en 3D

La fabrication de moules est utilisée dans tous les secteurs d'activité par les concepteurs de produits, les entrepreneurs et les enseignants pour créer de petites séries de production, prototyper des moules complexes, tester la production avec des plastiques d’usage final et, d'une manière générale, aider dans toutes les situations où il est nécessaire de créer plusieurs versions d'une pièce de manière simple et abordable. Elle permet de produire des petites séries de 150 à 600 pièces ou de tester des conceptions de moules avant d'acheter un outillage coûteux.

La fabrication de moules avec des imprimantes 3D de bureau permet aux ingénieurs et aux concepteurs d'étendre l’utilisation de leur imprimante 3D au-delà du seul prototypage rapide jusqu’en production. L’utilisation de moules, de matrices et de modèles imprimés en 3D pour compléter les processus de moulage permet de gagner du temps et de réduire les coûts par rapport à l’usinage CNC, et s’avère plus simple que d’utiliser du silicone.

L'impression 3D de moules est généralement moins coûteuse et plus facile que l'utilisation de techniques telles que l'usinage CNC ou le coulage de silicone pour les petites séries.

Dans cette rubrique, nous allons détailler trois techniques de fabrication de moules qui peuvent facilement bénéficier de l'impression 3D : le moulage par injection, le coulage et le thermoformage. Pour un examen plus approfondi de ces techniques ainsi que des directives de conception pour la fabrication de moules et l'impression 3D, regardez notre webinaire.

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Moulage par injection

Le moulage par injection a été inventé en 1872 par John Wesley Hyatt, et fonctionnait à l'origine un peu comme une aiguille hypodermique. La machine moderne de moulage par injection a été mise au point en 1956 avec l'invention de la vis à mouvement alternatif.

Dans le processus moderne de moulage par injection, une vis à mouvement alternatif fait passer des granulés de polymère plastique d'une trémie à un baril chauffé. En s'approchant de l'élément chauffant, les granulés fondent et sont poussés dans la cavité du moule, où une pression est appliquée. Une fois la pièce formée et refroidie dans le moule, la pièce est éjectée et le moule peut être réutilisé.

Une petite pièce en plastique, créée à l'aide d'un moule à injection directement imprimé en 3D avec High Temp Resin de Formlabs.

Les polymères utilisés pour les processus de moulage par injection sont relativement bon marché et peuvent être employés pour obtenir une grande variété de propriétés, de sorte que le moulage par injection est couramment utilisé pour créer des emballages et des produits de consommation (fait amusant : les briques LEGO, qui doivent être à la fois solides et précises, sont moulées par injection).

Avec des imprimantes 3D de bureau disponibles à des prix abordables, des matériaux d’impression 3D résistants aux températures élevées et des appareils de moulage par injection, il est possible de réaliser des moules d'injection 3D en interne pour produire des prototypes et de petites pièces fonctionnelles en plastique. Pour de petites séries de l’ordre de 10 à 100 pièces environ, les moules à injection imprimés en 3D permettent de gagner du temps et sont plus économiques que les moules en métal. Ils rendent également plus agile la démarche de fabrication en permettant aux ingénieurs et aux concepteurs de prototyper les moules à injection, de les tester et de les modifier facilement en plus d’effectuer de nombreuses itérations, grâce à des délais de réalisation plus courts et des coûts plus faibles.

Les moules peuvent être directement imprimés en 3D dans de nombreux matériaux, tels que Rigid 10K Resin ou High Temp Resin de Formlabs. Les essais réalisés pour notre livre blanc sur le moulage par injection ont été effectués à l'aide de l'appareil Galomb Model-B100 Injection Molder, qui coûte environ 3500 €.

Coulage

Le coulage de métaux est une technique populaire dans de nombreuses industries, notamment en bijouterie, en dentisterie et en ingénierie. Il peut être utilisé pour produire de petites ou grandes pièces avec une grande variété de métaux. Ce type de moulage est apparu il y a environ 5000 ans et permet aux créateurs de façonner une grande variété de matériaux. Cette technique est aussi l’une des plus faciles pour fabriquer des pièces en métal.

Dans le cas du coulage, un moule creux est créé à partir d'un modèle qui peut être sculpté à la main ou imprimé en 3D (comme le montre un tutoriel vidéo de BJB Enterprises sur la fabrication de moules en silicone avec une imprimante 3D SLA Formlabs). Le master de moule est immergé dans un matériau de coulage comme du sable, de l'argile, du béton, de l'époxy, du plâtre ou du silicone. Le matériau de coulage durcit, le plastique ou le métal est versé dans le moule, et le master est soit retiré soit brûlé pour créer la pièce finale.

Vous pouvez imprimer un master détaillé en utilisant un matériau comme Castable Wax Resin de Formlabs, qui brûle pour créer un moule réutilisable.

Les moules en caoutchouc vulcanisé peuvent être utilisés pour produire des modèles en cire en grande quantité pour les moulages à modèle perdu de pièces métalliques comme des bijoux, des petits composants industriels et des figurines miniatures.

Les imprimantes 3D peuvent produire des modèles masters utilisés pour fabriquer des moules par vulcanisation à température ambiante (RTV) et même des moules en caoutchouc vulcanisé à haute-température.

Les modèles de bijoux directement imprimés en 3D peuvent être utilisés pour la fabrication de moules par vulcanisation à température ambiante (RTV, room temperature vulcanization) et par vulcanisation à haute-température de caoutchouc naturel.

Dans le domaine de l'ingénierie et de la fabrication, le coulage de métaux est un procédé de fabrication rentable et très performant pour produire des pièces aux caractéristiques fines ou aux géométries complexes. Les fabricants et les ingénieurs utilisent le coulage pour fabriquer des composants importants dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et de la santé.

Les imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA) offrent une grande précision et une large gamme de matériaux qui conviennent très bien aux processus de coulage, et permettent de produire des pièces métalliques à moindre coût, avec une plus grande liberté de conception et des délais plus courts que les méthodes traditionnelles sans devoir acheter des imprimantes 3D à métaux coûteuses.

Thermoformage et formage sous vide

Les deux procédés de thermoformage et de formage sous vide sont similaires au moulage par injection dans la mesure où ils utilisent la chaleur et la pression pour créer des pièces finales en plastique. Ces méthodes sont apparues dans les années 1940 pour produire des verrières d'avions sans défauts et des cartes en relief pour l'armée.

Aujourd'hui, elles sont couramment utilisées pour produire des emballage de produits de consommation ou des composants automobiles pour des pièces ne demandant pas une très grande précision dimensionnelle.

L'emballage de ce rasoir a été créé par formage sous vide.

Dans le thermoformage, une feuille de plastique chauffée est pressée entre deux moitiés de moule pour créer une pièce. Dans le cas du formage sous vide, seule une moitié du moule est utilisée, la succion étant utilisée pour tirer le plastique vers le bas. Les machines utilisées pour ces méthodes sont très bon marché, et il est même possible de les construire soi-même.

Dans ce diagramme, A représente la pression exercée par la face du moule inversé, B représente la pression exercée par le plastique appliqué sur la forme, et C représente la chaleur du plastique.

L’impression 3D de matrices de thermoformage avec l'impression 3D SLA est une méthode rapide et efficace pour créer des pièces formées sous vide de haute qualité dans le cadre de productions en petite série. Les matrices de thermoformage imprimées peuvent servir à fabriquer des prototypes d’emballage, des appareils de maintien orthodontiques et des moules alimentaires pour la chocolaterie.

Comment fabriquer des moules avec l'impression 3D

Lorsque vous modélisez des pièces pour la fabrication de moules, vous devez tenir compte de facteurs tels que la pression, le dégazage, le refroidissement et le chauffage différentiels.

Regardez notre webinaire pour découvrir différentes techniques de fabrication de moules et apprendre à fabriquer des moules d'injection, des moules de thermoformage et des moules de coulage imprimés en 3D. 

Webinaire Formlabs : fabrication de moules par impression 3D