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Moulage par injection plastique et thermoformage

L’usinage combiné à l’impression 3D permet aux ingénieurs et aux concepteurs d’étendre les capacités des matériaux et d’exploiter leur imprimante 3D au-delà du prototypage pour l’intégrer à la production.

L’usinage permet d’obtenir rapidement des lots de 150 à 600 pièces et de tester les conceptions de moules avant de lancer la production d’outillage coûteux. L’usinage est utilisé partout par les concepteurs, les entrepreneurs, et les enseignants pour créer de petites séries de production, prototyper des moules complexes, tester le produit avec les plastiques d’utilisation finale, et répondre à toute situation où il est nécessaire de créer plusieurs exemplaires d’une pièce facilement et à moindre coût. L’impression 3D des pièces comme complément au processus de moulage est généralement plus rapide et moins coûteuse que le fraisage CNC, et plus facile que la manipulation des moules en silicone.

L’impression 3D de moules est idéale pour les petits lots en raison de son coût abordable et de sa simplicité d’utilisation en comparaison avec des techniques telles que le fraisage CNC ou le coulage de silicone.
L’impression 3D de moules est idéale pour les petits lots en raison de son coût abordable et de sa simplicité d’utilisation en comparaison avec des techniques telles que le fraisage CNC ou le coulage de silicone.

Dans cet article, nous examinerons trois techniques d’usinage auxquelles l’impression 3D s’intègre facilement : le moulage par injection, le coulage et le thermoformage. Pour obtenir une description plus détaillée de ces techniques, ainsi que des conseils de conception pour l’usinage et l’impression 3D, regardez notre webinaire..

Webinaire : Fabrication de moules par impression 3D

Moulage par injection

Le moulage par injection a été inventé en 1872 par John Wesley Hyatt, et a été à l’origine utilisé plutôt comme une aiguille hypodermique. La machine moderne de moulage par injection a été finalisée en 1956 avec l’invention de la vis-piston.

Le processus de moulage par injection moderne consiste à ce qu’une vis-piston entraîne des pastilles de polymère plastique à travers une trémie dans un baril chauffé. Au fur et à mesure que les pastilles se rapprochent du baril chauffé, elles fondent et sont entraînées dans la cavité du moule, où une pression est appliquée. Une fois la pièce formée et refroidie à l’intérieur du moule, la pièce est éjectée et le moule peut être réutilisé.

Une coque USB, créée par un moule à injection imprimé directement avec la résine haute température de Formlabs.
Une coque USB, créée par un moule à injection imprimé directement avec la résine haute température de Formlabs.

Les polymères utilisés dans les processus de moulage par injection coûtent relativement peu cher et permettent d’obtenir un large éventail de propriétés. Le moulage par injection est largement utilisé dans la fabrication d’emballages et de produits de consommation (fait amusant : les briques LEGO, qui doivent être à la fois dures et précises, sont moulées par injection).

Les moules peuvent être directement imprimés en 3D avec une variété de matériaux, tels que les résines standard ou la résine haute température de Formlabs. Le test détaillé dans notre Livre Blanc sur le moulage à injection par impression 3Da été réalisé avec la machine à mouler par injection Galomb - modèle B100, dont le coût d’exploitation est d’environ 3500 $.

Coulage

Le coulage est une technique largement utilisée dans plusieurs industries, surtout dans la joaillerie. Elle est adaptée pour les petites et les grandes pièces sur une grande variété de métaux. Remontant à plus de 5000 années, le coulage permet aux créateurs d’utiliser un large éventail de matériaux et constitue l’une des méthodes les plus faciles pour la fabrication de pièces en métal.

Le coulage consiste à créer un moule creux à partir d’un maître, qui peut être sculpté à la main ou imprimé en 3D (comme illustré dans un tutoriel vidéo de BJB Enterprises sur la méthode de fabrication de moules en silicone avec l’imprimante Form 2). Le maître est plongé dans un matériau de coulage tel que sable, l’argile, le béton, l’époxy, le plâtre ou le silicone. Le matériau de coulage durcit, le plastique ou le métal est versé dans le moule, et le maître est soit retiré soit brûlé pour créer la pièce finale.

Modèle de bague imprimé en résine calcinable pour le coulage.
Vous pouvez imprimer un maître détaillé en utilisant un matériau tel que la résine moulable de Formlabs, qui est brûlée pour créer un moule réutilisable.

Les moules en caoutchouc vulcanisés sont utilisés pour produire des modèles en cire pour des moulages à la cire perdue de pièces en métal pour la joaillerie, des petits composés industriels ou des figurines miniatures.

Thermoformage et formage sous vide

Le thermoformage et le thermoformage sous vide ressemblent tous les deux au moulage par injection en ce qu’ils utilisent la chaleur et la pression pour créer les pièces finales en plastique. Ces méthodes sont apparues dans les années 1940 pour produire des verrières d’aéronefs sans défauts et des cartes en relief pour l’armée. De nos jours, elles sont largement utilisées pour produire les emballages peu coûteux où la précision dimensionnelle n’est pas cruciale et une épaisseur irrégulière est acceptable.

Emballage de rasoir conçu par thermoformage sous vide à partir d'une pièce imprimée en 3D.
L’emballage de ce rasoir a été créé par le thermoformage sous vide.

Le thermoformage consiste à compresser une feuille de plastique chauffée entre deux moitiés de moule pour créer une pièce. Dans le thermoformage sous vide, une seule moitié de moule est utilisée, et le plastique est aspiré sur le moule par succion. Les machines utilisées dans ces méthodes ont un coût très abordable, et vous pouvez même les construire par vous-même.

Diagramme expliquant le processus de thermoformage..
Dans ce diagramme, A représente la pression exercée par la face opposée du moule, B représente la pression du plastique appliqué au moule, et C représente la chaleur du plastique.

Éléments de conception pour l’impression 3D et l’usinage

Si vous modélisez des pièces pour usinage, vous devez tenir compte de facteurs tels que la pression, le dégazage, ainsi que le refroidissement et le chauffage différentiels. Suivez notre webinaire sur la fabrication de moules grâce à l'impression 3D., pour en savoir plus sur ces directives de conception et comment démarrer !

Formlabs Webinar: Making Molds with 3D Printing