Moulage par injection à faire soi-même : comment réaliser un moulage par injection en interne avec des moules imprimés en 3D

Le moulage par injection est un procédé de fabrication répandu : en fait, la majorité des produits en plastique fabriqués dans le monde aujourd'hui sont moulés par injection. C'est une technique idéale pour les besoins en production à grande échelle, mais les moules en métal usinés par machine à commande numérique présentent des coûts prohibitifs et de longs délais de réalisation pour la production de petites séries.

Pour le prototypage et la production de petites séries, de l'ordre de 10 à 100 pièces environ, les moules imprimés en 3D constituent une solution économique permettant de gagner du temps. Ils flexibilisent aussi la démarche de fabrication, en permettant aux ingénieurs et aux concepteurs de tester des moules, de les modifier facilement puis de réaliser plus rapidement des itérations de conception, tout en maintenant les coûts bien inférieurs à l'usinage CNC traditionnel.

La création de moules sur mesure à l'aide d'une imprimante 3D stéréolithographique (SLA), comme la Form 3+, est simple et pratique, vous permettant de tirer profit des avantages de l'impression 3D et des techniques traditionnelles de moulage.

Dans ce guide, nous vous expliquons le processus de moulage par injection à faire soi-même et nous partageons tous les outils et astuces nécessaires pour bénéficier du moulage par injection de plastique en interne en utilisant des moules imprimés en 3D.

Pour obtenir des lignes directrices détaillées, des conseils de conception et des études de cas réels, téléchargez notre livre blanc.

L'installation d'un environnement pour réaliser un moulage de plastique à faire soi-même nécessite un investissement. Cela demande à la fois de l'argent et du temps pour acquérir le bon équipement et maîtriser son fonctionnement. Cela dit, ces coûts sont, dans de nombreux cas, toujours inférieurs au coût d'un unique moule en métal, aussi les éventuelles économies en temps et en coûts, lorsque vous serez bien préparé, compenseront largement les efforts réalisés initialement.

Voici ce dont vous allez avoir besoin pour commencer :

• Une imprimante 3D SLA de bureau haute performance, comme la Form 3+ de Formlabs. La Form 3 peut fabriquer des moules précis avec des caractéristiques nettes et une finition de surface lisse qui donneront des pièces moulées finales de grande qualité. Au-delà du moulage de plastique à faire soi-même, une imprimante 3D SLA est également une ressource utile pour le prototypage et d'autres applications tout au long du développement de produits. 

• Un matériau pour l'impression 3D pouvant résister à la température et à la pression qui s'exercent sur le moule pendant le processus de moulage par injection. Nous recommandons les matériaux suivants pour les imprimantes 3D SLA de Formlabs :

  • Rigid 10K Resin est un matériau de qualité industrielle fortement chargé en verre, qui convient à plus de géométries et de procédés de moulage par injection. Il a une température de fléchissement sous charge de 218 °C à 0,45 MPa et un module de traction de 10 000 MPa, ce qui la rend résistante, extrêmement rigide et thermiquement stable.

  • High Temp Resin présente une température de fléchissement sous charge de 238 °C à 0,45 MPa, qui convient au moulage par injection. Ce matériau est plus fragile, mais il est recommandé pour les matériaux dont la température de moulage est élevée et pour réduire le temps de refroidissement.

  • Grey Pro Resin possède une conductivité thermique plus faible que High Temp Resin ou Rigid Resin, qui allonge le temps de refroidissement, mais elle est plus souple et peut résister à plusieurs centaines de cycles.

• Une machine de moulage par injection d'atelier, comme la Galomb Model-B100 ou la Holipress. Il existe sur le marché un certain nombre de presses à injection d'atelier dont le coût varie. Beaucoup de presses à injection à moindre coût utilisent un piston à main, tandis que certaines des unités les plus chères utilisent un système à vis ou pneumatique. Certains de nos clients ont également recommandé des systèmes Minijector, Morgan, APSX ou encore Micromolder. Les machines de moulage de bureau automatisées telles que celles produites par Babyplast sont de bonnes alternatives pour la production à grande échelle de petites pièces. 

• Des granulés de plastique de votre choix

• Un logiciel CAO de votre choix pour concevoir l'insert du moule, comme Blender, que vous pouvez télécharger gratuitement.

Avant l'achat, assurez-vous d'évaluer soigneusement la presse à injection par rapport à vos besoins de production. Pour les grandes pièces, les processus industriels seront toujours nécessaires. Cette technique de moulage par injection à faire soi-même convient mieux à la production de petites séries de pièces de petite taille.

Un moule imprimé en 3D Formlabs, ainsi qu'un composant encapsulé, fabriqués à l'aide de ceprocessus de moulage par injection à faire soi-même.

Procédure pas à pas du moulage par injection à faire soi-même

1. Conception du moule en CAO

Choisissez d'abord le logiciel CAO de votre choix pour concevoir l'insert du moule. Nous utiliserons le logiciel open source Blender, mais le processus de travail doit être assez similaire dans n'importe quel autre logiciel CAO.

Téléchargez les fichiers de conception vierges de l'insert du moule : vous les utiliserez pour concevoir votre moule par injection. Les modèles peuvent également être facilement mis à l'échelle pour s'adapter à la plupart des presses à injection et des cadres de moules. Vous pouvez également concevoir votre propre insert de moule pour utiliser les schémas des cavités des cadres du moule master.

Importez dans votre outil CAO les deux moitiés du corps du moule et le modèle 3D que vous aimeriez fabriquer.

Dans Blender, utilisez l'icône « Eye » (Œil) dans l'explorateur de la scène pour désactiver une moitié du moule. Une fois que votre espace de travail est configuré comme vous le souhaitez, définissez le type de dessin « Wire » (Fil) dans le menu Objet pour les deux moitiés du moule, comme sur l'image ci-dessous.

Vous pouvez maintenant positionner votre moule. Assurez-vous que l'objet croise complètement le point d'injection de plastique fondu pendant le processus de moulage par injection. Pour faciliter cette opération, passez en mode orthographique, à l'aide de la fonction « Toggle perspective/ortho » (Basculer perspective/ortho).

Désactivez la visibilité du corps du moule actuel et activez l'autre côté. Répétez l'opération pour vous assurer que l'objet croise complètement le point d'injection de l'autre moitié du corps du moule. Une fois l'objet aligné, vous êtes prêt à soustraire la zone d'intersection des deux objets à l'aide de la fonction « Boolean difference » (Différence booléenne) dans Blender.

Sélectionnez la première moitié de votre objet et choisissez l'option booléenne dans le menu « Modifiers » (Modificateurs). Sélectionnez l’objet que vous coupez et assurez-vous que l’opération « Difference » est sélectionnée. Appliquez l'opérateur et faites de même pour l'autre côté. Cela devrait ressembler à l'image ci-dessous. Si vous êtes bloqué ici, ce tutoriel sur l'ajout de composants de verrouillage à un modèle pourra vous être utile.

Votre moule est maintenant prêt à l'impression. Exportez chaque moitié, en vous assurant de cocher la case « Selection Only » (Sélection uniquement) dans l'exportateur de Blender.

2. Impression en 3D du moule

Pour imprimer le moule en 3D, il est essentiel de choisir un matériau pouvant résister à la température et à la pression auxquelles est soumis le moule pendant le processus de moulage par injection. 

À partir d’essais en interne et d’études de cas, nous vous suggérons de choisir votre résine d’impression en fonction des critères du tableau ci-dessous. Trois étoiles signifient que la résine est très efficace, une étoile signifie qu’elle l’est moins.

La configuration de l'impression ne prend que quelques secondes dans PreForm, le logiciel de préparation d'impression pour les imprimantes 3D Formlabs. Si votre modèle de moule nécessite des structures de support pour l'impression, assurez-vous d'orienter les deux moitiés du moule dans PreForm de façon à ce que leurs cavités soient ouvertes vers le haut. Cela simplifiera le post-traitement et garantira une surface de haute qualité pour vos pièces moulées.

Il est possible d'imprimer plusieurs moules sur la même plateforme de fabrication selon leurs formes et tailles, ce qui accroît l'efficacité de l'impression.

3. Moulage par injection de pièces en plastique

Maintenant que vous avez conçu votre moule et l'avez imprimé en 3D, vous pouvez mouler les pièces sur votre machine de moulage par injection de plastique d'atelier. 

Vous avez le choix d'une grande variété de matériaux pour le moulage par injection. Formlabs et ses clients ont testé les matériaux suivants avec des moules d'injection imprimés en 3D :

• PEBD
• Polypropylène
• Polyamide
• PE
• TPE
• TPU
• PLA (acide polylactique)
• ABS
• ASA
• PEHD
• EVA
• PS
• POM

Tenez compte des propriétés souhaitées de votre objet et des capacités de votre presse à injection avant de faire votre choix. À partir de là, suivez simplement les instructions propres à votre presse à injection pour fabriquer rapidement et efficacement vos pièces.

L’adhérence d’une pièce au moule dépend du matériau injecté et peut endommager le moule pendant la phase d’extraction, en particulier avec des matériaux flexibles comme les TPU et les TPE. L’emploi d'un produit de démoulage peut être une bonne solution pour aider à extraire la pièce du moule. Les produits de démoulage prévus pour le silicone sont compatibles avec Grey Pro Resin, High Temp Resin et Rigid 10K Resin de Formlabs. 

Si vous avez d’autres questions sur le processus de travail, lisez bien l’article de FAQ : le moulage par injection avec des moules imprimés en 3D.

Astuces pour les concepteurs s'essayant au moulage par injection à faire soi-même

Lorsque vous concevez votre moule, il faut garder en tête les exigences pour l'impression 3D mais aussi pour le moulage. 

La méthode exacte du moulage par injection à faire soi-même varie en fonction du modèle et du volume de production souhaités, mais ces conseils et astuces vous aideront à augmenter votre taux de réussite.

• Pour que les lignes d'impression soient moins visibles sur la pièce finie, imprimez le moule avec une épaisseur de couche plus petite (50 ou 25 microns par couche au lieu de 100 par défaut). Notez que cela augmente le temps d'impression.

• Ajouter une dépouille de deux à cinq degrés sur les surfaces perpendiculaires à la direction d'extraction permettra aux pièces de sortir plus facilement et minimisera l'usure du moule.

• Vous pouvez polir les surfaces du plan de joint avec du papier de verre à grain fin pour réduire les bavures.

• Envisagez d'utiliser un bain d'eau pour refroidir plus rapidement votre pièce et réduire la déformation.

• Les détails en creux ou en relief doivent dépasser de la surface d'au moins 1 mm.

• Lorsque vous travaillez avec des cadres de moule en aluminium, ajoutez 0,125 mm d'épaisseur supplémentaire à l'arrière des parois du moule, pour prendre en compte les forces de compression et assurer l'étanchéité.

Pour découvrir le flux de travail complet du processus et d'autres bonnes pratiques, téléchargez notre livre blanc. 

Sortez des sentiers battus avec l'impression 3D

On oppose souvent l’impression 3D et le moulage par injection, mais les deux procédés ne s’excluent pas toujours complètement. En imprimant directement des pièces en 3D ou en utilisant des moules imprimés en 3D pour le moulage par injection pour le prototypage et la production de petites séries, vous pouvez tirer avantage des deux technologies. Cela rendra votre processus de fabrication plus rapide et plus rentable et vous permettra de commercialiser des produits plus rapidement.

Vous voulez en savoir plus sur le moulage par injection avec des moules imprimés en 3D ? Téléchargez ce livre blanc pour savoir comment utiliser des moules imprimés en 3D pour le processus de moulage par injection. Vous y trouverez des études de cas réels, réalisées chez Braskem, Holimaker et Novus Applications.

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