Thermoformage de feuilles épaisses en PS et en ABS avec des moules imprimés en 3D : téléchargez notre nouvelle étude technique

Le Centre Technique Industriel français de la Plasturgie et des Composites (IPC) a mené des recherches destinées à évaluer l'utilisation des moules imprimés en 3D pour le thermoformage de petites séries avec des feuilles épaisses de PS et d'ABS.

Téléchargez notre livre blanc qui documente les étapes de fabrication et les essais de thermoformage avec des moules imprimés en 3D, ainsi que trois autres études de cas, des recommandations de conception et des conditions de moulage pour le formage de thermoplastiques courants.

Traditionnellement, les outils de thermoformage (également appelés moules ou formes) destinés à de gros volumes de production sont fabriqués à partir de métal usiné numériquement, tandis que ceux destinés à de petits volumes sont fabriqués à partir de bois ou de panneaux composites (mousse ou fibre de verre). Ces processus nécessitent tous des équipements et une main-d'œuvre coûteuse pour effectuer les réglages FAO et faire fonctionner les machines. Faire fabriquer le moule par un sous-traitant nécessite des semaines de délais et peut coûter des milliers de dollars. Par conséquent, thermoformer de petites quantités de pièces (des prototypes ou des lots de faible volume) n'est généralement pas une option viable.

L’impression 3D de bureau est une solution puissante pour fabriquer des outils rapidement et à moindres coûts. Elle ne nécessite qu'un équipement minimal, ce qui permet à la CNC d'économiser du temps et des opérateurs qualifiés pour d'autres tâches à haute valeur ajoutée dans l'intervalle. Grâce à l'impression 3D en interne, les fabricants et les concepteurs de produits peuvent introduire l'outillage rapide dans le processus de développement de produits afin de valider les choix de conception et de matériaux avant de passer à la production en série. Ils sont capables d'itérer rapidement, d'accélérer le développement de produits et de mettre de meilleurs produits sur le marché.

L'impression 3D stéréolithographique (SLA) est un excellent choix pour le moulage. Les pièces présentent une finition de surface lisse et une précision élevée, qui sont transférées de l'outil à la pièce finale et facilitent le démoulage. Les moules fabriqués avec des imprimantes 3D SLA sont liés chimiquement de manière à être totalement denses et isotropes, ce qui donne des moules fonctionnels dont la qualité serait impossible à obtenir avec d'autres technologies d'impression 3D courantes, comme le dépôt de fil fondu (FDM). L’impression 3D offre aussi une liberté de conception inégalée pour créer des moules complexes et très travaillés.

Les imprimantes SLA de bureau telles que la Form 3+ peuvent s'intégrer aisément dans n’importe quel flux de travail en raison de leur facilité de mise en œuvre, d'utilisation et de maintenance. L'imprimante 3D grand format Form 3L est assez compacte pour tenir sur un bureau et permet de fabriquer des pièces et des moules à grande échelle. En outre, Formlabs offre une large gamme de matériaux techniques dont les propriétés mécaniques et thermiques se prêtent bien à la fabrication d'outils.

Situé en France, IPC est le centre technique industriel dont l'expertise est dédiée à l'innovation plastique et composite. IPC développe de nouveaux moyens pour soutenir toutes les entreprises, en particulier les petites et moyennes entreprises. Le centre travaille en étroite collaboration avec les principaux acteurs scientifiques européens, afin de soutenir les entreprises en matière de R&D, d'innovation, de transfert de technologies et de compétences, et ce quel que soit le processus utilisé. Les équipes d'IPC aident les fabricants à stimuler l'innovation en réalisant des études, en établissant des protocoles, ainsi qu'en assurant la faisabilité et le transfert de technologie. Depuis des années, ils explorent les possibilités qu'offre l'outillage rapide imprimé en 3D, et en particulier la viabilité des moules d'injection imprimés en 3D pour la production de petites séries.

Récemment, IPC a mené un projet de recherche consacré aux équipements de formage sous vide imprimés en 3D en collaboration avec le groupe VESTAL, un fournisseur de premier plan de pièces et de solutions thermoformées spécialisé dans la production de grandes unités pour les secteurs médical, ferroviaire, des loisirs et des véhicules commerciaux légers, moyens et lourds. L'entreprise répond à une forte demande de prototypes, ainsi que de volumes faibles et moyens de pièces finales. L'objectif de cette étude était de créer des outils de prototypage capables de fabriquer des petits et moyens lots dans des conditions de moulage proches de celles de la production, avec des délais et des coûts réduits. 

L'équipe d'IPC a effectué des tests de faisabilité et de longévité sur des outils de test de torture imprimés en 3D qui présentaient certains problèmes courants en thermoformage.

La pièce test de torture a été conçue en respectant les spécifications suivantes :

• Présence de détails en relief et gravés.
• Angle de dépouille à 3°.
• Présence d'une zone sans angle de dépouille.
• Présence d'écriture en relief et gravée à 2 mm d'épaisseur.
• Présence de zones à arêtes vives.
• Présence de zones avec un rayon de 5 mm.
• Diamètre des trous d'aspiration de 0,8 mm à 1,2 mm maximum.
• Dimensions de la pièce : 60 x 130 x 168 mm.

L'étude a démontré que les moules imprimés en 3D avec Rigid 10K Resin de Formlabs sont capables de thermoformer des feuilles épaisses de PS, de 20 à 50 cycles. L'incorporation de canaux de refroidissement dans le design du moule augmente la longévité du moule tout en maintenant un temps de cycle adapté pour une production de petites et moyennes séries. Les délais sont de 3 à 7 fois plus courts qu'avec un outillage traditionnel, et les coûts sont réduits au moins de moitié. 

Téléchargez le rapport complet pour découvrir les détails de l'étude technique, y compris des recommandations sur l'impression 3D et des informations sur l'assemblage des moules et les conditions du processus.