À travers l’histoire, les artisans ont utilisé des moules pour tout fabriquer, des armes de l’âge du bronze aux produits de consommation modernes. Les premiers moules étaient traditionnellement fabriqués en pierre, mais la science moderne a permis l’émergence de matériaux tels que le silicone, plus faciles à travailler.
Les composants souples sont omniprésents dans la plupart des objets manufacturés, depuis les supports en caoutchouc des ordinateurs portables jusqu’aux poignées ergonomiques des paires de ciseaux. Les matériaux caoutchouteux, comme le polyuréthane, le silicone, le néoprène ou le latex, ont des applications allant de la couverture de toit aux équipements médicaux. Les moulages de silicone en particulier permettent de diversifier les propriétés des pièces imprimées en 3D en y incluant des éléments souples ou élastiques avec des matériaux aisément accessibles dans les quincailleries, les magasins de loisirs créatifs ou d’autres enseignes grand public.
Dans ce guide pratique sur la fabrication de moules en silicone, nous détaillons tout ce que vous devez savoir avant de vous lancer, notamment comment choisir le silicone adapté à votre application et les meilleures pratiques pour concevoir les caractéristiques essentielles des moules imprimés en 3D.
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À propos du silicone
Les silicones sont une catégorie de polymères dont la chaîne moléculaire contient du silicium, et qui passent d’un état liquide (le silicone) à un état solide extrêmement flexible et élastique (le caoutchouc silicone) en cas de réaction avec un catalyseur chimique.
Dans le domaine du moulage et de la fabrication de moules, le caoutchouc silicone RTV restitue les moindres détails, comme un texte en relief. De plus, la plupart des silicones moulables sont sans adhésion chimique et se décrochent des moules imprimés en 3D après la polymérisation. Une adhésion mécanique peut être obtenue en moulant sur des surfaces très poreuses comme une étoffe tissée, et dans certains cas une adhésion chimique peut être obtenue en utilisant des liants spécialisés.
Silicone liquide : les silicones de type liquide se présentent généralement en deux composants ou un composant unique avec une petite quantité de catalyseur à ajouter. Deux grandes catégories sont facilement disponibles. Les silicones catalysés au platine sont généralement plus coûteux mais fournissent une meilleure stabilité dimensionnelle sur le long terme et se contractent très peu après une polymérisation complète. Les silicones catalysés à l’étain sont moins coûteux mais moins stables sur la durée, et ont généralement un taux de contraction plus élevé. Les durées de durcissement peuvent varier de 10 minutes à plusieurs heures.
Mastic silicone : il s'agit d'un mastic en deux parties dont les composants sont mélangés à la main en quantités égales. Une de ses applications principales est la fabrication de moules pour le secteur de la joaillerie, mais le silicone lui-même est un bon substitut pour les joints d’étanchéité moulés par compression. Sa dureté est de Shore 40A (voir l’échelle ci-dessous), équivalente à celle d’une gomme de crayon. Ce silicone se polymérise rapidement, en moins de 20 minutes, et ne se contracte pas du tout.
Peau, muqueuse et sécurité alimentaire : certaines applications exigent une sensibilité supérieure à d’autres quand elles entrent en contact avec le corps humain ou avec la nourriture. Vérifiez toujours la fiche de données de sécurité des matériaux fournie par le fabricant du silicone pour vous assurer de l’innocuité du caoutchouc pour votre application.
Échelle et indices de dureté : on attribue aux matériaux caoutchouteux, comme les silicones, un indice de dureté allant du plus souple au plus ferme, mesuré avec un duromètre selon l’échelle de dureté Shore. Les matériaux les plus mous sont mesurés sur l’échelle de dureté Shore A, et les plus durs sur l’échelle Shore D.
Adapté du Meridian Laboratory
Pourquoi fabriquer des moules en silicone ?
Le silicone est un matériau de choix pour la fabrication de moules, car il offre un grand nombre d’avantages. Vous pouvez personnaliser vos conceptions grâce au moulage en silicone. Ces moules sont durables et peuvent donc être utilisés de manière répétée sans risque de casse. L’origine minérale du silicone, en comparaison avec le caoutchouc, son équivalent organique, en fait un matériau hautement résistant à la chaleur et au froid, aux expositions chimiques et même aux champignons. Les principaux avantages des moules en silicone sont les suivants :
Flexibilité
La flexibilité du silicone en fait un matériau facile à travailler. Les moules en silicone sont souples et légers comparés à des matériaux plus rigides comme le plastique, et sont aussi plus faciles à retirer lorsqu’une pièce est terminée. Grâce à la grande flexibilité du silicone, le moule et la pièce fabriquée sont moins susceptibles de se briser ou de s’écailler. Vous pouvez utiliser des moules en silicone sur mesure aussi bien pour des composants techniques complexes que pour des glaçons à motif tropical ou des confiseries.
Stabilité
Le silicone supporte des températures entre -65 °C et 400 °C. De plus, il peut s’allonger jusqu’à 700 %, en fonction de sa formulation. Le silicone étant très stable sous toutes les conditions, les moules peuvent passer au four, être congelés et être étirés au moment du retrait.
Durabilité
Dans la plupart des cas, vous pouvez utiliser un moule en silicone de nombreuses fois. Néanmoins, il est important de noter que la durée de vie des moules peut grandement varier. Des moulages fréquents ou des conceptions complexes et détaillées entrainent une dégradation plus rapide du moule. Pour maximiser la durée de vie de vos moules en silicone, nettoyez-les avec de l’eau et un savon doux, séchez-les minutieusement et stockez-les à plat sans les empiler.
Les limites
Bien que les avantages à travailler avec du silicone soient nombreux, il faut également être conscient de ses quelques limites :
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Le silicone coûte plus cher que le latex ou les caoutchoucs naturels. Une comparaison rapide sur Amazon montre qu’un gallon (3,8 l) de silicone atteint souvent les 100 $, près du double du prix du latex.
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Bien qu’il soit flexible, le silicone peut se déchirer s’il est trop étiré.
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Tous les silicones n’ont pas exactement la même formulation. Achetez toujours votre silicone et tous vos matériaux de fabrication à un fournisseur fiable.
Applications courantes pour les moules en silicone
Les particuliers aussi bien que les professionnels utilisent les moules en silicone pour leur polyvalence et leur simplicité. Voici quelques exemples de secteurs et d’applications qui fabriquent des moules en silicone pour leur production :
Prototypage
De nombreux secteurs utilisent le moulage en silicone pour le prototypage et le développement de produits. Le coût des moules en silicone est significativement plus faible que celui de l’outillage en dur utilisé pour les procédés de fabrication traditionnels comme le moulage par injection. Le moulage en silicone est donc idéal pour le prototypage de produits, ainsi que pour créer des unités bêta afin de tester un marché et la réaction des clients à un nouveau produit. Bien que l’impression 3D soit plus adaptée pour créer des pièces uniques rapidement, les moulages en silicone et en uréthane sont idéaux pour des petites séries de pièces.
La production de transition avec l’impression 3D et l’uréthane
La production de transition (« bridge production ») est plus rapide que les méthodes traditionnelles de fabrication et est utile pour les petites séries ou quand la conception est susceptible d’évoluer. Regardez ce webinaire pour découvrir comment passer de l’impression 3D au moulage de petites séries pour arriver au moulage par injection.
Joaillerie
Les joailliers utilisent des moules en silicone personnalisés pour dupliquer en cire des modèles sculptés à la main ou imprimés en 3D, ce qui leur permet de supprimer le long travail de main d'œuvre nécessaire pour créer des modèles en cire pour chaque nouvelle pièce, tout en continuant à mouler à partir de la cire. Cela représente une avancée notable pour la production en série, permettant au moulage à modèle perdu d'être utilisé à grande échelle. Grâce à la capacité des moules en silicone à refléter les moindres détails, les joailliers peuvent produire des pièces ornementées et des formes compliquées.
Moule en silicone vulcanisé à température ambiante (RTV) formé autour d’un master imprimé en 3D.
Moulage de caoutchouc vulcanisé avec des masters imprimés en 3D
L'impression en 3D avec des matériaux haute performance permet aux joailliers et aux mouleurs de tirer profit des technologies numériques pour améliorer leur processus de production. Découvrez maintenant comment l'impression 3D peut être utilisée pour produire des pièces en métal de petite taille.
Produits de consommation
Les créateurs utilisent les moules en silicone pour fabriquer de nombreux objets artisanaux personnalisés comme les savons ou les bougies. Les fabricants de fournitures scolaires utilisent des moules en silicone pour façonner des craies ou des gommes. Les fabricants de jouets et d'objets de collection utilisent également cette technique pour produire des miniatures et des figurines personnalisées de haute qualité et d'une grande précision.
Par exemple, SiOCAST utilise des masters imprimés en 3D pour fabriquer des moules en silicone dans le cadre d'un processus unique qui combine les avantages de l'impression 3D, du moulage en silicone et du moulage par injection. La technologie de SiOCAST a déjà été adoptée par nombre de sociétés, des petits studios aux plus grands fabricants de figurines de l'industrie, tels que Monster Fight Club (The Witcher, Cyberpunk RED), Reaper figurines (Bones), et Warlord Games (Blood Red Skies, Bolt Action).
Alimentaire
Des moules en silicone de qualité alimentaire sont utilisés pour toutes sortes de confiseries fantaisie, dont les chocolats, les glaces à l’eau et les sucettes. Le silicone pouvant supporter la chaleur jusqu’à 400 °C, les moules peuvent également être utilisés pour la cuisine. Les petites pâtisseries comme les muffins ou les cupcakes lèvent bien dans les moules en silicone.
Projets de bricolage
Les artistes et les bricoleurs indépendants utilisent souvent le moulage en silicone pour leurs créations uniques. Les moules en silicone peuvent être utilisés pour créer ou reproduire de nombreux objets comme des boules de bain ou des friandises pour chien : tout est possible. Un projet amusant pour les enfants peut être de créer un moulage de leur main en silicone. Il faut juste s’assurer de choisir un silicone sans danger pour la peau.
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Comment fabriquer des masters de moules en silicone
Le modèle, parfois appelé le master, est la pièce utilisée pour créer un négatif précis pour votre moule en silicone. Si vous cherchez simplement à reproduire un objet existant, vous pouvez utiliser cet objet comme modèle. Vous devez juste vous assurer que l’objet pourra supporter le processus de fabrication du moule.
Pour créer une nouvelle forme ou un prototype, vous devez d’abord fabriquer votre modèle. Plusieurs options sont possibles. Voici quelques méthodes pour fabriquer des modèles de moules en silicone :
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Le modelage : si vous êtes un sculpteur talentueux ou si vous prévoyez une forme relativement simple, vous pouvez créer votre modèle à l’argile. Le modelage peut aussi être amusant pour les enfants et économique pour les bricoleurs.
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La sculpture : vous pouvez créer votre modèle en bois. Les masters en bois sculpté sont un très bon choix pour fabriquer des carreaux ou des objets plats.
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L’impression 3D : de nombreux concepteurs professionnels choisissent de fabriquer des modèles par impression 3D. Les imprimantes 3D de bureau offrent de nombreux avantages, parmi lesquels la souplesse de conception des logiciels de CAO, une grande précision, la facilité à modifier les prototypes et des délais d’exécution courts.
Une fois que vous avez votre modèle, vous pouvez démarrer la fabrication de votre moule en silicone.
Guide de l'outillage rapide
Dans ce livre blanc, apprenez comment combiner l'outillage rapide imprimé en 3D avec des procédés de fabrication traditionnels tels que le moulage par injection, le formage sous vide ou la fonderie.
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Démarrer la fabrication de votre moule en silicone
Voici tous les éléments dont vous avez besoin pour fabriquer un moule en silicone :
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Un modèle master
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Du silicone liquide, par exemple OOMOO 30 de Smooth-On
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Une boîte ou un contenant non poreux
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Un agent démoulant, comme Universal mold release de Smooth-On
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De la cire, de la résine ou tout autre matériau pour l’utilisation finale
Pièce unique vs. Moules en silicone en deux pièces
Avant de démarrer la fabrication de vos moules, vous devez déterminer quel type de moule vous souhaitez créer.
Les moules en silicone d’une pièce sont comme des bacs à glaçons. Vous remplissez le moule puis laissez le matériau durcir. Néanmoins, comme les bacs à glaçons qui créent une face plane, les moules d’une pièce ne sont utilisables que pour des formes comportant une surface plane. Si votre master comporte des contre-dépouilles profondes, il sera aussi plus difficile à retirer. Il en sera de même pour les pièces terminées qui seront difficiles à retirer sans dommage, une fois le silicone durci.
Si ces contraintes ne posent pas problème dans votre cas précis, un moule en silicone d’une pièce est le moyen idéal de créer une reproduction 3D homogène de votre master sur toutes les autres faces.
Les moules en silicone d’une pièce sont idéaux pour les formes comportant une surface plane et pas de contre-dépouilles profondes.
Un moule en silicone en deux pièces est plus adapté pour reproduire un master 3D sans surface plane ou avec des contre-dépouilles profondes. Le moule est constitué de deux pièces qui s’emboîtent pour former une cavité 3D que l’on peut remplir (similaire au moulage par injection).
Les moules en deux pièces ne laissent pas de surface plane et sont plus faciles à manipuler que les moules d’une pièce. Par contre, ils sont un peu plus complexes à créer et des joints apparents peuvent se former si les deux pièces ne sont pas exactement alignées.
Les moules en silicone en deux pièces peuvent reproduire tout type de master. (source de l’image)
Comment fabriquer des moules en silicone
Tout d’abord, vous devez décider si vous souhaitez utiliser un moule en une pièce ou en deux pièces. Le processus de fabrication est le même pour les deux types de moules, mais créer un moule en deux pièces prendra un peu plus de temps. Vous pouvez utiliser les instructions étape par étape suivantes pour créer vos propres moules en silicone.
Moule en silicone d’une pièce
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Créer le master du produit : c’est la forme de votre produit fini, qui sera dupliquée dans un autre matériau. Lorsque vous imprimez sur une imprimante 3D stéréolithographique (SLA), utilisez n’importe quelle résine standard avec une épaisseur de couche de 50 microns. Veillez à ne pas avoir de traces de support sur le motif. Lavez minutieusement les pièces avec de l’alcool isopropylique. Toute viscosité résiduelle sur la surface peut nuire au processus de moulage.
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Construire le boîtier du moule : le MDF enduit est un choix classique pour la boîte de confinement du moule en silicone, mais un simple contenant en plastique déjà existant peut aussi faire l’affaire. L’essentiel est d’avoir un matériau non poreux et un fond plat.
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Disposer le master et appliquer l’agent démoulant : commencez par pulvériser légèrement l’intérieur de votre boîtier avec votre agent démoulant. Positionnez les masters dans la boîte, avec les motifs vers le haut. Pulvérisez-les également avec l’agent démoulant. Il faudra ensuite à peu près 10 minutes pour qu’ils soient bien secs.
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Préparer le silicone : mélangez le caoutchouc silicone en suivant les instructions de son emballage. Vous pouvez utiliser un appareil vibrant comme une ponceuse électrique à main pour éliminer les bulles d’air.
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Verser le silicone dans le boîtier du moule : faites couler lentement le caoutchouc silicone mélangé dans la boîte de confinement. Visez d’abord le fond pour que le silicone remonte le long des contours de votre master imprimé en 3D. Recouvrez-le d’au moins un centimètre de silicone. Le processus de polymérisation prendra entre une heure et une journée, en fonction de la marque et du type de silicone.
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Démouler le silicone : une fois la polymérisation terminée, décollez le silicone du boîtier et ôtez les masters. Vous avez maintenant le moule, de type bac à glaçons, qui va servir à couler vos produits finis.
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Mouler la pièce : une fois encore, il est préférable de pulvériser légèrement le moule en silicone avec l’agent démoulant et de le laisser sécher pendant 10 minutes. Versez votre matériau final (cire ou béton, par exemple) dans les cavités et laissez-le durcir.
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Préparer le moule pour le moulage suivant : vous pouvez utiliser ce moule en silicone de nombreuses fois. Revenez à l’étape sept et répétez la procédure.
Meilleures pratiques
Sélection de la résine : nous recommandons l'utilisation de Clear Resin qui permet une vérification visuelle du remplissage du moule. Nous recommandons d’imprimer avec une épaisseur de couche de 50 μm pour un bon équilibre entre un fini bien lisse et une impression rapide. Orientez les pièces sur la plateforme de fabrication pour que les surfaces internes ne présentent aucune trace de support.
Éléments d'alignement : les quatre bosses et creux cylindriques aux coins du moule sont des marqueurs d’alignement pour éviter tout décalage entre les deux parties. Notre partenaire recommande d’ajouter un jeu de 0,1 mm pour ces éléments d’alignement.
Pour un objet avec une symétrie de rotation comme ce joint, les éléments d’alignement peuvent tous avoir des formes et des positions identiques. Autrement dit, un côté du moule peut tourner de 90 ou 180 degrés sans modifier la forme du joint. Pour des géométries moins régulières, en revanche, vous pouvez utiliser une stratégie de verrouillage en modifiant la forme ou la position des éléments d’alignement, afin que le moule ne puisse se fermer que dans un seul sens.
Points de levage biseautés : l’ajout de chanfreins sur les bords du moule peut permettre une ouverture plus facile. Pour ouvrir le moule, vous pouvez utiliser la spatule incluse dans le Finish Kit de Formlabs ou un tournevis à tête plate.
Conception du moule : l’une des premières caractéristiques à prendre en compte dans la conception est la ligne de séparation du moule. Comment les deux parties du moule de compression vont s’assembler… et se séparer.
Moules en silicone en deux pièces
Pour créer un moule en deux pièces, commencez par les deux premières étapes ci-dessus (créer le master et construire le boîtier). Puis suivez les étapes suivantes pour créer un moule en deux pièces :
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Disposer les masters dans de l’argile : utilisez l’argile pour former ce qui deviendra une moitié de votre moule à la fin du processus. L’argile doit être placée dans le boîtier du moule avec la moitié du master qui en ressort.
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Préparer et verser le silicone : suivez les instructions sur l’emballage pour préparer le silicone et versez-le doucement dans le boîtier du moule par-dessus l’argile et les masters. Cette couche de silicone constituera une moitié de votre moule.
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Retirer le tout du boîtier du moule : une fois votre premier moule polymérisé, retirez le moule en silicone, les masters et l’argile du boîtier. Ce n’est pas un problème si les couches se séparent au moment de l’extraction.
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Nettoyer l’argile : retirez toute l’argile pour faire apparaître votre premier moule en silicone et les masters. Assurez-vous de bien nettoyer les masters et le moule.
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Remettre le moule et les masters dans le boîtier : introduisez le moule en silicone existant et les masters (disposés dans le moule) dans le boîtier du moule, cette fois-ci vers le haut plutôt que vers le bas.
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Appliquer l’agent de démoulage : appliquez une fine couche d’agent de démoulage sur le dessus de votre master et du moule en silicone existant pour faciliter le démoulage.
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Préparer et verser le silicone pour le second moule : préparez et versez le silicone dans le boîtier pour créer votre second moule, en suivant les mêmes instructions que précédemment.
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Attendre la polymérisation du second moule : laissez le temps à votre second moule de polymériser avant d’essayer de le retirer du boîtier.
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Démouler les pièces : retirez les deux moules en silicone du boîtier et détachez-les doucement l’un de l’autre.
OXO a utilisé un moule en deux parties pour prototyper ce joint de shaker à cocktail. En savoir plus sur le processus de moulage par compression utilisé ici.
Meilleures pratiques
Sélection de la résine : les résines standard comme Grey Resin restituent parfaitement les détails de surface. Le silicone reproduit les détails les plus fins de la surface, y compris les lignes de couches. Même si une épaisseur de couche de 50 microns est un bon compromis entre le lissage de surface et la vitesse d’impression, imprimer avec une épaisseur de couche de 25 microns peut être préférable pour les applications esthétiques.
Agent démoulant : il est important de l’utiliser lors des deux étapes de votre procédure de moulage, aussi bien pour la création du moule en silicone que pour le coulage de votre pièce finale. La marque Smooth-On commercialise un agent démoulant universel qui convient bien pour la plupart des applications.
Angles de dépouille : le procédé de moulage en silicone est assez tolérant en la matière, et peut gérer des angles de 90 degrés ou de petites contre-dépouilles. Si vous prévoyez une utilisation répétée, essayez tout de même de minimiser les flexions et les étirements du moule lors de la sortie des pièces, ou orientez-vous vers un caoutchouc silicone avec une résistance au déchirement élevée.
Surmoulage en silicone
Dame Products utilise le surmoulage en silicone dans le processus de production pour encapsuler les composants internes des prototypes en version bêta destinés aux clients.
Le surmoulage est un processus de moulage en plusieurs étapes au cours duquel deux ou plusieurs composants sont moulés l’un sur l’autre. Le surmoulage est parfois appelé le moulage bi-matière car c’est un processus en deux étapes. Un composant de base est d'abord créé. Ensuite, un matériau différent est moulé sur certaines parties de ce composant. Le surmoulage est fréquemment utilisé pour fabriquer des pièces en plastique présentant une poignée en caoutchouc. Le processus de surmoulage en deux temps d’une brosse à dents, par exemple, consiste à former une couche de base pour le manche en plastique, puis une couche superficielle de caoutchouc (pour améliorer la prise en main de la brosse à dents).
Pour découvrir le surmoulage en silicone, consultez le guide complet.
Des possibilités infinies grâce aux techniques de moulage en silicone
En fin de compte, il n'y a pas de méthode unique pour fabriquer des produits. Différentes méthodes de production sont fréquemment combinées pour obtenir les meilleurs résultats. Il s’agit donc de comprendre les avantages et les inconvénients de chaque méthode pour pouvoir prendre les meilleures décisions concernant votre projet.
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