Le thermoformage est un procédé de fabrication dans lequel des feuilles de plastique sont chauffées et superposées sur un moule pour créer un produit final. Il est largement utilisé pour produire des emballages alimentaires et médicaux jetables, des biens de consommation et des appareils ménagers, mais aussi pour fabriquer des pièces résistantes telles que des composants automobiles et des pièces de trains. Le thermoformage peut être utilisé pour des pièces uniques ou pour une production en série avec des coûts unitaires faibles à modérés.

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). La production de quantités limitées de pièces thermoformées pour des prototypes ou des lots de faible volume n’est généralement pas une option viable. Le moulage rapide avec des pièces imprimées en 3D est un moyen rentable et rapide de produire des pièces en quantités limitées.

Formlabs recommande généralement trois matériaux pour le thermoformage : Draft Resin, Grey Resin ou Rigid 10K Resin.

• Draft Resin est la meilleure option pour les outils individuels ou en petits lots pour le prototypage rapide. La résolution basse n’est pas idéale pour les détails fins, mais la vitesse d’impression est idéale pour les grandes pièces, les conceptions simples, les premiers prototypes et les itérations rapides.
• Grey Resin est la meilleure option pour les pièces individuelles ou les petits lots avec une finition de surface de haute qualité et des détails fins. La précision, la régularité et la simplicité de retrait des supports de Grey Resin en font une solution préférable pour les petites pièces si la vitesse n’est pas un problème.
• Rigid 10K Resin est la meilleure option pour les outils exposés à des conditions de formage plus difficiles. Il s'agit d'un matériau de qualité industrielle et à charge de verre permettant de fabriquer des séries limitées de dizaines de pièces avec des temps de cycle semblables à ceux de la production. Rigid 10K Resin a une température de fléchissement sous charge de 218 °C à 0,45 MPa et un module d’élasticité de 10 000 MP, ce qui en fait un matériau de moulage solide, extrêmement rigide et stable thermiquement qui conserve sa forme sous pression et à haute température pour produire des pièces précises.

Le tableau ci-dessous présente un résumé de nos recommandations. Un plus grand nombre de points indique de meilleures performances sous certaines conditions :

Lors de la conception d’une pièce imprimée pour le thermoformage, suivez les meilleures pratiques de Formlabs pour la fabrication additive ainsi que pour le thermoformage.

Pour améliorer l’aspiration et la finition de surface :

• Creusez le moule pour faire circuler l’air et réduire le volume de résine afin d’économiser sur les coûts de matériaux et le temps d’impression.
• Formlabs recommande une épaisseur de paroi minimale de 1 à 2 mm.
• Incluez des évents d’un diamètre correspondant à l’épaisseur de votre feuille. Incorporez de petites ouvertures d’aération à l’extérieur du moule pour un démoulage plus complet et une répartition uniforme du vide sur les surfaces afin d’améliorer la qualité des pièces.
• Pour les pièces imprimées en Grey Resin : utilisez des orifices d’aération d’un diamètre de 0,5 mm.
• Pour les pièces imprimées en Draft Resin ou Rigid 10K : utilisez des orifices d’entrée d’air de 1 mm de diamètre.
• Évitez les bords tranchants pour réduire les risques de formation de toile de matériau.
• Évitez de placer des supports sur les surfaces des moules.

Pour prolonger la durée de vie de l’outil :

• Ajoutez un réseau de nervures suivant la topologie de la pièce pour renforcer le support mécanique et éviter la déformation.
• Prévoyez des encoches sur les nervures pour faire circuler l'air.
• Augmentez les angles de dépouille de 2 à 3° minimum pour faciliter le démoulage.
• Prévoyez des éléments d'assemblage afin de fixer l'outil à la plaque de la thermoformeuse.
• Intégrez des trous taraudés dans le modèle.
• En cas de variations dimensionnelles, effectuez un perçage après l’impression.
• Prévoyez suffisamment de composants d'assemblage pour éviter que le moule ne se casse lors de l'éjection de la pièce.
• Ajoutez des bandes plates à la base du modèle afin de fixer l’outil avec du ruban adhésif en mousse double face. Faites attention, car la mousse peut se comprimer sous l’effet de la chaleur pendant le processus et limiter le flux d’aspiration.
• Pour les moules de grande taille et les volumes plus importants, prévoyez des canaux de refroidissement pour réguler la température de l'outil.
• Si vous n'avez d'autre choix que d'inclure des contre-dépouilles ou d'autres formes difficiles à démouler, concevez l'outil en plusieurs parties. Facilitez l’éjection des pièces à l’aide de supports rétractables et ajoutez des aimants pour maintenir les pièces ensemble.
• Incorporez une ligne de coupe dans la conception CAO de votre outil pour couper l'excédent de matériau après le moulage. Surélevez votre pièce pendant le processus de thermoformage pour réduire les erreurs au niveau de la machine.

Suivez les meilleures pratiques de Formlabs pour l’orientation des modèles.

Évitez d’imprimer des supports sur les surfaces de moulage. Si la géométrie le permet, imprimez le moule à plat sur le bord directement sur la plateforme de fabrication, afin d'éviter toute déformation. Imprimer sans supports fait aussi gagner du temps d’impression, de la main-d’œuvre et de la résine. Choisissez une surface de base qui minimisera les surplombs.

Une fois les outils imprimés, lavez soigneusement les orifices d’entrée d’air et les canaux de refroidissement avec de l’alcool isopropylique en suivant les meilleures pratiques de Formlabs et séchez la pièce à l’aide d’un pistolet à air comprimé pour éliminer tout excès de résine qui pourrait durcir à l’intérieur des trous. Post-polymérisez les pièces imprimées conformément aux directives de Formlabs. Consultez les articles individuels sur les matériaux pour connaître les instructions spécifiques de lavage et de polymérisation.

• Préparez l’outil en le ponçant, en le fraisant sur un établi ou en le perçant pour respecter les dimensions critiques.
• Essuyez les pièces imprimées en Rigid 10K avec de l’huile minérale pour éliminer tout excès de poudre de la surface.
• Envisagez de fixer l’outil imprimé à une plaque qui peut être installée sur la thermoformeuse.
• Utilisez des agents de démoulage tels que Slide ou Sprayon pour faciliter le démoulage et les agents de démoulage en silicone.
• Utilisez de bons outils de découpe pour couper votre pièce finale : des cisailles pour les feuilles fines et des disques de découpe Dremel pour les feuilles de plus de 1,5 mm d’épaisseur.

Les moules de thermoformage imprimés en 3D peuvent être utilisés sur des machines de bureau et industrielles pour produire de manière efficace et abordable des dizaines de prototypes fonctionnels, de pièces pour la production pilote et de pièces finales. Elle est particulièrement recommandée pour :

• Les besoins de fabrication à court et moyen terme
• Les séries de production de 20 à 50 cycles
• Des délais de livraison 3 à 7 fois plus courts que les outils traditionnels

Certaines limites incluent :

• La dégradation des moules imprimés en Draft Resin ou Grey Resin au fil du temps
• Pour les feuilles très fines (0,5 mm) à un temps de cycle court (80 s), la qualité du thermoformage diminue après environ 10 itérations et la pièce est plus difficile à démouler.
• Évitez de former des plastiques très abrasifs ou de forte épaisseur sans les avoir testés.

• Thermoformage rapide en petite série avec des modèles imprimés en 3D livre blanc
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