Introduction : Le moulage par injection est un procédé de fabrication largement utilisé pour produire des pièces en grande quantité avec une qualité constante. Cette technologie consiste à injecter du plastique fondu dans une cavité de moule métallique afin de déterminer la forme finale du produit.

Cependant, les méthodes conventionnelles de fabrication de ces moules peuvent être à la fois longues et coûteuses, en particulier pour les petites séries ou les productions personnalisées. L'impression 3D est une solution rentable qui permet aux fabricants de produire rapidement des moules aux géométries complexes et aux détails fins, ce qui était auparavant impossible avec les techniques de fabrication traditionnelles.

Dans cet article, nous allons nous pencher sur le processus de fabrication de moules imprimés en 3D pour les produits suivants moulage par injection.

Ce qu'il faut savoir avant de choisir un moule d'injection pour l'impression 3D

La réussite du processus de moulage par injection dépend fortement de la qualité du moule imprimé en 3D. Des facteurs tels que la quantité d'impression et l'angle de dépouille jouent un rôle crucial dans le résultat, comme indiqué ci-dessous :

Tirage : Il est important de noter que les moules d'injection imprimés en 3D, bien que rentables et efficaces pour la production de faibles volumes, ont une intégrité structurelle inférieure à celle des moules en métal. En général, ces moules sont viables pour 30 à 100 tirages, ce qui les rend idéaux pour le prototypage rapide. Pour des volumes de production plus importants, les moules traditionnels en aluminium ou en acier peuvent être plus appropriés.

Angle de tirant d'eau : L'intégration d'un angle de dépouille correct dans la conception du moule est essentielle pour un démoulage sans faille de la pièce moulée par injection après la production. Un angle de dépouille recommandé de 20 degrés facilite le démontage des pièces moulées, garantissant ainsi un processus de fabrication sans heurts.

Taille et forme : Comprendre les dimensions de l'objectif visé pièce moulée par injection est cruciale lors de la sélection de la taille et de la forme appropriées du moule. Les moules imprimés en 3D diffèrent notamment des moules usinés CNC en termes de taille, car ils sont généralement plus petits. Cette différence de taille a une incidence sur la gamme de pièces moulées par injection qui peuvent être produites à l'aide de moules imprimés en 3D par rapport aux moules usinés CNC.

Complété sans faille : L'intégrité de la surface des moules imprimés en 3D est parfois inférieure à celle des moules d'injection en métal en raison de l'impact négatif des températures élevées de moulage par injection sur les performances du moule. Par conséquent, ces moules ne constituent pas le choix optimal pour les projets nécessitant une finition raffinée. Il est préférable d'opter pour un moule d'injection en aluminium ou en acier.

Par ailleurs, l'utilisation d'un revêtement de protection composé de matériaux tels que la céramique sur le moule imprimé peut atténuer la dégradation thermique et contribuer à l'obtention d'une finition polie.

Créer une conception CAO

La première étape de la création d'un moule imprimé en 3D pour le moulage par injection consiste à concevoir le moule à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Les facteurs à prendre en compte au cours du processus de conception sont la géométrie de la pièce, le matériau de moulage, l'emplacement de la porte et les canaux de refroidissement.

Pour atténuer les difficultés de conception lors de la création d'un moule d'impression 3D, plusieurs conseils peuvent s'avérer utiles. Tout d'abord, il est essentiel de choisir le matériau approprié pour le moule. Il est essentiel de s'assurer que le matériau choisi est suffisamment robuste et rigide pour résister à la pression générée pendant le processus d'injection. En outre, le point de fusion du moule doit être supérieur à celui du matériau de moulage par injection.

Deuxièmement, une conception méticuleuse du moule est impérative pour une fabrication réussie. La surface intérieure du moule doit être positionnée de manière à éviter tout contact avec le support d'impression. L'intégration d'évents dans la conception du moule peut contribuer à l'élimination de l'air emprisonné pendant le processus de moulage par injection, réduisant ainsi les défauts tels que les pièces poreuses. En outre, l'intégration de canaux de refroidissement dans la conception du moule permet de réduire le temps de refroidissement.

Lors de la conception de votre pièce, pensez également à incorporer un angle de dépouille. Garantir une épaisseur de paroi uniforme dans les pièces formées et éviter les angles vifs sont des facteurs cruciaux à garder à l'esprit. La bavure du moulage par injection est un autre élément important à prendre en compte ; elle se produit lorsque de la matière supplémentaire sort du plan de joint de la filière d'extrusion. Pour éliminer les bavures, il est recommandé d'inclure un système de canaux dans la conception du moule. En outre, il est possible de procéder à des ajustements a posteriori, par exemple en augmentant la force de serrage et/ou en réduisant la pression d'injection.

Moule de conception

Options de matériaux : Pour créer un moule à l'aide de l'impression 3D, il faut prendre en compte différents facteurs, notamment les matériaux, les composants, les défauts de moulage par injection, etc.

De nombreux matériaux peuvent être utilisés pour produire des moules d'injection pour l'impression 3D, notamment le PETG, l'ABS, le nylon, le PP et l'acétal. Lors de la sélection du matériau de votre moule plastique pour l'impression 3D, il est essentiel de prendre en compte les deux aspects suivants :

Solidité et rigidité : Les polymères plastiques adaptés à l'impression 3D de moules d'injection doivent présenter une résistance et une rigidité après l'impression. Ces qualités sont essentielles pour permettre au moule de supporter les contraintes générées pendant le processus d'injection.

Résistance à la température : Le moulage par injection fonctionnant à des températures élevées pour faciliter l'écoulement optimal du plastique en fusion, il est impératif que la matière plastique choisie pour la création du moule possède un point de fusion supérieur à celui de la matière première. moulage par injection matériel.

Conception du moule : S'efforcer d'améliorer la précision dimensionnelle en tenant compte des tolérances d'usinage sur le moule en vue d'un post-traitement et d'un redimensionnement ultérieurs. Générer une série de moules pour évaluer les écarts dimensionnels et intégrer ces variations dans le modèle CAO des moules.

Améliorez la longévité du moule en ouvrant la porte pour alléger la pression à l'intérieur de la cavité du moule. Veillez à ce qu'un côté du moule à étages soit plat tout en utilisant l'autre côté pour maintenir les composants de la conception. Cette stratégie permet d'atténuer le désalignement des blocs du moule et le risque de débordement.

Incorporez un trou d'aération important entre le bord de la cavité du moule et le bord du moule pour une évacuation efficace. Cela facilite l'écoulement du matériau dans le moule, diminue la pression et empêche l'inondation de la zone d'injection, réduisant ainsi les temps de cycle. Évitez les sections transversales trop fines, car les surfaces d'une épaisseur inférieure à 1 ou 2 mm sont susceptibles de se déformer sous l'effet de la chaleur.

Affinez votre processus d'impression en ajustant le fond de moule pour réduire l'utilisation de matériaux. Diminuez la taille de la section transversale des zones de support de l'empreinte non moulée pour réduire les dépenses en résine et diminuer la probabilité de défauts ou de déformations de l'impression. L'introduction d'un chanfrein peut faciliter le retrait de la pièce de la plate-forme de fabrication. Utilisez des goupilles de centrage dans les coins pour aligner efficacement les deux impressions.

Orientation de la face interne : Positionnez la face interne du moule de manière à éviter tout contact avec les supports, ce qui améliore la qualité de la surface d'impression en minimisant ou en éliminant les marques de support. Cette orientation réduit également la nécessité d'un post-traitement.

Aérations peu profondes : L'intégration d'évents dans la conception du moule facilite l'élimination de l'air emprisonné pendant le processus de moulage par injection. Les évents peu profonds recommandés, d'une taille d'environ 0,05 mm, contribuent à réduire la probabilité de défauts tels que la bavure d'injection.

Utiliser les canaux : Intégrer des canaux dans la conception du moule pour les moules destinés à 20 tirages ou plus. Cela permet d'inclure des tiges et des tubes métalliques, ce qui réduit efficacement les défauts de moulage par injection tels que le gauchissement. En outre, l'utilisation de canaux contribue à réduire le temps de refroidissement.

Hauteur de la couche : Le choix d'une hauteur de couche inférieure améliore la douceur du moule imprimé et minimise la visibilité des lignes imprimées.

Conception des pièces : La qualité du processus de moulage par injection dépend en grande partie du moule d'impression 3D utilisé. Par conséquent, plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la phase de conception de la pièce pour garantir la réussite et l'efficacité du produit imprimé, notamment l'incorporation d'un angle de dépouille. Un angle de dépouille recommandé de 20 simplifie le retrait de la pièce moulée par injection du moule d'injection imprimé.

Sélection des matériaux : Le choix du matériau du moule imprimé en 3D est essentiel. Il doit être capable de supporter les températures et les pressions élevées du processus de moulage par injection sans se déformer ni fondre. Des matériaux tels que le nylon, l'ABS et le polycarbonate sont fréquemment utilisés pour les moules d'injection imprimés en 3D.

Épaisseur uniforme de la paroi : Les pièces moulées par injection nécessitent une épaisseur de paroi constante afin de minimiser les défauts tels que le gauchissement pendant et après l'injection. Dans les cas où des parois minces sont nécessaires, l'incorporation de nervures et de goussets minces peut renforcer la résistance de la paroi.

Éviter les angles vifs : J'ai inclus un rayon sur les bords du moule pour éliminer les angles vifs. Cet ajustement permet de faciliter l'écoulement du plastique en fusion et de réduire l'apparition de défauts de moulage par injection.

Prévenir le flash : Le flash est un problème courant dans le moulage par injection, lorsqu'un excès de plastique fondu s'échappe du moule et se solidifie au cours du processus d'injection. Ce défaut peut résulter d'un mauvais ajustement entre les moitiés du moule, d'une pression d'injection excessive ou d'un remplissage excessif du moule.

Le flash des moules imprimés en 3D peut être éliminé en incorporant des systèmes de canaux dans la conception du moule et en garantissant des tolérances sur les lignes des pièces. Toutefois, si ces méthodes ne fonctionnent pas, vous pouvez essayer d'effectuer des ajustements après la conception, par exemple en augmentant la force de serrage et/ou en réduisant la pression d'injection.

Utiliser un agent de démoulage pour retirer les pièces : Un agent de démoulage est introduit au cours du processus de démoulage pour faciliter le retrait de la pièce moulée par injection. Sans agent de démoulage, les pièces peuvent rester coincées dans le moule. Il faut alors exercer une force excessive pour retirer la pièce, ce qui risque d'endommager la pièce et/ou le moule.

Essais et vérification : Avant d'utiliser un moule imprimé en 3D pour le moulage par injection, ses performances doivent être testées et vérifiées. Les tests permettent d'identifier les problèmes liés à la conception du moule ou à la sélection des matériaux et d'apporter les ajustements nécessaires avant le début de la production des pièces.

Exportation de fichiers de conception CAO

Après avoir créé le modèle CAO du moule, l'étape suivante consiste à exporter la conception sous forme de fichier STL. Le STL est un format de fichier couramment utilisé pour l'impression 3D. Le fichier STL comprend un modèle 3D du moule, prêt à être importé dans un logiciel d'impression 3D en vue de l'impression. D'autres formats de fichiers compatibles avec les imprimantes 3D sont FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G et AMF.

Impression 3D Moule à injection

Une fois le fichier STL préparé, une imprimante 3D peut être utilisée pour produire le moule d'injection. Les moules peuvent être créés par différents procédés d'impression 3D, tels que la modélisation par dépôt de fusion (FDM), la stéréolithographie (SLA), le frittage sélectif par laser (SLS) et le traitement numérique de la lumière (DLP). Le choix de l'imprimante 3D et des matériaux d'impression dépend de facteurs tels que la complexité du moule et sa longévité.

Le FDM est généralement la solution d'impression 3D la plus rentable pour les moules et les outils en plastique. Néanmoins, le moule final peut présenter des lignes de couche visibles qui nécessitent un ponçage ou une finition chimique pour être éliminées.

Les technologies d'impression 3D à base de résine telles que SLA et DLP sont des choix populaires car elles produisent des moules avec des finitions de surface plus lisses, ce qui réduit la nécessité d'un post-traitement approfondi. Le jet de matière, une autre méthode d'impression 3D à base de résine, permet de créer des moules avec des finitions de surface supérieures en utilisant différents matériaux et couleurs. La méthode SLS utilise du nylon renforcé pour la production de moules, offrant une résistance robuste et une qualité de surface élevée.

Configuration standard

Les moules d'impression 3D pour le moulage par injection ont principalement les deux configurations standard suivantes.

Moule d'impression 3D meublé
Cette configuration ne nécessite pas de cadres de support en aluminium puisqu'ils sont entièrement imprimés. Par conséquent, le moule nécessite plus de matériel d'impression, ce qui augmente à la fois le coût et le temps d'impression. Néanmoins, sans cadre, ils sont susceptibles de présenter des défauts tels que le gauchissement à la suite d'une utilisation intensive.

Monter le moule sur le cadre métallique

Une fois le moule imprimé en 3D terminé, il doit être monté dans un cadre métallique (base du moule) pour le maintenir en place pendant le processus de moulage par injection. La base du moule comprend la douille de la carotte, où la matière en fusion est versée dans le moule.

La configuration du moule détermine la façon dont il est monté sur le cadre. Il existe deux configurations standard de moules d'injection pour l'impression 3D. La première configuration consiste à insérer le moule imprimé dans un cadre en aluminium, ce qui assure la stabilité, la précision et le soutien du moule. Cette configuration est plus adaptée à la production de pièces précises. pièces moulées par injectionIl permet d'éviter les défauts de moulage tels que le gauchissement, de maintenir l'intégrité du moule et d'assurer une répartition uniforme de la pression pendant le processus de moulage par injection.

La seconde configuration consiste en un moule entièrement imprimé en 3D sans cadre en aluminium. Bien que cette configuration élimine la nécessité d'un cadre, elle nécessite davantage de matériel d'impression, ce qui entraîne une augmentation des coûts et des délais d'impression. Les moules créés à l'aide de cette configuration sont également plus susceptibles de présenter des défauts tels que le gauchissement, car il n'y a pas de support.

Démarrer le processus de moulage par injection

Une fois le moule monté sur le cadre métallique, le processus de moulage par injection peut commencer. Au cours de ce processus, le moule est fermé et la matière en fusion est injectée dans le moule à travers la douille de coulée. La matière en fusion remplit la cavité du moule, épousant la forme de la pièce prévue. Après refroidissement et solidification du matériau, le moule est ouvert et la pièce finie est extraite.

Post-traitement

Après l'impression, le moule peut nécessiter un post-traitement supplémentaire. Il peut s'agir d'un ponçage pour éliminer les lignes de couche, de l'assemblage de plusieurs impressions et de l'application d'un agent de démoulage à la surface de la cavité pour faciliter la libération de la pièce finie après le moulage par injection.

Ponçage : Le ponçage permet d'éliminer les lignes de calque à la surface du modèle imprimé en 3D. Commencez par un papier de verre plus grossier et passez progressivement à des grains plus fins. Évitez de poncer au même endroit pendant trop longtemps afin d'éviter une friction et une chaleur excessives qui pourraient faire fondre la surface. Veillez à ne pas poncer trop de matière, en particulier autour des coutures si l'impression doit être collée ultérieurement.

Collage : Lors du collage, il est recommandé d'appliquer la colle par petits points afin d'assurer un contact plus étroit entre les deux surfaces, un peu comme si on les liait avec un élastique. Dans le cas de joints rugueux ou manquants, il est possible d'utiliser de la colle Bondo ou de l'enduit pour obtenir une finition plus lisse.

Coloration : Lors de cette étape, essayez de le faire dans un endroit bien ventilé et sans poussière afin que la coloration soit uniforme sur toutes les surfaces. Lors de la pulvérisation, suspendez la cible en gardant une distance d'une longueur de bras. Après avoir peint le modèle d'impression 3D à la colle molle, laissez-le sécher pendant 1 à 2 jours avant de le polir.

Installation des fentes de vis : L'installation de fentes pour les vis peut prolonger la durée de vie de la coque imprimée en 3D. Pour assurer un bon ajustement, les trous du modèle doivent être légèrement plus petits que les fentes des vis. Fixez le modèle pour assurer sa stabilité et évitez les opérations rapides ou énergiques afin de ne pas déformer les trous.

Retournement des moules en silicone : Ce processus implique une boîte de moule d'impression 3D, du silicone, de la résine, un gobelet gradué et d'autres matériaux. Pour calculer le volume du moule, remplissez d'abord la boîte de moule d'impression 3D avec de l'eau, puis versez l'eau dans le gobelet gradué.

Conclusion

Les moules imprimés en 3D offrent un avantage certain par rapport aux moules de conception traditionnelle, ce qui les rend idéaux pour diverses industries nécessitant la production de petits lots de produits simples ou complexes.

Le processus de création de moules imprimés en 3D pour le moulage par injection suit une approche structurée. Il commence par la conception du moule à l'aide d'un logiciel de CAO et se poursuit par le réglage fin des paramètres de l'imprimante pour obtenir des impressions de haute qualité. Des étapes ultérieures de post-traitement, telles que le meulage et le polissage, peuvent être nécessaires pour améliorer la surface du moule.

L'incorporation de composants essentiels, tels que les modules d'extension, et la réalisation de tests complets garantissent la fonctionnalité et la précision. Une fois validé, le moule est prêt pour moulage par injection facilitant le prototypage et la fabrication rapides de pièces en plastique au design complexe.