Moulage par injection à faire soi-même : comment mouler des pièces plastiques en interne ?

De quoi avez-vous besoin pour le moulage par injection ?

Imprimantes 3D SLA de bureau hautes performances

Les imprimantes 3D SLA de bureau sont des machines très performantes capables de fabriquer des moules aux caractéristiques précises et à la finition de surface lisse, ce qui signifie que vous pouvez produire des pièces de haute qualité. Les imprimantes 3D SLA ne se limitent pas à la fabrication de moules en plastique. Elles sont également idéales pour le prototypage et d’autres tâches nécessaires au développement d’un produit.

Prix : Les imprimantes SLA sont plus coûteuses que les imprimantes par dépôt de fil fondu (FDM) et par fusion multijet de nylon HP (MJF) pour le prototypage en thermoplastiques, mais elles offrent un bon niveau de détail.

Volume d’impression : Les imprimantes 3D grand public sont conçues pour de petites pièces et de petites séries. Ce sont des versions miniatures des machines industrielles. Le volume moyen est généralement de 145 × 145 × 175 mm.

Matériaux : Malgré leur petite taille, ces imprimantes acceptent de nombreux matériaux : résines transparentes, rigides, dentaires et souples. Les plus courants en impression 3D de bureau sont le polycarbonate (PC), l’acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) et le polyuréthane élastomère (EPU). Des matériaux moins coûteux existent aussi, autour de 15 euros les 500 ml.

Résolution : Pour leur gamme de prix, les imprimantes 3D de bureau offrent généralement une bonne résolution, avec des couches d’environ 25 à 200 microns. Celle-ci peut toutefois se dégrader après une utilisation intensive.

Poids : Les imprimantes SLA de bureau à résine pèsent moins de 10 kg et sont très faciles à transporter.

Matériaux d’impression 3D

Matériau d’impression 3D capable de résister à la température et à la pression du moule pendant le processus de moulage par injection. Les principaux sont les suivants :

La résine Rigid 10K est un matériau super résistant, hautement chargé en verre, qui peut supporter une plus large gamme de géométries et de processus de moulage par injection. Elle a une HDT de 218°C @ 0,45 MPa et un module de traction de 10 000 MPa, ce qui signifie qu’elle est solide, super dure et qu’elle peut supporter la chaleur.

La résine haute température a une température de déflexion thermique de 238 °C à 0,45 MPa et convient au moulage par injection. Elle est fragile, mais recommandée pour les matériaux soumis à des températures de moulage élevées et à des temps de refroidissement réduits.

La résine Grey Pro a une conductivité thermique inférieure à celle de la résine haute température ou de la résine rigide, ce qui signifie qu’elle met plus de temps à refroidir, mais elle est plus souple et peut supporter des centaines de cycles d’usure.

Machines de moulage par injection de bureau.

Le moulage par injection de bureau est un procédé mécanique couramment utilisé dans divers cycles de production pour donner une forme permanente à une variété de matériaux, y compris les matières plastiques. Sur cette page, vous découvrirez ce qu’est le moulage par injection, où il est couramment utilisé, la production de pièces et d’objets en plastique, la production de moules et le moulage de précision des matières plastiques.

Il existe de nombreux types de machines de moulage par injection utilisées par les fabricants. Les principaux types de machines utilisés sont hydrauliques, électriques et hybrides (une combinaison d’électricité et d’hydraulique), mais les machines de moulage par injection de bureau sont généralement électriques.

Les machines de moulage par injection de bureau sont conçues pour forcer la matière en fusion (généralement du plastique ou du métal) dans un moule qui comprend une cavité dans laquelle la matière est poussée et un dispositif de fixation pour mouler et fixer la pièce dans sa forme finale. Dans une machine, les moules peuvent être à cavité unique ou à cavités multiples, ce qui signifie qu’un seul ou plusieurs produits peuvent être fabriqués en un seul processus.

En outre, les moules à cavités multiples peuvent comporter des cavités identiques ou uniques, de sorte que les produits créés peuvent être identiques ou individuels. Chaque moule est conçu pour fabriquer plus d’un million de pièces au cours de sa durée de vie, ce qui signifie qu’ils doivent être robustes et avoir de faibles tolérances.

L’utilité d’une presse à injecter de bureau dépend de votre cas d’usage et des besoins de l’utilisateur. Pour les amateurs de bricolage à domicile et les petits studios, elle peut offrir un moyen économique, rapide et simple d’emploi pour fabriquer des pièces et des modèles complexes.

Le moulage par injection en quelques étapes

Conception du moule en CAO

Tout d’abord, choisissez votre logiciel de CAO préféré pour concevoir l’insert du moule. Vous pouvez concevoir votre propre insert de moule en utilisant le plan de la cavité de l’armature principale du moule.

Introduisez les deux moitiés du noyau et le dessin en 3D que vous souhaitez réaliser dans votre outil de CAO.

Dans Blender, bloquez une moitié du moule en utilisant l’icône de l’œil dans l’explorateur de scène. Une fois l’espace de travail configuré comme vous le souhaitez, réglez les deux moitiés du moule sur le type de dessin “fil” dans le menu Objet.

Vous pouvez maintenant positionner le moule. Pendant le processus d’injection, assurez-vous que l’objet croise entièrement l’entrée du plastique en fusion. Utilisez le mode orthographique pour faciliter cette opération en basculant entre les vues perspective et orthographique.

Cachez le noyau du moule actuel, puis décachetez l’autre côté. Répétez ce processus, en vous assurant que l’objet croise complètement l’entrée de l’autre moitié du noyau. Une fois les objets alignés, vous pouvez utiliser la fonction Différence booléenne dans Blender pour soustraire la surface des deux objets qui se croisent.

Sélectionnez la moitié avant de l’objet, puis sélectionnez l’option booléenne dans le menu du modificateur. Sélectionnez l’objet à découper et assurez-vous que l’opération “différence” est sélectionnée. Appliquez l’opérateur et faites de même pour l’autre côté.

Votre moule est maintenant prêt à être imprimé. Exportez chaque moitié, en veillant à cocher la case “Sélection uniquement” dans l’exportateur Blender.

Moules d’impression 3D

Pour imprimer des moules en 3D, vous devez choisir un matériau capable de supporter la température et la pression du moule pendant le processus de moulage par injection.

Au cours du processus de fabrication du moule, le cadre du moule en aluminium est combiné avec les moules en acier et les moitiés du moule sont traitées à l’aide d’une perceuse à colonne afin d’assurer une élimination efficace des bulles d’air dans la résine liquide.

Sur la base de nos propres tests et des études de cas de nos clients, nous avons dressé une liste des résines d’impression 3D les plus populaires.

Résines photopolymérisables : Très répandues en impression 3D, elles durcissent rapidement sous l’effet des ultraviolets et restituent d’excellents détails. Elles conviennent aux modèles détaillés, aux œuvres artistiques et aux pièces mécaniques de haute qualité.

Résines composites : Elles résultent du mélange de deux résines ou plus. En variant les proportions, on ajuste leur résistance et leur dureté pour produire aussi bien des objets souples que rigides. Elles offrent également une bonne résistance chimique et thermique.

Résines de silicone : Ces résines hautes performances associent résistance élevée, grande dureté, stabilité à haute température et excellentes propriétés mécaniques. Leur bonne tenue aux intempéries et leur étanchéité à l’air les destinent souvent aux pièces automobiles haut de gamme et à l’aéronautique.

Résine thermoplastique : Cette résine peut subir une déformation plastique à haute température. Elle présente une bonne résistance à la chaleur et à la corrosion et peut être transformée.

La résine photosensible est le matériau utilisé pour fabriquer des objets avec une imprimante 3D qui utilise la lumière pour durcir la résine. Il s’agit d’un liquide qui se transforme en solide sous l’effet de la lumière. Elle est composée d’un grand nombre de produits chimiques différents, dont les principaux sont les polymères, les photo-initiateurs et les diluants.

Il existe 9 types différents de résine photosensible que vous pouvez utiliser avec une imprimante 3D : résine générale, résine dure, résine de moulage, résine flexible, résine élastique, résine haute température, résine biocompatible, résine céramique et résine de lumière du jour.

La configuration d’une impression dans PreForm, le logiciel de préparation d’impression pour les imprimantes 3D Formlabs, ne prend que quelques secondes. Si la conception de votre moule nécessite une structure de support pour l’impression, veillez à positionner la moitié du moule dans PreForm de manière à ce que la cavité soit orientée vers le haut. Cela facilitera le post-traitement et vous permettra d’obtenir une surface de haute qualité sur votre pièce moulée.

En fonction de la géométrie et de la taille, il est possible d’imprimer simultanément plusieurs moules sur la plate-forme de construction afin d’améliorer l’efficacité de l’impression.

Pièces en plastique moulées par injection

Maintenant que vous avez conçu et imprimé votre moule en 3D, vous pouvez mouler vos pièces par injection sur une machine de moulage par injection de plastique de bureau.

Vous avez le choix entre un grand nombre de matériaux pour le moulage par injection. Voici quelques-uns des matériaux les plus courants pour le moulage par injection.

Acrylique ; Aussi appelé poly(méthacrylate de méthyle), l’acrylique est un thermoplastique léger, transparent et doté d’une bonne résistance mécanique. Il est peu ductile, mais résiste bien à l’écaillage.

ABS ; L’ABS est l’un des matériaux de moulage par injection les plus connus. Il offre résistance, ténacité, tenue aux chocs et résistance chimique aux acides, bases et huiles. Entièrement opaque, il peut être moulé dans de nombreuses couleurs. Il est surtout très économique par rapport aux autres plastiques de cette liste.

Nylon ; Le nylon est robuste, résiste à la chaleur et présente de bonnes propriétés de frottement et d’usure. Il existe à l’état naturel, mais peut aussi être synthétisé ; cette version convient très bien au moulage par injection. Il absorbe en outre les vibrations, ce qui le rend utile pour les pièces antibruit.

PC ; Le PC est très robuste et résiste à l’écaillage comme aux chocs. Transparent, il conserve ses propriétés mécaniques et son aspect sur une large plage de températures, ce qui le rend adapté aux environnements chauds.

POM ; Le POM convient aux pièces exigeant une grande précision. Rigide et raide, il se déforme peu. Sa surface lisse et son faible frottement conviennent aux pièces fortement sollicitées par contact. Il résiste aussi aux très basses températures.

PP ; Le PP est omniprésent, notamment dans les récipients alimentaires de nos cuisines. C’est l’un des plastiques les plus courants autorisés par la FDA pour le moulage par injection. Rigide, résistant à la chaleur et aux produits chimiques, il peut être recyclé de nombreuses fois et se transforme facilement.

PS ; Le PS compte parmi les rares matériaux d’injection fragiles. Très léger, résistant à l’humidité et aux réactions chimiques, il convient bien au moulage par injection domestique grâce à son retrait uniforme lors du refroidissement dans le moule.

PE ; Le PE se décline en trois grandes catégories de densités différentes : polyéthylène haute densité (PEHD), polyéthylène basse densité (PEBD) et polyéthylène téréphtalate (PET). En général, ces grades sont ductiles, résistent bien aux chocs et au fluage, donc aux charges prolongées sans déformation. Ils résistent aussi aux réactions chimiques.

TPE ; Le TPE se distingue des autres matériaux de moulage par injection par son mélange plastique-caoutchouc. Il réunit souplesse, forte capacité d’allongement, résistance et recyclabilité. Il est aussi peu coûteux par rapport à la plupart des substituts au caoutchouc.

TPU ; Autre mélange de plastique et de caoutchouc, le TPU doit ses qualités à sa composante polyuréthane. Très dur, il présente une excellente résistance à la compression, à l’abrasion et aux produits chimiques. Ces propriétés varient peu aux températures extrêmes.

Avant de choisir, réfléchissez à ce que vous voulez faire et à ce que la machine peut faire. Ensuite, il vous suffit de suivre les instructions de la machine pour fabriquer votre pièce.

Selon le produit injecté, l’adhérence de la pièce au moule peut entraîner la détérioration de ce dernier lorsque vous essayez de retirer la pièce, en particulier avec des matériaux souples comme le TPU ou le TPE. L’utilisation d’un démoulant est un excellent moyen de séparer la pièce du moule. Les démoulants en silicone fonctionnent avec les résines Formlabs Grey Pro, High Temp Resin et Rigid 10K Resin.

Conseils aux concepteurs qui s’essaient au moulage par injection

Lorsque vous concevez votre moule, demandez-vous s’il peut être imprimé et s’il peut être moulé.

La méthode exacte de moulage par injection à faire soi-même dépend de la conception et du volume requis, mais ces conseils augmenteront vos chances de réussite. Pour rendre les lignes d’impression moins visibles sur la pièce finie, imprimez le moule plastique avec une hauteur de couche plus faible, 50 ou 25 microns au lieu des 100 habituels. Le temps d’impression augmentera en conséquence.

L’ajout de 2 à 5 degrés de dépouille aux surfaces perpendiculaires à la direction de traction facilitera le retrait de la pièce et empêchera le moule de s’abîmer. Vous pouvez poncer les plans de joint avec du papier de verre fin pour éliminer les bavures. Vous pouvez utiliser un bain d’eau pour refroidir votre pièce plus rapidement et éviter qu’elle ne se déforme. Les détails gaufrés et gravés doivent être éloignés d’au moins 1 mm de la surface.

Si vous concevez un cadre en aluminium, ajoutez 0,125 mm d’épaisseur supplémentaire à l’arrière du formulaire pour créer une compression et assurer une étanchéité complète.

Conclusion

On parle souvent de l’impression 3D et du moulage par injection comme s’il s’agissait d’ennemis mortels, mais il ne s’agit pas toujours d’un choix binaire. Le prototypage et la production de faibles volumes, qu’ils soient réalisés par impression 3D directement sur une pièce ou par moulage par injection à l’aide d’un moule imprimé en 3D, peuvent être un excellent moyen d’aider les entreprises à commercialiser leurs produits plus rapidement, de manière plus rentable et avec moins de risques.

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