Le conseil du mois – juillet 2015



Savoir exploiter le moulage par injection pour fabriquer en petites séries

Que vous conceviez un dispositif médical d’importance vitale ou une partie d'un drone dernier cri, investir 50 000 $, voire plus (et souvent bien plus), dans un moule acier pour grandes séries fait partie des risques financiers qui accompagnent tout passage à une production à grande échelle. Ce risque est amplifié durant les mois de « temps mort » passés à attendre que le moule en acier soit prêt alors qu'ils pourraient être mis à profit pour effectuer des itérations de conception ou fabriquer des produits générateurs de revenus.


Il existe un moyen de limiter ce risque financier ainsi que ceux inhérents au développement de vos produits, pour aborder au mieux votre transition vers la production en masse de pièces en plastique. Proto Labs propose un service express de moulage par injection de thermoplastiques (dans des moules en aluminium) offrant un moyen rapide et économique de fabriquer entre 25 et 10 000 pièces, voire plus.


Les concepteurs peuvent jouer sur plusieurs paramètres importants pour améliorer la conception d’une pièce moulée par injection et passer ainsi en douceur d’une production en moules aluminium à la fabrication de grandes séries dans des moules en acier.


Analyse de fabricabilité

Pour commencer, téléchargez directement votre modèle de pièce sur protolabs.fr (service disponible 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7). Un devis interactif, véritable pierre angulaire de notre processus, vous sera généralement adressé sous 24 heures. Après réception du devis, vous pourrez ajuster les principaux paramètres de fabrication tels que le matériau, l’état de surface souhaité ou la quantité à fabriquer dans la première série.


Avec chaque devis, nous fournissons gratuitement une analyse de fabricabilité automatique. Cette analyse indique où et comment modifier la géométrie de la pièce pour accroître la résistance mécanique, limiter les retassures, ajuster l’épaisseur des parois ou améliorer d’autres aspects. Ceci permet de réduire les coûts et le temps de production, tout en allongeant la durée de vie des moules. Il s’agit d’un outil extrêmement utile pour parfaire un modèle et améliorer la moulabilité d’une pièce.

L’analyse de fabricabilité met en évidence les points, comme les parties minces ou épaisses de la pièce, qui peuvent poser problème s’ils ne sont pas pris en charge dès le départ.

L’analyse de fabricabilité met en évidence les points, comme les parties minces ou épaisses de la pièce, qui peuvent poser problème s’ils ne sont pas pris en charge dès le départ.


Affinement de l’état de surface

Avec les pièces moulées par injection, les concepteurs commettent souvent l’erreur de chercher à obtenir un meilleur état de surface que l’utilisation de la pièce ne l’exige. Par exemple, pour une finition SPI-A2 très lisse (à savoir, brillante), la surface des empreintes du moule devra être polie à la main à une rugosité de 1 à 2 Ra (polissage diamant), augmentant le coût et le délai de fabrication du moule. La finition la moins coûteuse est un état de surface PM-F0 non esthétique, à savoir une surface brute d’usinage susceptible de présenter des traces d’outil. Entre ces deux extrêmes, il existe une finition SPI-C1 de 10 à 12 Ra obtenue par polissage au grès dur 600 et une finition PM-T1 microbillée. D’autres finitions sont également disponibles. Nous vous recommandons de choisir l’état de surface le moins cher parmi ceux qui sont adaptés à votre application. Notre cube modèle gratuit présente des échantillons de tous les états de surface proposés par Proto Labs.


Sacrée dépouille

La dépouille est un autre aspect des produits moulés qui est susceptible d’être négligé par les concepteurs qui ont l’habitude de travailler avec des pièces usinées ou imprimées en 3D. Tout comme les glaçons, les pièces moulées par injection ne sont pas véritablement cubiques et ont donc besoin d’une dépouille. Si les glaçons étaient cubiques, il serait impossible de les extraire de leur bac. Leurs faces sont donc inclinées (on parle de « dépouille ») et leurs arêtes sont arrondies. Les pièces moulées par injection doivent avoir le même profil, car la dépouille facilite l’éjection de la pièce.

La dépouille facilite l’éjection de la pièce hors du moule. En moulage par injection, elle revêt une importance particulière, car le retrait des moules s’effectue exclusivement de façon rectiligne (sans action latérale).

La dépouille facilite l’éjection de la pièce hors du moule. En moulage par injection, elle revêt une importance particulière, car le retrait des moules s’effectue exclusivement de façon rectiligne (sans action latérale).


Une pièce bien conçue présente un angle de dépouille d’au moins 0,5 degré sur toutes ses faces verticales, à savoir les surfaces perpendiculaires au plan de joint. Si la conception de la pièce le permet, cet angle mesurera idéalement 2 à 3 degrés. Les surfaces complexes ou fortement texturées peuvent nécessiter un angle de dépouille de 5 degrés ou plus. La bonne nouvelle, c’est que la plupart des programmes de CAO gèrent tout cela à votre place lors de la conception de la pièce, pour autant que vous compreniez comment la pièce sera orientée dans le moule. (Si vous avez le moindre doute à ce sujet, nos techniciens peuvent vous expliquer comment votre pièce sera orientée dans le moule.) Si le modèle initial ne prévoit aucune dépouille, l’analyse de fabricabilité que nous vous transmettrons avec le devis signalera tous les endroits où une dépouille peut être nécessaire.


Des parois plus ou moins épaisses

L’épaisseur des parois est très importante. Imaginons que vous conceviez une simple boîte. À première vue, des parois épaisses semblent être un bon moyen de protéger le contenu de la boîte. Or, les matières plastiques utilisées en moulage par injection sont, comme leur nom l’indique, « plastiques ». Si l’épaisseur des parois est supérieure aux valeurs recommandées pour chaque famille de thermoplastiques utilisée, on observera un gauchissement et des retassures lors du refroidissement. La règle veut que l’on conçoive des parois d’épaisseur uniforme, de 1 à 3,5 mm, dans l’ensemble de la pièce.

Lors de la conception de pièces en plastique moulé par injection, il est conseillé de prévoir des parois de même épaisseur et d’éviter autant que possible les parties épaisses.

Lors de la conception de pièces en plastique moulé par injection, il est conseillé de prévoir des parois de même épaisseur et d’éviter autant que possible les parties épaisses.


Certaines matières plastiques sont plus sensibles à l’épaisseur de paroi que d’autres : alors que les acétals et les ABS ne peuvent guère dépasser 3 mm d’épaisseur, l’acrylique peut atteindre 12 mm, le polyuréthanne 18mm et pour certaines matières plastiques renforcées par des fibres 25 mm ou plus. Les concepteurs doivent toutefois savoir que les sections très épaisses augmentent le risque de défauts d’aspect comme les retassures. Nous avons recensé dans un tableau les valeurs recommandées pour chaque type de matière.


Attention aux rayons d’usinage

Puisque les moules en aluminium sont usinés par fraisage, les angles vifs intérieurs constituent un problème. D’ailleurs, sur toute pièce moulée, la présence d’angles vifs a tendance à générer des contraintes et à affaiblir l’intégrité structurelle de la pièce. Nous vous recommandons donc d’user et d’abuser des rayons d’usinage (bords ou arêtes arrondis) lors de la conception de votre pièce. Pour l’intérieur d’une boîte de 101,6 mm sur 152,4 mm sur 50,8 mm, par exemple, il peut être plus judicieux de prévoir des angles arrondis de 6 mm, afin d’obtenir une pièce solide et qui présentera de meilleures caractéristiques de moulabilité.

Proto Labs utilise un procédé d’usinage à commande numérique (CN) pour fraiser le moule de vos pièces. Ainsi, certains angles de la pièce ne seront pas vifs, mais arrondis. Modèle de pièce (A), rayon d’usinage réel (B), géométrie d’angle souhaitée (C), outil (D).

Proto Labs utilise un procédé d’usinage à commande numérique (CN) pour fraiser le moule de vos pièces. Ainsi, certains angles de la pièce ne seront pas vifs, mais arrondis. Modèle de pièce (A), rayon d’usinage réel (B), géométrie d’angle souhaitée (C), outil (D).


Avantages des moules multi-empreintes

L’un des atouts du moulage par injection est qu’il permet de mouler plusieurs pièces en un seul et même cycle d’injection. Après avoir conçu une ou plusieurs pièces, le concepteur a le choix entre un moule multi-empreinte et un moule famille. Les moules multi-empreintes comportent plusieurs empreintes qui permettent de former plusieurs pièces identiques au cours d’un même cycle ; les moules famille comportent plusieurs empreintes qui permettent de former plusieurs pièces différentes au cours d’un même cycle.


Les clients peuvent utiliser des moules multi-empreintes pour produire deux modèles de pièce, ou plus, simultanément, avec des itérations mineures, pour tester en parallèle et rapidement différentes conceptions d’un même produit. Ils pourront également choisir ce type de moules s’ils ont besoin de produire des quantités plus faibles que l’échantillon initial, ce qui contribuera à réduire le coût par pièce. Cependant, bien que les moules multi-empreintes et famille permettent de produire davantage de pièces par cycle, il ne faut pas perdre de vue que leur utilisation est fortement conditionnée par la géométrie des pièces.


Il est plus sage de commencer par tester un modèle dans un moule mono-empreinte avant de s’engager dans la fabrication d’un moule multi-empreinte. De plus, si des pièces de taille et de volume différents sont réunies dans un moule famille, cela peut poser des problèmes pour la composition du processus d’injection. Consultez nos techniciens pour obtenir des conseils avant de créer des moules multi-empreintes.


Un vaste choix de matériaux

Proto Labs propose plus de 100 résines thermoplastiques avec un large éventail de couleurs et de charges additives. Leurs propriétés (durabilité, résistance mécanique, chimique et thermique, etc.) varient selon le type de matière. Mieux encore, Proto Labs propose un procédé de moulage par injection de silicone liquide (LSR), moins exigeant en termes de dépouille en raison de la souplesse de ce matériau, ainsi qu’un procédé de moulage par injection de métal (MIM) qui produit des pièces en acier et inox très denses. Ces deux procédés sont similaires au moulage par injection de pièces en plastique, avec un coût et des délais de livraison comparables.


Au-delà de la petite série

Il est important que vous teniez compte des paramètres qui entrent en jeu dans le moulage par injection rapide dès le début du processus de développement de votre produit afin d’améliorer la qualité des prototypes et réduire les délais de livraison. Vous serez ainsi en mesure de réaliser des itérations de conception rapidement et de façon plus fiable avant la mise en marché de votre produit. Vous gagnerez également en valeur ajoutée lorsque votre production commencera à atteindre des centaines de milliers d’unités. Vous avez à présent toutes les cartes en main pour que votre modèle de pièce soit parfaitement au point et puisse être fabriqué facilement et à moindre coût dans un moule en acier.


N’hésitez pas à consulter notre bibliothèque de ressources en ligne pour approfondir votre compréhension de la conception des pièces moulées par injection ou à télécharger gratuitement le livre La conception des pièces moulées par injection pour les nuls, entièrement consacré à cette question. Enfin, nos techniciens se tiennent à votre disposition pour répondre à toutes vos questions : customerservice@protolabs.fr ou +33 (0)4 27 50 29 47.