Mars 2012



Réduit à sa plus simple expression

Nous avons tous vu des dessins humoristiques de l'homme des cavernes avec son énorme roue en pierre qui lui arrive à la taille.Elle pèse une tonne et ne semble jamais attachée à rien.Nous avons aussi vu des images du paysan et de sa lourde charrette dont les roues pleines, en bois, lui arrivent à hauteur de poitrine.Mieux que rien, mais pas exactement prêt pour les courses de char.La vraie révolution dans la conception de la roue s'est produite quand un petit génie a compris qu'une roue n'avait besoin que d'un moyeu et d'une jante et que pratiquement tout le reste était superflu.Ce n'est qu'avec l'invention des rayons que la roue, devenue soudain plus légère, plus économique et avec un moment cinétique moindre pour accélérer et freiner est arrivée à maturité.


Le même principe s'applique aux pièces en plastique.Le plastique est naturellement léger, généralement économique et relativement facile à former.Tout ceci ne signifie pas pour autant qu'une bonne conception ne puisse pas le rendre encore plus léger et économique sans sacrifier les performances ni compliquer la fabrication.Pour obtenir ce résultat, il faut éliminer le matériau superflu. Deux questions se posent alors :pourquoi et comment le faire.


"Pourquoi le faire" a plusieurs réponses et la première est le coût.Une information récente de TPE (The Plastics Exchange) signalait que les acheteurs s'arrachaient les réserves de matière plastique fin janvier 2012 afin d'éviter les augmentations de prix prévues en février.Ces augmentations variaient de 0,04 à 0,10 ? par kilogramme pour certaines matières relativement bon marché :le polyéthylène et le polypropylène.Si des économies de quelques centimes par kilogramme sont aussi motivantes, toute réduction significative du volume de matière par pièce sera encore plus appréciable et les économies seront proportionnellement supérieures pour des matières plus coûteuses.


La deuxième raison de minimiser la matière est le poids.Vélos, voitures, matériel militaire ou aérospatiale, l'allègementest devenu une quête ultime.Le plastique est, bien sûr, plus léger que le métal, mais moins de plastique est encore plus léger.« On n'est jamais trop riche ou trop mince » cette phrase célèbre s'applique aussi au marché actuel : plus de légèreté peut rendre plus riche, en réduisant les coûts et en augmentant les fonctionnalités.


Autre argument en faveur de l'allègement : le style.Peut-être parce que la « squelettisation » est associée à la haute technologie, au sport, etc., elle jouit d'un certain prestige.Le minimalisme se vend bien, ce qui nous amène à notre deuxième question : « comment le faire ? »


Pour réduire le poids d'une pièce en plastique, on peut tout simplement évider les zones épaisses.Cette solution permet non seulement de réaliser des économies de poids et d'argent, mais aussi d'éviter des problèmes tels que retassure, vides ou déformations (voir notre bulletin précédent sur le noyautage).Autre solution : la « squelettisation ».Ce concept est utilisé depuis des années et appliqué à toutes sortes de matériaux.Les poutres à treillis en bois et en métal sont conçues pour supporter les contraintes tout en minimisant la quantité de matériau nécessaire.Comme un nid d'abeilles.Très souvent, on peut remplacer des poteaux pleins par des cylindres creux. De même, des arcs bien placés peuvent rediriger les forces et remplacer des supports massifs encombrants.Toutes ces techniques sont applicables aux pièces en plastique.La difficulté consiste à enlever le matériau sans affecter la fonction.La Figure 1 présente un exemple de ce processus.

Figure 1 :Cette pièce est à l'origine un disque plein, puis un disque dont certaines sections ont été évidées, et enfin une roue à rayons entièrement « squelettisée » sans perte de fonctionnalités.

Figure 1 :Cette pièce est à l'origine un disque plein, puis un disque dont certaines sections ont été évidées, et enfin une roue à rayons entièrement « squelettisée » sans perte de fonctionnalités.


Étant donné que les caractéristiques des matières varient beaucoup, la quantité de matériau pouvant être éliminée dans la conception d'une pièce dépend du matériau. Le choix du matériau et la forme interagissent lorsqu'un concepteur recherche un design optimal.Les logiciels d'analyse par éléments finis (FEA) sont très utiles dans la phase de développement virtuel initiale, mais il est nécessaire de réaliser des prototypes utilisant les matériaux réels pour tester et affiner la conception à un stade plus avancé du processus.


Un prototypage bien pensé, utilisant le moulage par injection rapide, peut offrir un maximum d'informations pour un coût minimal.On peut tester plusieurs matières dans un même moule (sans oublier toutefois que des matières ayant des coefficients de retrait différents produisent des pièces de dimensions légèrement différentes). Selon les aspects que l'on prévoit de tester, (les performances individuelles d'une pièce plutôt que l'assemblage final, par exemple), ces différences pourront ne pas poser de problème.Si vous voulez tester plusieurs degrés de «squelettisation », rappelez-vous qu'il est facile d'enlever du métal dans un moule mais difficile d'en ajouter, et que moins de métal signifie plus de plastique.Autrement dit, commencez par la version la plus allégée de votre pièce.Si les tests ne sont pas satisfaisants, vous pourrez ajouter du plastique à votre itération suivante en enlevant davantage de métal dans le moule au lieu de tout recommencer.Tout comme la squelettisation d'une pièce, cette méthode permet d'alléger le processus de développement en conservant le résultat tout en réduisant les coûts et l'effort.