Conceils de conception

5 manières de maîtriser des géométries complexes pour les pièces en moulage par injection

Concevoir des pièces plus esthétiques, fonctionnelles et réduire les coûts de production grâce à nos conseils de conception

La conception pour le moulage par injection est comme l’éducation des ados - certaines pièces (et certains ados) sont plus difficiles que d’autres. Mais en suivant quelques règles simples, même les plus difficiles de ces défis peuvent être surmontés (nous ne parlons pas de l’éducation).

Pour le moulage par injection, il existe des problèmes récurrents au cours de la conception des pièces :

  • Clips et charnières
  • Charnières intégrées
  • Logements de fixation et parois verticales
  • Lettrage sur les pièces
  • Surmoulage

Ça vous dit quelque chose ? Cette liste correspond justement avec certaines des caractéristiques les plus exigeantes que vous pouvez intégrer dans la conception de vos pièces, ce qui est une bonne raison pour les maîtriser. Une autre raison, suivant votre application, est que ces caractéristiques apportent souvent des pièces plus fonctionnelles et plus esthétiques tout en réduisant les coûts de production. Les conseils et techniques suivants vont vous aider à les réussir.

Clips et charnières

Il existe de nombreux exemples d'application de clips ou charnières sur les pièces injectées. Dans le cas de clips, une pièce "mâle" présentant un ou plusieurs éléments en forme de crochet (les clips) vient s'enclencher dans la pièce "femelle" présentant des cavités (ouvertes ou fermées) dans lesquelles les clips se bloquent. La tête des clips est généralement de forme triangulaire, autrement dit avec une face inclinée et une face plate. La face inclinée permettant de glisser dans la pièce femelle, la face plate permettant elle de créer l'accroche une fois en position.

De par leurs formes, les clips et les cavités créent le plus souvent ce qu'on appelle une contre-dépouille, c’est-à-dire qu'ils ne peuvent pas être démoulés naturellement selon la direction d'ouverture du moule. Ils peuvent donc nécessiter l'ajout de mouvements dans le moule, réalisés au moyen de tiroirs (appelés aussi chariots), ou encore des cales montantes.
A noter que Proto Labs ne propose pas de cales montantes, nous utilisons des inserts manuels. Ce sont des éléments rapportés dans le moule, qui sont mis en place et retirer manuellement par l'opérateur.

Pour éviter un mouvement dans le moule de la pièce mâle, on peut créer une ouverture sous le clip, ce qui permet de le démouler naturellement le crochet. Vous pouvez retrouver cet exemple sur le Cube modèle de Proto Labs. Pour la réalisation de pièces avec des clips, privilégier des matières peu rigides. Quoi qu'il en soit, il vous faudra prêter attention au design du clip (hauteur, épaisseur, tête) pour obtenir la raideur et la tenue souhaitée.

Note : cette présentation des clips s’applique également à tout détail de contre-dépouille ou d’encastrage de pièce. Cela comprend les bagues, cavités latérales, fenêtres, etc. Sur la base de l’orientation du détail de la pièce relative à la traction et plan de joint du moule, de nombreuses techniques avancées de moulage telles que des dispositifs latéraux, des inserts ou des broches peuvent être nécessaires. Ce sont toutes des solutions parfaitement acceptables et bien connues bien que, en raison de la complexité croissante, certaines peuvent avoir un impact sur le prix du moule et de la pièce.

Charnière intégrée en injection plastique
Les charnières intégrées, ces zones peu épaisses d’une pièce plastique qui lui permettent de se replier, sont une approche efficace pour assembler les deux moitiés d’un récipient moulé. Si la conception est bonne, elles peuvent s’ouvrir et se fermer des milliers de fois sans même perdre de résistance ou de flexibilité.

Charnières intégrées

Pendant que nous nous penchons sur le sujet des couvercles et matières flexibles, les charnières intégrées sont une approche parfaite pour assembler les deux moitiés d’un conteneur moulé. Regardez un flacon distributeur de vitamines ou de pastilles à la menthe, il y a de grandes chances qu’il y ait un clip quelconque d’un côté, et une charnière intégrée de l’autre. Le point le plus important à considérer ici est la matière. Le polycarbonate peut constituer un bon clip, mais il ne survivra jamais aux milliers, voire millions de cycles attendus d’une charnière intégrée. Passez plutôt au polypropylène.

Les pattes cassables sont similaires à une charnière intégrée. Si vous avez déjà ouvert le couvercle plastique d’une bouteille de propane remplie ou d’un récipient de crème glacée, vous savez comment elles fonctionnent. Mais que ce soit une patte ou une charnière, il faut effectuer quelques adaptations de conception. La section doit être assez fine pour plier, mais assez épaisse pour résister à des flexions successives. Suivant la plage de mouvement attendue, vous pouvez avoir besoin d’un rayon ou d’une encoche au milieu de la charnière pour lui permettre de se replier sur elle-même.

 

Et comme vous essayez de mouler deux moitiés adaptées l’une à l’autre simultanément, et que l’écoulement de matière sera certainement des zones épaisses vers les zones fines puis à nouveau vers les zones épaisses, des problèmes de bavure et de remplissage peuvent survenir. Penchez vous attentivement sur l’analyse de faisabilité (DFM) que vous recevez avec votre devis.

Charnière

Les charnières intégrées, ces zones peu épaisses d’une pièce plastique qui lui permettent de se replier, sont une approche efficace pour assembler les deux moitiés d’un récipient moulé. Si la conception est bonne, elles peuvent s’ouvrir et se fermer des milliers de fois sans même perdre de résistance ou de flexibilité.

Logements de fixation et parois verticales

Les logements de fixation ne sont pas appréciés par tout le monde. Mais si vous avez besoin d’implanter un insert fileté quelque part, un logement sera certainement nécessaire. C’est vrai que les logements de fixation, notamment les grosses nervures et les parois verticales épaisses sont des zones potentielles à problèmes. Une dépouille supplémentaire pouvant atteindre plus de 3 degrés peut être nécessaire pour éviter les problèmes d’éjection. Si certains de ces détails d’une pièce sont trop épais, les retassures menacent ! Plus le détail est important, plus le moule doit être profond, ce qui veut dire que des fraises plus longues et des vitesses d’avance plus lentes seront nécessaires pour l’usiner. Cela augmente également les problèmes de dégazage, ce qui peut provoquer des brûlures ou pièces incomplètes.

Un de moyens d’éviter cela est d’utiliser des nervures verticales ou goussets autour du logement de fixation pour le soutenir, afin de permettre des parois plus fines. N’oubliez pas que Proto Labs peut avoir besoin de placer des orifices de ventilation dans les nervures profondes, les parois verticales et les logements de fixation. Et lorsqu’ils sont inclinés, de tels détails sont un véritable casse-tête, car leurs axes divergent de la direction d'ouverture du moule et du plan de joint, ce qui exige certainement d’utiliser un insert installé manuellement.

Couvercle avec lettrage en plastique injecté par Proto Labs
Les marquages sur les pièces, comme sur ce couvercle de boisson, sont courantes, mais ce petit détail peut entraîner des problèmes importants avec une approche inadaptée.

Marquage sur les pièces

Inscrire un nom de produit ou un logo de société sur une pièce est assez courant. Mais attention, ce petit détail peut provoquer des problèmes importants si l’approche est incorrecte. Pour commencer, des petites polices sont adaptées, mais elles doivent être non-serif (Arial ou Century Gothic, par exemple) et la plus petite longueur de trait, la barre transversale d’un T ou d’un A, ou les pieds d’un K, doit atteindre au moins 0,5 mm.

Une inscription en relief est plus facile à créer et plus lisible qu’une inscription en creux, et sauf si le texte est très grand - comme les lettres du livre que lit votre grand-père - elle ne doit pas dépasser de plus de 0,4 mm (ce qui signifie une profondeur pour le moule). Une inscription située au fond d’une cavité pourra être difficile à atteindre avec une fraise - vous avez sans doute la possibilité de la localiser plus près du plan de joint, ou à distance de détails proéminents dans le moule ? Et sauf si vous utilisez une matière pouvant s’écraser comme le caoutchouc de silicone liquide (LSR) ou un élastomère thermoplastique (TPE), le texte doit toujours être face à la direction de retrait du moule, sinon l’éjection de la pièce peut être problématique et il nous faudrait envisager des inserts installés manuellement ou des tiroirs.

Pièce surmoulée du dispositif portable de Spot-R fabriquée par Proto Labs
Triax Technologies s’est adressé récemment à Proto Labs pour une aide au surmoulage de ce Spot-R, un dispositif portable connecté adapté à l’environnement informatique exigeant d’un chantier de construction IT. Le surmoulage a permis la conception et la production d’un boîtier rigide plastique avec un joint garantissant l’étanchéité à l’eau.

Surmoulage

Le surmoulage rapide est une très bonne approche pour ajouter une poignée ergonomique à un tournevis, une poignée sanitaire anti-dérapage à un outil chirurgical, et une coque résistante aux impacts pour un boîtier d’instrument. Il n’est plus nécessaire de coller ou de visser ces auxiliaires à vos pièces moulées par injection, car le surmoulage effectué en deux phases permet une bien meilleure adhésion que les méthodes de fixation traditionnelles.

Cela fonctionne en plaçant une pièce qui vient d’être moulée dans un moule secondaire, et de la recouvrir de matière de surmoulage. Mais il y a quand même certaines choses à savoir. Les deux matières doivent être compatibles - le polyuréthane thermoplastique (TPU) est un bon partenaire de l’ABS ou du polycarbonate, comme le TPE ou certains polypropylènes. Le LSR est également une matière de surmoulage intéressante, mais sa température de moulage est très élevée (environ 175 °C), le substrat doit pouvoir résister à cette température. Le nylon chargé fibre de verre est une bonne option.

Le type de liaison doit également être pris en compte. Chacun des exemples indiqués fournit une liaison chimique solide, mais certaines matières ne sont pas totalement compatibles et doivent être reliées mécaniquement. Désormais vous êtes peut-être méfiant des contre-dépouilles sur vos pièces moulées par injection, mais c’est en fait une manière efficace de garantir un verrouillage mécanique sans défaillance des pièces surmoulées. Quelles que soient les matières considérées, la plupart des fabricants de polymère recommandent une combinaison de fixation chimique et mécanique. C’est également une bonne idée de parler avec le fournisseur de la matière de surmoulage avant d’embarquer pour un projet de grande échelle. C’est un domaine dans lequel les ingénieurs d’application de Proto Labs peuvent également vous aider.

Pour de telles applications, comme d’habitude, n’hésitez pas à contacter Proto Labs pour toute question au +33 (0)4 27 50 29 47 ou à l’adresse customerservice@protolabs.fr. Pour démarrer aujourd’hui votre prochain projet, il vous suffit de télécharger un modèle CAO 3D sur protolabs.fr pour un devis interactif en quelques heures.