Conseil de conception

Lignes de soudure, comment les éviter

Lorsque vous concevez pour le moulage par injection, respectez ces différentes précautions pour éviter les lignes de soudure

Le moulage par injection plastique est depuis longtemps un processus économique et efficace pour réaliser des prototypes personnalisés et des pièces de production. Les concepteurs de produit font face à de nombreux défis lorsqu’ils créent et développent des pièces injectées, notamment les facteurs de contraintes, les déformations, et ces maudites lignes de soudure. Ce conseil de conception indique comment et pourquoi des lignes de soudure problématiques apparaissent lors du processus de moulage, et les solutions qui permettent de les éviter.

Le processus de refroidissement de la résine

Le moulage est un processus de fabrication au cours duquel la résine est fondue dans l'ensemble vis-fourreau de la machine, puis injectée dans un moule pour former la pièce. La résine se refroidit lors de son injection dans le moule. C’est pourquoi le bord d’attaque de l’écoulement  dans un moule est toujours la zone la plus froide de la résine, et donc celle qui est la plus proche de la solidification. Dans un moule bien conçu, ce n’est en général pas un problème. Une exception se produit lorsque l’écoulement de résine se divise autour d’un obstacle et se retrouve de l’autre côté de l’obstruction. Un exemple est celui d’un noyau créant une cavité rectangulaire dans un couvercle. Lorsque cela se produit, deux surfaces de rencontrent en aval de l’obstruction. Idéalement, elles vont se fondre l’une avec l’autre pour former un joint solide, mais si elles ont trop refroidi pour se fondre complètement l’une dans l’autre, le résultat est une ligne de soudure.

Comment des lignes de soudure peuvent se former lorsque deux écoulements plastiques se rencontrent dans un moule.
L’animation montre comment des lignes de soudure peuvent se former lorsque deux écoulements plastiques se rencontrent dans un moule.
Lignes de soudure et résines

Une ligne de soudure est tout type de ligne, visible ou non, à la rencontre de deux écoulements de résine. Selon la conception du moule et la matière injectée, une ligne de soudure peut : ne présenter aucun problème, être un inconvénient esthétique, ou entraîner un problème structural potentiellement sérieux. L’un des facteurs essentiels est le type de résine injectée, car les différents types varient dans leur propension à former des lignes de soudure. L’ABS fait partie de celles qui présenteront le plus probablement des lignes. Dans de nombreux cas, une ligne de soudure dans l’ABS est assez solide pour ne pas fragiliser la pièce de manière significative, mais elle peut ressembler à une fissure dans la pièce finie.

Émergence de problèmes

L’une des zones dans lesquelles les lignes de soudure peuvent entraîner des problèmes structurels se trouve derrière un bossage. Un bossage est un élément présentant un trou destiné à recevoir une fixation filetée. (Protolabs ne crée pas de filets internes ; ils seront découpés par une vis autotaraudeuse, usinés lors d’une opération séparée, ou ajoutés sous forme d’insert).

Schéma d'une télécommande avec des lignes de soudure
Une télécommande est un bon exemple de la façon dont de multiples détails peuvent créer un environnement favorable aux lignes de soudure. Il existe quelques approches pour les éviter, notamment ne pas utiliser de résines chargées de fibres de verre ou de minéraux.

Le bossage est créé par un noyau en forme de tenon saillant dans le moule, autour duquel la résine s’écoule. Lorsque les fronts de résine se rencontrent de l’autre côté du tenon, ils forment une ligne de soudure.

Deux facteurs peuvent rendre ceci particulièrement problématique. Si le bossage est proche du bord de la pièce, la ligne de soudure sera très courte, ne laissant que peu de surface pour maintenir les deux faces l’une avec l’autre. Si vous ajoutez l’effet de « cale » d’une vis enfoncée dans le bossage, la ligne de soudure peut engendrer une fissure.

Des lignes de soudure peuvent aussi apparaître entre les points d’injection d’une pièce. Les points d’injection sont les endroits où la résine est injectée dans votre pièce. Lorsque vous recevrez le plan de vos points d’injection et éjecteurs, contrôlez-le. Nous n’utilisons pas souvent de multiples points d’injection, mais si nous le faisons, contrôlez si vous avez des spécifications d’esthétique ou de résistance à mi-chemin entre deux points d’injection.

Il y a un facteur supplémentaire pouvant contribuer à des problèmes de lignes de soudure, c’est l’utilisation de résines chargées. Représentez-vous l’écoulement d’une résine liquide chargée, par exemple, en fibres de verre. Clairement, tandis que la résine progresse à travers le moule, le matériau de charge sera toujours derrière le front. Ainsi, lorsque deux fronts se rencontrent et se solidifient, il y a peu ou pas de fibres qui traversent la ligne de rencontre. Cela ne signifie pas forcément que la ligne de soudure sera fragile, mais elle ne bénéficiera pas du renforcement par les fibres.

Solutions

Que pouvez-vous faire pour prévenir les lignes de soudure problématiques ? Vous ne pouvez probablement pas éliminer les éléments de type bossage, mais vous pouvez choisir des résines qui sont moins susceptibles de former des lignes de soudure. Plus spécifiquement, vous pouvez éviter les résines chargées dans des pièces qui présenteront des détails de type trou traversant. Vous pouvez augmenter l’épaisseur des parois de la pièce pour ralentir le refroidissement de la résine, en étant attentif à ne pas trop les épaissir pour éviter les affaissements. Et vous pouvez placer les éléments entraînant des lignes de soudure plus loin des bords des pièces lorsque leur conception le permet.

Bien sûr, il vaut mieux identifier les lignes de soudure dans vos prototypes que de les retrouver dans vos pièces de production, c’est bien l’objectif des prototypes.
Si vous souhaitez discuter des problématiques de lignes de soudure, merci d’appeler un ingénieur d’application chez Protolabs au +33 (0)4 27 50 29 47 pour en discuter, ou envoyez un email à customerservice@protolabs.fr

Par ailleurs, vous pouvez demander notre Cube Modèle gratuit. Il vous fournira une aide physique pour mieux comprendre comment se forment les lignes de soudure, ainsi que d’autres considérations de conception en moulage par injection.