Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La fabrication additive polymère permet de créer des empreintes de moules, des conformateurs, ou plus généralement des outillages pour la transformation du plastique à moindre coût et avec un délai beaucoup plus court qu’en usinage conventionnel. Ces outillages sont aujourd’hui principalement dédiés à la réalisation de petites et moyennes séries : l’outillage en polymère étant moins performant et moins conducteur qu’un outillage en métal les cadences de production ne sont pas comparables avec celles obtenues dans des outillages traditionnels. Dans cet article, les procédés et matériaux généralement utilisés en fabrication additive polymère pour la réalisation d’outillages sont présentés.
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Tools, mold inserts and shapers can be manufactured using polymer additive manufacturing technologies aiming to reduce both lead times and cost compared to conventional machining technologies. These cost efficient tools are today used for prototyping and small serial production. As polymer molds have lower performances and lower thermal conductivity, the productivity will be lower than tools in steel. In this article, the additive manufacturing processes and materials used for polymer mold production are described.
Auteur(s)
-
Thomas JOFFRE : Responsable programme fabrication additive - IPC – Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites, Oyonnax, France
-
Jean-Christophe BORNÉAT : Chef de projet fabrication additive - IPC – Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites, Oyonnax, France
INTRODUCTION
La fabrication additive polymère est en pleine croissance dans différents secteurs d’activité tels que l’automobile, le médical ou l’aéronautique.
La fabrication additive polymère s’est imposée comme un moyen incontournable pour la réalisation de prototypes ou de maquettes. L’impression d’un prototype permet de prendre en main une pièce avant le lancement de la fabrication d’un outillage métallique, plus coûteux, qui servira à la fabrication de grandes séries.
La fabrication additive polymère reste en revanche un procédé délicat pour la fabrication de séries. Bien que de nombreux contre-exemples existent, la fabrication additive polymère ne permet pas d’atteindre des cadences de production compétitives avec l’injection plastique et rares sont les séries de plus de 1 000 pièces.
Par ailleurs, dans certains domaines, les pièces obtenues par fabrication additive ne satisfont pas aux exigences des clients : les performances mécaniques et la durabilité ne sont pas équivalentes à celles d’une pièce injectée, l’état de surface ne permet pas d’utiliser les mêmes techniques de métallisation et les nuances de matériaux sont différentes de celles utilisées dans l’injection. La transition d’une pièce produite en injection plastique à une pièce en fabrication additive reste un défi pour l’industrie de transformation du plastique : il est nécessaire de requalifier un matériau et de réadapter un design afin de s’adapter aux contraintes du procédé.
Cependant, la fabrication additive polymère peut aussi apporter de la flexibilité et de l’agilité aux procédés de la plasturgie conventionnelle (injection, thermoformage, extrusion) : il est possible d’imprimer des empreintes de géométries complexes ainsi que leurs canaux de régulation thermique (moules d’injection, conformateurs ou moules de thermoformage) en un temps très court et à un prix maîtrisé : un outillage d’injection jusqu’à 300 cm3 peut être réalisé en moins de 24 heures. Tandis que la fabrication conventionnelle d’un outillage métallique nécessite plusieurs étapes (usinage, découpe fil, électroérosion, texturation), la fabrication polymère additive permet de réduire le nombre d’étapes et ainsi d’apporter de la réactivité à la fabrication des outillages polymère. En revanche, les outillages réalisés ont une durée de vie limitée par rapport aux outillages métalliques conventionnels, notamment lors de l’utilisation de matières abrasives, et une productivité inférieure : le polymère étant isolant, le transfert thermique matière plastique-outillage sera plus faible et le temps nécessaire au refroidissement du plastique est par conséquent allongé. Aujourd’hui, les inserts de moule en fabrication additive polymère ne sont donc pas adaptés à la production de masse (série supérieure à 5 000 pièces).
Dans cet article, les différents couples matériaux polymères/technologies de fabrication additive disponibles pour l’application outillage sont présentés brièvement. Ensuite, des cas concrets d’utilisation en injection, thermoformage et extrusion sont décrits afin de donner une vue d’ensemble de la technologie et de son intérêt pour la transformation du plastique. Ces exemples sont suivis d’une analyse technico-économique. Enfin, les avantages et les limitations de la technologie sont résumés dans une conclusion.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
extrusion | injection molding | thermoforming | mold inserts
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Glossaire
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3. Conclusion
Il a été démontré dans cet article, à travers trois exemples, que la fabrication additive polymère permet de fabriquer des outillages pour la réalisation de petites et moyennes séries en injection, thermoformage et extrusion. Le choix de la technologie, le choix de la matière, la conception et l’impression de l’outillage sont des étapes importantes pour la réussite d’un outillage en fabrication additive polymère. Il faut optimiser les outillages pour exploiter au mieux les possibilités offertes par la fabrication additive. En prenant en compte les défis liés à l’utilisation de matière polymère et de la fabrication additive, l’outillage sera moins conducteur qu’un outillage métallique classique et le respect des tolérances sera moins bon qu’en usinage. L’analyse économique réalisée en extrusion et en thermoformage permet de valider l’intérêt économique de la technologie : les outillages en fabrication additive polymère sont moins chers que ceux obtenus par des procédés et avec des matériaux plus conventionnels. Le délai de réalisation est souvent le critère où le gain lié à l’utilisation d’un outillage en fabrication additive polymère est le plus important : une empreinte en fabrication additive polymère pourra être réalisée en quelques jours, là où de l’usinage prendra souvent plusieurs semaines. Cette technologie permet donc d’apporter de l’agilité et de la flexibilité aux procédés de transformation des matières plastiques conventionnels. Un des freins réside dans le fait qu’un outillage polymère offre aujourd’hui moins de garanties qu’un outillage en métal : la prédiction de la durée de vie d’une empreinte ou d’un moule en polymère reste un défi. Le refroidissement de la pièce deviendra aussi un problème lorsque l’on visera des séries plus importantes. Cependant, de nouveaux matériaux plus conducteurs, plus performants et des nouvelles imprimantes apparaissent chaque année sur le marché, ce qui laisse entrevoir un avenir prometteur à cette technologie.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEÓN-CABEZAS (M.A.), MARTÍNEZ-GARCÍA (A.), VARELA-GANDÍA (F.J.) - Innovative advances in additive manufactured moulds for short plastic injection series. - Procedia Manufacturing, 13, p. 732-737 (2017).
-
(2) - JNR (M.H.), GUNBAY (S.), HAYES (C.), MORITZ (V.F.), FUENMAYOR (E.), LYONS (J.G.), DEVINE (D.M.) - Stereolithography (SLA) utilised to print injection mould tooling in order to evaluate thermal and mechanical properties of commercial polypropylene. - Procedia Manufacturing, 55, p. 205-212 (2021).
-
(3) - AGASSANT (J.F.), AVENAS (P.), SERGENT (J.Ph.), VERGNES (B.), VINCENT (M.) - Mise en forme des polymères (4e éd.) : approche thermomécanique de la plasturgie. - Lavoisier, p. 202-204 (2014).
-
(4) - DIZON (J.R.C.), VALINO (A.D.), SOUZA (L.R.), ESPERA (A.H.), CHEN (Q.), ADVINCULA (R.C.) - 3D printed injection molds using various 3D printing technologies. - In Materials Science Forum (vol. 1005, p. 150-156). Trans Tech Publications Ltd. (2020).
-
(5) - MILOVANOVIĆ (A.), MILOŠEVIĆ (M.), MLADENOVIĆ (G.),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Prodways, fabricant d’imprimantes SLS et DLP
https://www.prodways-group.com/
Formlabs, fabricant d’imprimantes SLA
Stratasys, fabricant d’imprimantes FDM, DLP, SLA et Polyjet
Intamsys fabricant d’imprimantes pour le dépôt de fil fondu
Massivit 3D, fabricant d’imprimantes proposant une technologie duale (deux têtes d’impression) de fabrication de moules/outillages reposant sur du casting de résine photopolymérisable coulée dans une enveloppe sacrificielle réalisée en FDM puis éliminée après la cuisson/réticulation de la résine
Initial3D : service de conception et fabrication de pièces
Materialise : service de fabrication de pièces
https://www.materialise.com/fr
Logiciels de simulation pour l’injection :
CADMOULD® https://www.simcon.fr/
Moldex 3D https://www.moldex3d.com/
Moldflow...
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