Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’article traite du thermoformage, procédé qui transforme un semi-produit − plaque ou feuille − fabriqué par extrusion de polymères thermoplastiques. Il définit la notion d'étirabilité-thermoformabilité, analyse les relations croisées entre propriétés du polymère, niveau de qualité du semi-produit et procédé, et explique leur impact sur le déroulement de la transformation et la qualité de l'objet thermoformé. Il passe ensuite en revue les différents modes et types de thermoformage, et décrit de façon détaillée les différents postes constitutifs d'une machine de thermoformage. Enfin, il aborde la modélisation du procédé, en présentant des approches de complexité et de pertinence croissantes.
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Thermoforming is a thermoplastic polymer forming process that converts a semi-finished product − a film or an extruded sheet − into a formed part. The article clarifies the concept of stretching and thermoformability, and investigates how the triangular pattern of relationships between the polymer properties,the semi-finished quality level and the thermoforming process may impact the overall process performance and the formed part quality. The article reviews the various thermoforming operating types, and details the successive stages configuring a thermoforming machine. Finally, the article proposes several geometric and numerical thermoforming simulation models of increasing complexity.
Auteur(s)
-
Jean-Claude JAMMET : Diplômé de l’École d’Application des Hauts Polymères (EAHP – ECPM) - Ancien Directeur Innovation et Développement chez Albea, Gennevilliers, France
-
Francis PINSOLLE : Ingénieur ENSEM, Master of Sciences University of Philadelphia - Institut d’administration des entreprises (IAE), Aix-en-Provence, France
INTRODUCTION
Les techniques de formage sont utilisées très largement dans l’industrie, elles vont de l’estampage, forgeage des métaux au thermoformage des matières plastiques.
Le thermoformage fait partie, avec l’extrusion et l’injection, des procédés majeurs de transformation des matières plastiques. Mais, à la différence de ces deux autres types de procédés qui mettent en œuvre une matière première sous forme de granulés ou de poudre, le thermoformage s’opère à partir d’une plaque ou d’une feuille [AM 3 644], c’est-à-dire d’un semi-produit lui-même issu de l’extrusion d’une matière première à partir de granulés ou de poudre.
Fabriquer un objet thermoformé s’effectue donc en deux étapes, qui peuvent intervenir en ligne ou en reprise ; l’opération de thermoformage proprement dite correspond à la seconde étape. Elle permet de réaliser des objets d’épaisseurs très variables, de quelques dizaines de micromètres à plus d’un centimètre, de travailler à très hautes cadences de production, avec des outillages bon marché, qui compensent le handicap du coût de la matière première, un semi-produit.
Le domaine d’application du thermoformage est très large, recouvrant des marchés aussi divers que ceux de l’emballage alimentaire et non alimentaire, l’électroménager, le sanitaire, l’automobile, etc.
La plupart des matériaux thermoplastiques (PS, ABS, PE, PP, PMMA, PVC, PET, PLA, etc.) se thermoforment facilement, de même que les polymères allégés/expansés [AM 3 343] et les semi-produits multicouches dits « complexes » [AM 3 659]. Certains matériaux thermodurcissables, légèrement réticulés, peuvent être thermoformés, mais pour des profondeurs bien moindres que dans le cas des thermoplastiques : on citera l’exemple de mousse de polyuréthane utilisée dans l’application des pavillons de portes de voiture.
La technique de thermoformage nécessite pour sa compréhension, non seulement la connaissance des sciences classiques de l’ingénieur, fruit d’une expérience industrielle et de laboratoire, mais aussi celle des polymères. Dans l’exposé qui suit, on s’est efforcé de mettre en relation les observations pratiques avec un point de vue plus scientifique.
La variété des techniques de thermoformage est très grande, et pour tout complément on pourra se référer aux ouvrages de base ou articles donnés en bibliographie.
Les points suivants seront successivement abordés :
-
l’aspect matériau et semi-produit avec leurs plages de température de formage ;
-
les types généraux de thermoformage ;
-
les machines, en détaillant les différentes parties les constituant ;
-
la modélisation qui prend un grand essor actuellement ;
-
un aperçu du coût comparatif entre pièce injectée et thermoformée ;
-
des données sur le marché et ses tendances.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
thermoplastic polymer | semi-finished product | plastics processing | thermoforming
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1998 par Jean-Claude JAMMET
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Relations matériaux-thermoformabilité
En anglais
1. Présentation
1.1 Principe
Le thermoformage consiste à chauffer le semi-produit (feuille/plaque) à une température permettant sa déformation dans un moule dont il épouse la forme par action d’une différence de pression entre ses deux faces. Après refroidissement dans le moule, l’objet formé est démoulé.
La mise en forme s’effectue généralement par une pression d’air sur la feuille, ou une dépression d’air sous cette dernière, souvent assistée mécaniquement par un poinçon (figure 1).
C’est un procédé de transformation « basse pression », qui impose de faibles contraintes à la feuille. Les matériaux ne peuvent donc être formés que lorsque, après élévation de température, leurs propriétés mécaniques ont chuté, dans la zone du plateau caoutchoutique pour les polymères amorphes et dans la zone de la température de fusion pour les semi-cristallins.
L’art du thermoformage consiste à maîtriser le comportement du semi-produit au cours de toutes les transformations qu’il va subir notamment pendant le chauffage, le formage et le refroidissement. Ce semi-produit (plaque ou feuille) est souvent constitué de plusieurs couches du même polymère (avec une couche centrale de polymère recyclé) ou de polymères différents dont la combinaison va permettre de réaliser les propriétés désirées (étanchéité aux gaz, aux liquides, biocompatibilité,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - THRONE (J.L.) - Thermoforming, - Hanser Publisher, New York (1986).
-
(2) - GRUENWALD (G.) - Thermoforming : A Plastics Processing Guide, Second Edition - (2018). doi.org/10.1201/9780203735770.
-
(3) - FLORIAN (J.) - Practical Thermoforming : Principles and Applications, - M. Dekker (1987).
-
(4) - BRANDRUP (J.), IMMERGUT (E.H.), GRULKE (E.A.) - Polymer Handbook, 2 Volumes Set, - Wiley (2003).
-
(5) - CHAMPETIER (G.), BUVET (R.), NEEL (J.) - Chimie macromoléculaire. I, - Hermann Paris (1970).
-
(6) - MACAULEY (N.), HARKIN-JONES (E.), MURPHY (W.R.) - Thermoforming of Polypropylene. - Plastics Engineering (1996).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
TFORM3 : Tranalosvr SA-France
HAUT DE PAGEConstructeurs de machine (liste non exhaustive)
https://brownmachinegroup.com/
https://www.cannonergos.com/thermoforming
https://www.gabler-thermoform.com/
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