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RÉSUMÉ
La mise en œuvre du procédé d’injection par eau est rigoureusement identique à celle de l’injection assistée par gaz. Il existe bien des différences mais l’objectif reste le même, à savoir réaliser des corps creux. Les applications de l’injection assistée par eau sont pour l’instant plus réduites. Aujourd’hui, l’injection assistée par eau permet de compenser certaines lacunes de l’injection assistée par gaz, en particulier dans le domaine des échanges thermiques. Mais le procédé se démocratise et l’on trouve des applications dans des domaines aussi variés que le jouet, l’électroménager, le médical, le bricolage, l’ameublement et l’automobile.
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Jean-Luc DREYER : Simplast Sarl
INTRODUCTION
Le procédé d’injection assistée par eau (IAE) est paradoxalement plus ancien que l’injection assistée par gaz (IAG) Injection assistée par gaz. En effet, le premier brevet décrivant l’injection assistée par eau date de 1938 (figure 1).
La mise en œuvre du procédé est rigoureusement identique à celle de l’injection assistée par gaz. Il existe bien de sensibles différences mais l’objectif final reste le même, à savoir réaliser des corps creux.
Les applications de l’injection assistée par eau sont pour l’instant plus réduites et n’ont pour seul objectif que de diminuer le temps de cycle.
Contrairement à l’azote, l’eau est un fluide peu cher et à disposition immédiate.
Bien sûr, on retrouve tous les avantages de l’injection assistée par gaz :
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augmentation de la rigidité en créant un effet tube, jusqu’à 80 mm de diamètre ;
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diminution de la masse de la pièce ;
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diminution de la force de fermeture en cas de remplissage partiel ;
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diminution des retassures ;
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augmentation de la rigidité à moment quadratique équivalent.
Aujourd’hui, l’injection assistée par eau permet de compenser certaines lacunes de l’injection assistée par gaz, en particulier dans le domaine des échanges thermiques.
L’injection assistée par eau, plus encore que l’injection assistée par gaz, est un procédé où chaque étape doit être optimisée, de la conception de la pièce au choix de la matière, et de la sélection de l’outillage à celle de la presse à injecter. Il suffit d’un seul paramètre négligé pour risquer une production aléatoire, voire de mauvaise qualité. Les fournisseurs matière ont formulé des résines spécifiques qui permettent de retarder les phénomènes de cristallisation.
Le procédé se démocratise et l’on trouve des applications dans des domaines aussi variés que le jouet, l’électroménager, le médical, le bricolage, l’ameublement et l’automobile.
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Avantages de l’eau sur l’azote
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8. Outils de simulation
Seuls deux logiciels actuellement dans le commerce permettent de simuler le procédé d’injection assistée par eau : REM3D et MOLDEX. Le premier est un logiciel élaboré par le Cemef (Centre de mise en forme des matériaux de l’École des mines de Paris) à Sophia-Antipolis et le second par l’université de Swansea au pays de Galles.
À partir de la géométrie exacte, on réalise un maillage surfacique de la peau de la pièce. Ce maillage peut être réalisé à partir des outils de maillage du commerce. Ce maillage surfacique est alors transféré dans l’outil de maillage 3D avec lequel on peut adapter la taille des éléments aux contraintes de calcul. Le maillage surfacique optimisé, une très simple opération, génère un maillage volumique.
Ce module permet de calculer un remplissage à deux phases : polymère et eau. Au moment de la commutation en eau, le logiciel utilise comme données les informations calculées pour chaque élément à la fin de la phase de remplissage, à savoir pression, température, viscosité etc. Lorsque l’eau est injectée, le logiciel fait alors évoluer les informations en fonction des nouvelles données de remplissage. L’eau ne poussant que le polymère fondu, il est nécessaire d’affiner les paramètres de calcul et en particulier le nombre de nœuds dans l’épaisseur. Comme il faut respecter des rapports de taille d’éléments en fonction de leur épaisseur, le nombre d’éléments devient très rapidement considérable, d’où des temps de calculs très importants.
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Caractéristiques de la matière
Imaginer une analyse rhéologique sans tenir compte de la compressibilité du polymère peut engendrer de véritables problèmes. Il faut prendre garde au coefficient de retrait donné par le fournisseur. En effet, nous avons déjà pu vérifier en pratique un écart de 30 % entre données théoriques et mesures pratiques. Les origines de ces écarts sont multiples. Les fournisseurs de matière donnent tous le coefficient de retrait avec un intervalle de tolérance suffisamment large. Mais en injection assistée par fluide, en faisant varier certains paramètres d’injection, il a été possible de modifier les dimensions de la pièce. Les phénomènes de viscoélasticité observables en injection ne seraient pas sans conséquence sur le retrait de la matière.
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ANNEXES
Alors que la situation est compliquée en injection assistée par gaz, elle est simple en injection assistée par eau. En effet, l’Institut fûr Kunststoffverarbeitung (IKV) de Aachen (Allemagne) a travaillé sur ce procédé dès 1996 et a publié la totalité de ses travaux dans la revue Kunststoffe d’avril 1999. Cette publication empêche toute demande de brevets en Europe et permet la promotion du procédé plutôt que d’ériger des barrières protectionnistes. En fait, l’injection assistée par eau est bien plus ancienne que l’injection assistée par gaz ; l’IKV a retrouvé un brevet datant de 1938, brevet aujourd’hui dans le domaine public.
HOBSON (R.). – Method and apparatus for making hollow articles of plastic material. PS-US 2331688 (1938).
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Brevets procédés
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