Le moulage par injection est un procédé de fabrication qui permet de produire des pièces en grande quantité. Il consiste à injecter des matériaux en fusion dans un moule (ou « mould » au Royaume-Uni). Ce procédé est généralement utilisé pour la production de masse, afin de fabriquer des milliers d’articles identiques. Les matériaux utilisés pour le moulage par injection comprennent les métaux, les verres, les élastomères, les composites et, le plus souvent, les polymères thermoplastiques et thermodurcissables.
Les équipements de moulage par injection sont de tailles et de capacités diverses.
Comment fonctionne le moulage par injection ?
La première étape du moulage par injection consiste à créer le moule lui-même. La plupart des moules sont fabriqués en métal, généralement en aluminium ou en acier, et usinés avec précision pour correspondre aux caractéristiques du produit à fabriquer.
Un moule à injection usiné.
Une fois le moule créé par le mouleur, le matériau de la pièce est introduit dans un tonneau chauffé et mélangé à l’aide d’une vis hélicoïdale. Les bandes chauffantes font fondre le matériau dans le tonneau et le métal ou le plastique fondu est ensuite introduit dans la cavité du moule à très haute pression, où il refroidit et durcit, épousant la forme du moule. Le temps de refroidissement peut être réduit grâce à l’utilisation de lignes de refroidissement qui font circuler de l’eau ou de l’huile à partir d’un contrôleur de température externe. Les outils de moulage sont montés sur des moules à plaques (ou « plateaux ») qui s’ouvrent une fois que le matériau s’est solidifié, de sorte que des broches d’éjection peuvent éjecter la pièce du moule.
Des matériaux distincts peuvent être combinés en une seule pièce dans un type de moulage par injection appelé moule à deux tirs. Cette technique peut être utilisée pour donner une touche de douceur aux produits en plastique, ajouter des couleurs à une pièce ou produire des articles ayant des caractéristiques de performance différentes.
Les moules peuvent être constitués d’une ou de plusieurs cavités. Les moules à cavités multiples peuvent contenir des pièces identiques dans chaque cavité ou être uniques pour créer des pièces de géométries différentes. Les moules en aluminium ne sont pas les mieux adaptés à la production en grande série ou aux pièces présentant des tolérances dimensionnelles étroites, car ils ont des propriétés mécaniques inférieures et peuvent être sujets à l’usure, à la déformation et à l’endommagement en raison des forces d’injection et de serrage.
La production en grande série, comme la fabrication d’automobiles, opte généralement pour des moules en acier qui sont plus durables, mais aussi plus chers que l’aluminium. Par exemple, une voiture est généralement créée à partir de milliers de moules, et un seul moule coûte souvent plus cher que la voiture elle-même. En revanche, lorsqu’il s’agit de produire des millions de véhicules mois après mois, année après année, les moules en acier sont de loin la solution logique en raison de leur coût avantageux.
Le processus de moulage par injection nécessite une conception minutieuse, notamment en ce qui concerne la forme et les caractéristiques de la pièce, les matériaux utilisés pour la pièce et le moule, ainsi que les propriétés de la machine de moulage. Par conséquent, plusieurs éléments doivent être pris en compte lors du moulage par injection.
Quels sont les éléments à prendre en compte pour le moulage par injection ?
Il y a un certain nombre de considérations à prendre en compte avant de se lancer dans le moulage par injection :
Financier
Le coût d’entrée du moulage par injection peut être considérable en raison des coûts d’outillage des moules eux-mêmes. Toutefois, le prix unitaire est bien inférieur à celui de nombreux autres procédés de fabrication de matières plastiques lorsque l’on cherche à fabriquer des volumes plus importants d’un même produit.
Quantité de production
Il est important de déterminer le nombre de pièces que vous souhaitez fabriquer afin de décider si le moulage par injection est la méthode de production la plus rentable.
Facteurs de conception
La réduction du nombre de pièces et la simplification de la géométrie de vos articles faciliteront le moulage par injection. En outre, la conception de l’outil de moulage est importante pour éviter les défauts au cours de la production.
Considérations relatives à la production
La réduction du temps de cycle facilitera la production, tout comme l’utilisation de machines dotées de moules à canaux chauds et d’un outillage bien conçu. Ces petits changements et l’utilisation de systèmes à canaux chauds peuvent se traduire par des économies de production pour vos pièces. La réduction des besoins d’assemblage permet également de réaliser des économies, en particulier si vous produisez des milliers, voire des millions de pièces.
Comment réduire les coûts liés aux moulages ?
Le moulage par injection peut nécessiter un investissement important au départ, mais il existe plusieurs moyens de réduire les coûts de moulage :
- Éliminer les contre-dépouilles
- Supprimer les caractéristiques inutiles
- Utiliser une approche de cavité centrale
- Réduire les finitions cosmétiques
- Concevoir des pièces qui s’assemblent d’elles-mêmes
- Modifier et réutiliser les moules existants
- Contrôler l’analyse DFM
- Utiliser un moule multiempreintes ou un moule familial
- Tenez compte de la taille de vos pièces
Quand recourir au moulage par injection ?
Le moulage par injection est idéal pour fabriquer des volumes plus importants de produits largement utilisés, tels que des bouchons de bouteilles, des pièces mécaniques en plastique, des seringues et des dispositifs médicaux plus complexes. Il est également couramment utilisé pour la fabrication d’articles plus volumineux, tels que les panneaux de carrosserie des voitures.
Lorsque vous souhaitez fabriquer des milliers ou des millions de pièces identiques à partir d’un moule, le moulage par injection est souvent la meilleure solution.
Les sièges de stade en plastique sont fabriqués par moulage par injection.
Quels sont les différents types de moulage par injection ?
Il existe de nombreuses variantes du processus de moulage par injection, notamment :
- Moulage de cubes
- Moulage sous pression
- Moulage par injection assisté par gaz
- Moulage par injection de caoutchouc silicone liquide
- Moulage par injection de métal
- Moulage par micro-injection
- Moulage par injection de réaction
- Moulage par injection de parois minces
- Moulage par co-injection (deux matériaux ou plus)
Quels sont les matériaux utilisés dans le moulage par injection ?
Le moulage par injection peut être réalisé avec une grande variété de matériaux, notamment des métaux, du verre, des élastomères, des confections et, le plus souvent, des polymères thermoplastiques et thermodurcissables. Les matériaux peuvent être combinés pour conférer aux pièces finies des propriétés et des effets différents.
Quels sont les avantages du moulage par injection ?
Le principal avantage du moulage par injection est la possibilité d’augmenter la production pour produire un grand nombre de pièces. Une fois que les coûts initiaux de la conception et des moules ont été couverts, le prix de la fabrication est très bas. Le coût de production diminue au fur et à mesure que le nombre de pièces produites augmente.
Le moulage par injection produit également peu de déchets par rapport aux procédés de fabrication traditionnels tels que l’usinage CNC, qui élimine les matériaux excédentaires. Malgré cela, le moulage par injection produit quelques déchets, principalement au niveau de la carotte, des patins, de l’emplacement des portes et de tout débordement de matière qui s’échappe de la cavité de la pièce (également appelé «bavure»).
Un autre avantage est que la production de pièces identiques à plusieurs reprises permet d’assurer la fiabilité et la cohérence des pièces dans le cadre d’une fabrication en grande série.
Enfin, le moulage par injection permet d’aligner le grain des molécules dans le moule, en particulier dans les coins de la pièce. Cela renforce la solidité de la pièce finie par rapport aux pièces fabriquées par découpage et enlèvement de matière.
Quels sont les inconvénients du moulage par injection ?
Si le moulage par injection présente des avantages, il comporte également un certain nombre d’inconvénients. Les coûts initiaux peuvent être élevés pour le moulage par injection, en particulier en ce qui concerne l’outillage. Avant de pouvoir produire des pièces, il faut créer un prototype. Une fois cette étape franchie, un prototype d’outil de moulage doit être créé et testé. Tout cela prend du temps et de l’argent et peut s’avérer coûteux.
Le moulage par injection n’est pas non plus idéal pour produire des pièces uniques de grande taille. Cela s’explique par les limites de taille des machines de moulage par injection et des outils de moulage. Les articles trop grands pour les capacités d’une machine de moulage par injection doivent être créés en tant que pièces multiples et assemblés ultérieurement.
Le dernier inconvénient est que les grandes contre-dépouilles nécessitent une conception expérimentée pour éviter les problèmes et peuvent ajouter encore plus de dépenses à votre projet.
FAQ sur le moulage par injection :
Le moulage par injection est-il respectueux de l’environnement ?
Le moulage par injection est de plus en plus respectueux de l’environnement grâce aux innovations en matière de plastiques écologiques, à l’efficacité accrue des machines et à la capacité des matériaux tels que les polymères thermodurcissables à résister à des températures et à des conditions extrêmes.
Les possibilités d’inclure le recyclage et les plastiques respectueux de l’environnement augmentent rapidement.
Bien que le moulage par injection entraîne une certaine perte de matière, celle-ci est moins importante que dans le cas de nombreux autres procédés de fabrication. La plupart des productions permettent de réutiliser les déchets car le plastique peut être refondu indéfiniment. Bien entendu, les matériaux exacts utilisés ont également une incidence sur l’environnement en ce qui concerne leur durée de vie, le fait qu’ils puissent provenir de matériaux recyclés et la manière dont ils sont éliminés. Il faut également tenir compte de l’empreinte carbone de la durée de vie des produits créés, y compris pendant la fabrication et le transport des produits.
Les progrès des machines modernes de moulage par injection permettent aujourd’hui d’utiliser jusqu’à 50 % d’énergie en moins par rapport à il y a dix ans. Avec des progrès aussi rapides dans l’industrie du moulage par injection, le processus devient chaque année plus respectueux de l’environnement.
Combien coûte le moulage par injection ?
Les coûts de moulage sont liés au nombre de cavités dans un moule. Moins de cavités nécessitent moins de travail d’outillage, ce qui réduit les coûts de fabrication pour créer un moule d’injection. La complexité de la conception d’une pièce a également une incidence sur le coût, notamment des facteurs tels que la finition de la surface, la tolérance, les filetages, les détails et le nombre de contre-dépouilles. L’ajout de ces détails augmente le coût, car ils nécessitent davantage d’outillage.
Le type de moulage par injection le plus rentable est le moulage par injection de caoutchouc, qui donne un rendement élevé de produits durables. En outre, des processus de vulcanisation cohérents avec des contrôles de température précis peuvent faire baisser les coûts en réduisant les déchets.
Quels sont les plastiques utilisés dans le moulage par injection ?
Avec plus de 85 000 options de matériaux plastiques commerciaux disponibles dans 45 familles de polymères, il existe une multitude de plastiques différents pouvant être utilisés pour le moulage par injection. Les polymères peuvent être classés en deux groupes : les thermodurcissables et les thermoplastiques.
Les types de plastique les plus courants sont le polyéthylène haute densité (PEHD) et le polyéthylène basse densité (PEBD). Le polyéthylène offre un certain nombre d’avantages, notamment une grande ductilité, une bonne résistance à la traction, une forte résistance aux chocs, une résistance à l’absorption de l’humidité et la possibilité de le recycler.
Billes de polyéthylène
D’autres plastiques moulés par injection sont couramment utilisés :
Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
Ce plastique robuste et résistant aux chocs est largement utilisé dans l’industrie. Avec une bonne résistance aux acides et aux bases, l’ABS offre également de faibles taux de rétrécissement et une grande stabilité dimensionnelle.
Polycarbonate (PC)
Ce plastique solide et résistant aux chocs présente un faible taux de rétrécissement et une bonne stabilité dimensionnelle. Plastique transparent disponible en différentes qualités optiquement claires, le PC peut offrir une finition cosmétique élevée et une bonne résistance à la chaleur.
Polyamides aliphatiques (PPA)
Il existe de nombreux types de PPA (ou nylons), chacun ayant ses propres avantages. D’une manière générale, les nylons offrent une solidité et une résistance à la température élevées, ainsi qu’une résistance chimique, à l’exception des acides et des bases fortes. Certains nylons sont résistants à l’abrasion et offrent une bonne dureté et une bonne rigidité, ainsi qu’une bonne résistance aux chocs.
Polyoxyméthylène (POM)
Communément appelé acétal, ce plastique présente une dureté, une rigidité, une résistance et une ténacité élevées. Il possède également un bon pouvoir lubrifiant et résiste aux hydrocarbures et aux solvants organiques. Une bonne élasticité et une bonne glissance constituent également des avantages pour certaines applications.
Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
Le PMMA, également connu sous le nom d’acrylique, offre de bonnes propriétés optiques, une grande brillance et une résistance aux rayures. Il présente également un faible retrait et un enfoncement moindre pour les géométries à sections fines et épaisses.
Polypropylène (PP)
Les copolymères offrent une plus grande résistance aux chocs, tandis que le PP est également résistant à l’usure, flexible et peut offrir un allongement très élevé, tout en étant résistant aux acides et aux bases.
Polybutylène téréphtalate (PBT)
Grâce à ses bonnes propriétés électriques, le PBT est idéal pour les composants électriques et les applications automobiles. La résistance varie de modérée à élevée en fonction du remplissage du verre, les qualités non remplies étant résistantes et flexibles. Le PBT résiste également aux carburants, aux huiles, aux graisses et à de nombreux solvants, et n’absorbe pas les arômes.
Polyphénylsulfone (PPSU)
Matériau indéformable présentant une grande ténacité et une bonne résistance à la température et à la chaleur, le PPSU résiste également à la stérilisation par rayonnement, aux alcalis et aux acides faibles.
Polyéther éther cétone (PEEK)
Cette résine haute température et haute performance offre une résistance à la chaleur et un retardateur de flamme, une excellente solidité, une stabilité dimensionnelle et une bonne résistance chimique.
Polyétherimide (PEI)
Le PEI (ou Ultem) offre une résistance aux températures élevées et une résistance à la flamme, ainsi qu’une excellente solidité, une stabilité dimensionnelle et une bonne résistance chimique..
Conclusion
Le moulage par injection a de nombreuses applications dans le domaine de la fabrication, en particulier pour la production de pièces en grandes quantités. Si l’outillage et le moulage peuvent constituer un obstacle au début, le coût de production est faible une fois qu’ils sont terminés. Permettant de produire des pièces quasi identiques, le moulage par injection est une excellente solution pour une grande variété de pièces et de matériaux.
Avec plusieurs centaines de nouveaux composés plastiques mis au point chaque année et des techniques modernes de fabrication de moules qui évoluent rapidement, le moulage par injection va certainement continuer à se développer au cours des prochaines décennies. Cela dit, nous comprenons que l’ensemble du processus puisse encore sembler intimidant.
C’est pourquoi notre équipe de spécialistes dévoués est prête à vous aider à chaque étape du processus.
