Dans le monde de la fabrication de pièces en plastique, chaque procédé, qu’il s’agisse de moulage par injection, d’usinage ou d’extrusion, a une place importante. La confusion concernant ces processus persiste dans de nombreuses industries. Cette confusion peut avoir des effets profonds sur le produit final, tant au niveau du coût que des performances. Heureusement, il n’est pas difficile de choisir le bon matériau et le bon procédé pour une production particulière de composants grâce aux conseils des experts en plastique. Avec une poignée de questions et quelques connaissances sur les processus, un ingénieur ne devrait avoir aucun mal à obtenir une pièce offrant de solides performances à un coût ciblé.Dans le monde de la fabrication de pièces en plastique, chaque processus, qu’il s’agisse de moulage par injection, d’usinage ou d’extrusion, a une place importante. La confusion concernant ces processus persiste dans de nombreuses industries. Cette confusion peut avoir des effets profonds sur le produit final, tant au niveau du coût que des performances. Heureusement, il n’est pas difficile de choisir le bon matériau et le bon procédé pour une production particulière de composants grâce aux conseils des experts en plastique. Avec quelques questions et une petite connaissance des processus, un ingénieur ne devrait avoir aucun mal à obtenir une pièce offrant de solides performances à un coût ciblé.

Considérations sur la conception

Avant d’opter pour un procédé ou une résine, il convient de comprendre certaines choses. Il s’agit notamment de :

  1. Exigences de performance – Que devra faire la pièce une fois installée, et quels types de forces et de contraintes devra-t-elle supporter ?
  2. Attributs dimensionnels – Quelles sont les dimensions et la forme requises pour le composant fabriqué -, et quelles sont les qualités de surface dont il aura besoin ?
  3. Coût cible – Quel est le budget dont vous disposez pour travailler ? Comment ce budget peut-il maximiser la performance de la pièce tout en restant dans les limites de l’objectif ?

 

Pour les ingénieurs d’études, les deux premières questions sont élémentaires et ne nécessitent guère plus que des connaissances appliquées pour y répondre. Cependant, le coût est un élément qui est rarement bien compris. En effet, dans de nombreux secteurs, on part du principe que les composants en plastique sont toujours moins chers que ceux fabriqués à partir d’autres matériaux, notamment le métal. C’est une mauvaise supposition. De nombreux polymères à haute performance sont, en volume, beaucoup plus chers que les alliages métalliques les plus chers. Bien que les options de processus comme le moulage par injection offrent des possibilités de moulage jusqu’à la forme finale, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication unitaires, les ingénieurs doivent tenir compte du coût du moule lui-même. Le moulage par injection est souvent considéré comme une option rentable car le volume prévu d’une série de production fait baisser le coût par pièce. Cependant, les moules doivent être usinés dans des métaux extrêmement résistants pour supporter des milliers de pièces, ce qui peut faire grimper le coût total du projet de manière inattendue.

Si le moulage par injection peut toujours être le bon procédé même en tenant compte du coût, il convient de mentionner que l’usinage de composants à partir de formes en stock réduit le besoin d’un outillage coûteux tout en accélérant la livraison des pièces initiales. De plus, l’usinage conserve un avantage en termes de précision, ce qui conduit souvent à de meilleures performances et à une plus grande polyvalence dimensionnelle.

Sélection d’un matériau

 

Il existe des centaines de résines, dont la plupart sont disponibles en plusieurs qualités et viscosités. La mission première de la sélection des matériaux est de réduire ce vaste champ à quelques résines, grades et viscosités, mais pour y parvenir, il faut répondre à plusieurs questions importantes.

Un matériau est sélectionné pour sa capacité à fournir plusieurs caractéristiques de performance en présence de plusieurs facteurs de stress environnementaux. Certaines de ces caractéristiques de performance comprennent la solidité, la résistance à l’usure et la transparence, tandis que les facteurs de stress environnementaux peuvent inclure des températures extrêmes, des forces abrasives ou d’impact, des produits chimiques corrosifs et la lumière du soleil. En résumé, il s’agit du type de questions couramment posées par les fournisseurs de polymères :

  1. La pièce va-t-elle subir une usure importante ou s’agit-il d’un élément structurel ?
  2. Dans quelle plage de température la pièce fonctionnera-t-elle ?
  3. Quels sont les facteurs de stress environnementaux à prendre en compte ?
  4. Quelles sont les exigences minimales de résistance que la pièce doit respecter ?
  5. Y a-t-il des exigences en matière d’apparence, comme la couleur ou la transparence ?

Les réponses à ces questions seront déterminantes pour restreindre le champ des polymères candidats.

Mais ce n’est qu’un début, car chaque résine existe en plusieurs qualités qui affectent les performances. Chaque grade est fabriqué avec une composition différente, et la composition de la résine doit être examinée de près. Voici un bref aperçu des différents grades et de ce à quoi ils conviennent le mieux :

  1. Grades de résine renforcée de verre ou de carbone – Ces grades sont conçus pour une résistance et une rigidité supérieures. Ils offrent également une grande stabilité dimensionnelle.
  2. Grades d’usure contenant du graphite et du PTFE – Ces grades sont conçus pour une résistance maximale à l’usure et produisent peu de frottement.
  3. Grades non chargés ou renforcés de verre – Ces grades offrent une isolation thermique ou électrique supérieure, ce qui en fait un choix de matériau idéal pour les isolateurs.
  4. Grades non renforcés – Ces grades offrent la meilleure résistance chimique et, si le niveau de contrainte maximale est suffisamment bas, ils peuvent également offrir une excellente résistance à la fatigue.

Sélection d’un processus

 

À ce stade, le choix de la qualité est en grande partie arrêté, mais la résine finale choisie dépendra également du procédé sélectionné. Les ingénieurs concepteurs doivent noter que la sélection du procédé influence le choix de la résine et peut avoir un impact considérable sur le coût du projet, ainsi que sur les performances des pièces. Une fois de plus, un récapitulatif rapide s’impose, cette fois entre le moulage par injection et l’usinage :

  1. Quand choisir l’usinage – Si les pièces doivent être fabriquées à une grande dimension (épaisseur de paroi supérieure à 0,5″ ou 12 mm), l’usinage est le bon choix. De même, si la résistance aux chocs et la ténacité sont des priorités, ou si les pièces doivent être fabriquées dans des tolérances serrées sans ébauche, l’usinage est la solution la plus logique. Enfin, si la production doit se limiter à de petites séries (moins de 5 000 pièces ou moins au cours d’une même année), l’usinage sera une option rentable.
  2. Quand choisir le moulage par injection – Si les pièces sont conçues avec des caractéristiques difficiles à usiner, ou si de grandes séries de production sont nécessaires (plus de 5 000 pièces par an), alors le moulage par injection est le bon choix.

Même après le choix de la résine et du procédé, il peut rester quelques ajustements à faire. Cela nécessitera probablement l’intervention du fournisseur ou du fabricant de polymère.

Un problème courant se pose lorsqu’un grade de résine qui n’est pas conçu pour l’usinage est néanmoins sélectionné pour l’usinage. Les formes extrudées sont presque toujours produites à l’aide de résines à haute viscosité, car elles offrent une rigidité et une résistance supérieures pendant et après le traitement d’extrusion. Si l’usinage est le processus de production privilégié, veillez à choisir une résine à haute viscosité, car cela vous permettra de produire des 1/2 produits à usiner. Il peut être difficile de déchiffrer la nomenclature du secteur sans l’aide d’un professionnel. Par exemple, certains polymères, comme le Torlon 4203, désignent par un L les grades à faible viscosité destinés au moulage par injection de pièces à paroi mince. La plupart des grades de polymères sont également identifiés par un numéro, une série de numéros spécifiques étant réservée aux résines à faible viscosité. Par exemple, le PEEK de grade 150 de Victrex est un grade à faible viscosité pour les pièces moulées par injection à parois minces, tandis que le grade 450 a une viscosité plus élevée pour les pièces à sections plus épaisses et toutes les formes extrudées.

En résumé, le moulage par injection est la voie de conversion la plus rapide et la plus efficace, mais elle peut présenter des difficultés, à savoir les coûts de démarrage et les délais. L’usinage de pièces à partir de formes extrudées peut être la voie la plus rapide pour le prototypage de pièces, mais il mérite d’être pris en considération même lorsque les pièces deviennent une production standard. Le matériau sélectionné peut sembler identique et peut même porter le même nom commercial de résine, mais les différences de processus et les différences de qualité apparemment subtiles peuvent donner des résultats inattendus si ces considérations sont ignorées. La voie la plus sûre est d’impliquer votre transformateur le plus tôt possible dans le processus de sélection des matériaux. Leur expérience et leur compréhension des nombreux grades de polymères sont inestimables et doivent être prises en compte avant qu’un dessin technique ne soit autorisé pour la production.

Une dernière remarque sur les phases de production

 

De nombreux ingénieurs concepteurs ont été frustrés lors de la transition des pièces entre le moulage par injection et l’usinage. L’utilisation de la même résine ne garantit pas une performance égale. Par exemple, les prototypes usinés fonctionnent très bien, mais pas les pièces de production moulées par injection, ou encore les pièces moulées par injection coûtent des dizaines de milliers de dollars de plus que les pièces usinées qui fonctionnent mieux. Il est important que l’ingénieur concepteur ait une bonne connaissance de ce que les deux procédés impliquent et des différences fondamentales entre les procédés et les qualités de résine envisagées. En plus de celles déjà mentionnées, ces différences peuvent inclure l’orientation des fibres, la longueur des fibres, les agents de couplage, les additifs colorants, les taux d’usure, la ténacité et une foule d’autres attributs de performance.

La sélection des matériaux et des procédés lors de la conception de produits en plastique peut s’avérer délicate, mais en tenant compte à la fois des matériaux et des procédés, vous optimisez vos chances de réussite.