L'avenir du moulage par injection

Dans ce « guide ultime », vous découvrirez le processus de moulage par injection, la méthode pour fabriquer un produit moulé par injection de haute qualité, si les composants moulés par injection sont le bon choix par rapport à vos besoins et quelles considérations doivent être prises en compte avant de commander.  

Si vous envisagez d'acheter des composants de moulage par injection industriel et de trouver ce qu'il y a de mieux pour vos produits, ce guide vous donnera toutes les informations dont vous avez besoin pour prendre une décision éclairée.  

• Qu'est-ce que le moulage par injection ?
• Comment fonctionne le procédé de moulage par injection ?
• Quels sont les éléments spécifiques du processus de moulage par injection ?
  • Outillage
  • Thermoplastiques
  • Paramètres et contrôles du processus
• Devez-vous choisir des composants de moulage par injection ?
• Ce qu'il faut rechercher lors de l'achat de composants de moulage par injection
• Quelles sont les alternatives au moulage par injection ?
• L'avenir du moulage par injection

Sa capacité à produire rapidement des milliers de pièces complexes en fait le processus idéal pour la production de masse de composants plastiques. Essentiellement, le processus implique l'injection de plastique à haute vitesse et pression dans un moule, qui est serré sous pression et refroidi pour former la partie finale. 

En fondant le thermoplastique et en l'injectant dans un moule en aluminium à haute vitesse et pression, les fabricants peuvent créer plusieurs pièces complexes à la fois. Lorsque les paramètres du procédé sont correctement contrôlés, il n'est généralement pas nécessaire de terminer et de traiter la pièce fabriquée, ce qui la rend plus rentable et plus efficace. 

Comment fonctionne le procédé de moulage par injection ?  

Bien qu'à première vue le processus puisse sembler simple, de nombreux éléments peuvent altérer et même ruiner la qualité globale du composant en plastique produit. Afin de fabriquer une pièce de haute qualité, les fabricants expérimentés doivent choisir le bon thermoplastique (le matériau utilisé pour créer la pièce), le moulage (qui forme la pièce), la température et les pressions d'injection pour s'assurer que la pièce finale répond aux exigences du client. 

Comment fonctionne le moulage par injection 

Avant de parler des paramètres spécifiques qui doivent être contrôlés au sein du processus, comment fonctionne le moulage par injection ? 

Étape 1 : alimenter et chauffer le plastique 

Pour commencer, un thermoplastique ou une combinaison de thermoplastiques sont injectés dans une machine de moulage par injection. Les plastiques, qui se liquéfient lorsqu'ils sont chauffés, sont alimentés dans la trémie au sommet de la machine sous forme de granulés solides. 

Les granulés passent à travers la machine et dans un cylindre à température contrôlée appelé le cylindre de la machine. Ici, les granulés en plastique sont chauffés jusqu'à ce que le thermoplastique soit fondu.  

La température du cylindre et du plastique doit être soigneusement surveillée pour s'assurer que le thermoplastique ne surchauffe pas et ne brûle pas ou ne marque pas la dernière partie. 

Étape 2 : processus de pré-injection 

Avant l'injection du plastique fondu, l'outil, qui est généralement constitué d'une moitié fixe appelée cavité et d'une moitié mobile appelée cœur, se ferme.  

Une fois l'outil fermé, un serre-câble exerce une pression sur l'outil, prêt pour l'injection du plastique.  

La vis à l'intérieur du barillet de la machine revient également à son point de réglage afin que le plastique puisse entrer dans le barillet, prêt à être injecté. 

Étape 3 : injection de plastique 

Une fois que la pression de la bride est à un niveau optimal, le plastique est injecté par la vis à haute vitesse et pression, dans la cavité. Une barrière à l'intérieur de l'outil permet de contrôler le flux du plastique.  
 
Pour s'assurer qu'aucun dommage n'est causé aux composants finaux, il est important que le fabricant surveille la pression d'injection du plastique et qu'il dispose de l'expertise nécessaire pour maintenir et utiliser correctement les outils de moulage.  
 
Cela garantit qu'il crée des pièces cohérentes et de haute qualité à partir de son processus de moulage par injection. 

Étape 4 : formation de la pièce  

Lorsque la cavité de l'outil est principalement remplie de liquide, une phase de maintien commence. C'est là que la pièce est maintenue sous haute pression afin qu'elle puisse commencer à prendre sa forme définitive.  
 
Après un temps de maintien défini, la vis se vissera à son point de consigne. Cela se produit en même temps que la phase de refroidissement du cycle, ce qui permet au thermoplastique de définir sa forme finale. 
 
Une fois le temps de refroidissement réglé écoulé, le moule s'ouvre et les broches ou plaques de l'éjecteur poussent la nouvelle partie hors de l'outil. Elles tombent sur une bande transporteuse, prêtes à être finies et emballées. 

Étape 5 : finition des pièces 

En fonction de l'application finale de la pièce, le composant moulé peut nécessiter une certaine finition, y compris la teinture, le polissage ou le retrait de l'excès de matériau.  
 
Ces processus sont uniques à chaque pièce et sont complétés avant qu'elle ne soit emballée et distribuée aux clients.  
 
En choisissant et en vérifiant les produits à la main, ainsi qu'en effectuant régulièrement des contrôles qualité, les fabricants expérimentés peuvent s'assurer qu'ils produisent des pièces cohérentes et de haute qualité pour leurs clients. 

Pour que les pièces finales répondent à leurs caractéristiques techniques, les fabricants doivent contrôler soigneusement chacun de ces paramètres dans le processus de moulage par injection. Pour un exemple détaillé, regardez notre vidéo. 

Outillage  

Sélectionner le bon outil, ou moule, pour un composant, est essentiel pour s'assurer qu'il répond aux exigences du client. Un outil de moulage par injection est généralement constitué de deux moitiés, le cœur et la cavité. La cavité est la section creuse du moule dans laquelle le thermoplastique fondu est injecté. Le cœur est la moitié solide qui remplit la cavité pour former la partie finale.  

La conception du cœur et de la cavité changera en fonction de la forme finale et de l'application du composant, par exemple s'il s'agit d'un capuchon ou d'un bouchon. Au sein d'un outil de moulage unique, il peut également y avoir des cœurs et des cavités disponibles pour plusieurs pièces, de sorte que plusieurs composants peuvent être créés dans un seul cycle de moulage par injection. 

• Si vous faites fabriquer une pièce personnalisée, si vous envisagez de la prototyper ou d'effectuer des essais et de demander des échantillons des composants, vous serez assuré que l'outil moulé et les choix thermoplastiques sont corrects. Les tests et le prototypage garantiront également la précision des paramètres du processus, de sorte que les composants finaux bénéficieront d'une haute qualité uniforme.  

• Le coût du développement, de la construction et de l'entretien d'un outil est assez élevé. Compenser cela en créant ou en sélectionnant un outil qui crée plusieurs composants à chaque cycle est un moyen d'équilibrer ce coût. Prendre également en compte la durée et la fréquence de production du composant aidera à guider les spécifications d'outillage, la sélection de la cavité, la durée du cycle et les coûts finaux. 

Bien qu'il faille souvent du temps et des investissements coûteux pour trouver ou développer le bon outil, il est essentiel de rendre le processus plus efficace et plus précis. 

Sélectionner le bon outil de moulage, avec les bons paramètres et contrôles, permettra de raccourcir les délais de cycle et d'améliorer l'efficacité de la production. Contrôler les éléments du processus tels que les dimensions de la barrière et du coureur qui alimentent le plastique dans l'outil rendra également le processus aussi efficace que possible.  

Que sont les thermoplastiques et pourquoi sont-ils importants dans le processus de moulage par injection ? 

Les thermoplastiques sont des plastiques qui deviennent souples lorsqu'ils sont chauffés et se solidifient lorsqu'ils sont refroidis. Le moulage par injection a tendance à utiliser des thermoplastiques, à chauffer le matériau, puis à l'injecter à haute pression dans un moule. 

Il est clair que la principale qualité des thermoplastiques est qu'ils sont fondus à des températures élevées. Cette caractéristique est le résultat de la structure moléculaire de ces polymères, dotée de liaisons électriques faibles entre les molécules monomères. Cette structure, qui comprend des unités répétées de brins moléculaires, signifie que les thermoplastiques sont faciles à assouplir, mouler et même remouler si nécessaire, car leur motif semi-régulier les rend faciles à recycler. 

Ces caractéristiques moléculaires signifient également qu'elles ont d'excellentes propriétés électriques, une valeur de coefficient de frottement faible (COF) et une stabilité dimensionnelle, ce qui en fait un choix idéal pour de nombreux composants fonctionnels. Cependant, il existe différents types de thermoplastiques avec différentes structures moléculaires et caractéristiques spécifiques. Il est donc essentiel de choisir les bons thermoplastiques pour s'assurer que la partie finale répond à ses exigences d'utilisation.  

Les différents types de thermoplastiques peuvent être divisés en deux catégories principales, définies par leur structure moléculaire. Ils sont connus sous le nom de polymères amorphes et semi-cristallins. 

Les chaînes moléculaires des polymères semi-cristallins sont régulièrement structurées et serrées. Cette qualité « cristalline » rend la construction de ces polymères très organisée et sensible aux changements structurels radicaux à des températures spécifiques. 

En revanche, les polymères amorphes ont une structure moléculaire plus fluide. Avec des chaînes de molécules ordonnées de façon aléatoire et superposées les unes autour des autres, les qualités de ces polymères sont beaucoup plus flexibles aux changements de température que les thermoplastiques semi-cristallins. 

Pour leur part, les qualités des thermoplastiques amorphes incluent : 

• Un assouplissement plus progressif du plastique solide au plastique fondu pendant les changements de température, ce qui facilite le moulage et la torsion des polymères semi-cristallins. 

• Une structure plus flexible, ce qui signifie qu'ils ont souvent une qualité esthétique translucide et qu'ils sont facilement liés à d'autres plastiques et matériaux à l'aide d'adhésifs et de solvants. 

• Une construction moléculaire désordonnée qui les rend incapables de supporter un poids significatif ou des mouvements de friction, ce qui signifie qu'ils sont les mieux adaptés aux applications structurelles qui ne sont pas soumises à des contraintes importantes. 

En bref, les thermoplastiques semi-cristallins sont plus adaptés aux composants fonctionnels à usage intensif, tandis que les polymères amorphes s'adaptent à des pièces qui doivent être plus souples esthétiquement ou reliées à d'autres matériaux.  

Ces connaissances permettent d'exclure immédiatement certains plastiques de votre liste selon la fonction nécessaire de votre composant. Cependant, il existe d'autres classifications que vous pouvez créer pour affiner votre sélection de polymères. 

Il existe plusieurs polymères issus des catégories amorphes et semi-cristallines, qui ont toutes des caractéristiques particulières, ainsi que des prix variés. Au sein des deux principales catégories thermoplastiques, chaque plastique tombera dans l'un des trois domaines suivants : 

• Performance élevée 

• Ingénierie 

• Practicité 

Généralement, les polymères haute performance sont plus chers en raison de leur capacité à résister à des températures élevées et à maintenir leur solidité et leur résistance aux produits chimiques dans des conditions difficiles. Au fur et à mesure que vous passez de la haute performance à l'ingénierie en passant aux polymères de base, le coût, la résistance à la température et la solidité du plastique diminuent.  

Cela signifie que pour choisir le bon thermoplastique pour votre pièce, vous devez prendre en compte les exigences d'utilisation des composants finaux et les caractéristiques dont il a besoin pour remplir sa fonction. Cela vous aidera à déterminer si vous avez besoin d'un thermoplastique amorphe ou semi-cristallin et si cela doit être un polymère de haute performance, d'ingénierie ou un polymère destiné à un simple produit.  

Paramètres et contrôles du processus 

Il existe deux paramètres principaux au sein du processus de moulage par injection qui doivent être étroitement contrôlés pour créer des composants précis et de haute qualité : la température et la pression.  

La température des éléments thermoplastiques et de la machine de moulage par injection doit être étroitement contrôlée tout au long du processus. De même, la pression de serrage appliquée à l'outil de moulage par injection et la pression d'injection du thermoplastique sont essentielles pour permettre le fonctionnement sans heurt du processus.  

En ce qui concerne la température, les éléments clés à prendre en compte sont :  

• La température du thermoplastique, car certains polymères peuvent résister à des températures plus élevées que d'autres. S'assurer qu'il est à une température optimale tout au long du processus l'aidera à être dans le meilleur état de matière pour l'injection, c'est-à-dire pas trop fondu ou trop solide.  

• La température du barillet et de la vis où le thermoplastique est maintenu est également importante car ils aident à maintenir le polymère dans un état optimal pour l'injection. La vis à l'intérieur du barillet provoque également des frictions avec le plastique pendant le processus d'injection. La chaleur produite par ce processus doit être prise en compte pour éviter de surchauffer le plastique.  

Pourquoi devez-vous choisir des composants moulés par injection ?  

Les composants moulés par injection sont l'un des principaux choix de pièces pour les fabricants d'équipements d'origine (OEM). Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles vous pourriez envisager de les utiliser au sein de votre propre produit, mais voici quelques-unes des principales caractéristiques qui rendent les composants moulés par injection populaires.  

Leurs qualités sont exceptionnelles et ils sont solides  

• Les plastiques modernes sont solides. Cela signifie qu'ils peuvent remplacer les métaux dans certaines pièces. Les plastiques peuvent également être combinés pour créer des pièces plus robustes. 

• Le contrôle des paramètres tels que la température et l'humidité est essentiel pour créer des produits de haute qualité. Pour vous assurer que vos pièces sont de la plus haute qualité, il est important que vous choisissiez un fabricant expérimenté qui sait comment contrôler ces paramètres. 

• De nombreuses machines de moulage par injection sont désormais équipées de capteurs. Ils collectent des informations et des données en temps réel sur les performances des machines, les temps de cycle et envoient des notifications lorsque la maintenance ou l'entretien est nécessaire. 

La production est peu coûteuse et efficace 

• Le moulage par injection est un processus de production de masse clé. Des millions de produits peuvent être fabriqués à partir d'un seul moule et d'un seul cycle. 

• L'intégration de l'automatisation et de la robotique dans le processus signifie qu'elle est devenue plus rationalisée et rentable. Selon Plastikcity, on note une augmentation de 40 % de la production d'une ligne de production si vous remplacez une personne clé par un robot. [rédactionnel américain : selon la société de médias américaine Futurism, la production a augmenté de 250 % lorsque les robots ont remplacé 90 % des personnes dans une usine chinoise.] 

• Il s'agit également d'un processus rapide. En un seul cycle, des milliers de produits peuvent être moulés, solidifiés et éjectés en quelques minutes. 

Ils offrent une grande flexibilité de conception 

• Avec les moules par injection, les formes complexes sont plus faciles à créer que les autres techniques de moulage.Il est également possible de fabriquer plus d'un composant à partir d'un seul outil, par exemple un outil peut être conçu pour produire six exemplaires du même composant au cours d'un seul cycle d'injection. Le processus de moulage par injection est également idéal pour créer des formes compactes telles que les produits optiques en  polymère. 

• Avec d'autres processus tels que la co-injection et le moulage sandwich, les fabricants peuvent combiner un certain nombre de caractéristiques au sein d'une seule pièce, par exemple, des couleurs, des qualités tactiles ou une solidité différentes. 

• Les colorants modernes au sein des plastiques offrent aux fabricants et aux entreprises la meilleure uniformité de couleur possible. Qu'il s'agisse d'un code Pantone ou d'une couleur personnalisée, votre fabricant devrait être en mesure de vous offrir la couleur que vous souhaitez, de manière cohérente. 

Si vous pensez que les composants moulés par injection peuvent être la meilleure option pour vous, alors il est important que vous choisissiez des pièces auprès d'un fabricant expérimenté. Il comprendra le processus de moulage par injection, ce qui signifie qu'il pourra répondre aux normes de qualité élevées de ses produits. Il pourra également offrir des services supplémentaires tels qu'une livraison facile et des délais satisfaisants. Demandez-lui les normes et accréditations auxquelles il se réfère, et vérifiez son score d'efficacité de l'équipement d'origine (OEE). Pour plus d'informations, consultez notre petit guide pour trouver des composants plastiques de haute qualité. 

Ce qu'il faut rechercher lors de l'achat de composants de moulage par injection 

Si l'un des paramètres du processus de moulage par injection n'est pas contrôlé correctement, alors les erreurs peuvent commencer à apparaître dans les composants finaux. Demander des échantillons à chaque fabricant avec lequel vous envisagez de travailler et effectuer une inspection visuelle pour tous les défauts vous aidera à déterminer s'ils sont de haute qualité ou non.  

Voici quelques-uns des défauts les plus courants qui se produisent au sein des composants moulés par injection et des conseils sur la manière de les repérer.  

Tolérances 

En plus de rechercher des défauts dans les échantillons des composants d'un fabricant, il est également essentiel de leur poser des questions sur leurs tolérances. Tout fabricant expérimenté doit être en mesure d'atteindre des tolérances comprises entre +/-0,1 mm et +/-0,25 mm en fonction du type de pièce et de vous indiquer comment il les valide. 

En examinant les tolérances et les processus de validation d'un fabricant, vous pouvez être assuré que les composants qu'il produit sont de la plus haute qualité, même lorsqu'ils sont produits à grande échelle. Établir ce niveau de relation avec votre fabricant vous donnera également l'assurance que ses chaînes d'approvisionnement sont en mesure de continuer à livrer les pièces dont vous aurez besoin à l'avenir selon la même norme de haute qualité.  

Poser quelques questions sur le processus d'un fabricant peut également vous aider à déterminer s'il s'agit du bon choix pour votre entreprise : 

• Le fournisseur a-t-il un bon historique et une bonne expérience dans la fabrication du type de produits dont le client a besoin ? 

• Quelles sont les capacités de fabrication de l'entreprise ? 

• Quels systèmes de fabrication et de qualité sont en place pour assurer la livraison de pièces de bonne qualité aux bons coûts ? 

• Avez-vous abordé la question de leurs capacités de fabrication, de leur outillage, de leurs machines et du contrôle de leurs processus ? 

• Avez-vous une vue d'ensemble complète de leurs capacités, des mesures de contrôle qualité et des compétences du personnel ? 

• Quelles sont leurs mesures OTIF et leurs performances de livraison complètes dans les délais ? 

Ces questions vous aideront à déterminer si un fabricant peut vous fournir le niveau de service dont vous avez besoin, ainsi que la quantité de composants de haute qualité dont vous avez besoin pour vos produits.  

Quelles sont les alternatives au moulage par injection ? 

Il existe deux principales alternatives au moulage par injection qui peuvent fournir le même niveau de précision et de flexibilité. Il s'agit de l'impression 3D et du moulage par soufflage.  

L'impression 3D 

L'impression 3D est un processus de fabrication rapide qui utilise une machine spécialisée pour créer chaque pièce individuellement à l'aide d'une conception de CAO logicielle. Généralement utilisé pour créer des pièces prototypes, il s'agit d'un excellent processus pour produire de petits lots de composants à des fins de test ou de conception.  

Cependant, contrairement au processus de moulage par injection, chaque pièce est créée une par une, ce qui signifie que la cohérence peut être difficile à obtenir et que le processus n'est ni efficace ni rentable. Cela signifie que l'impression 3D n'est pas une excellente option pour produire de grandes quantités de composants à grande échelle.  

Moulage par soufflage 

Le moulage par soufflage est un processus dans lequel le plastique chauffé est poussé dans une cavité grâce à de l'air pour former une partie creuse. Sans avoir besoin d'un outil spécialisé, le moulage par soufflage est un processus plus simple et moins coûteux que le moulage par injection. Il produit également des composants qui sont formés en une seule pièce sans aucune ligne de garniture.  

Cependant, bien que les moules utilisés dans le moulage par injection nécessitent beaucoup d'investissements initiaux, ils offrent beaucoup plus de complexité et de flexibilité de conception par rapport au moulage par soufflage, qui ne peut être utilisé que pour créer des pièces creuses. Il n'est pas non plus possible de créer un produit multi-cavité. Il y a plus de paramètres de processus à contrôler, ce qui conduit à un degré plus élevé d'inexactitude dans les pièces moulées par soufflage.  

L'avenir du moulage par injection 

Il existe trois aspects principaux qui influenceront l'avenir du processus de moulage par injection : le développement du plastique, les avancées dans les machines et les demandes des clients.  

Développement du plastique 

La progression de la science thermoplastique et les exigences du marché ont conduit au développement de milliers de types de thermoplastiques ayant des qualités et caractéristiques différentes.  

Ces qualités incluent la flexibilité, la capacité à résister à des températures élevées, des composants transparents, la solidité, la durabilité, une plus grande variété d'options de couleurs, une conductivité électrique améliorée et un manque de frottement. 

Les demandes des clients continueront à stimuler ce développement et ce changement. Que ce soit avec des plastiques qui ont moins d'impact environnemental ou qui ont des qualités matérielles spéciales, comme des propriétés anti-bactériennes, etc. Voici quelques avancées potentielles que la science des polymères pourrait réaliser à l'avenir.  

La demande en plastiques recyclés post-consommation est de plus en plus forte. Avec la Directive sur les plastiques à usage unique de l'UE et un certain nombre d'états aux États-Unis cherchant à introduire une responsabilité élargie des produits, l'œil est fermement tourné vers les fabricants pour changer leur mode de fonctionnement. Chez Essentra Components, au Royaume-Uni, nous sommes désormais en mesure de fabriquer presque tous nos produits en PEBD utilisant au moins 40 % de plastiques recyclés. 

D'autres mesures incluent la réduction continue de l'énergie, l'isolation du site et le déploiement d'un éclairage LED économe en énergie. 

Le progrès des machines 

Les changements technologiques ont eu un impact réel sur l'efficacité du processus de moulage par injection. En particulier, l'introduction des thèses de l'industrie 4.0 à l'aide des données et de l'Internet industriel des objets (IIoT) a permis aux fabricants de maximiser les performances des équipements, permettant ainsi des gains d'efficacité. 

Au sein des machines elles-mêmes, l'augmentation des niveaux d'automatisation et de robotique a permis de surveiller de plus près les paramètres du processus, tels que la température du thermoplastique et la pression d'injection. Cela a augmenté la précision et l'exactitude du processus. Les fabricants sont désormais en mesure de créer des composants plus cohérents et de haute qualité plus facilement et plus efficacement.  

Alors que les entreprises cherchent à atteindre une plus grande durabilité et à réduire les émissions de carbone, le type de machines peut y contribuer. Chez Essentra Components, nous nous engageons dans un programme d'investissement visant à introduire un portefeuille complet de machines de moulage par injection électrique d'ici 2031. 

Non seulement cela entraînera une réduction estimée de 33 % de l'énergie, mais les améliorations prévues des processus et de la productivité permettront à trois machines électriques de faire le travail de quatre modèles hydrauliques. De plus, l'augmentation de la capacité de ces machines entièrement électriques réduira notre empreinte globale.  

Les données produites en conséquence ont permis de réduire les temps d'arrêt, d'appliquer la maintenance préventive plutôt que d'avoir à modifier une machine. Cela favorise la standardisation des composants. Le dévoilement de ces données et leur mise à disposition aux clients sans mettre en danger la propriété intellectuelle sera l'un des principaux défis auxquels l'avenir du moulage par injection devra faire face.  

Les exigences des clients 

En plus de l'évolution des demandes du marché, les changements dans la sensibilisation des clients et les priorités commencent déjà à influencer le monde du moulage par injection.  

La nécessité de réduire l'empreinte carbone est un objectif clé pour nos clients, et nous avons été en mesure d'accroître de manière significative l'utilisation de plastiques recyclés post-consommation dans les composants fabriqués en PEBD. Depuis avril 2021, la quasi-totalité des produits en PEBD produits sur le site du Royaume-Uni sont désormais fabriqués à partir d'au moins 40 % deplastiques recyclés sans aucune baisse de qualité ou de performance. 

En plus de recevoir leurs pièces rapidement et efficacement, les clients commencent à se concentrer plus étroitement sur la précision et la qualité de leurs composants.  

Quels que soient vos besoins, vous pouvez compter sur une expédition rapide. Demandez vos échantillons gratuits ou téléchargez des plans 3D gratuits dès maintenant. 

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