Le moulage par injection est un processus de fabrication largement utilisé pour produire des articles à partir de jouets et de bibelots en plastique, de panneaux de carrosserie automobile, de bouteilles d'eau et d'étuis pour téléphones portables. Un plastique liquide est forcé dans un moule et durcit - cela semble simple, mais c'est un processus complexe. Les liquides utilisés varient du verre chaud à une variété de plastiques - thermodurcissable et thermoplastique.
Histoire
La première machine de moulage par injection a été brevetée en 1872, et le celluloïd a été utilisé pour produire des articles simples du quotidien tels que des peignes à cheveux.
Juste après la Seconde Guerre mondiale, un procédé de moulage par injection très amélioré - «l'injection à vis» a été développé et est la technique la plus utilisée aujourd'hui. Son inventeur, James Watson Hendry, a ensuite développé le «moulage par soufflage» qui est utilisé par exemple pour produire des bouteilles en plastique modernes.
Types de plastique
Les plastiques utilisés dans le moulage par injection sont des polymères - chimiques - soit thermodurcissables soit thermoplastiques. Les plastiques thermodurcissables sont fixés par l'application de chaleur ou par une réaction catalytique. Une fois durcis, ils ne peuvent pas être refondus et réutilisés - le processus de durcissement est chimique et irréversible. Les thermoplastiques, cependant, peuvent être chauffés, fondus et réutilisés.
Les plastiques thermodurcissables comprennent époxy, polyester et résines phénoliques, tandis que les thermoplastiques comprennent le nylon et le polyéthylène. Il existe près de vingt mille composés plastiques disponibles pour le moulage par injection, ce qui signifie qu'il existe une solution parfaite pour presque toutes les exigences de moulage.
Le verre n'est pas un polymère et ne correspond donc pas à la définition acceptée du thermoplastique - bien qu'il puisse être fondu et recyclé.
Le moule
La fabrication de moules a toujours été un métier hautement qualifié («fabrication de matrices»). Un moule est généralement en deux assemblages principaux serrés ensemble dans une presse. La fabrication d'un moule nécessite souvent une conception complexe, plusieurs opérations sur la machine et un haut niveau de compétence.
L'outil est généralement en acier ou en cuivre au béryllium qui est utilisé pour la fabrication de moules nécessite un traitement thermique pour le durcir. Aluminium est moins cher et plus facile à usiner et peut être utilisé pour une production à plus court terme. De nos jours, les techniques de fraisage contrôlé par ordinateur et d'érosion par étincelle («EDM») ont permis un degré élevé d'automatisation du processus de fabrication des moules.
Certains moules sont conçus pour produire plusieurs pièces connexes - par exemple, un modèle d'avion - et ceux-ci sont connus sous le nom de moules familiaux. D'autres conceptions de moule peuvent avoir plusieurs copies («impressions») du même article produites en un seul «coup» - c'est-à-dire une injection de plastique dans le moule.
Fonctionnement du moulage par injection
Il existe trois unités principales qui composent une machine de moulage par injection - la trémie d'alimentation, le corps de chauffe et le vérin. Le plastique dans la trémie est sous forme granulaire ou en poudre, bien que certains matériaux tels que le caoutchouc de silicone puissent être liquides et ne pas nécessiter de chauffage.
Une fois sous forme de liquide chaud, le vérin («vis») force le liquide dans le moule serré et le liquide prend. Les plastiques fondus plus visqueux nécessitent des pressions plus élevées (et des charges de presse plus élevées) pour forcer le plastique dans chaque crevasse et coin. Le plastique se refroidit lorsque le moule métallique évacue la chaleur, puis la presse est cyclée pour retirer le moulage.
Cependant, pour les plastiques thermodurcissables, le moule sera chauffé pour durcir le plastique.
Avantages du moulage par injection
Le moulage par injection permet de fabriquer des formes complexes, dont certaines pourraient être pratiquement impossibles à produire de manière économique par tout autre moyen.
La large gamme de matériaux permet une correspondance presque exacte des propriétés physiques requises par l'article, et le moulage multicouche permet d'adapter les propriétés mécaniques et l'apparence visuelle attrayante - même dans un brosse à dents
En volume, il s'agit d'un processus à faible coût, sans doute avec un impact environnemental minimal. Il y a peu de rebuts créés dans ce processus, et des rebuts qui sont produits, et qui sont re-broyés et réutilisés.
Inconvénients du moulage par injection
L'investissement dans l'outillage - la fabrication du moule - nécessite généralement un volume de production élevé pour récupérer l'investissement, bien que cela dépende de l'article particulier.
La fabrication de l'outillage prend du temps de développement et certaines pièces ne se prêtent pas facilement à une conception pratique du moule.
L'économie du moulage par injection
Un moule de haute qualité, bien que d'un coût relativement élevé, sera capable de produire des centaines de milliers d '«impressions».
Le plastique lui-même est assez bon marché et malgré l'énergie nécessaire pour chauffer le plastique et faire appuyez sur (pour supprimer chaque impression), le processus peut être économique, même pour les articles les plus élémentaires tels que la bouteille casquettes.
Le moulage par injection bon marché a finalement conduit à jetabilité - par exemple des rasoirs et des stylos à bille.
Avec plusieurs centaines de nouveaux composés plastiques mis au point chaque année et des techniques modernes de fabrication de moules, le moulage par injection devrait continuer d'augmenter au cours des cinquante prochaines années. Bien que les plastiques thermodurcissables ne puissent pas être recyclés, leur utilisation, en particulier pour les composants de haute précision, devrait également se développer.