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Le moulage par injection est une forme modernisée et beaucoup plus avancée de moulage, qui a bénéficié d’un développement continu sur de nombreuses années, et grâce à laquelle il est possible d’accélérer et d’étendre la fabrication de différents produits. La vitesse et la facilité à produire étant des facteurs critiques, en particulier dans la production de masse, les avantages apportés par cette technologie sont nombreux, parmi lesquels : des coûts de développement réduits, une plus grande précision en termes de prévisions, une rapidité d’innovation accrue et de plus grandes parts de marché.
Qu’est-ce que le moulage par injection ?
Le moulage par injection est un procédé de fabrication dans lequel un matériau en fusion est injecté dans un moule préparé à l’avance, puis laissé à refroidir. Au cours de son refroidissement, le matériau se solidifie et prend alors la forme du moule, avant d’être éjecté. Bien que le procédé puisse être utilisé pour de la fabrication ponctuelle, il est généralement employé quand il faut produire des pièces identiques sur une grande échelle. Les matériaux les plus communément utilisés en moulage par injection sont les plastiques et les élastomères.
En raison de sa capacité à produire d’importants volumes et de la qualité uniforme des pièces obtenues, le moulage par injection est largement utilisé par différentes industries pour fabriquer des produits aussi variés que : des composants électroniques, des pièces automobiles, des éléments de mobilier, des biens de consommation élémentaires en plastique et bien d’autres encore.
Comment fonctionne le moulage par injection ?
Le moulage par injection est effectué au moyen d’une machine spécialement conçue à cet effet. Le procédé de fabrication en lui-même est divisé en différentes étapes, décrites ci-dessous :
Étape 1 : Création du moule
La première étape consiste à créer le moule qui permettra de modeler la pièce à fabriquer. Ce moule est conçu à l’aide d’un logiciel CAO, et selon les spécifications relatives au modèle 3D de la pièce, en suivant un certain nombre de lignes de conduite pour le moulage. Il est alors fabriqué en deux pièces, généralement par usinage CNC, dans un matériau métallique (principalement de l’acier ou de l’aluminium).
Étape 2 : Injection
Les deux moitiés du moule sont placées dans la machine de moulage par injection, qui les maintient étroitement collées l’une avec l’autre au moyen d’un dispositif de serrage. Le matériau de fabrication est introduit dans un fût sous forme de granules ou de pastilles, maintenu à haute pression puis chauffé à haute température jusqu’à sa fusion complète. Il est ensuite immédiatement injecté dans la cavité du moule, qu’il remplira entièrement, avant d’être mis à refroidir. En refroidissant, le matériau utilisé se solidifie et prend définitivement la forme du moule dans lequel il a été injecté.
Étape 3 : Éjection et finition
Une fois le matériau complètement refroidi et solidifié, le dispositif de serrage de la machine d’injection sépare les deux moitiés du moule et éjecte la pièce contenue dans ce dernier. La pièce obtenue passe ensuite par certaines opérations de post-usinage visant à retirer le matériau en excès et les structures de maintien éventuelles. Ces opérations peuvent aussi inclure un traitement de surface ou, le cas échéant, de la peinture, un traitement thermique, un plaquage électro-métallique, etc…
Autres procédés de moulage par injection
Il existe d’autres formes de moulage par injection, dont certaines peuvent présenter des variantes par rapport au procédé décrit ci-dessus.
Surmoulage
Le surmoulage est un procédé de moulage par injection permettant de fabriquer une pièce à partir de deux matériaux différents. Un premier moulage, constituant le substrat, est effectué avec un des deux matériaux. Avant de passer à la phase de refroidissement, le surmoulage est effectué avec le second matériau, ce qui assure une forte adhérence de ce dernier au substrat. On utilise cette technique pour produire des objets à partir de plusieurs matériaux, afin de leur conférer une meilleure esthétique ou des fonctionnalités améliorées, tout en éliminant le besoin d’effectuer des opérations secondaires.
Moulage à inserts
Le moulage à inserts est une technique similaire au surmoulage, qui consiste à insérer un objet déjà formé au sein du moule avant de procéder à l’injection du matériau en fusion, le but étant que cet objet soit alors inséré dans la pièce nouvellement moulée. Une des applications de ce procédé est l’insertion de trous de vissage métalliques dans une pièce plastique.
Moulage par injection métallique
Dans ce procédé, une fine poudre métallique est préalablement combinée avec de la cire, des liants à base de polypropylène ou d’autres polymères afin de constituer la matière première, qui sera alors injectée dans le moule et mise à refroidir. Une fois solidifiée, une partie du liant est retirée au moyen de différentes méthodes (procédés catalytiques et solvants).
Coulée sous pression
La méthode de coulée sous pression, aussi connue sous le nom de moulage à haute pression, consiste à forcer, sous haute pression, du métal en fusion dans la cavité d’un moule. Le procédé suit les étapes suivantes :
- On commence d’abord par préparer les matrices (ou moules), en particulier en lubrifiant leurs cavités afin de faciliter le retrait du moulage et de contrôler la température.
- Ensuite, les matrices sont verrouillées et le métal en fusion est injecté à l’intérieur, sous des pressions relativement élevées (entre 1500 psi et 25400 psi).
Les ouvrages réalisés par coulée sous pression sont à base de métaux non ferreux (cuivre, zinc, aluminium et plomb).
Moulage par injection à paroi mince
Ce procédé de moulage par injection est utilisé pour fabriquer des pièces plastiques dotées de parois très fines, comme les containers alimentaires, les composants de certains équipements ou du matériel de laboratoire. La taille de ces pièces excède leur épaisseur et le procédé visant à les fabriquer est plus difficile à mettre en œuvre.
Moulage par micro-injection
Comme son nom l’indique, le moulage par micro-injection est un procédé utilisé pour fabriquer des pièces plastiques d’une taille réduite, dont le poids va de 0,1 gramme jusqu’à 1,0 gramme. Cette technologie facilite la fabrication de micro-pièces, à des degrés variés de complexité géométrique, avec une précision et une efficacité maximales.
Injection assistée par gaz
Lorsque l’on fabrique des pièces plastiques épaisses à l’aide du moulage par injection, il existe un risque de voir la pièce se déformer au cours de la phase de refroidissement de la matière plastique en fusion. C’est pour empêcher cela que l’injection assistée par gaz a justement été conçue : tandis que la matière en fusion se solidifie, on introduit un gaz dans le moule, à travers des canaux spécialement dédiés, afin de garantir des surfaces lisses.
Avantages du moulage par injection
En tant que procédé de fabrication industrielle, le moulage par injection apporte de nombreux bénéfices. Certains d’entre eux sont décrits ci-dessous :
Volume de production élevé
C’est là un des principaux avantages de ce procédé. Un cycle complet de fabrication ne prend que 20 à 120 secondes, ce qui permet de produire des centaines de pièces à l’heure.
Coûts de main-d’œuvre drastiquement réduits
L’entièreté du procédé de moulage par injection est automatisée et peut être effectuée par un seul opérateur. Du fait de la quantité réduite de main-d’œuvre nécessaire, les coûts de production décroissent de façon substantielle.
Grande liberté de conception
Le moulage par injection permet aux fabricants de réaliser une grande variété d’ouvrages, peu importe leur complexité.
Qualité uniforme et maintenue sur la quantité
Le moulage par injection est un procédé séquentiel visant à produire des pièces identiques. Par voie de conséquence, la qualité de la première pièce fabriquée sera similaire à celle des pièces suivantes, jusqu’à la dernière.
Quantité de déchets réduite
Contrairement à d’autres procédés de fabrication industrielle, comme l’usinage CNC (qui procède à des découpes successives de matériau), le moulage par injection ne produit qu’une quantité très réduite de déchets. Le peu de matériau inutilisé peut être aisément récupéré et recyclé.
Compatible avec de nombreux matériaux
Grâce à ce procédé, il est possible d’utiliser simultanément plusieurs matériaux de différentes couleurs. De plus, une fois éjectée, la pièce obtenue a déjà un rendu typique de celui d’un produit fini, et donc ne nécessite pas (ou peu) de travail supplémentaire.
Limites du moulage par injection
En dépit de ses nombreux avantages, le moulage par injection souffre de quelques inconvénients.
Les pièces moulées présentent quelques défauts visuels
Le procédé a beau être précis, il peut malgré tout provoquer l’apparition de quelques défauts mineurs sur les pièces moulées. À noter toutefois que les défauts en question ne sont pas de ceux qui affectent les capacités fonctionnelles de la pièce. Les déformations, bavures, retassures, lignes de flux, malvenues, lignes de soudures et vides sont quelques-uns des défauts typiques du moulage par injection.
Des coûts toujours élevés
Les coûts de mise en place du moulage par injection sont élevés. De plus, les machines et l’outillage utilisés sont chers. Un prototype de moule doit être préalablement créé et testé. Enfin, la conception du moule nécessite des gens de talent afin d’éviter des surcoûts au moment de la mise en production.
Procédé non-adapté aux ouvrages de grande taille
Les moules présentent des limitations qui rendent la fabrication de grandes pièces très difficile (à densité égale). De telles pièces devront être scindées en plusieurs pièces de taille plus modeste, avant d’être combinées ensemble.
Conclusion
L’adoption du moulage par injection dans différents pans de l’industrie a permis de réaliser la production de pièces diverses en grandes quantités, de façon harmonieuse et en allant beaucoup plus vite. Grâce à notre réseau de plus d’un millier d’ateliers de fabrication, Xometry Europe vous offre des services de moulage par injection incluant plusieurs dizaines de matériaux différents, y compris des plastiques et des élastomères. Il vous suffit de vous rendre sur notre plateforme de devis instantané pour importer vos modèles et recevoir, en quelques secondes, un devis pour vos pièces.
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