Moules d'injection d'impression 3D

Moules d'injection d'impression 3D

L’impression 3D est principalement associée à la fabrication directe de prototypes ou de pièces, mais elle peut également être utile pour la fabrication des moules et des outils utilisés dans des processus de fabrication plus traditionnels. Cet article examinera en détail les différents avantages et inconvénients associés à l’impression 3D des moules utilisés dans le moulage par injection.

Pourquoi imprimer en 3D un moule?

La première question à traiter est la raison pour laquelle vous choisissez d'utiliser l'impression 3D pour créer un moule plutôt que d'imprimer directement ou d'utiliser un moule usiné par commande numérique. Tout se résume aux spécificités du cycle de production en question, et notamment au nombre de pièces à produire.

Moulage par injection Prototypage vs. Production en petits lots vs. Production en masse

Pour les grandes séries, il ne fait aucun doute qu'un moule en métal usiné par commande numérique est supérieur. Les moules imprimés en 3D ne sont pas particulièrement durables et même lorsqu'ils utilisent les matériaux les plus résistants, ils ne durent généralement pas plus de 100 injections. En comparaison, un moule en métal peut produire des dizaines de milliers de pièces avant de devoir être remplacé.

À l'opposé, s'il ne faut produire qu'un très petit nombre de prototypes, il est préférable de les imprimer directement en 3D. Il est difficile de battre la fabrication additive de prototypage. Les moules d'injection imprimés en 3D sont les meilleurs pour une fenêtre spécifique où le nombre de pièces à produire est important mais reste inférieur à 100. Il peut arriver que l'on utilise un matériau spécifique qui ne peut pas être facilement imprimé en 3D, et dans de telles situations logique de produire un moule pour un très petit nombre de pièces. En règle générale, une production de 50 à 100 pièces est la solution la plus économique pour le moulage par injection imprimé en 3D, bien que cela puisse varier en fonction des circonstances.

Rentable

Le principal avantage de l'impression 3D d'un moule par rapport à la production d'un moule traditionnel est son coût. Il est difficile de déterminer un prix exact, mais la fabrication d'un moule en métal à commande numérique coûtera généralement plusieurs milliers de dollars. Cela peut parfois même aller jusqu'à 5 chiffres pour plus de moules haut de gamme. Les coûts de fabrication d'un moule imprimé en 3D sont extrêmement bas, souvent bien inférieurs à 100 dollars. Si vous tenez compte des coûts de main-d'œuvre et d'autres facteurs, ce chiffre augmentera dans une certaine mesure, mais il est clair que l'impression 3D d'un moule est nettement moins chère que sa production par des moyens traditionnels.

Rapide et flexible

Les moules imprimés en 3D sont également beaucoup plus rapides à produire et entraînent des délais beaucoup plus courts. Le temps total nécessaire à la fabrication de 100 pièces ou moins en utilisant le moulage par injection imprimé en 3D ne devrait être que de 2 jours environ, contre plus d'une semaine pour le moulage par injection standard.

Les moules imprimés en 3D permettent également une plus grande flexibilité. Il est souvent nécessaire d'ajuster un dessin ou de produire périodiquement une nouvelle itération. Dans le moulage par injection traditionnel, cela peut coûter extrêmement cher compte tenu des coûts liés à la production d'un nouveau moule, mais avec les moules imprimés en 3D, il suffit d'un ajustement rapide du modèle 3D et le nouveau moule peut être prêt à être utilisé le lendemain.

Manque de durabilité

Comme mentionné ci-dessus, le principal inconvénient d'un moule imprimé en 3D est son manque de durabilité. Le moulage par injection implique souvent des températures très élevées, bien au-delà de la plage à laquelle la plupart des résines SLA sont conçues. Les résines résistantes à la chaleur sont spécialement sélectionnées pour l’impression de moules de ce type, mais la température est un point faible majeur. Le matériel imprimé en 3D n’est pas aussi dur que l’aluminium ou l’acier. Chaque fois qu'une pièce est éjectée, une contrainte est exercée sur le moule et même le moule le plus résistant imprimé en 3D n'a aucune chance de survivre à des milliers de pièces comme les moules traditionnels.

Renforcement des moules

Cependant, certaines mesures peuvent être prises pour améliorer la durabilité des moules imprimés en 3D. Par exemple, il est très courant d'insérer le moule imprimé en 3D dans un cadre en aluminium. Cela a pour effet de rendre le moule beaucoup plus rigide et peut également protéger le matériau contre les températures élevées et une partie de l'abrasion. Il est également important d'intégrer des fonctionnalités telles que les canaux et les bouches d'aération dans la conception du moule. Les canaux permettent aux matières en excès de s'écouler et améliorent considérablement le refroidissement, tandis que de minuscules bouches d'aération ne dépassant pas une fraction de millimètre aident à éliminer l'air piégé qui pourrait autrement s'accumuler et causer des problèmes.

Post-traitement

Il est à noter que les moules imprimés en 3D devront être soigneusement poncés après l'impression. Même en cas d'utilisation d'une couche très mince, il y aura toujours un certain degré d'escalade et de rugosité, et un processus de ponçage et de polissage est nécessaire pour garantir que cela ne soit pas transféré dans le moule. Pour minimiser le ponçage requis, il est préférable d’imprimer le moule avec une orientation garantissant que les structures de support ne sont en contact avec le dos et n’influencent pas la face principale.

Même technologie, technique différente

Malgré quelques détails supplémentaires à prendre en compte, la conception des moules imprimés en 3D suit les mêmes principes que la conception des moules conventionnels. Par exemple, pour les deux types de moules, il est recommandé d'éviter les angles parfaitement carrés car ils peuvent rendre l'éjection de la pièce difficile. Les concepteurs incorporent généralement un léger degré d'inclinaison pour faciliter le glissement de la pièce achevée, plutôt que de rendre les bords complètement verticaux. Il est préférable d’éviter les coins pointus pour la même raison, les concepteurs s’assurant généralement que tous les coins sont légèrement arrondis. D'autres domaines clés, tels que la prise de mesures pour éviter les risques d'éclaboussures (une infiltration de matière hors du moule pendant l'injection), sont également partagés entre les deux styles. Toute personne ayant une expérience des moules conventionnels sera capable de passer facilement à des moules imprimés en 3D.

Technologie d'impression

Les machines SLA industrielles telles que celles de ProtoFab sont capables d’obtenir des niveaux de précision similaires à ceux de l’usinage CNC, la précision n’est donc généralement pas un problème. Il peut y avoir des cas où de très petits trous ou de nombreux éléments filetés complexes doivent être percés ou taraudés pendant le post-traitement, mais malgré cela, le temps de traitement total sera toujours nettement inférieur à celui du moule équivalent usiné par commande numérique. Il est important de noter que les machines de bureau SLA sont totalement inadaptées à la production de moules. Hormis le SLA et PolyJet, la plupart des autres formes d'impression 3D présentent des caractéristiques qui les rendent inadaptées à la production de moules. Le SLA est plus rentable que PolyJet, c'est donc la technique que nous recommandons.

Résumé

Le moulage par injection imprimé en 3D est un excellent choix lorsque les circonstances le permettent. Il est parfait lorsque la production ne se limite pas à quelques prototypes mais peut toujours être considérée comme un petit lot. Il est également bien adapté aux modifications susceptibles d'être apportées à la conception, par exemple un produit évoluant au fil de multiples itérations. Lorsque les conditions sont réunies, cette forme de fabrication peut être plus de 10 fois moins chère que les méthodes traditionnelles, sans parler beaucoup plus rapidement. Toutefois, comme indiqué ci-dessus, les moules imprimés en 3D sont inférieurs aux moules en métal traditionnels à plusieurs égards. Il est donc préférable de peser soigneusement les options.