Deux résines plastiques différentes sont moulées ensemble en un seul cycle d'usinage lors du procédé de moulage par double injection, également connu sous le nom de surmoulage, injection double, injection multiple ou injection double.
Une technique de fabrication de pointe appelée double injection, également connue sous le nom de moulage bimatière, moulage en deux étapes ou moulage two-K, est utilisée pour créer des pièces moulées complexes à partir de deux matériaux différents.
Lors du moulage par injection en deux étapes, nous contrôlons avec précision l'injection de nombreux matériaux, dont deux types de résine distincts, dans un moule unique à chambres multiples grâce à une technique hautement spécialisée et automatisée.
Procédé de moulage en deux étapes
Le procédé de surmoulage bi-matière, où deux matériaux sont surmoulés en un seul cycle, utilise une presse à injecter. La quantité de matériau injectée dans la cavité de moulage est appelée « injection ».
En moulage par injection bi-matière, une première section est moulée, puis une seconde est injectée pour former la partie finale de la pièce. Pour que le procédé soit réussi et permette une bonne adhérence, les deux pièces doivent présenter une composition chimique similaire.
Le moulage par injection bi-matière permet d'assembler une pièce en matériau rigide à une pièce en matériau souple. Dans un moule à deux cavités, ce procédé combine le moulage des deux composants. Il améliore considérablement l'aspect du produit, notamment au toucher et à la couleur. Le moulage bi-matière offre de nombreuses possibilités de conception.
La technique de moulage par injection bi-matière se divise en deux étapes. La première consiste à injecter de la résine dans un moule, qui est ensuite refroidi pour créer un objet solide, un peu comme le moulage par injection traditionnel.
L'objet nouvellement moulé est transporté vers un second moule lors de la deuxième étape, à l'aide d'un plateau rotatif ou d'un bras robotisé. Selon sa conception, la pièce moulée reçoit ensuite une seconde injection de résine dans, à travers ou autour de zones spécifiques du premier moule.
Suite à la formation d'une liaison moléculaire entre les deux résines plastiques, l'objet moulé multi-résine est refroidi et expulsé.
Bien que la procédure soit simple à comprendre, sa maîtrise est complexe. Même les erreurs les plus minimes peuvent entraîner des pertes financières importantes en raison du haut niveau de compétences techniques et de la grande attention aux détails requis, notamment dans le cadre d'une production en grande série.
C’est pourquoi il est important de choisir un fournisseur aux compétences exceptionnelles. Des indicateurs de qualité fournisseurs performants, des processus établis pour prévenir les bavures, les problèmes de flux, les injections incomplètes et des plans de secours sont autant d’éléments à prendre en compte pour augmenter la capacité de production de votre entreprise et répondre à vos besoins d’expansion en matière de moulage bi-injection.
Ce procédé rend le moulage en deux étapes idéal pour les interrupteurs, les boutons, les brosses à dents et les bouchons de récipients.
Applications du moulage bi-injection
Pour les produits en plastique complexes, multicolores et multi-matériaux, notamment dans le cadre d'une production à grand volume, le moulage par injection bi-matière est la meilleure technique de moulage plastique.
De plus, le procédé de moulage bi-injection est utilisé dans le secteur automobile pour fabriquer une large gamme de produits et de pièces. Parmi les autres articles fabriqués grâce à ce procédé figurent les outils de jardinage et le matériel agricole.
Les pièces moulées par injection bi-matière sont utilisées dans presque tous les secteurs industriels, des biens de consommation à la construction, mais elles sont le plus souvent utilisées dans les situations nécessitant les caractéristiques suivantes :
- pièces ou composants qui peuvent bouger
- surfaces rigides avec poignées flexibles
- soit l'amortissement acoustique, soit les vibrations
- explications ou identifications superficielles
- composants composés de plusieurs matériaux ou couleurs
Idéalement, le procédé de moulage par injection bi-matière est utilisé pour les pièces complexes comportant plusieurs composants.
Avantages du procédé de moulage en deux étapes
Les polymères plastiques sont utilisés dans divers procédés de production, tels que l'extrusion, le moulage par compression de thermodurcissables et le moulage par injection bi-matière. Bien que chacune de ces méthodes de fabrication soit envisageable, de nombreux fabricants de plastiques privilégient le moulage par compression en raison de ses nombreux avantages.
Pour créer le premier segment du produit, un matériau est d'abord injecté dans un moule. Une seconde injection d'un matériau secondaire compatible avec le premier suit. De nombreuses entreprises optent pour ce procédé de production de plastiques ou de polymères pour plusieurs raisons.
Voici quelques avantages du procédé de moulage en deux étapes :
Polyvalent
Les fabricants privilégient le moulage par injection bi-matière pour diverses applications, notamment les pièces intérieures automobiles, le matériel médical, l'outillage et les jouets. Ce procédé permet de combiner une multitude de composants et de teintes afin de produire un produit robuste et esthétique.
Des matériaux comme le silicone et les thermoplastiques, le nylon et les élastomères thermoplastiques, ou encore le nylon rigide et les matériaux doux au toucher, sont quelques exemples de matériaux qui peuvent être mélangés avec succès grâce à ce procédé.
Rentable
Une fois le premier moule écarté et le second placé autour du produit de manière à ce que le second thermoplastique compatible puisse être injecté dans le second moule, la procédure en deux étapes ne nécessite qu'un seul cycle machine.
Cette méthode permet de produire davantage de produits par cycle à moindre coût et nécessite moins de main-d'œuvre, puisqu'elle utilise un seul cycle machine au lieu de plusieurs. De plus, elle garantit une liaison solide entre les matériaux, éliminant ainsi le besoin d'assemblage ultérieur.
Haute qualité du produit
La plupart des produits thermoplastiques bénéficient du moulage par injection bi-matière de nombreuses manières :
- Esthétique améliorée. Les produits fabriqués à partir de plastiques ou de polymères de différentes couleurs sont plus esthétiques et plus attrayants pour les consommateurs. L'utilisation de plusieurs couleurs ou textures leur confère une apparence plus luxueuse.
- Une meilleure ergonomie. La méthode permet d'obtenir des surfaces douces au toucher ; ainsi, les produits finis peuvent être dotés de poignées ou d'autres parties ergonomiques. Ceci est essentiel pour les outils, le matériel médical et autres objets portables.
- L'étanchéité est améliorée lorsque des polymères de silicone et d'autres matériaux caoutchouteux sont utilisés pour les joints et autres pièces nécessitant une étanchéité parfaite.
- Elle permet aux polymères durs et souples de produire des objets de très petite taille offrant un confort et une utilité exceptionnels.
- Comparée au surmoulage ou aux méthodes d'insertion plus classiques, elle permet de réduire considérablement le nombre de défauts d'alignement.
- Elle permet aux producteurs d'utiliser plusieurs matériaux qui ne peuvent pas être liés efficacement par d'autres procédés afin de créer des motifs de moules plus complexes.
- La liaison formée est incroyablement forte, ce qui rend le produit final plus robuste, fiable et durable.
Le procédé de moulage en deux étapes permet aux fabricants d'obtenir des produits de haute qualité.
Consolidation de pièces
Le nombre de pièces dans un assemblage fini est réduit grâce au moulage par injection en deux étapes, ce qui permet d'économiser en moyenne 40 000 USD en dépenses de développement, d'ingénierie et de validation pour chaque numéro de pièce supplémentaire.
Efficace
Le moulage en deux étapes permet de mouler plusieurs composants avec un seul outil, ce qui réduit le travail nécessaire à la production des pièces et élimine le besoin de soudage ou d'assemblage des composants après moulage.
Types de structures moulées en deux étapes
Choisir et mettre en œuvre la structure de moule appropriée est essentiel pour réduire les coûts et garantir la qualité. Voici quelques types de structures de moulage bi-injection :
Moule à deux injections à bascule centrale
Comme il n'est pas nécessaire de repositionner le noyau et la cavité du moule, la procédure de surmoulage multi-injection par basculement du noyau est la plus simple. Il est également possible de modifier la géométrie de la cavité du moule en déplaçant le curseur.
La substance A est d'abord injectée dans la cavité lorsque le curseur est en position déployée lors du processus de moulage par injection à l'aide du moule bi-injection à noyau mobile. Ensuite, le curseur est rétracté pour exposer une nouvelle zone de la cavité.
L'espace restant est rempli en déplaçant le curseur après que le matériau B soit injecté dans la cavité modifiée par une porte différente (au-dessus de la buse centrale).
La pièce en plastique est ensuite expulsée du moule après durcissement. Elle est ensuite remise en circulation dans le même ordre que précédemment pour poursuivre le moulage.
Bien que le prix de l'outil augmente avec l'ajout d'un coulisseau au moule, il reste nettement moins cher que les moules à plateau rotatif ou à arbre rotatif. Malheureusement, il ne permet pas de fabriquer des pièces en plastique complexes et multicolores.
Moule à deux injections à plateau rotatif
Sur l'axe du plateau, parallèle à l'axe de rotation, la plaque porte-noyaux comporte deux noyaux identiques, symétriques l'un par rapport à l'autre. Deux cavités de géométries différentes sont intégrées à la plaque porte-empreintes fixée au plateau fixe.
Le plateau rotatif assure le changement des pièces moulées à chaque cycle, et ce sans intervention humaine.
Le moule, d'une capacité supérieure, n'est visible ici qu'avec les deux matériaux utilisés. Selon la quantité de matériau, le plateau rotatif peut pivoter de 90°, 120° ou 180°. Une presse à injecter spécifique est également nécessaire pour réaliser la rotation requise côté noyau.
Structure du moule à deux injections Seesaw
La structure en forme de dalle est constituée de deux côtés pivotant autour d'un centre, l'un montant, l'autre descendant, et ainsi de suite. La plupart des moules pour claviers avec chiffres et lettres utilisent ce principe de bascule.
La structure contient des caractères numériques ou alphabétiques fermés comme 0, 4, 8, A, B, D et O. Le matériau secondaire ne peut pénétrer facilement dans la zone confinée que lorsqu'une construction en bascule est utilisée, créant ainsi une jolie apparence.
La structure en bascule fonctionne comme suit :
- Après une première injection, le moule est ouvert.
- L'aiguille cassée est abaissée par la tige de poussée, ce qui fait tourner la bascule autour de l'axe rotatif.
- La plaque supérieure est poussée vers le haut en poussant le mécanisme à bascule, ce qui fait sortir l'aiguille cassée du moule.
Un trou de rupture se forme lorsque l'aiguille remonte au bord de la partie scellée du produit primaire. Pour percer le matériau secondaire dans la zone fermée à partir de ce trou, l'aiguille est abaissée par le ressort de rappel de la plaque fracturée lors du processus de double injection.
Structure coulissante à cavité
La cavité du modèle mâle glisse sous l'action du moteur lors de l'ouverture du moule après une première injection. Une distance précise est utilisée pour aligner le moule avec le moule maître avant la seconde injection.
Facteurs à prendre en compte lors de l'utilisation du moulage bi-injection
Les facteurs suivants sont pris en compte lors de l'utilisation du moulage par double injection :
Choix des matériaux
Les propriétés physiques, mécaniques, chimiques, thermiques, électriques, l'inflammabilité et la résistance aux UV sont autant de critères importants à prendre en compte lors du choix d'un matériau pour votre composant. Vous devrez répondre à plusieurs questions afin d'orienter votre sélection, notamment :
- À quels types de températures votre produit sera-t-il soumis ?
- À quel point le matériau doit-il être flexible ou rigide pour pouvoir se plier ?
- Résistance aux chocs : Quelle doit être la robustesse de sa surface ?
- Dans quelle mesure résiste-t-il aux charges importantes en termes de résistance à la compression ?
- Le composant sera-t-il exposé aux rayons UV, tels que ceux présents à l'extérieur ?
- Cette pièce sera-t-elle exposée à des produits chimiques susceptibles d'affecter son bon fonctionnement, notamment sur le long terme ?
- Quelle durée de conservation est requise pour cette pièce ?
Compatibilité des matériaux
La chimie des matériaux est un facteur crucial à prendre en compte pour le choix des matériaux à utiliser en moulage bi-injection. Si certains matériaux s'assemblent imparfaitement, d'autres fonctionnent parfaitement ensemble et créent une forte adhésion moléculaire.
Effectuez un test d'adhérence avant de lancer la fabrication lorsque les propriétés adhésives de deux composés sont incertaines. Si l'adhérence est insuffisante, des solutions peuvent être intégrées à la conception, telles que des contre-dépouilles, des rainures ou des épaulements, afin d'améliorer l'adhérence et de solidariser les deux composés.
Un tableau de compatibilité des matériaux est consulté afin de déterminer quels polymères adhèrent entre eux et lesquels sont incompatibles. De plus, il élimine tout risque de contamination, problème courant lors de l'utilisation de deux moules différents.
De plus, comparée à la production d'un produit ou d'une pièce identique par deux procédés de moulage différents, la technique du surmoulage bi-injection permet d'obtenir une liaison beaucoup plus résistante. La possibilité de fabriquer des articles en plastique multicolores grâce à cette méthode constitue un avantage supplémentaire par rapport à la peinture, dont l'efficacité peut diminuer avec le temps.
L'utilisation du procédé bi-injection permet de créer des éléments plus utiles et sophistiqués. De plus, il est possible de mélanger un plastique plus souple avec un plastique plus rigide. Le produit obtenu présente une intégrité nettement supérieure. Les pièces moulées en plastique bi-injection sont souvent beaucoup plus durables et résistantes aux chocs.
Cette méthode est également idéale pour la fabrication de poignées souples pour équipements électriques, de joints d'étanchéité pour la climatisation et de surfaces antidérapantes. Elle permet de créer des logos qui, contrairement aux logos peints, ne s'effaceront jamais.
Arrêts
Pour former des trous, des encoches et de longs trous traversants, le moule ferme ces endroits afin d'empêcher le plastique de s'y écouler.
Dans ces conditions, les deux moitiés du moule s'emboîtent parfaitement. Ainsi, les faces d'étanchéité du moule peuvent s'ouvrir et se fermer sans se heurter. L'angle de dépouille minimal recommandé est de trois à cinq degrés. Plus la durée de vie du moule est longue, plus le jeu et la dépouille doivent être importants.
Type de porte
Lors du moulage par injection, la résine fondue pénètre dans la chambre du moule par un canal d'injection. Pour obtenir des pièces aux proportions et à l'aspect esthétique optimaux, tout en évitant les déformations, il est essentiel de prendre en compte le type, la conception et l'emplacement du canal d'injection.
Les deux types de points d'injection les plus fréquemment utilisés en moulage par injection sont les points d'injection à languette et à canal chaud :
- Les portes à languette sont les plus populaires et les plus efficaces ; cependant, de par leur simplicité, elles pourraient ne pas convenir à vos besoins.
- Les points d'injection à pointe chaude comportent de minuscules ouvertures elliptiques. La résine est maintenue à une température suffisante pour passer par l'étroit orifice grâce à un élément chauffant thermostaté fixé à l'arrière du moule.
Liaison chimique moléculaire
Pour qu'une liaison moléculaire solide soit possible, votre substrat et la résine de seconde injection doivent idéalement être chimiquement compatibles. La partie la plus longue ou la plus grande surface est idéale pour le joint entre les deux résines. En choisissant les matériaux et la conception du joint optimaux, le retrait de la seconde injection est quasiment impossible.
Même lorsqu'une liaison chimique de haut niveau peut être obtenue, nous conseillons fortement d'utiliser une liaison mécanique appropriée si la liaison est importante pour votre application.
Emplacement de la porte
Ceci est essentiel pour la production de cosmétiques à surface solide et l'obtention d'un moule homogène. En moulage par injection monopoint, le matériau fondu pénètre par la partie la plus épaisse de l'orifice avant de se répartir dans les zones plus fines, grâce à la position du point d'injection.
Suggestions pour le moulage en deux étapes
Voici quelques recommandations pour le moulage en deux étapes :
Numéro 1
Le plastique souple est moulé une seconde fois après avoir été moulé une première fois en plastique rigide. La première fois, il est transparent ; la seconde fois, il ne l'est pas. Le premier moulage est réalisé avec un plastique haute température, tandis que le second moulage est réalisé avec un plastique basse température.
Numéro 2
Tester le moule pour créer un produit fini avant la production proprement dite.
Numéro 3
Avant la fabrication du moule, repérez tous les défauts potentiels et corrigez-les.
Numéro 4
Il faut tenir compte du retrait des deux matériaux. De manière générale, le matériau initial influe sur le retrait.
Numéro 5
Une seconde injection ne peut être administrée qu'une fois que la première a pleinement fait effet.
Numéro 6
Pour éviter tout dommage lors du processus de moulage, tenez compte de la position moulée.
Numéro 7
Autorisez un bord très large pour la première pièce moulée par injection. Cela garantit une pression plus élevée lors de la seconde injection.
Numéro 8
Vérifiez que les paramètres de l'unité d'injection fournissent la pression, le débit et la capacité de refroidissement nécessaires.
Numéro 9
Assurez-vous que l'intégrité structurelle de la première pièce moulée puisse résister à la pression d'injection du second moulage.
Conclusion
Ceux qui ne connaissent pas le moulage par injection bi-matière pourraient le trouver difficile. Il implique en effet l'utilisation d'un second matériau et d'une seconde procédure, ce qui complexifie la fabrication des composants, mais il reste relativement simple.
Le surmoulage bi-injection peut être réalisé à l'aide d'un plateau rotatif, d'un noyau mobile ou par surmoulage, entre autres options. Les deux premières techniques nécessitent deux processus, deux systèmes d'alimentation et une seconde unité d'injection.
Cette dernière méthode utilise souvent deux moules différents, un pour chaque matériau, mais peut également être réalisée avec un seul moule, deux systèmes de canaux et un transfert de pièces manuel ou automatisé par prélèvement et placement.
