Aperçu des types de procédés de moulage par injection

Le moulage par injection est l'une des techniques de fabrication les plus perfectionnées des industries modernes. Le nombre de ses variantes n'a cessé de croître au rythme des exigences de production. Cet article vous propose un aperçu concis et précis des différents types de moulage par injection actuellement utilisés.

Qu'est-ce qui définit le moulage par injection ?

Moulage par injection Le moulage par injection consiste à utiliser une machine à mouler pour injecter sous pression une matière première fondue dans la cavité d'un moule en acier ou en aluminium. Une fois solidifiée, la pièce est éjectée du moule et le cycle se répète. Un “ type ” de moulage par injection est défini par trois facteurs : l'architecture du moule, le matériau et le procédé de fabrication. Modifier l'un de ces facteurs a des répercussions importantes sur les coûts et les capacités de production.

Principaux types de procédés de moulage par injection

Moulage par injection thermoplastique standard

L'une des versions les plus répandues du moulage par injection, le moulage par injection thermoplastique standard utilise des résines courantes comme l'ABS, le polycarbonate (PC), polypropylène Il est fabriqué à partir de polypropylène (PP), de nylon (PA) et de mélanges tels que le PC/ABS. Il convient aux boîtiers, supports, cadres, pièces d'électroménager, à tout objet dont les parois ont une épaisseur proche des normes conventionnelles (environ 2 à 4 mm pour la plupart des résines) et des caractéristiques modérées.

Le moulage par injection plastique offre le coût unitaire le plus bas pour les grandes séries, la plus vaste gamme de matériaux et des techniques d'outillage éprouvées. Les moules standardisés et les systèmes à canaux chauds contribuent à réduire les déchets. Grâce à une optimisation de l'alimentation et du refroidissement, les temps de cycle sont rapides et la répétabilité excellente. C'est généralement le procédé privilégié, sauf si la géométrie ou les performances exigent un procédé spécialisé.

Moulage par injection à paroi mince

Le moulage à parois minces permet de réaliser des pièces plus fines que les valeurs empiriques classiques, souvent de 0,4 à 0,8 mm, voire moins, selon la résine et la longueur d'écoulement. On peut citer les boîtiers de smartphones, les batteries et les composants électroniques grand public haute densité, où gagner ne serait-ce qu'un dixième de millimètre compte.

Ce procédé se caractérise par des pressions et des vitesses d'injection élevées, ainsi que par des systèmes de canaux d'alimentation soigneusement équilibrés qui acheminent la résine à travers des conduits longs et étroits. Les moules nécessitent un acier robuste, des canaux d'écoulement polis et une ventilation efficace. Les machines doivent présenter une grande réactivité et une force de serrage suffisante pour compenser les pics de pression dans la cavité.

Cependant, elle présente aussi certains inconvénients : l’outillage est plus complexe et la marge de manœuvre du processus est plus réduite.

Micro-moulage par injection

Le micro-moulage permet de fabriquer des pièces de quelques milligrammes à quelques grammes présentant des caractéristiques à l'échelle micrométrique : puces microfluidiques, engrenages minuscules, embouts de cathéters ou composants de platines de microscope. La taille des points d'injection et le volume d'injection sont infimes, et la maîtrise du temps de séjour est essentielle pour éviter la dégradation du matériau.

Cette méthode de haute précision permet de réaliser des détails inférieurs à 100 µm, avec des tolérances serrées et un dosage ultra-constant d'une injection à l'autre. De par sa complexité, le procédé privilégie des résines stables et compatibles avec les salles blanches (PEEK, PEI, PP de qualité médicale). L'outillage est coûteux et délicat. Cependant, pour les pièces de très petite taille et les volumes importants, aucune autre méthode n'offre une telle répétabilité et un tel coût unitaire.

Surmoulage, insertion et injection multi-pièces

Surmoulage

Le surmoulage consiste à superposer un matériau à un autre, généralement un élastomère souple sur un substrat rigide, comme le revêtement antidérapant d'une poignée d'outil électrique. Il améliore l'ergonomie, l'étanchéité, l'amortissement des chocs et l'esthétique sans nécessiter de pièces de fixation.

Approches courantes :

• Surmoulage en deux étapes : mouler d’abord le substrat rigide, puis le placer dans un deuxième moule pour le surmoulage souple.
• Surmoulage en moule : à l'intérieur d'un seul outil qui fait tourner ou transfère la pièce entre les cavités.

Moulure d'insertion

Le surmoulage consiste à encapsuler un composant prépositionné, souvent métallique, à l'intérieur d'une pièce en plastique moulée. Les inserts typiques comprennent des bossages filetés, des bagues, des contacts estampés, des aimants ou des boîtiers de capteurs. Il remplace l'assemblage secondaire et améliore la résistance des joints et la précision de positionnement.

Pour lancer le processus de fabrication, les inserts sont d'abord chargés manuellement ou automatiquement, maintenus par des dispositifs de positionnement ou par aspiration, puis recouverts de résine. L'outillage doit gérer la dilatation thermique différentielle afin d'éviter les fissures ou les contraintes à l'interface plastique-métal.

Il est idéal lorsque la pièce nécessite une résistance mécanique ou une conductivité localisée sans fabrication entièrement métallique, comme les raccords Luer médicaux avec filetage métallique, les clips automobiles avec surfaces d'usure en acier ou les connecteurs avec bornes intégrées.

Moulage à deux et trois injections

Le surmoulage multi-injections consiste à injecter successivement deux matériaux (ou couleurs) ou plus dans la même alvéole et, souvent, dans le même moule. Des plateaux rotatifs, des mécanismes de retour de noyau ou des systèmes d'indexage déplacent automatiquement la pièce partiellement formée vers l'alvéole suivante. Ils permettent d'obtenir des liaisons sans joint apparent, des transitions de couleur nettes, des joints intégrés, des charnières intégrées ou des combinaisons de matériaux durs et souples, sans intervention manuelle. Ce procédé ouvre également la voie à des fonctionnalités uniques, comme la réalisation de fenêtres transparentes moulées dans des corps opaques.

Injection assistée par gaz/eau et co-injection

Moulage par injection assisté par gaz

Le moulage assisté par gaz consiste à injecter un gaz inerte (généralement de l'azote) après que la résine ait partiellement rempli la cavité. Le gaz forme des canaux creux le long des parties les plus épaisses, poussant le matériau plastique fondu vers les extrémités et permettant ainsi de fabriquer des pièces en plastique présentant moins de retrait, de déformation et de poids. Ce procédé impose également des exigences spécifiques en matière de conception de moules, notamment pour la ventilation et l'injection de gaz.

Elle peut produire une large gamme de produits en plastique, notamment de grandes poignées, des cadres de télévision, des éléments de meubles et des pièces pour le compartiment moteur des automobiles. pièces moulées Avec des nervures épaisses. Cela permet de réaliser des sections cosmétiques plus épaisses sans marques de retrait et peut réduire le temps de cycle en éliminant la masse qui nécessiterait autrement un refroidissement.

Moulage par injection assisté par eau

Principe similaire, matériau différent. Le moulage assisté par l'eau consiste à injecter de l'eau pour créer des sections creuses, particulièrement adapté aux formes tubulaires complexes et longues comportant des coudes, comme les poignées de porte automobile, les conduites de liquide lave-glace et les tubes d'appareils électroménagers.

Ce procédé de production est reconnu pour son refroidissement rapide (l'eau refroidit vite), ses parois internes lisses et ses sections transversales creuses plus homogènes que le procédé au gaz, notamment pour certaines géométries. L'outillage doit assurer une gestion efficace de l'eau, une résistance à la corrosion et un drainage précis.

Moulage par co-injection (sandwich)

La co-injection permet de créer une structure peau-âme : une peau haute performance ou cosmétique encapsule une résine d’âme différente. L’âme peut être composée de polymère recyclé, de matériau barrière ou d’une résine aux propriétés spécifiques (par exemple, une âme expansée pour optimiser le rapport rigidité/poids). Cette technique est idéale pour optimiser le coût des matériaux sans compromettre l’esthétique ni les couches de contact réglementaires. Les emballages alimentaires utilisent fréquemment des peaux barrières, et les biens de consommation peuvent intégrer des âmes recyclées sous une peau vierge pour des raisons esthétiques et de performance.

Élastomère, LSR et thermodurcissable/RIM

Moulage par injection de caoutchouc de silicone liquide (LSR)

Le moulage LSR utilise des systèmes de silicone bi-composants vulcanisés au platine, dosés et mélangés sur la presse, puis injectés dans un moule à canaux froids où ils polymérisent dans la cavité chauffée. Le LSR étant un élastomère thermodurcissable, il ne fond pas à nouveau : il se réticule et conserve sa forme sous l’effet de la chaleur.

Le silicone LSR offre une excellente résistance chimique, une biocompatibilité, une large plage de températures de service et une compatibilité avec les salles blanches. Il convient à des produits tels que les joints d'étanchéité, les articles de puériculture, les vêtements connectés, les composants médicaux et les silicones optiques pour lentilles.

Moulage par injection de TPE/TPV et de caoutchouc

Les élastomères thermoplastiques (TPE) et les vulcanisats thermoplastiques (TPV) se comportent comme du caoutchouc, mais se transforment sur des presses thermoplastiques standard, ce qui permet leur recyclage et leur surmoulage sur des substrats rigides. Ils sont couramment utilisés pour les poignées, les joints d'étanchéité, les soufflets et les isolateurs de vibrations.

Lorsque du caoutchouc véritable est nécessaire, on utilise le nitrile, l'EPDM, les fluoroélastomères et le moulage par injection de caoutchouc pour polymériser le matériau directement dans le moule. Les temps de cycle sont plus longs et l'outillage doit gérer la cinétique de polymérisation et l'évacuation des composés volatils. Le choix dépend souvent des objectifs de résistance chimique et thermique.

Moulage par injection de thermodurcissables et par réaction (RIM)

Le moulage par injection de résines thermodurcissables utilise des résines à polymérisation irréversible : phénoliques, époxydes et certains polyesters. Le moulage par injection réactive (RIM) mélange des composants réactifs à faible viscosité (généralement des systèmes polyuréthanes) et les injecte dans le moule, où ils polymérisent. Il est utilisé pour les panneaux et boîtiers de grande taille, les pare-chocs à absorption d'énergie et les composants structurels avec nervures intégrées. Le RIM est particulièrement adapté aux pièces épaisses et volumineuses présentant de faibles contraintes internes et des forces de serrage réduites grâce à sa faible viscosité initiale.

En fonction de la nature des matériaux, les chutes ne sont pas refondables, et la température des outils ainsi que les cycles de cuisson influent fortement sur le débit. Cependant, pour les petites séries de pièces de grande taille, le moulage par injection de résine (RIM) s'avère souvent plus avantageux que l'outillage thermoplastique en termes de coût total.

Moulage par injection de poudre (MIM/CIM)

Moulage par injection de métal (MIM)

Le procédé MIM mélange des poudres métalliques fines à un liant polymère pour créer une matière première pouvant être moulée par injection en formes complexes. Après moulage, les pièces subissent un déliantage pour éliminer le liant et un frittage pour densifier le métal, atteignant généralement une densité théorique de 95 à 991 TP3T.

Les atouts de ce procédé résident dans sa résolution exceptionnelle pour la fabrication de petites pièces métalliques complexes, d'engrenages, de verrous, de charnières, d'instruments chirurgicaux et de composants d'armes à feu. Le MIM rivalise avec l'usinage CNC pour les grandes séries et les géométries difficiles à usiner.

Moulage par injection de céramique (CIM)

Le procédé CIM suit la même logique que le MIM, mais avec des poudres céramiques telles que la zircone ou l'alumine. Il permet de réaliser des composants résistants à l'usure, électriquement isolants et adaptés aux hautes températures, avec une grande précision, tels que des buses, des pièces dentaires et des isolateurs de capteurs.

Conclusion

La grande variété de procédés de moulage par injection souligne un principe fondamental de la fabrication moderne : choisir l’outil adapté à chaque cas particulier. L’existence d’autant de variantes prouve qu’aucune méthode n’est universellement supérieure ; chacune représente plutôt une solution sur mesure.

En définitive, le choix d'un type de moulage par injection spécifique est une décision stratégique qui va bien au-delà de la simple géométrie de la pièce. Pour sélectionner correctement le procédé de fabrication de vos pièces, vous devez prendre en compte tous les facteurs influents avant de prendre votre décision. coopérer avec un fabricant et obtenir l'aide d'experts industriels.

Questions fréquemment posées

Quels sont les principaux facteurs de coûts, outre le moule lui-même, pour ces procédés spécialisés ?

Bien que l'outillage représente un investissement initial important, les dépenses courantes dépendent fortement du procédé. Les principaux facteurs sont les pertes de matière (rebuts des canaux d'alimentation en moulage standard contre l'absence de pertes en moulage à canaux chauds), le temps de cycle (cycles plus longs pour les pièces épaisses ou les thermodurcissables), les opérations secondaires (déliantage/frittage pour le moulage par injection de polymère, finition des pièces) et le niveau d'automatisation requis.

Est-il possible de combiner ces différents procédés de moulage dans une seule pièce ?

Oui, c'est possible. En réalité, les approches hybrides représentent une avancée majeure dans le domaine de la fabrication. Par exemple, une pièce peut être créée par moulage assisté par gaz pour évider une section épaisse, puis subir une seconde opération pour réaliser des micro-moulages. Autre exemple : le surmoulage par insertion permet de placer un composant métallique qui sera ensuite surmoulé avec un TPE doux au toucher. Toutefois, ce procédé nécessite souvent une planification de production complexe et plusieurs cellules de fabrication.