Impression 3D et moulage par injection : cartographier le meilleur des deux mondes
Deux nouvelles versions des moules d’injection imprimés en 3D renforcent la personnalisation de masse et le débit élevé.
L’acquisition de Collider et de sa technologie d’imprimante Orchid par la société d’impression 3D industrielle Essentium, et le brevet du professeur Steve Stagon de l’Université de Floride du Nord (UNF) pour un moule imprimé en 3D élèvent la barre dans la quête de réduire ou d’éliminer les outillages coûteux tout en produisant de manière optimale pièces d’exécution dans des volumes plus importants.
En acquérant la technologie de Collider – qui imprime une coque photopolymère mince et soluble et la remplit d’un polymère thermodurcissable traditionnel, le tout dans la même chambre de construction – Essentium s’engage fermement dans un outillage programmable via le traitement numérique de la lumière (DLP).
« Nous pensons que l’outillage programmable et d’autres pièces de notre plate-forme Orchid contribueront à la révolution de l’additif 2.0 à base de polymère », a déclaré Graham Bredemeyer, directeur du photopolymère chez Essentium, basé à Pflugerville, TX. La technologie produit « des pièces qui imitent la résistance et la qualité de surface des technologies héritées telles que le moulage par injection et l’usinage CNC, mais en une fraction du temps ».
Sommaire
La technologie accélère les délais de développement et de production
En termes d’objectifs de production, Essentium préfère « penser à l’activité en groupes de machines nécessaires pour produire 50 à 1 000 pièces par jour et plus », a ajouté Bredemeyer. « Nous considérons cela comme une accélération des délais de développement et de production en volume de nos clients de plusieurs mois, voire plusieurs années, en particulier dans les secteurs médical, militaire et des transports. »
|
Essentium
|
| L’impression 3D permet la conception et la production de géométries complexes. |
Cette approche du meilleur des deux mondes exploite les principaux avantages de l’impression et du moulage 3D, a expliqué Bredemeyer.
« Le processus d’impression directe DLP produit des pièces aussi bonnes que la résine utilisée. Aujourd’hui, les résines photo ne sont pas aussi robustes que les matériaux standard utilisés pour le moulage par injection ou les pièces usinées CNC. La technologie Collider utilise la classe plus large des polymères thermodurcissables comme base pour les pièces finies et, par conséquent, ne souffre pas de ces limitations.
Le processus surmonte les défis de l’impression 3D de moules en plastique
Pendant ce temps, le brevet de Stagon pour un moule d’injection imprimé avec des revêtements et des canaux de refroidissement optimisés vise une idée « qu’un certain nombre de groupes ont examinée », a-t-il déclaré : produire un moule en polymère dont les performances correspondent autant que possible aux moules en métal pour gagner du temps et de l’argent.
Les moules de Stagon ciblent des lots de petite à moyenne taille et des familles de pièces avec des géométries légèrement variées, a déclaré le professeur de Jacksonville. « Dans ce domaine, les moules traditionnels ne sont pas rentables – trop d’investissements en capital pour les petits lots. » Mais les tentatives de moules polymères imprimés ont souffert de plusieurs problèmes :
- Moule la déchirure à chaud et perd rapidement les bords et les caractéristiques de surface. « Vous ne pouvez sortir qu’une poignée de pièces sur chaque moule, ce qui réduit la marge en changeant l’outillage et en préparant de nouveaux outils imprimés », a expliqué Stagon.
- Un mauvais refroidissement signifie que les temps de cycle sont 10 à 100 fois plus longs, et la solidification et l’uniformité peuvent devenir des problèmes. « Les moules entièrement imprimés en polymère se comportent très différemment en raison des différences de transfert de chaleur, et nos partenaires passaient trop de temps à régler les processus – en réduisant encore une fois la marge. »
|
Université de Floride du Nord
|
| Le professeur agrégé de génie mécanique de l’UNF, le Dr Steve Stagon, a reçu un brevet américain pour un outil de moulage par injection imprimé en 3D avec un transfert de chaleur et une résistance mécanique améliorés. |
La solution du professeur UNF ? Créez un processus qui préserve les caractéristiques de surface « au-delà d’une poignée de pièces et améliore la conductivité thermique plus près d’un point afin de réduire les paramètres d’injection. Dans les grandes séries, les moules métalliques sont toujours et seront toujours rois. Notre travail rapproche un peu plus le petit lot des moules en aluminium et accélère le flux de travail avec moins de réglages. »
Pour les revêtements de ses moules, Stagon a emprunté la technologie des moules traditionnels.
« Nous combinons le dépôt autocatalytique et en phase vapeur, ou « pulvérisation cathodique », pour « frapper » d’abord la surface du moule pour le rendre conducteur. Nous plaçons ensuite sur 1 à 50 microns de eNi, NiP ou CoP. Cela nous donne une couche très résistante qui conduit très bien la chaleur. En plus de cela, nous avons mis des revêtements de moules classiques comme le PTFE Ni et le Ni-bore autocatalytique. En rendant la surface glissante et en ayant un bon pouvoir lubrifiant et anti-adhérent, nous sommes en mesure de préserver le revêtement structurel épais plus longtemps et de soulager l’adhérence entre le polymère et le placage.
Pendant ce temps, l’impression 3D permet à Stagon de placer les canaux de refroidissement à proximité des éléments et de les positionner par rapport aux éléments du moule intérieur. « Grâce à la résistance des revêtements métalliques en surface, nous sommes en mesure de réduire l’épaisseur à un centimètre ou moins, dans certains cas, lorsque les pressions d’injection sont maintenues faibles. Nous travaillons à obtenir de bonnes données de profil de température pour cela, mais nous avons vu les temps de refroidissement diminuer d’un facteur deux dans nos premiers prototypes. »
Alors que la pandémie a ralenti le développement, Stagon est impatient de nouer des partenariats pour développer et tester la technologie en dehors du laboratoire. « Notre point d’entrée devrait se situer dans le domaine des moules de pièces existants. » Si vous souhaitez envisager un partenariat, envoyez un e-mail à Stagon.
