L'Injection Plastique
- Présentation :
- De quoi s'agit-il ?
- Un peu d'histoire !
- Les premiers plastiques :
- Les moulages hors plastique :
- Fonctionnement :
Présentation
L'injection plastique est un procédé permettant de fabriquer des pièces industrielles en série, à partir de matériaux termoformables, ce qui signifie que la matière lorsqu'elle est chauffée à une certaine température, pourra être modelée à notre guise selon la forme du moule. L’injection thermoplastique consiste à injecter un polymère fondu (qui est une matière thermoplastique) sous haute pression dans un moule, grâce à une presse d’injection.
De quoi s'agit-il ?
Le moulage par injection est un procédé de fabrication qui consiste à ramollir la matière plastique en la chauffant puis à l'injecter dans un moule.
Une fois dans le moule, la matière refroidit et se solidifie, puis un mécanisme éjecte la pièce hors du moule. Ce mode de fabrication est utilisé pour produire des pièces de fine épaisseur pour un grand nombre d'applications. Il peut être utilisé pour de nombreux matériaux, permet de réaliser des détails fins et d'obtenir des états de surface de très bonne qualité. Cependant, le coût de démarrage associé est très élevé, faisant de cette technique un procédé peu adapté pour les petits volumes.
Et voici ci-dessous l'image du résultat d'un moulage par injection, produit par une presse d'injection plastique :
Un peu d'histoire !
L’inventeur américain John Wesley Hyatt et son frère Isaiah ont breveté la première machine de moulage par injection en 1872. Celle-ci est relativement simple comparée aux machines utilisées aujourd’hui: elle fonctionnait comme une grande aiguille hypodermique, utilisant un piston pour injecter du plastique à travers un cylindre chauffé dans un moule. L’industrie a progressé lentement au fil des ans produisant des produits tel que des colliers, boutons, cols et peignes.
Voici l'image de John Wesley Hyatt, cliquez sur l'image pour plus de renseignements à son sujet.
En 1919, Arthur Eichengrün a développé la première presse de moulage par injection qu’on considère comme la première machine à injection moderne. Quelques années après, en 1926 Eckert et Ziegler font breveter la première presse à injection ayant des caractéristiques commerciales. Dans les années 1930, les premières presses à injecter font leur apparition en France. C’est le début des articles ménagers et jouets en plastiques sur le marché de consommation.
L’industrie s’est développée rapidement dans les années 1940, suite à une demande énorme pour des produits peu coûteux, produits en série. En 1946, l’inventeur américain James Watson Hendry construit la première machine avec vis à injection, permettant un contrôle beaucoup plus précis sur la vitesse d’injection et la qualité des articles produits. Cette machine permettait d’ajouter du plastique coloré ou recyclé à la matière vierge avant d’être injecté. Aujourd’hui les machines avec vis d’injection représentent la grande majorité de toutes les machines d’injection.
Voici l'image d'une vis d'injection. Celle-ci à pour fonction de pousser le liquide plastique jusque dans le moule.
Les premiers plastiques :
L'utilisation de matières plastiques remonte à l'antiquité : les égyptiens employaient des colles à base de gélatine d’os, de caséine de lait, d’albumine d’œuf ect... Plusieurs siècles av. J.-C; les hommes utilisaient les propriétés plastiques de la corne, des écailles de tortue, de l’ambre, du caoutchouc, chauffés et moulés pour fabriquer de nombreux objets. Cependant, à partir de la fin du XIXème siècle débute la mise au point de nouvelles matières : les plastiques semi-synthétiques faits de polymères naturels modifiés chimiquement par des produits chimiques.
Au début du XXème siècle, la fabrication de plastiques à partir de polymères naturels (cellulose et caséine notamment) fait place à la synthèse de nouvelles matières plastiques entièrement synthétiques. Les besoins militaires des première et seconde guerres mondiales entraînent un développement industriel et technologique de cette chimie de synthèse. Depuis, les matériaux plastiques se développent et accompagnent l’histoire contemporaine.
Il existe plusieurs types de polymères et de différentes couleurs comme ci-dessus.
Les moulages hors plastique
Il est possible de réaliser d’autres produits comme les armes les cloches et les bijoux, par moulages autres que plastique. Prenons l’exemple des bijoux. Leur fabrication est divisée en trois étapes : le moulage qui utilise généralement un moule en caoutchouc liquide; l’injection, qui peut être de cire si le moule est en caoutchouc mais peut aussi être d’autres matériaux comme des métaux ou alliages et enfin le coulage qui peut être un coulage sous vide, avec pression ou coulage par centrifugation.
Sur l'image ci-dessus on peut observer un moule et le résultat du moulage juste à côté de celui-ci, c'est un pendentif en bronze.
A l'Antiquité et au Moyen-Age les forgerons forgeaient des armes avec du métal fondu qu'ils mettaient dans des moules en forme d'épées jusqu'au refroidissement de l'objet. Les motifs de l'épée étaient forgés à-même la moule.
L'image de l'épée ci-dessus perpet de distinguer clairement les motifs de l'épée.
En résumé ce moulage est un moulage hors plastique, mais il contient le même principe.
Fonctionnement
Le moulage par injection utilise des matières thermoplastiques appelées polymères. Ces dernières se présentent sous forme de granulés avant la phase de transformation. Elles sont ramollies sous l’effet de la chaleur. Une fois sous forme liquide, la matière est injectée dans un moule et prend l’empreinte de celui-ci. Ensuite, elle va refroidir et se solidifier. Lorsqu’elle a retrouvé sa dureté, on peut extraire la pièce qui devient utilisable.
Voici à quoi ressemble l'aspect du polymère avant de le faire fondre. On distingue bien les petits granulés.
Les grandes étapes du moulage par injection
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Réaliser un moule. Ce dernier est composé de deux parties, une partie fixe et une partie mobile. La conception du moule doit permettre une éjection facile des pièces.
Installer le moule sur une machine spécifique : la presse à injection. Les deux parties du moules sont pressées fortement l’une contre l’autre. Le matériau (sous forme de granulés) est versé dans une vis de plastification (ou vis sans fin) qui est chauffée. La rotation de la vis alliée à la température va ramollir les granulés, qui se transforment en matière plastique fondue. La matière fondue et déformable est stockée à l’avant de la vis, avant l’injection.
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Injecter sous haute pression les matières plastiques ramollies sous l’effet de la chaleur dans le moule. Dans cette phase, il faut s’assurer que le moule soit complètement rempli avant que le matériau ne se solidifie. Voilà pourquoi on continue à envoyer de la matière sous–pression, afin de pallier au retrait qui s’exerce lorsque la matière refroidit.
Refroidir le tout, par le biais de circuits de refroidissement à l’intérieur du moule. Suite à cette opération l’objet est éjecté du moule.
Ejecter la pièce.
Recommencer avec la prochaine pièce.
La réalisation d’un moule d’injection requiert entre 5 et 12 semaines. Le temps de production du moule pour injection plastique dépend de la complexité du moule. Il est possible de réduire le délai de fabrication en simplifiant son design.
Si la géométrie des pièces est complexe, il faudra ajouter des mouvements (démoulage des contre-dépouilles) pour sortir la pièce du moule. Des nervures peuvent également être insérées pour assurer un renfort mécanique. Ces dernières augmentent la complexité du moule d’injection et le temps de production.
Le schéma ci-dessus résume bien le fonctionnement d'une presse d'injection plastique.
L'injection plastique dans la vie de tous les jours :
De nos jours, l’injection plastique est un élément essentiel dans notre société. Les objets fabriqués de cette façon sont de plus en plus nombreux. Cette expansion a été rendue possible, en raison des multiples avantages qu’elle offre par rapport aux autres méthodes de moulage en plastique. Dans l’ensemble, le moulage par injection (avec utilisation de polymères) est plus simple plus fiable plus souple et plus efficace que la plupart des autres types de moulage par injection (autres que plastiques). Les objets issus de la production par injection plastique sont évidemment bien moins cher que les moulages hors plastique. Mais nous sommes entourés d'objets moulés pas injection sans vraiment le savoir. A partir de ce procédé, il est possible de fabriquer des objets tel que des jouets, des pièces dans l’industrie de l’automobile, des appareils ménagers, table de jardin, brosses à dents ect...
L'image ci-dessus nous montre plusieurs objets utiles dans la vie de tous les jours et qui ont été conçus par injection plastique.
Du moulage par injection à l'imprimente 3D :
A ce jour, l’impression 3D est un procédé de fabrication particulièrement adapté au prototypage; plusieurs industries l’ont déjà adopté pour donner vie à leur conception. Néanmoins, malgré les avancées réalisées par les grands fabricants d’imprimantes 3D, la grande majorité des objets en plastique continuent d’être produits en utilisant les méthodes de production d’injection traditionnelle depuis 1872.
En effet comme la plupart des experts le disent : la technologie d’impression 3D est trop chère pour rivaliser avec la méthode de production traditionnelle.
Voici l'image d'une imprimente 3D.