Le moulage par injection est une technologie de fabrication traditionnelle avec une histoire de plus de 100 ans. Son principe de base consiste à chauffer et à faire fondre des matières plastiques, puis à les injecter dans des moules préconçus sous haute pression, et à obtenir des pièces en plastique après refroidissement et solidification.
- Indicateurs clés du processus:
- Cycle de moulage : Généralement 10-60 secondes/pièce (varie selon la taille et la complexité de la pièce)
- Contrôle de la tolérance : Peut atteindre ±0,02 mm pour les pièces de précision
- Taux d'utilisation des matériaux : Plus de 95 % (avec une conception raisonnable)
L'impression 3D, ou fabrication additive, construit des objets en empilant des matériaux couche par couche selon des données de modèles 3D. Les types techniques courants incluent FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stéréolithographie) et SLS (Frittage sélectif par laser), chacun ayant des caractéristiques uniques :
| Type de technologie |
Gamme de matériaux |
Précision |
Rugosité de surface |
Application typique |
| FDM |
PLA, ABS, PETG |
±0,1 mm |
50-200μm |
Prototypage, pièces à faible charge |
| SLA |
Résine photopolymère |
±0,05 mm |
10-50μm |
Prototypes de haute précision |
| SLS |
Nylon, PA12 |
±0,15 mm |
30-80μm |
Pièces fonctionnelles, composants résistants à l'usure |
-
Économies d'échelle: Une fois les moules terminés, le coût unitaire diminue considérablement avec l'augmentation du volume de production. Par exemple, un engrenage en plastique avec un coût de moule initial de 50 000 yuans aura un coût unitaire de seulement 1,2 yuan lorsque la production atteindra 100 000 pièces (amortissement du moule inclus).
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Polyvalence des matériaux: Compatible avec plus de 80 % des plastiques techniques, dont le PP (polypropylène) pour les contenants alimentaires, l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène) pour les boîtiers électroniques et le POM (polyoxyméthylène) pour les pièces à forte usure comme les engrenages.
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Qualité de surface: Peut atteindre une rugosité de surface Ra de 0,8 à 1,6 μm sans post-traitement, répondant aux exigences des pièces intérieures automobiles et de l'électronique grand public.
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Liberté de conception: Permet la fabrication de structures difficiles ou impossibles avec le moulage par injection, telles que :
- Structures en treillis pour l'allègement (par exemple, supports aérospatiaux avec une réduction de poids de 40 %)
- Canaux d'écoulement internes avec des courbes complexes (par exemple, collecteurs de dispositifs médicaux)
- Assemblages intégrés qui éliminent les étapes d'assemblage (par exemple, mécanismes multi-pièces imprimés en une seule pièce)
-
Itération rapide: Réduit le cycle de développement du produit, de la conception à la vérification physique. Par exemple, une entreprise d'électronique grand public a réduit le cycle de vérification des prototypes de 8 semaines (en utilisant des méthodes traditionnelles) à 3 jours en adoptant l'impression 3D SLA.
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Capacité de personnalisation: Maintient des coûts unitaires stables même lors de la production de produits personnalisés. Un laboratoire dentaire, par exemple, produit quotidiennement 50 gouttières orthodontiques personnalisées avec une qualité et un coût constants.
- Investissement initial élevé: Les moules de précision pour les pièces complexes (par exemple, les cadres de tableau de bord automobiles) peuvent coûter entre 200 000 et 500 000 yuans, avec un cycle de production de 8 à 12 semaines.
- Restrictions de conception: Les contre-dépouilles et les cavités internes complexes nécessitent souvent des moules fendus, ce qui augmente les coûts et réduit la résistance structurelle. Par exemple, un boîtier de pompe à eau avec un canal interne en spirale nécessiterait un moule en 5 parties, ce qui augmenterait la complexité de la production.
- Coûts de modification élevés: Une légère modification des dimensions du produit (par exemple, un ajustement de 0,5 mm dans un étui de téléphone portable) peut nécessiter une retouche du moule, ce qui coûte 30 % à 50 % du prix du moule d'origine.
- Écarts de performance des matériaux: La plupart des matériaux d'impression 3D ont des propriétés mécaniques inférieures à celles de leurs homologues moulés par injection. Par exemple, l'ABS imprimé en 3D a une résistance à la traction de 25 à 30 MPa, tandis que l'ABS moulé par injection atteint 40 à 45 MPa.
- Efficacité de la production: Une pièce de 10 cm×10 cm×10 cm prend 4 à 6 heures à imprimer avec FDM, tandis que le moulage par injection peut produire 50 à 100 pièces dans le même temps.
- Exigences de post-traitement: Les pièces imprimées en SLA nécessitent un nettoyage et un durcissement aux UV de la résine, et les pièces FDM ont besoin d'un polissage des lignes de couche pour obtenir une surface lisse, ce qui ajoute 20 % à 30 % au temps de production total.
Un fabricant de véhicules à énergie nouvelle a été confronté au défi suivant : développer un collecteur de refroidissement de batterie avec un canal d'écoulement interne complexe (nécessitant 12 canaux courbes) et planifier la production de masse de 50 000 unités/an.
- Phase de développement: A utilisé l'impression 3D SLS (matériau nylon) pour produire 10 prototypes, vérifiant l'efficacité de l'écoulement et la résistance structurelle en 1 semaine, évitant ainsi le risque de modification du moule.
- Phase de production de masse: Après la finalisation de la conception, est passé au moulage par injection (matériau PA6+GF30), réduisant le coût unitaire de 50 USD (impression 3D) à 7 USD, répondant ainsi à la demande de production de masse.
Un fabricant d'implants orthopédiques avait besoin de produire 200 tiges fémorales personnalisées, chacune correspondant à la structure osseuse du patient (basée sur des tomodensitogrammes).
- Solution d'impression 3D: A adopté la technologie SLM (Selective Laser Melting) avec un alliage de titane Ti6Al4V, fabriquant directement des implants à partir de modèles 3D. Chaque implant a pris 12 heures à imprimer, avec un coût unitaire de 8 000 yuans, et le projet total a été achevé en 3 semaines.
- Impossibilité du moulage par injection: Les moules personnalisés pour chaque implant coûteraient 50 000 yuans/ensemble, ce qui entraînerait un coût total de plus de 10 millions de yuans, ce qui est économiquement irréalisable.
Une marque de smartphones a lancé un nouvel étui d'écouteurs, avec un plan de production annuel de 1 million d'unités, nécessitant une finition de surface élevée (Ra <0,8μm) et une résistance aux chocs.
- Solution de moulage par injection: A utilisé du matériau PC/ABS avec un moule à 2 cavités (coût 180 000 yuans). Le cycle de moulage était de 30 secondes, avec un coût unitaire de 8 yuans, et la production de masse a été atteinte 10 semaines après l'achèvement du moule.
- Comparaison de l'impression 3D: L'utilisation de la technologie SLA entraînerait un coût unitaire de 65 yuans et un temps de production de 2 heures par pièce, ce qui rendrait impossible de répondre à la demande de production annuelle.
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