Quels sont les inconvénients du moulage par injection de plastique ?

Le moulage par injection de plastique est l'un des procédés de fabrication les plus polyvalents et les plus rentables qui existent aujourd'hui. Il permet la production en masse de tout, depuis les jouets et les articles ménagers jusqu'aux appareils médicaux et aux pièces automobiles.

Cependant, malgré sa prévalence dans d'innombrables industries, le moulage par injection de plastique présente des inconvénients et des limites notables que les ingénieurs et les concepteurs de produits doivent prendre en compte. En tant que professionnel fabricant de moulage par injection de matières plastiquesJe les énumère dans cet article.

Quels sont les inconvénients du moulage par injection de matières plastiques ?

Coûts d'investissement initiaux élevés

L'un des principaux inconvénients du moulage par injection est l'importance de l'investissement initial requis. Avant de pouvoir produire une seule pièce, d'importants coûts initiaux sont nécessaires pour l'outillage du moule à injection lui-même.

Le coût des moules pour les produits plastiques standard se situe généralement entre 1 000 et 5 000 tonnes. Toutefois, pour les moules de plus grande taille construits selon des normes de qualité pour l'exportation, les prix dépassent couramment $50 000 et peuvent même s'élever à plusieurs centaines de milliers de dollars.

Outre les moules d'injection proprement dits, la conception des moules, les essais approfondis et le prototypage, la planification de la production, la fixation et les mesures d'assurance de la qualité entraînent également des coûts.

En tenant compte de tous ces coûts initiaux, le moulage par injection ne devient économiquement viable que pour des volumes de production supérieurs à 100 ou 150 pièces. Pour les très petites séries mesurées en dizaines ou centaines d'unités, les technologies de fabrication additive comme le Impression 3D ou l'usinage CNC sont généralement plus rentables.

Longs délais d'exécution

Outre les coûts d'investissement initiaux élevés, les longs délais d'exécution constituent un autre inconvénient du moulage par injection de composants en plastique. Du début à la fin, il faut compter au minimum 10 à 12 semaines pour l'ensemble du processus.

Voici un aperçu de la chronologie du moulage par injection :

2-4 semaines: Conception et ingénierie
4-6 semaines: Fabrication de moules
2-4 semaines: Échantillons, essais, modifications
2+ semaines: Production, assemblage, expédition

Comme le montre cette chronologie, la production ne démarre pas du jour au lendemain avec le moulage par injection. En particulier, en fonction de la complexité de la pièce, les délais de fabrication des outils de moulage dépassent souvent un mois.

Pour les ingénieurs et les chefs de projet qui doivent respecter des délais serrés, ces longs délais d'exécution exigent une planification et une coordination minutieuses si l'on veut que les dates de lancement soient respectées. Par ailleurs, des solutions provisoires telles que l'impression 3D de prototypes de qualité production peuvent aider à vérifier les conceptions pendant que les moules d'injection sont encore en cours d'outillage.

Défis en matière de contrôle de la qualité

Malgré sa précision et sa cohérence, la production de moulage par injection est toujours sujette à des problèmes de qualité si elle n'est pas exécutée correctement. Des défauts tels que les tirs courts, les bavures, les déformations et les lignes de moulage peuvent rapidement rendre des composants complexes inutilisables si des mesures correctives ne sont pas prises.

La plupart des défauts proviennent d'une conception sous-optimale du moule ou d'un contrôle inadéquat des paramètres clés tels que la température, la pression, la force de serrage et la vitesse d'injection. À mesure que les variables et les tolérances s'accumulent, le maintien de la cohérence devient un défi de plus en plus important.

Par exemple, de minuscules changements dans la teneur en humidité de la résine plastique et dans la température du moule peuvent modifier de manière significative la viscosité et les taux d'écoulement, entraînant des variations subtiles - mais inacceptables - entre les prises de vue.

Il est donc essentiel de mettre en place de solides mesures de contrôle de la qualité, en particulier lorsque l'on s'associe à un nouveau partenaire de moulage par injection. Des listes de contrôle exhaustives et des processus d'approbation à plusieurs niveaux permettent de minimiser les risques.

Limites de la conception

Pour tirer parti du moulage par injection à l'échelle de la production de masse, les pièces en plastique doivent être conçues en tenant compte des limites du processus. Toutefois, pour les ingénieurs plus habitués aux composants métalliques usinés, l'adaptation aux nuances des plastiques moulés par injection peut s'avérer moins intuitive.

Idéalement, l'épaisseur des parois doit rester uniforme afin de garantir une solidification régulière lorsque le plastique en fusion à l'intérieur du moule perd de la chaleur. Les variations d'épaisseur peuvent créer des tensions qui se manifestent par des fissures ou des déformations.

Les contre-dépouilles et autres géométries qui empêchent un démoulage propre doivent également être évitées. De même, l'incorporation d'angles de dépouille facilite l'éjection de la pièce après que la grenaille moulée par injection a durci à l'intérieur de l'outil de moulage à deux plaques.

Si les releveurs et les coulisseaux peuvent atténuer certaines contraintes de conception liées aux contre-dépouilles, ils ajoutent des coûts et des considérations de fiabilité à l'ensemble. La nécessité d'actions latérales limite également la vitesse à laquelle les cycles de moulage par injection consécutifs peuvent avoir lieu.

Restrictions des performances matérielles

Les résines modifiées et les alliages de polymères actuels permettent au moulage par injection de matières plastiques de rivaliser avec les métaux, voire de les surpasser, dans certaines applications exigeant flexibilité, résistance à la corrosion, isolation électrique ou précision.

Cependant, les plastiques moulés par injection restent inférieurs aux pièces en aluminium et en acier dans des domaines clés tels que la résistance à la traction, la résistance à l'abrasion, la rigidité et la résistance à l'usure. Ces limitations des matériaux restreignent leur utilisation dans certaines applications structurelles, porteuses et de grande durabilité.

En moyenne, la résistance maximale à la chaleur des plastiques conventionnels destinés aux moules d'injection se situe entre 180 et 220 °C, bien que des résines spécialisées comme le PEEK et le PPS puissent supporter plus de 300 °C. Néanmoins, les métaux surpassent largement les plastiques pour les applications à haute température.

Alors que les composants métalliques tolèrent facilement l'autoclavage, la stérilisation à la vapeur ou d'autres modalités de stérilisation agressives, une telle exposition risque de déformer ou de dégrader les pièces en plastique. Par conséquent, les ingénieurs en dispositifs médicaux doivent examiner attentivement la biocompatibilité de chaque résine.

Difficultés de recyclage

Idéalement, alors que le développement durable devient une priorité urgente dans le monde entier, les fabricants devraient être en mesure de récupérer, de trier et de réutiliser la résine plastique après sa durée de vie utile. Cependant, le recyclage du plastique se heurte à des obstacles techniques et économiques considérables, malgré d'intenses efforts de recherche et de développement.

D'une manière générale, quatre facteurs compliquent aujourd'hui le recyclage des plastiques, en particulier des plastiques mixtes :

Séparation et tri
Décontamination
Identification
Retraitement

Dans un premier temps, la séparation et le tri des plastiques par type de résine sont essentiels pour le recyclage, mais ils demandent énormément de travail car ils nécessitent actuellement un effort manuel.

De même, les peintures, les inserts métalliques, les étiquettes et les adhésifs empêchent un recyclage direct et nécessitent une décontamination poussée pour extraire la matière plastique de base.

Dans d'autres cas, des codes de résine obscurs rendent impossible l'identification définitive du matériau. Même lorsque la chimie des résines peut être établie, les différences de longueur des chaînes de polymères, les mélanges de copolymères et l'âge des matériaux peuvent encore affecter les propriétés et compliquer le traitement.

D'un point de vue économique, le coût élevé de la main-d'œuvre nécessaire au tri des déchets plastiques ne se justifie pas, sauf pour les flux de résine de grande pureté et de grand volume. Mais les investissements dans les infrastructures de recyclage chimique pourraient un jour améliorer la viabilité grâce à une automatisation accrue des processus.

Conclusion

Il ne fait aucun doute que le moulage par injection de plastique continuera à dominer la fabrication mondiale grâce à sa rentabilité, sa polyvalence et sa précision. Toutefois, les ingénieurs qui évaluent le processus doivent tempérer leurs attentes en tenant compte de ses limites et de ses défis.

En particulier, les coûts initiaux et d'outillage élevés imposent des volumes de production importants, supérieurs à 100 000 unités, pour garantir un retour sur investissement convaincant. Pour des quantités moindres, les méthodes de fabrication additive telles que l'impression 3D sont plus rentables.

Bien que les plastiques possèdent des propriétés impressionnantes de flexibilité, de résistance chimique et d'isolation électrique adaptées aux composants complexes, leurs performances mécaniques sont inférieures à celles des pièces usinées en aluminium ou en acier dans les applications automobiles et aérospatiales critiques supportant des charges.

Enfin, bien que la production soit exemplaire en termes d'efficacité des ressources, le recyclage généralisé des matières plastiques reste un objectif difficile à atteindre en raison d'obstacles économiques et techniques.

Dans l'ensemble, une évaluation réaliste de ces inconvénients du moulage par injection de plastique facilite le choix de la technologie et éclaire les compromis de conception lors de la planification du lancement d'un nouveau produit.