Pièces en élastomère :moulage de silicone par injection vs matériaux flexibles d'impression 3D

Des joints industriels aux semelles de vos chaussures, les pièces en élastomère sont à la fois omniprésentes et uniques. Fabriqué à partir d'élastomères, un groupe de polymères caoutchouteux , ces composants flexibles, extensibles et absorbant les chocs sont faciles à fabriquer et peuvent être produits de plusieurs façons.

L'un des moyens de produire des pièces en élastomère est le moulage par injection. Pas le moulage par injection de thermoplastiques, mais le moulage par injection de thermodurcissables comme le caoutchouc de silicone liquide :ce matériau est injecté à l'état liquide puis durci pour le rendre solide. Mais aujourd'hui, il existe une excellente alternative au moulage par injection de silicone liquide, et c'est l'impression 3D de matériaux flexibles comme le TPE et le TPU. N'étant plus des matériaux spéciaux, le TPE et le TPU peuvent désormais être imprimés en 3D sur des imprimantes FDM à faible coût.

Cet article examine les bases des pièces en élastomère :leurs propriétés, leurs applications et si vous devez opter pour le moulage par injection ou l'impression 3D.

Qu'est-ce qu'un élastomère ?

Un élastomère est défini comme un polymère avec un module d'Young faible , une contrainte de rupture élevée , et viscoélasticité — une combinaison de viscosité et d'élasticité. Parfois simplement appelés caoutchoucs , les élastomères sont en fait une catégorie plus large qui comprend les matériaux non vulcanisés.

En termes simples, les élastomères (polymères élastiques) sont des matériaux qui sont, à des degrés divers, élastiques, extensibles, flexibles ou déformables à température ambiante. Cela est dû à leurs faibles liaisons intermoléculaires . Tout cela rend les élastomères incroyablement utiles. Puisqu'ils peuvent être pliés et étirés sans se casser, ils sont utilisés dans de nombreuses applications où un matériau plus rigide échouerait dans son objectif.

Les élastomères peuvent être soit thermodurcissables (ne fond pas lorsqu'il est chauffé) ou thermoplastiques (fondent lorsqu'ils sont chauffés), et certains des élastomères les plus courants incluent :

• Caoutchouc naturel
• Caoutchouc butadiène
• Caoutchouc styrène-butadiène
• Monomère éthylène-propylène

Cependant, comme cet article se concentre sur le prototypage et deux processus de fabrication en particulier, nous accorderons une plus grande attention au silicone , élastomère thermoplastique (TPE) et polyuréthane thermoplastique (TPU). Le silicone est un thermodurcissable, tandis que le TPE et le TPU sont tous deux des thermopolymères et peuvent donc être extrudés par une imprimante 3D.

Exemples de pièces en élastomère

Les élastomères sont incroyablement courants et peuvent être trouvés dans de simples objets du quotidien et des assemblages industriels complexes. Nous examinons ici diverses pièces en élastomère classées par industrie, ainsi que quelques applications spécifiques aux matériaux.

1. Automobile

Pour les pneus et bien plus encore, les élastomères sont essentiels à la production de nombreux composants automobiles.

• Pneus
• Équipement d'amortissement des vibrations
• Essuie-glaces
• Composants de suspension
• Joints et garnitures

2. Industriel

Les élastomères sont largement utilisés dans l'industrie, notamment pour les joints et garnitures d'assemblages étanches à l'eau et à l'air.

• Joints et garnitures
• Isolation électrique
• Bandes transporteuses
• Courroies d'entraînement
• Tuyaux et tubes

3. Pétrole et gaz

Les élastomères, en particulier les synthétiques, se trouvent dans l'industrie pétrolière et gazière, où ils servent souvent à prévenir les fuites d'huile.

• Joints hydrauliques
• Lave-tuyaux
• Gobelets Packer
• Tuyaux

4. Biens de consommation

Un grand nombre de produits de consommation sont fabriqués à partir d'élastomères, des ballons de football aux gommes à crayons.

• Chaussures, y compris les semelles extérieures
• Imperméables
• Éponges
• Gommes à crayons
• Articles de sport, y compris ballons
• Conteneurs alimentaires

Exemples spécifiques aux matériaux

Étant donné que cet article se concentre sur le caoutchouc de silicone liquide moulable par injection et les filaments TPE et TPU imprimables en 3D, voici quelques utilisations courantes de ces trois matériaux :

• Silicone  :équipements médicaux biologiquement compatibles, prothèses, dispositifs de sécurité alimentaire tels que bacs à glaçons, joints et joints, composants surmoulés
• TPE  : Joints d'étanchéité, revêtements de bouchons de bouteilles, chenilles de motoneige, composants médicaux, y compris cathéters, poignées d'outils, bagues de suspension, composants surmoulés
• TPU  :boîtiers électroniques, roulettes, composants médicaux, courroies d'entraînement, chaussures, articles gonflables, gaines métalliques et tubes

Élastomères de moulage par injection

Il existe de nombreuses façons de fabriquer des pièces en élastomère, mais l'une des plus fiables, surtout en grande quantité, est le moulage par injection.

Le moulage par injection est le processus de fabrication de pièces en plastique par injection , sous pression, un matériau liquide dans un moule en métal , généralement en acier ou en aluminium. Au cours du processus, la machine de moulage par injection introduit la matière première dans le moule, dont la géométrie est une impression négative de la pièce finale et qui se compose généralement de deux sections avec une cavité entre elles.

Le moulage par injection est compatible avec les élastomères thermodurcissables comme le silicone liquide , et c'est un excellent moyen de fabriquer en grande quantité des pièces souples, résistantes aux chocs et à la température. Avant le moulage, une solution de silicone en deux parties est mélangée, dont une moitié contient un catalyseur au platine qui permet au silicone de durcir en un solide.

Le silicone liquide de moulage par injection peut produire des pièces telles que des joints, des équipements médicaux, des équipements de cuisine, des sections surmoulées d'assemblages multi-matériaux, etc.

Avantages

Le moulage par injection de silicone présente plusieurs avantages, notamment une production rapide de gros volumes, un niveau de détail élevé, de bonnes propriétés matérielles et un faible coût par pièce pour certaines quantités moyennes à élevées.

Inconvénients

Les limites du moulage par injection de silicone liquide comprennent les coûts élevés de l'outillage métallique et les restrictions géométriques inhérentes au processus de moulage, notamment les parois minces et les coins arrondis.

Élastomères d'impression 3D

Une alternative au moulage par injection de silicone liquide est l'impression 3D de filaments flexibles comme le TPE et le TPU. Bien que ces matériaux puissent également être moulés par injection, l'impression 3D offre une alternative plus radicale qui peut convenir à différents types de projets, y compris des prototypes uniques.

L'un des plus grands avantages des élastomères d'impression 3D comme le TPE et le TPU est que ces matériaux sont des thermoplastiques et peut donc être transformé en filament d'impression 3D FDM adapté à la fusion et à l'extrusion. Le FDM est la forme d'impression 3D la moins chère, à la fois en termes de coûts de machine et d'exploitation, ce qui signifie que des pièces en élastomère de haute qualité peuvent être fabriquées par n'importe qui.

Les filaments TPE et TPU ont tous deux leur utilité. Le TPU est un matériau plus dur, plus dense et plus rigide que le TPE, avec une meilleure résistance à l'abrasion et moins de risque de rétrécissement. Cependant, il est moins flexible que le TPE, qui peut être utilisé pour fabriquer des pièces aussi flexibles que des élastiques.

Bien qu'il faille faire attention lors de l'impression 3D d'élastomères, en particulier de TPE (les vitesses d'impression doivent être lentes et les extrudeuses à entraînement direct fonctionnent mieux que Bowdens), pratiquement toutes les imprimantes FDM peuvent traiter ces matériaux.

Les pièces courantes en élastomère imprimées en 3D comprennent les semelles intercalaires et les appareils électroniques portables en TPU, ainsi que les poignées, les tuyaux et les coques de smartphone en TPE.

Avantages

Les avantages des filaments flexibles d'impression 3D incluent des coûts très bas même pour de petites quantités, aucun coût d'outillage et des géométries presque illimitées (internes et externes). Cela rend le processus parfaitement adapté au prototypage d'élastomères.

Inconvénients

Les limites de l'impression 3D de pièces en élastomère à partir de TPE et de TPU incluent la précision et le niveau de détail (par rapport au moulage par injection), la vitesse de production et l'évolutivité, car il n'y a pas d'économie d'échelle en termes de coûts ou de gain de temps.

Conclusion

Le moulage par injection de silicone liquide et l'impression 3D FDM sont deux excellents moyens de produire des pièces en élastomère. Le moulage par injection est le précurseur en matière de qualité et d'évolutivité des pièces, mais l'impression 3D est une option pratique et abordable pour les prototypes, en particulier les pièces uniques.

Lors de la fabrication de pièces ou de prototypes en élastomère, vous devez tenir compte de facteurs tels que le budget, le nombre d'unités, les propriétés des matériaux requis et les besoins de production futurs avant de décider de votre prochain plan d'action - une décision à laquelle 3ERP peut vous aider.

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