Guide professionnel : Impression 3D de moules durables pour injection

Le moulage par injection est le procédé le plus utilisé au monde pour fabriquer des pièces plastiques. Grâce à des moules métalliques durables, il permet de produire des centaines de milliers d'unités en un temps record.

Et le moulage n'est pas cher. Du moins, l'injection d'une dose de matière dans le moune ne l'est pas : le processus est ultra-rapide, et les granulés sont une forme de plastique peu coûteuse. Mais les moules eux-mêmes sont onéreux, la plupart étant réalisés en métaux de haute qualité et usinés manuellement ou par CNC.

Pour du prototypage et de la fabrication en petites séries, un moule professionnel peut largement dépasser le budget d'une entreprise. Et même les moules en aluminium les plus abordables — réalisés par outillage rapide — restent trop chers pour certains projets.

Une solution pour obtenir des pièces injectées à très faible coût consiste simplement à imprimer les moules en 3D. Ces moules en plastique ne dureront pas longtemps et ne peuvent certainement pas servir à de la production de masse, mais ils conviennent parfaitement pour certains prototypes rapides.

Cet article examine comment et pourquoi utiliser l'impression 3D pour fabriquer des moules en plastique destinés au moulage par injection.

Pourquoi utiliser l'impression 3D pour les moules ?

L'impression 3D n'est pas largement utilisée comme outil de fabrication de moules. Elle sert principalement au prototypage rapide et à la production en petites séries de pièces sur mesure.

Cependant, pour de l'injection moulée avec un budget serré, l'impression 3D offre quelques possibilités. La fabrication additive est très peu coûteuse, avec des frais de mise en route minimes, et permet de créer une pièce unique comme un moule.

Les moules imprimés en 3D sont bien moins solides et durables que les moules métalliques usinés les plus fragiles, mais ils suffisent pour certains prototypes réalisés avec certains matériaux.

Dans la grande majorité des cas, 3ERP recommande l'usinage CNC pour la création de moules d'injection.

Quels secteurs utilisent l'impression 3D pour les moules ?

Certains secteurs y ont recours assez régulièrement, bien que rarement pour le moulage par injection.

Les joailliers, par exemple, utilisent souvent des imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA) pour assister le processus de moulage à la cire perdue. Après avoir imprimé un modèle 3D d'un bijou, le joaillier l'utilise comme modèle positif pour créer un moule. Le modèle imprimé est ensuite brûlé, ne laissant que le moule, qui servira à réaliser le bijou en métal.

L'industrie dentaire utilise les imprimantes 3D de manière similaire. Les professionnels peuvent générer un modèle 3D de la dentition d'un patient, puis créer un modèle inverse par impression 3D. Ce modèle imprimé fonctionne alors comme un moule, utilisé pour fabriquer des aligneurs et gouttières dentaires sur mesure en matériaux souples et biocompatibles.

Quelle imprimante 3D choisir pour faire des moules ?

Les imprimantes 3D FDM — les plus courantes sur bureau — ne sont pas particulièrement adaptées à la fabrication de moules. Les pièces FDM présentent généralement une surface rugueuse avec des lignes de couches visibles.

Les technologies de fabrication additive mieux adaptées incluent l'impression 3D par jet de matière (material jetting) et la stéréolithographie (SLA).

Ces deux technologies offrent un haut niveau de détail et de précision, ainsi qu'une bonne finition de surface facilitant l'écoulement fluide de la matière pendant l'injection.

Matériaux imprimables en 3D pour les moules

Plusieurs plastiques imprimables en 3D peuvent servir à fabriquer des moules pour injection. Cependant, un matériau doit avoir une résistance thermique suffisante pour conserver sa forme alors que du plastique fondu y est injecté.

Plus la température de fusion du plastique injecté est élevée, plus la température de fléchissement sous charge du moule doit être haute.

Pour le jet de matière, un matériau largement utilisé est le Stratasys Digital ABS, avec une température de fléchissement sous charge allant jusqu'à 95°C. Stratasys le décrit comme « idéal pour le prototypage rapide de pièces à clips pour usage à haute ou basse température, conceptions fonctionnelles avec polyvalence multi-matériaux et flexibilité, moules, outillages de fabrication, pièces électriques, etc. »

Pour la SLA, un matériau courant est la Formlabs High Temperature Resin. Formlabs indique : « Les résines Clear et High Temp peuvent toutes deux imprimer de petits moules fonctionnels, la High Temp offrant une compatibilité avec une plus large gamme de températures de fusion des thermoplastiques… La rigidité relativement élevée de la résine High Temp empêche le moule de se déformer lors du démoulage. »

Concevoir un moule imprimé en 3D

Lors de la conception d'un moule imprimé en 3D, deux aspects sont essentiels : la qualité de l'impression et le bon fonctionnement du moule lors de l'injection de plastique fondu.

Pour une impression réussie :

• Garder les structures de support à l'extérieur du moule, loin de la cavité. Cela évite que les imperfections dues au retrait des supports n'apparaissent sur les pièces moulées.
• Imprimer à la plus haute résolution avec les plus faibles hauteurs de couche pour réduire l'effet d'escalier sur les surfaces courbes.
• Intégrer des évents d'air pour réduire les risques d'air piégé et de bulles.

Pour un moulage efficace :

• Maintenir des parois fines d'épaisseur constante.
• Ajouter des angles de dépouille pour faciliter l'éjection de la pièce.
• Intégrer des rayons ; pas d'arêtes vives ni d'angles saillants.

Pour plus de conseils, consultez nos recommandations de conception pour la stéréolithographie, puis notre guide sur la conception de pièces pour le moulage par injection.

Moule avec ou sans cadre ?

Un bon moyen de prolonger la durée de vie d'un moule imprimé en 3D est d'utiliser un cadre en aluminium. Le moule imprimé est inséré dans ce cadre métallique, qui protège le moule en plastique plus fragile de la pression et de la chaleur générées par la buse de la presse à injecter.

Comme le moule est maintenu fermement dans le cadre en aluminium, il est aussi protégé du gauchissement après injections répétées. De plus, le cadre contient un canal reliant la buse d'injection à l'entrée du moule imprimé, éliminant tout contact direct entre la buse et le moule.

Les cadres en aluminium sont bien plus durables que les moules imprimés qu'ils contiennent. Un même cadre peut ainsi servir pour plusieurs moules différents, qui pourront chacun produire plusieurs pièces moulées.

Il est possible d'utiliser un moule imprimé sans cadre, mais cela demande plus de matière d'impression et laisse les moules plus vulnérables au gauchissement.

Méthodes alternatives

Le moulage par injection avec moules imprimés en 3D peut convenir aux entreprises disposant d'une imprimante SLA ou à jet de matière.

Cependant, de petites séries de pièces plastiques moulées peuvent aussi être réalisées par moulage sous vide. Ce procédé utilise des moules en silicone peu coûteux pour fabriquer rapidement des prototypes plastiques. Comme les moules imprimés en 3D, les moules en silicone ont une durée de vie limitée.

Le moulage sous vide peut être préférable, car il produit des pièces moulées avec une finition de surface extrêmement lisse.

3ERP est un fournisseur expérimenté de services de fabrication : impression 3D, moulage par injection, usinage CNC et moulage sous vide. Contactez-nous pour un devis gratuit.