Conseils de conception de moulage en polyuréthane

Le service de moulage de polyuréthane de 3ERP vous permet de fabriquer de petits lots de pièces en plastique à un coût bien inférieur à celui du moulage par injection. Ces prototypes de haute qualité ont une excellente finition de surface et peuvent ouvrir la voie à des pièces moulées produites en série.

Cependant, de nombreux concepteurs de produits ne sont pas familiers avec le moulage de polyuréthane, qui nécessite un ensemble unique de considérations de conception - à la fois pour la réalisation du modèle maître et pour les moulages en plastique eux-mêmes. La conception de pièces moulées en polyuréthane n'est pas la même chose que la conception de pièces moulées par injection. Les concepteurs doivent donc se familiariser avec le processus avant de se lancer dans leurs conceptions CAO.

Cet article fournit des informations sur comment concevoir des moulages en polyuréthane . Il fournit des conseils pour la conception des fonctionnalités, examine les tolérances typiques de moulage de polyuréthane et note les différences entre la conception de moulage de polyuréthane et la conception de moulage par injection.

Qu'est-ce que la coulée de polyuréthane ?

Autrement connu sous le nom de coulée sous vide, la coulée de polyuréthane est un prototypage et fabrication à faible volume technique adaptée à la création de lots jusqu'à 25 unités. C'est la même chose que la coulée d'uréthane, un terme alternatif pour le processus.

Le processus de coulée de polyuréthane comprend trois étapes principales :la fabrication du maître, la fabrication du moule en silicone et la fabrication des moulages.

1. Maître :À l'aide d'un processus comme l'usinage CNC ou l'impression 3D SLA, le concepteur crée un modèle maître positif des pièces. Alternativement, une pièce préexistante, constituée de pratiquement n'importe quel matériau solide pouvant supporter des températures de 40 °C (pour l'étape de durcissement du silicone), peut être utilisée comme modèle.
2. Moule :Une boîte de coulée est remplie à moitié de silicone liquide avec le motif au centre. Le silicone est durci à feu doux dans un four pendant 16 heures jusqu'à ce qu'il devienne solide, ce qui rend la première moitié du moule. Ensuite, le reste de la boîte de coulée est rempli de silicone liquide, qui est durci pour fabriquer la seconde moitié du moule. Les moitiés de moule sont retirées et le motif est mis de côté pour une utilisation future.
3. Distribution :Les moules souples en silicone sont remplis d'une résine de coulée polyuréthane, qui se solidifie à l'intérieur du moule et prend une forme solide identique au master d'origine. Le moule en silicone peut être utilisé environ 25 fois avant de devoir être remplacé.

Le moulage en polyuréthane est une technique de fabrication précieuse car les moules en silicone sont incroyablement peu coûteux à faire par rapport à l'outillage métallique. Ils ne durent qu'environ 25 castings , mais cela est généralement suffisant pour le prototypage de petites pièces en plastique.

Bien que la coulée de résines de polyuréthane ne conduise pas à des pièces fonctionnelles solides, elle possède des atouts uniques, tels que la production d'une excellente finition de surface, permettant une gamme de couleurs et de transparences, et étant très économique en faibles volumes.

Création du patron maître

La première chose qu'un concepteur de produit doit prendre en compte lors de la conception d'un moulage en polyuréthane est le modèle principal. Les techniques courantes utilisées pour créer des modèles de moulage comprennent l'impression 3D (SLA, PolyJet, etc.) et l'usinage CNC. Les techniques traditionnelles de création de patrons comme la sculpture manuelle peuvent également être utilisées, bien que cela coûte plus cher.

Lors de l'utilisation d'un processus de fabrication numérique comme l'impression 3D ou l'usinage CNC, les concepteurs doivent effectivement tenir compte des contraintes de conception de deux processus distincts à la fois :le processus de création de patrons et le moulage, bien que cet article se concentre principalement sur les conseils de conception qui conduisent à un moulage efficace (plutôt qu'à une impression 3D ou à un usinage CNC efficaces).

Les avantages de l'impression 3D de patrons en polyuréthane sont :

• Niveau supérieur de liberté géométrique
• Plus rapide à réaliser que l'usinage CNC

Les avantages des modèles maîtres d'usinage CNC sont :

• Tolérances plus strictes que l'impression 3D
• Moins de finition de surface nécessaire
• Durée de vie plus longue que les motifs imprimés en 3D

Tolérances et dimensions

Lors de la conception de pièces moulées en polyuréthane, les concepteurs doivent être conscients des tolérances standard et des dimensions minimales/maximales, qui ne sont pas les mêmes que celles du moulage par injection.

Cependant, lors de l'utilisation de la coulée de polyuréthane comme prototypage technique pour les futures pièces moulées par injection, il pourrait être judicieux de créer une conception qui peut également être moulée par injection (en incorporant des angles de dépouille, etc.).

• Tolérance :3ERP peut réaliser des pièces en polyuréthane avec une précision de ± 0,3% , avec une limite inférieure de ± 0,3 mm sur des dimensions inférieures à 100 mm.
• Rétrécissement :Les pièces épaisses sont plus sensibles au rétrécissement, qui se produit en raison des changements de température pendant le processus de moulage. Les concepteurs doivent prévoir un taux de retrait d'environ +0,15 % .
• Taille de la pièce :Les pièces moulées en polyuréthane peuvent avoir des dimensions allant jusqu'à 1900 x 900 x 750 mm et un volume maximum de 10 litres.

Épaisseur de paroi

L'épaisseur de paroi minimale du moulage en polyuréthane est de 0,75 mm - suffisant pour un remplissage correct du moule, bien que 1,5+ mm conduira aux meilleurs résultats. Si des parois plus fines que 0,75 mm sont nécessaires, contactez-nous pour discuter de votre conception.

Comme pour le moulage par injection, une épaisseur de paroi constante donne de meilleurs résultats, car elle diminue les changements de déformation induite par la température. Cependant, une épaisseur de paroi variée est moins dommageable qu'avec le moulage par injection.

Brouillon

L'un des avantages de la coulée de polyuréthane est la flexibilité de ses moules en silicone. Parce que les moules sont flexibles, les pièces finies en polyuréthane peuvent être facilement retirées du moule sans éjecteurs. Cela signifie également que le tirage (côtés effilés qui permettent une éjection facile) n'est pas nécessaire comme c'est le cas avec le moulage par injection.

Cela étant dit, un petit angle de dépouille de jusqu'à 5 ° peut prolonger légèrement la durée de vie du moule en silicone, l'ébauche peut donc être avantageuse lors de la réalisation de séries moyennes sur des pièces ne nécessitant pas de côtés parfaitement droits. Cela rend également la conception du moulage en polyuréthane plus adaptable au moulage par injection (pour augmenter la production).

Rayons

Lors de la conception de pièces en polyuréthane, les coins intérieurs pointus doivent être évités afin de maximiser la résistance et la stabilité de la pièce. Nous recommandons d'ajouter des congés aux coins intérieurs avec un rayon de 3 mm .

Notez que l'utilisation de l'usinage CNC pour créer le modèle principal est idéale pour ajouter des congés aux pièces moulées en polyuréthane, car les outils de coupe CNC avoir une forme cylindrique et créer des coins internes arrondis naturels lors de la découpe d'une poche.

Côtes

Pour ajouter de la rigidité aux pièces moulées en polyuréthane sans augmenter l'épaisseur de paroi, les concepteurs peuvent incorporer des nervures, qui augmentent le moment d'inertie. En règle générale, il est préférable d'utiliser plusieurs nervures courtes plutôt qu'une seule nervure haute, et il est important d'orienter correctement les nervures par rapport à l'endroit où la pièce pourrait potentiellement se plier.

Les nervures doivent avoir de grands rayons d'angle et une épaisseur inférieure à 60 % de l'épaisseur de la paroi pour éviter les rétrécissements et les retassures. La hauteur de chaque nervure doit être inférieure à 3x son épaisseur pour éviter la casse.

Boss

Les pièces en polyuréthane coulé peuvent avoir des bossages - de petites protubérances qui accueillent des fixations ou des inserts filetés. Ces bossages peuvent être soutenus par des goussets ou des nervures de raccordement.

Pour éviter les retassures, l'épaisseur de paroi d'un bossage doit être inférieure à 60 % de l'épaisseur de paroi de la pièce (comme pour les nervures). Le rayon de base du bossage doit être d'au moins 25 % de l'épaisseur de paroi de la pièce.

Filetages et trous

Le moulage en polyuréthane peut accueillir des trous traversants et des filetages, et ceux-ci sont mieux réalisés avec l'utilisation d'inserts plutôt que d'être ajoutés au modèle principal. Cependant, ces fonctionnalités complexes peuvent augmenter le coût du projet et peuvent ne pas être nécessaires pour les prototypes.

Pour les trous débouchants, goujons peut être placé dans le moule en silicone. Pour les filetages, il est préférable d'incorporer des inserts filetés métalliques par moulage par insertion.

Articulations

Le moulage en polyuréthane peut être utilisé pour fabriquer des pièces multi-composants avec des joints à rainure et languette. Un petit écart de révélation doit être incorporé dans le joint entre les composants.

Caractéristiques de surface

Des caractéristiques de surface telles que du texte et des logos peuvent être incorporées dans des pièces moulées en polyuréthane. En général, ces caractéristiques - en particulier sous forme encastrée (gravée) - sont beaucoup plus faciles à ajouter à l'aide de modèles maîtres usinés CNC qu'avec ceux imprimés en 3D.

Pour de meilleurs résultats, les lettres et les chiffres doivent être espacés d'au moins 1,3 mm à part.