Maîtriser le moulage par injection ABS :excellence des matériaux, des processus et de la conception

L'ABS est l'un des thermoplastiques les plus couramment utilisés dans la fabrication, offrant un bon équilibre entre ténacité, résistance aux chocs et prix abordable. Bien que l'ABS puisse être traité de plusieurs manières, y compris l'impression 3D par extrusion, le moulage par injection plastique de l'ABS est un processus de fabrication incontournable en raison du point de fusion relativement bas et des bonnes caractéristiques d'écoulement du plastique.

Les pièces ABS moulées par injection peuvent être trouvées partout. Les tableaux de bord automobiles, les boîtiers d’appareils électroménagers et même les briques LEGO ne sont que quelques-uns des objets du quotidien fabriqués par moulage par injection ABS, bénéficiant des propriétés mécaniques souhaitables de ce matériau à faible coût. D'autres applications peuvent être trouvées dans un large éventail d'industries, des soins de santé à la construction.

Cet article passe en revue les bases du moulage par injection ABS, en examinant les paramètres du processus, les options de matériaux et de charges, les techniques de finition de surface, etc., en s'appuyant sur nos années d'expérience dans la fourniture de services de moulage par injection à des clients satisfaits.

Qu'est-ce que l'ABS ?

L'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), commercialisé pour la première fois en 1954 par Borg-Warner Corporation, est un polymère thermoplastique courant connu pour sa résistance aux chocs, sa ténacité et sa rigidité. Il est fabriqué en polymérisant du styrène et de l'acrylonitrile en présence de polybutadiène.

Les trois composants de l'ABS contribuent à différentes propriétés matérielles :

• A Le crylonitrilége confère au matériau un niveau de résistance chimique et de stabilité thermique.
• B L'utadiène crée de la ténacité et une résistance aux chocs.
• S le tyrène apporte rigidité et brillance.

Dans l’ensemble, le matériau est relativement solide, durable et léger. Et comme il s’agit d’un thermoplastique, il peut être fondu puis refondu encore et encore sans dégradation significative. Cela le rend adapté au moulage par injection et à d'autres processus tels que le moulage par soufflage, l'impression 3D et l'extrusion de matériaux.

Pour le moulage par injection, l’ABS est fourni sous forme de granulés de plastique. Ce sont de petits granulés uniformes fabriqués en extrudant le matériau en longs brins, puis en le coupant en morceaux plus petits. Les granulés d'ABS ne coûtent que quelques dollars par kilogramme, soit bien moins que d'autres formes de matériaux comme les filaments pour l'impression 3D, et peuvent être facilement déposés dans la trémie de la machine de moulage par injection pour être fondus.

Le processus de moulage par injection ABS

Le moulage par injection ABS est un procédé de fabrication rapide et économique permettant de fabriquer des pièces en plastique en grande quantité. Étant donné que les machines de moulage par injection sont des équipements volumineux et coûteux, le processus est généralement effectué par un fabricant dédié.

Le processus commence par l'acquisition de pellets ABS, qui sont introduits dans la trémie de la presse à injecter. Une vis réciproque force les pastilles de résine thermoplastique dans un fût chauffé, où elles sont fondues à une température d'environ 180 à 240 °C. L'ABS fondu est ensuite injecté sous pression dans la cavité du moule, donnant sa forme au matériau.

L'ABS fondu refroidit et se solidifie dans le moule. Étant donné que le plastique possède de bonnes propriétés d'écoulement, il peut généralement obtenir des détails fins sans problème. Cela rend le moulage par injection ABS parfaitement adapté à la production de pièces complexes nécessitant des géométries précises et des textures de surface détaillées. Après solidification, le moule est ouvert et la pièce éjectée à l'aide d'éjecteurs. En fonction de la taille du moule et d'autres facteurs, les durées globales du cycle de moulage par injection peuvent aller d'environ 10 secondes à deux minutes.

Avantages et inconvénients du moulage par injection ABS

L'ABS est un thermoplastique populaire pour le moulage par injection, car il est assez facile à travailler et offre de bonnes propriétés mécaniques. Les seuls inconvénients notables du moulage par injection ABS concernent le matériau lui-même, et non la combinaison du matériau et du processus.

Avantages

• Bonnes propriétés de fluidité
• Bonnes propriétés mécaniques telles que la résistance et la ténacité
• Des détails fins sont possibles car le matériau peut facilement remplir les coins de la cavité du moule
• Matériau à faible coût
• Ne nécessite pas de températures particulièrement élevées
• Facile à post-traiter

Inconvénients

• Résistance à la chaleur assez faible
• Résistance aux UV assez faible

Paramètres de moulage par injection ABS

Comparés à d'autres thermoplastiques, les paramètres de moulage par injection de l'ABS se situent dans la moyenne, avec des températures et des pressions modérées, ce qui rend le matériau plus facile à traiter que des matériaux comme le polycarbonate (PC) ou les nylons renforcés. Cependant, les paramètres peuvent varier en fonction de la qualité ABS, de la géométrie de la pièce et d'autres facteurs.

En ce qui concerne la température de moulage par injection de l'ABS, notez que la température de fusion réelle de l'ABS sera légèrement supérieure à la température du cylindre. La température de fusion peut être mesurée avec un pyromètre.

• Température du fût :180-240 °C, l'ABS à usage général nécessitant généralement des températures légèrement inférieures (180-230 °C) que l'ABS résistant à la chaleur (190-240 °C). Les qualités ignifuges peuvent nécessiter une température légèrement inférieure. La température sera la plus élevée à l'avant et la plus basse à l'arrière du canon.
• Température du moule :50–80 °C, établissant un équilibre entre les températures plus élevées requises pour une bonne finition de surface et les températures plus basses qui peuvent produire des temps de cycle plus rapides. Le contrôle de la température du moule est un bon moyen de produire des pièces de la manière souhaitée.
• Pression d'injection  :10 000 à 20 000 psi, avec des pressions plus élevées requises pour les qualités ou les pièces résistantes à la chaleur avec des parois minces et des caractéristiques fines.
• Taux d'injection :Lent à modéré.
• Contrôle de l'humidité :Les pellets ABS sont hygroscopiques et doivent être stockés dans un endroit sec. Pour éviter tout problème lors du moulage, les pellets peuvent être séchés pendant plusieurs heures à une température d'environ 80 °C.

Matériaux ABS pour le moulage par injection

L'ABS est disponible dans une gamme de qualités et de variétés pour le moulage par injection, avec différentes structures moléculaires et additifs adaptés à différentes applications. Dans certains cas, de l'ABS recyclé peut être utilisé.

• ABS à usage général offre un équilibre entre ténacité, rigidité et facilité de traitement.
• ABS à fort impact contient du caoutchouc butadiène supplémentaire, offrant une meilleure résistance aux chocs pour les pièces soumises à des niveaux de contrainte élevés.
• ABS haute température contient davantage d'acrylonitrile, améliorant la stabilité thermique, ce qui le rend utile dans des industries comme l'automobile.
• ABS ignifuge utilise des additifs pour réduire l'inflammabilité et est souvent utilisé dans les appareils électriques.
• ABS transparent est conçu pour offrir un niveau plus élevé de transparence pour une utilisation dans des domaines tels que les soins de santé.
• Placage métallique ABS est une qualité modifiée conçue pour bien adhérer aux revêtements métalliques, utile pour des articles tels que les pommes de douche.
• ABS de qualité médicale offre une biocompatibilité et peut être stérilisé ; ces documents peuvent être approuvés par des agences telles que la Food and Drug Administration des États-Unis.
• ABS recyclé est fabriqué principalement à partir d'ABS recyclé et présente souvent des performances comparables à celles de l'ABS vierge.

Certains des principaux producteurs de produits chimiques de granulés de moulage par injection ABS incluent LG Chem, SABIC et la société RTP.

Certaines pastilles ABS sont mélangées à des agents de renforcement. Ceux-ci peuvent inclure des fibres de verre , qui ajoutent de la rigidité et de la stabilité dimensionnelle, et des minéraux  comme le carbonate de calcium, qui ajoutent de la rigidité et de la résistance à la chaleur. Des qualités ABS ignifuges peuvent être fabriquées avec l'ajout de composés halogénés , des produits chimiques à base de phosphore ou des composés inorganiques comme l'hydroxyde d'aluminium.

Les mélanges ABS courants incluent le PC/ABS , qui présente un niveau de résistance à la chaleur plus élevé que l'ABS pur, et le PVC/ABS , qui offre une résistance chimique améliorée. ABS/Nylon  les mélanges peuvent offrir une plus grande résistance à l'usure que l'ABS pur.

Les pellets ABS peuvent également être mélangés avec des pigments thermostables  pendant le moulage pour produire des lots de pièces de couleur uniforme. Les concentrés Masterbatch produisent de meilleurs résultats que les pigments secs, bien que les deux puissent être utilisés.

Matériaux de moule pour ABS

Les moules d'injection destinés à la production d'ABS en grand volume sont généralement fabriqués à partir d'aciers à outils trempés tels que P20, H13 ou S7. Les tirages plus courts conviennent aux moules en aluminium à faible coût, bien qu'ils s'usent plus rapidement que ceux en acier. En raison des bonnes propriétés d'écoulement de l'ABS, les moules peuvent être relativement complexes et contenir des caractéristiques fines, permettant la production de pièces complexes avec une précision dimensionnelle constante.

Finition de surface pour moulures ABS

Après l'éjection, les moulages ABS peuvent être améliorés avec des étapes de post-traitement, en commençant par le découpage et l'ébavurage pour éliminer l'excès de matériau avant de passer aux traitements de finition pour améliorer la qualité de finition de surface des pièces.

Différentes méthodes de finition de surface peuvent être utilisées pour obtenir la rugosité de surface souhaitée des pièces ABS, avec un polissoir diamanté idéal pour le brillant et un sablage à sec préféré pour les textures rugueuses. Pour les lots de pièces de grande ou moyenne taille, l'ajout de texture au moule métallique est généralement plus rentable que le post-traitement des moulages en plastique individuels, car cette opération ne doit être effectuée qu'une seule fois.

Processus Fonction Compatibilité ABS Ponçage et polissageLisse les surfaces et élimine les marquesFacile à réaliserLissage à la vapeurCrée une finition brillante et scelléeAcétone ou MEKPeinture et revêtementAjoute de la couleur et peut ajouter des propriétés protectricesAdhère bien à la surfaceGalvanoplastieDécoratif ou fonctionnelNécessite un pré-revêtementTampographieAjouter des logos ou du texteBonne adhérence de l'encre

Guide de conception de moulage par injection ABS

Les ingénieurs développant des conceptions de pièces pour le moulage par injection ABS doivent prendre en compte les limites du processus de moulage par injection et, dans une moindre mesure, les capacités spécifiques du plastique ABS dans le contexte du processus de moulage. Les principes de conception pour la fabrication (DFM) pour l'ABS moulé incluent des contraintes d'épaisseur de paroi et des angles de dépouille.

Règles de conception

Épaisseur de paroi

1,1 à 3,5 mm

Toutes les pièces moulées par injection ont une plage d’épaisseurs de paroi recommandée. Trop fin et le moule sera difficile à remplir et la pièce trop fragile; trop épais et le matériau peut refroidir à un rythme inégal dans toute la cavité du moule. L'ABS nécessite des parois légèrement plus épaisses que d'autres plastiques comme le polyester, l'acétal et l'acrylique, mais moins épaisses que le polyuréthane.

Angle de dépouille

0,5–1°

Un angle de dépouille est incorporé dans les conceptions de moulage par injection afin que les pièces puissent être facilement éjectées du moule. La dépouille étant essentielle pour toutes les pièces moulées en plastique, l'angle recommandé ici n'est pas spécifique à l'ABS. L'exception concerne les pièces avec des surfaces texturées ; étant donné que ceux-ci introduisent une plus grande friction avec l'intérieur du moule, un angle de dépouille de 2 à 3° est recommandé.

Rayons

0,5 à 1 mm ou 1/2 épaisseur de paroi

Les angles vifs ne sont pas recommandés pour les pièces moulées par injection car ils peuvent provoquer des problèmes de contrainte et d'écoulement, et l'ABS est particulièrement sensible en raison de sa nature fragile. Au lieu de cela, un coin interne et externe arrondi facilite un moulage et une éjection efficaces. Le rayon minimum doit être d'environ un quart de l'épaisseur de la paroi, bien qu'augmenter cette valeur à la moitié de l'épaisseur de la paroi offrira une résistance supérieure.

Côtes

Hauteur des nervures jusqu'à 3x l'épaisseur de paroi ; épaisseur de nervure 1/2 épaisseur de paroi

Les nervures sont de fines sections surélevées perpendiculaires à la paroi d'une moulure. Ils sont utilisés pour augmenter la résistance sans avoir à rendre les murs plus épais, ce qui nécessite généralement plus de matériau et peut entraîner des problèmes distincts.

Boss

Épaisseur de base 1/2 épaisseur de paroi

Les bossages sont des éléments cylindriques surélevés dans lesquels une fixation telle qu'une vis peut être placée sans endommager la pièce. Pour les pièces en ABS, l'épaisseur maximale de la base du bossage ne doit pas dépasser environ la moitié de l'épaisseur de la paroi de la pièce.

Tolérance

0,1 à 0,3 mm

Pour la plupart des moulures ABS, les tolérances ne doivent pas être inférieures à environ 0,1 mm. Toutefois, pour des pièces très petites ou précises, il peut être possible de spécifier une tolérance de 0,05 mm. En général, il est de bonne pratique de n'indiquer des tolérances serrées que lorsque cela est strictement nécessaire (pour les pièces imbriquées, par exemple) afin d'éviter des coûts de fabrication de moules excessifs.

Portes

Les portes permettent au matériau de pénétrer dans la cavité du moule. Comme pour les autres plastiques, il est préférable de placer les seuils sur les sections épaisses de la pièce. Les portes de bord, les portes à broches et les portes sous-marines sont courantes.

Aérations

0,02 à 0,05 mm

La ventilation des moules aide à éviter les pièges à gaz, cause de brûlures et de vides. Ceux-ci doivent être assez petits, car l'ABS a de bonnes propriétés d'écoulement et peut facilement s'échapper des trous plus grands.

Fonctionnalités logicielles utiles

De nombreux outils de CAO disposent de fonctionnalités spécifiques au moulage par injection pour faciliter la conception de vos pièces ABS. Ces fonctionnalités peuvent inclure :

• D F Analyse M  :Vérifie l'épaisseur des parois, les angles de dépouille, les contre-dépouilles et l'emplacement des portes pour garantir que la conception proposée est moulable.
• Analyse des processus  :Certains progiciels peuvent offrir des fonctionnalités avancées telles que l'analyse du flux de moule, simulant le comportement de l'ABS fondu dans la cavité du moule proposée, ainsi que d'autres fonctionnalités telles que la prédiction du retrait et l'analyse par éléments finis (FEA).
• Création de moules  :Le logiciel peut permettre à l'utilisateur de générer automatiquement un moule en deux parties basé sur le modèle 3D de la pièce, avec le placement des broches d'éjection et d'autres fonctionnalités.
• Intégration CAM  :Certaines plates-formes s'intègrent à un logiciel de FAO qui contrôle l'équipement de fabrication, bien que cela soit plus pertinent pour les fabricants que pour les concepteurs.

Applications du moulage par injection ABS

En tant que thermoplastique très polyvalent, le moulage par injection ABS est déployé dans un certain nombre d'industries pour fabriquer une large gamme de produits, des jouets aux pièces automobiles et aux matériaux de construction. Les applications typiques incluent les composants automobiles, les boîtiers d'électronique grand public, les appareils de santé et les pièces industrielles. Nous examinons ici quelques exemples de pièces moulées en ABS, triées par secteur.

• Automobile :Les pièces moulées en ABS se retrouvent dans de nombreux véhicules, notamment pour les garnitures intérieures. Les constructeurs automobiles comme Ford et Toyota sont connus pour utiliser l'ABS pour des pièces telles que les panneaux de tableau de bord, les boîtes à gants et les garnitures de porte, où les pièces ne sont pas soumises à une chaleur intense mais nécessitent néanmoins un niveau élevé de solidité et de stabilité dimensionnelle, tandis que BMW a utilisé des mélanges ABS/PC pour les boîtes à gants. Entre 1968 et 1988, Citroën a produit un véhicule utilitaire très inhabituel appelé Méhari, doté d'une carrosserie extérieure en ABS colorée. L'un des avantages du moulage par injection ABS dans l'automobile est la facilité de coloration, de finition et de texturation des pièces, en particulier pour les composants intérieurs esthétiques.
• Électronique grand public :Les entreprises d'électronique déploient souvent le moulage par injection d'ABS pour des boîtiers durables. Par exemple, Dell et HP ont utilisé des mélanges ABS/PC pour les boîtiers d'ordinateurs portables et d'écrans d'ordinateur, combinant résistance aux rayures et tolérance à la chaleur, tandis que Canon et Epson sont connus pour s'appuyer sur l'ABS pour les boîtiers d'imprimantes en raison de sa rigidité. La PlayStation 4 est un autre produit électronique grand public populaire doté d'un boîtier en ABS. (La PlayStation 5 plus récente utilise un mélange d'ABS et de polycarbonate.) Les boîtiers sont adaptés au processus de moulage par injection car ils ont généralement des parois assez fines.
• Biens de consommation :En dehors de l'électronique, de nombreux biens de consommation comme les jouets (y compris les briques LEGO), les équipements sportifs comme les kayaks en plastique et les instruments de musique en plastique comme les flûtes à bec sont fabriqués à partir d'ABS moulé. Les boîtiers pour appareils de cuisine et aspirateurs sont également de bons candidats pour les matériaux ABS. L'entreprise de vide Dyson est connue pour utiliser ce matériau pour certains de ses produits, car la chaleur générée par le vide est bien inférieure à la température de déflexion thermique de l'ABS (environ 80 °C).
• Soins de santé :L'ABS est populaire dans le secteur de la santé pour des pièces telles que les boîtiers médicaux et les systèmes d'administration, car il peut être stérilisé, mais pas par autoclavage, car les températures impliquées sont trop élevées. Philips Healthcare utilise l'ABS pour les boîtiers des appareils de diagnostic, comme on le voit sur l'unité IntraSight. 3M utilise l'ABS pour les inhalateurs et les appareils respiratoires, profitant de la légèreté du matériau. L'ABS moulé peut également être utilisé pour les systèmes d'administration de médicaments.
• Construction :Dans la construction et dans divers domaines industriels, des qualités d'ABS résistantes à la chaleur et ignifuges peuvent être utilisées pour des pièces telles que des plaques murales, des interrupteurs électriques et des boîtiers. Les tuyaux et raccords en ABS sont également courants. En termes d'équipement industriel, Stanley Black &Decker est une entreprise remarquable qui incorpore de l'ABS moulé dans les boîtiers d'outils et d'équipements électriques.

Moulage par injection fiable avec 3ERP

Les ingénieurs et les concepteurs de produits font généralement appel à des sociétés de moulage par injection tierces pour fabriquer des pièces ou des prototypes, compte tenu de la taille et du coût des machines de moulage par injection. Ces entreprises sont également généralement spécialisées dans la fabrication de moules ; Les concepteurs de produits n'ont peut-être pas besoin de connaissances spécialisées en fabrication de moules pour réaliser leurs conceptions 3D.

Les entreprises de moulage par injection exploitent généralement une flotte de machines dont les forces de serrage varient en fonction de la taille du moule requis.

Des entreprises comme 3ERP sont en mesure de réaliser une gamme de projets de moulage par injection ABS, du prototype à la production en série. Notre expertise professionnelle nous permet de gérer le DFM, la fabrication de moules, la production et la finition de surface, garantissant que les produits finaux répondent aux normes de qualité et de précision les plus élevées..

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Questions fréquemment posées (FAQ)

Combien de temps durent les moules à injection pour l'ABS ?

Lors du moulage d'un matériau facilement transformable comme l'ABS, les moules peuvent durer longtemps. Un moule en acier bien fabriqué peut durer des centaines de milliers, voire un million de cycles, tandis qu'un moule en aluminium à faible coût supportera généralement des dizaines de milliers de cycles, ce qui est idéal pour le moulage de petits volumes.

Combien en moyenne pour le moulage par injection ABS ?

Comme pour tous les matériaux de moulage par injection, le coût le plus important du moulage par injection ABS est la fabrication du moule. Les moules simples en aluminium coûtent quelques milliers de dollars, tandis que les moules en acier coûtent généralement plus de 10 000 dollars, voire bien plus pour les moules complexes en plusieurs parties. Cependant, le coût par injection ABS est très faible. Attendez-vous à payer plus par pièce pour les petites séries que pour la production de masse.

Comment calculer le retrait de l'ABS pour le moulage par injection ?

Le retrait du moule ABS est d'environ 0,4 à 0,7 %. Les concepteurs de moules doivent appliquer ce facteur aux dimensions de la cavité pour s'assurer que les moulages finaux ne sont pas sous-dimensionnés.

Pourquoi les pellets ABS doivent-ils être secs ?

L'ABS est un matériau hygroscopique, c'est-à-dire qu'il absorbe l'humidité de l'air. Si les granulés ABS ont absorbé l'excès d'eau avant le moulage par injection, l'eau vaporisée entraîne des problèmes tels que des marques d'évasement et des vides. Pour éviter de tels problèmes, les pellets peuvent être séchés à une température modérée (environ 80 °C) avant utilisation.

Comment éviter les déformations des moulures ABS ?

Le moulage par injection de l'ABS n'est pas particulièrement difficile, mais la déformation peut être minimisée en maintenant une température de moule constante, en utilisant une épaisseur de paroi uniforme et en refroidissant lentement les moulages finis.

Les pièces moulées en ABS peuvent-elles être utilisées à l'extérieur ?

L’ABS est un matériau raisonnablement adapté à une utilisation en extérieur, offrant un certain degré de résistance aux intempéries. Cependant, pour les applications extérieures très exigeantes, une qualité ABS résistante aux intempéries peut être utilisée. Ces matériaux sont conçus pour offrir une résistance supérieure aux UV et, par conséquent, ne se dégraderont pas avec le temps lorsqu'ils sont exposés au soleil.

Pourquoi choisir le moulage par injection ABS plutôt que l'impression 3D ABS ?

Les deux technologies ont leurs avantages. L'impression 3D FDM par extrusion est un excellent choix pour créer des prototypes rapides uniques, et les imprimantes 3D de bureau peuvent être utilisées dans des environnements non industriels. D’un autre côté, le moulage par injection est le meilleur choix pour fabriquer des pièces fines mais solides avec une excellente finition de surface. En grande quantité, le moulage par injection est également nettement moins cher que l'impression 3D.

Qu'en est-il du moulage par soufflage ABS ?

Le moulage par soufflage est un procédé utilisé pour fabriquer des pièces fines et simples comme des bouteilles en plastique, en utilisant une préforme dans un moule qui est gonflée d'air jusqu'à ce qu'elle adhère aux parois du moule. L'ABS peut être utilisé lors du moulage par soufflage et convient aux pièces telles que les boîtiers électroniques, les tuyaux et les flexibles. Cependant, il n'a pas la transparence des autres thermoplastiques courants moulés par soufflage et est plus cher que des matériaux comme le polyéthylène haute densité (HDPE) et le polypropylène (PP).

Les moulures ABS sont-elles toxiques ?

L'ABS moulé est stable et généralement considéré comme non toxique. Cependant, il peut dégager des fumées toxiques s’il est brûlé. L'ABS non revêtu est également recyclable et l'ABS recyclé peut être réutilisé pendant le processus de moulage par injection.