Comment estimer le coût du moulage par injection ?

La réponse courte :les moules d'injection plastique coûtent entre 100 USD pour un moule d'injection de faible volume imprimé en 3D et plus de 100 000 USD pour un moule en acier multi-empreintes complexe pour une production en grand volume, ce qui représente généralement le coût de démarrage fixe le plus important en injection moulage. Cependant, comme ces coûts sont répartis entre des centaines ou des milliers de pièces, le moulage par injection est un processus idéal pour produire en série des pièces en plastique à un prix abordable.

Dans ce guide, nous proposons une ventilation détaillée des différents facteurs qui composent le coût total du moulage par injection.

Introduction :Combien coûte le moulage par injection ?

Le moulage par injection est l'un des principaux procédés de fabrication des plastiques. Il est largement utilisé pour la production en série de pièces identiques avec des tolérances serrées. Il s'agit d'une technologie rentable et extrêmement reproductible qui permet d'obtenir des pièces de haute qualité pour la production en grande série.

Il s'agit d'un processus rapide et intensif où une chaleur et une pression élevées sont impliquées pour injecter le matériau en fusion à l'intérieur d'un moule. Le matériau fondu dépend de la portée du projet de fabrication. Les matériaux les plus populaires sont divers thermoplastiques, tels que l'ABS, le PS, le PE, le PC, le PP ou le TPU, mais les métaux et les céramiques peuvent également être moulés par injection. Le moule se compose d'une cavité qui accueille le matériau fondu injecté et est conçu pour refléter étroitement les caractéristiques finales d'une pièce.

Normalement, le principal inducteur de coût dans le moulage par injection est le coût du moule, également connu sous le nom de coût d'outillage. Le coût de conception et de construction d'un moule dépend du volume de production requis, de la complexité de la conception de la pièce, du matériau du moule et du processus utilisé pour créer le moule.

De simples moules imprimés en 3D à faible volume peuvent coûter aussi peu que 100 $, tandis que le coût de conception et de fabrication de moules complexes pour une production en grand volume peut atteindre la barre des 100 000 $. Malgré les coûts de démarrage fixes considérables, le processus de moulage par injection a des coûts variables faibles en raison des matériaux thermoplastiques peu coûteux, des temps de cycle courts et des besoins en main-d'œuvre diminuant progressivement en raison de l'automatisation et des économies d'échelle. Cela signifie que les coûts variables de production sont faibles et que le processus devient plus efficace et que le coût par pièce diminue pour des volumes plus élevés à mesure que les coûts sont répartis entre des centaines ou des milliers de pièces.

Dans cette vidéo, nous nous sommes associés au fournisseur de services de moulage par injection Multiplus pour vous guider à travers les étapes du processus de moulage par injection à l'aide de moules imprimés en 3D .

Types de coûts dans le moulage par injection

Comprendre les différents types de coûts associés au moulage par injection nécessite une analyse approfondie du processus.

Coûts d'équipement

Des machines spéciales sont utilisées pour le moulage par injection, qui peuvent aller des petites machines de moulage par injection de bureau que les entreprises peuvent utiliser en interne aux grandes machines de moulage par injection industrielles qui sont principalement exploitées par des prestataires de services, des sous-traitants et de grands fabricants.

La production de faibles volumes de pièces avec le moulage par injection est la plus rentable avec des machines de moulage par injection de bureau plus petites et des moules imprimés en 3D. Si vous débutez dans le moulage par injection et que vous envisagez de le tester avec un investissement limité, l'utilisation d'une machine de moulage par injection manuelle de paillasse telle que la Holipress ou la Galomb Model-B100 pourrait être une bonne option. Les équipements automatisés de moulage par injection à petite échelle tels que la machine de bureau Micromolder ou la machine hydraulique Babyplast 10/12 sont de bonnes alternatives pour la production en moyenne série de petites pièces.

Les grandes machines de moulage par injection industrielles peuvent coûter de 50 000 $ à 200 000 $ et plus. Ces machines sont également livrées avec des exigences d'installation plus strictes et nécessitent une main-d'œuvre qualifiée pour le fonctionnement, la maintenance et la surveillance. Par conséquent, à moins que le moulage par injection ne soit une compétence de base, la plupart des entreprises sous-traitent la production de masse à des prestataires de services et des sous-traitants, auquel cas les coûts d'équipement sont inclus dans les coûts de service.

Coûts de moulage (coûts d'outillage)

Comme nous l'avons mentionné dans l'introduction, les coûts de moulage ou les coûts d'outillage sont généralement le principal facteur de coût du moulage par injection.

Les moules pour le moulage par injection sont généralement fabriqués selon trois méthodes :

• Usinage CNC : Les machines CNC sont les outils les plus couramment utilisés pour la fabrication de moules en aluminium et en acier inoxydable avec des niveaux de précision élevés. L'usinage CNC enlève de la matière à l'aide d'un outil de filage et d'une partie fixe. L'usinage peut produire des moules où la conception de la cavité est très complexe, mais ils peuvent nécessiter plusieurs changements d'outils qui peuvent ralentir le processus, ce qui signifie que les coûts augmentent en fonction de la complexité. Les machines CNC sont des outils industriels qui nécessitent une main-d'œuvre qualifiée et un espace dédié, ce qui signifie que de nombreuses entreprises sous-traitent la production de moules à des prestataires de services.

• Usinage par électroérosion (EDM) : La méthode EDM est généralement utilisée pour créer des conceptions de moules très complexes qui ne peuvent pas être facilement reproduites à l'aide de méthodes d'usinage standard. L'EDM implique l'utilisation d'une pièce et d'une électrode d'outil pour créer la forme de moule souhaitée. L'électrode d'outil et l'électrode de pièce sont séparées par un fluide diélectrique et soumises à des tensions qui provoquent des décharges de courant récurrentes. Les décharges sont responsables de la mise en forme de l'électrode de la pièce dans le moule final. L'EDM est très précis et ne nécessite généralement aucun post-traitement supplémentaire. Semblable à l'usinage CNC, l'EDM est également un processus industriel que de nombreuses entreprises sous-traitent à des ateliers d'usinage.

• Impression 3D : L'impression 3D est une solution puissante pour fabriquer des moules d'injection rapidement et à faible coût. Il nécessite un équipement très limité, ce qui permet d'économiser du temps CNC et des opérateurs qualifiés pour d'autres tâches à haute valeur ajoutée. Les fabricants peuvent bénéficier de la vitesse et de la flexibilité de l'impression 3D en interne pour créer des moules pouvant être utilisés à la fois sur des machines de moulage de bureau et industrielles. En outre, le développement de produits bénéficie de la possibilité d'itérer sur la conception et de tester le matériau d'utilisation finale avant d'investir dans un outillage dur pour la production de masse. La technologie d'impression 3D par stéréolithographie (SLA) est un excellent choix pour le moulage par injection. Il se caractérise par une finition de surface lisse et une haute précision que le moule transférera à la pièce finale et qui facilite également le démoulage. Les impressions 3D produites par stéréolithographie sont liées chimiquement de manière à être entièrement denses et isotropes. Les imprimantes SLA de bureau, comme celles proposées par Formlabs, commencent à moins de 5 000 $ et peuvent être intégrées de manière transparente dans n'importe quel flux de travail de moulage par injection car elles sont faciles à mettre en œuvre, à utiliser et à entretenir.

Les moules imprimés en 3D peuvent produire plus de 100 pièces à un prix abordable et en quelques jours.

Développer des moules plus complexes nécessite une expertise technique. En conséquence, les entreprises sous-traitent souvent des aspects spécifiques du processus de moulage par injection tels que la conception et la fabrication du moule.

Pour les entreprises disposant d'équipements et d'outils pour le moulage par injection, choisir de créer des moules en interne pourrait être l'option la moins coûteuse si le savoir-faire technique est également disponible. Si les outils nécessaires au moulage par injection ne sont pas facilement disponibles, l'externalisation réduit les coûts associés au développement d'un moule.

De simples moules imprimés en 3D à faible volume peuvent être produits sur une imprimante 3D SLA pour aussi peu que 100 $. Un moule en aluminium pour un cycle de production moyen d'environ 1 000 à 5 000 unités se situe entre 2 000 et 5 000 dollars. Pour les moules avec des géométries plus complexes et apprêtés pour des séries de production plus importantes d'environ 10 000 unités et plus, le coût du moule peut aller de 5 000 $ à 100 000 $.

Papier blanc

Moulage par injection rapide à faible volume avec des moules imprimés en 3D

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Coût du matériel injecté

Une grande variété de plastiques peut être utilisée pour le moulage par injection en fonction des exigences des pièces finales, notamment l'ABS, le PS, le PE, le PC, le PP ou le TPU.

Le coût d'achat des matériaux pour les moules diffère selon le matériau choisi. Les granulés thermoplastiques coûtent environ 1 $ à 5 $ le kg.

Le coût des matériaux est défini par la conception d'un modèle, le matériau choisi et la quantité de matériau utilisé pour exécuter le processus de moulage par injection.

Coûts de main-d'œuvre ou de service

L'équipement associé au moulage par injection est généralement autorégulé et repose sur l'automatisation pour effectuer le travail. Les machines CNC, les machines EDM et les imprimantes 3D s'appuient sur les spécifications de la conception CAO pour produire un moule. La machine de moulage par injection repose également sur l'automatisation pour injecter des matériaux dans le moule, et les machines industrielles IM refroidissent et éjectent souvent l'article fini de manière autonome.

Les coûts de main-d'œuvre comprennent :

• Coût d'installation/configuration : Le travail d'installation se concentre sur le temps nécessaire pour configurer l'équipement utilisé pour produire le moule et le produit fini.

• Coût de réparation : Les tâches de réparation et de maintenance impliquent le remplacement des pièces défectueuses et l'utilisation d'outils pour exécuter le processus de maintenance.

• Coûts de surveillance : Malgré le recours à l'automatisation, les opérateurs d'équipement doivent surveiller la progression du processus de moulage par injection. Les salaires des opérateurs accumulés au cours du processus sont ajoutés au coût total du moulage par injection.

Lors de la production en interne, ces coûts sont calculés dans les coûts de main-d'œuvre. Lorsqu'une entreprise sous-traite le moulage par injection, la main-d'œuvre et la majoration du fournisseur de services sont ajoutées au coût du service.

Aperçu des coûts de moulage par injection

Le tableau ci-dessous met en évidence le coût associé au moulage par injection d'un article en plastique hypothétique, tel qu'un petit boîtier d'un appareil électronique, ce qui facilite la compréhension de la dynamique des coûts du moulage par injection :

	Production à faible volume	Production à mi-volume	Production à haut volume
Volume de production	100	5 000	100 000
Méthode	Production de moules en interne et moulage en interne	Production et moulage de moules externalisés	Production et moulage de moules externalisés
Moule	Polymère imprimé en 3D	Aluminium usiné	Acier usiné
Délai de livraison des pièces finales	1-3 jours	3-4 semaines	4-8 semaines
Équipement requis	Imprimante 3D, machine de moulage par injection de bureau*	-	-
Coût du moule	100 $	3 000 $	20 000 $
Coût du matériel	0,5 $ / pièce	0,5 $ / pièce	0,5 $ / pièce
Coûts de main-d'œuvre ou coût d'externalisation	2,5 $ / pièce	1,5 $ / pièce	1 $ / pièce
Coût de production total	400 $	13 000 $	170 000 $
Coût par pièce	4 $	2,6 $	1,7 $

^{* Les coûts d'équipement ne sont pas inclus dans les coûts de production dans cet exemple, car le coût de ces outils peut être réparti entre plusieurs projets. L'achat d'une machine de moulage par injection de bureau et d'une imprimante 3D SLA permet aux entreprises de se lancer dans le moulage par injection pour moins de 10 000 $.}

Les trois scénarios du tableau montrent les méthodes et les types de moules qui entraînent le coût par pièce le plus bas en fonction du volume de production.

En général, le moulage par injection est le plus efficace à des volumes plus élevés, car les coûts sont ensuite répartis entre des milliers de pièces. Mais même si le coût par pièce du moulage par injection à faible volume est légèrement plus élevé, il reste nettement plus abordable pour la production à faible volume que les autres méthodes de fabrication.

La production à moyen volume est la plus efficace avec des moules en aluminium usinés qui ont un coût inférieur à celui des moules en acier traditionnels, mais sont suffisamment durables pour durer quelques milliers de coups, en fonction de facteurs tels que le matériau et la conception. Dans la plupart des cas, le moulage par injection à faible volume n'est raisonnable qu'avec des moules imprimés en 3D - dans notre exemple, si nous devions utiliser un moule en aluminium pour produire 100 pièces, son coût représenterait 30 $ pour chaque pièce, tandis qu'un moule en acier traditionnel serait signifie 200 $ pour chaque partie.

Variables ayant un impact sur le coût du moulage par injection

Les coûts d'outillage pour le moulage par injection sont très élevés et dépendent d'un certain nombre de paramètres et de la complexité de la conception. Les moules pour le moulage par injection sont normalement usinés CNC en aluminium ou en acier à outils, usinés par électroérosion pour façonner une pièce ou imprimés en 3D. La pièce usinée ou imprimée est ensuite finie pour atteindre la norme souhaitée. Le moule fini se compose de caractéristiques telles que les géométries de surface nécessaires pour une pièce, un système de glissière pour guider le flux de matériaux injectés et des canaux de refroidissement pour assurer un refroidissement rapide du moule.

Il est important de noter qu'une majorité du processus de moulage par injection est dédiée au refroidissement. Plus un moule refroidit rapidement, plus le matériau injecté se solidifie rapidement et plus le cycle de production peut être répété rapidement. Ainsi, les canaux de refroidissement jouent un rôle important, en particulier pour la production à grand volume, et devraient être inclus dans la conception du moule. Pour la production à faible volume avec des moules imprimés en 3D, le refroidissement manuel à l'aide d'air comprimé est une option.

Un noyau de moule d'injection imprimé en 3D assemblé avec une coque de moule en métal.

D'autres variables ayant un impact sur le processus de moulage par injection et directement liées aux coûts de moulage par injection incluent : 

• Taille de la pièce : Plus l'article ou la pièce à mouler est grand, plus son moule sera grand pour accueillir la pièce. Les pièces plus grandes ont tendance à nécessiter plus de matériaux injectés pour terminer les cycles de production. Les conceptions de moules plus grandes ont généralement un coût plus élevé par rapport à la fabrication de la même conception mais avec des dimensions plus petites.

• Conception des pièces : Les conceptions de pièces complexes avec des géométries complexes nécessitent des moules complexes pour exécuter le projet. Les conceptions de moules ont généralement 2 côtés :les côtés A et B. Le côté A, également connu sous le nom de côté cosmétique, est généralement le côté vu par l'utilisateur. La face A devrait être lisse et esthétique. La face B contient les structures cachées qui prennent en charge l'utilisation de la pièce. La structure du côté B peut inclure des nervures, des bossages, etc., et sa finition est généralement beaucoup plus rugueuse que celle du côté A. Les moules avec des conceptions complexes des côtés A et B sont généralement plus coûteux à fabriquer que les moules plus simples. Les conceptions complexes comportant des contre-dépouilles peuvent également nécessiter des actions latérales et des noyaux coulissants, ce qui augmente le coût du moule.

• Volume de production : Le nombre d'articles à produire par moulage par injection détermine la technologie de production et la qualité du matériau à utiliser lors de la création du moule. Les projets à faible volume peuvent nécessiter des moules en aluminium imprimés en 3D ou usinés de qualité inférieure, tandis que les grands volumes de production nécessiteront des moules en acier de haute qualité ou même plusieurs moules pour gérer le processus sans que l'usure n'affecte la qualité des articles produits. Cela affecte le coût du moule, mais bien sûr, le coût accru des moules à grand volume est réparti entre plusieurs pièces, ce qui entraîne normalement un coût par pièce inférieur.

• Volume de pièce et cavités : Le volume de la pièce fait référence à la taille de la cavité d'un moule. Plus un moule nécessite de cavités ou de volume de cavité, plus le temps de pressage est long. L'augmentation du temps de presse ralentit le processus de production, ce qui entraîne une augmentation des coûts.

Calculateurs de coût de moulage par injection

Les estimateurs en ligne des coûts de moulage par injection ou les devis des fournisseurs de services de moulage par injection peuvent fournir des références et vous aider à estimer le coût de pièces spécifiques de moulage par injection.

Les options d'estimation des coûts de moulage par injection pour faciliter le processus de calcul incluent :

• Pièce personnalisée

• ICOMold

• Hubs 3D

• Protolabs

Un tableau de comparaison des coûts de moulage sert également à un objectif similaire. Les fournisseurs de services de moulage par injection utilisent des tableaux de comparaison des coûts pour fournir aux clients potentiels une estimation approximative du processus.

Réduction des coûts de moulage par injection

Le coût du moule est largement défini par la complexité et le temps qu'il faut pour le produire. Nous vous conseillons d'adhérer aux principes de conception pour la fabrication afin de réduire les coûts des pièces grâce au moulage par injection.

Le coût de production du moule peut être réduit en appliquant les directives de conception suivantes : 

• Évaluez le modèle CAO pour déterminer sa faisabilité avant d'entreprendre un projet de moulage par injection. Éliminez les goulots d'étranglement potentiels tels que les angles raides, les contre-dépouilles et autres géométries complexes.

• Évaluez la conception du modèle pour éliminer les fonctionnalités inutiles. Cela réduit la taille du moule et le matériau utilisé pour développer le modèle.

• Appliquez une approche de cavité de noyau qui simplifie la conception du côté B d'un moule. L'approche de la cavité centrale consiste à enfoncer les cavités murales dans la base du moule, réduisant ainsi le besoin de mouler des angles de dépouille importants tout en améliorant la finition de surface.

• Adoptez l'utilisation de pièces auto-accouplement pour réduire le besoin de créer plusieurs moules lorsqu'un moule universel peut être utilisé pour obtenir des résultats similaires.

Commencer avec le moulage par injection rapide

Alors que le moulage par injection est traditionnellement considéré comme un processus de fabrication uniquement destiné à la production de masse en raison de ses coûts d'outillage élevés, l'utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des moules à injection vous permet d'utiliser ce processus pour produire des pièces de haute qualité et reproductibles pour le prototypage et la production à faible volume.

Utilisez des moules à injection imprimés en 3D avec des machines de paillasse et des machines industrielles pour produire de manière efficace et abordable des centaines à des milliers de prototypes fonctionnels, des pièces pour accélérer le développement de produits, réduire les coûts et les délais et mettre de meilleurs produits sur le marché.