Duromètre expliqué : Évaluer la dureté des plastiques et élastomères pour les ingénieurs

Au début de tout projet, les ingénieurs et équipes produit devraient prendre le temps de comprendre les spécifications mécaniques de chaque matériau potentiel. Cela inclut non seulement les propriétés physiques, chimiques et mécaniques trouvées dans toute fiche technique, mais aussi d'autres facteurs comme la performance du matériau sous certaines conditions environnementales ou sa durabilité. Considérer ces facteurs et d'autres aide les équipes produit à créer un produit supérieur tout en optimisant l'efficacité temps et coût.

L'un des facteurs les plus importants à considérer lors de la fabrication avec du plastique est le duromètre ou duromètre Shore, qui parle de la dureté d'un matériau donné. Voici tout ce que les ingénieurs et équipes produit devraient savoir sur cette mesure importante :

Qu'est-ce que le duromètre ?

Le duromètre est une méthode standardisée pour mesurer la dureté de matériaux comme le caoutchouc ou le plastique. La dureté mesure la résistance d'un plastique à la déformation causée par l'indentation mécanique ou l'abrasion.

Les ingénieurs peuvent tester la dureté d'un matériau à l'aide d'un duromètre. L'appareil ressemble à un manomètre de pneu rond et a une aiguille sur un ressort calibré s'étendant d'une extrémité. Pour tester la dureté durométrique, un ingénieur place l'aiguille contre l'élastomère ou le plastique et applique une pression. Une fois que l'aiguille a pénétré le matériau autant qu'elle le peut, l'aiguille de mesure indique la dureté durométrique correspondante sur l'échelle appropriée.

Bien que le duromètre puisse être mesuré sur une échelle de zéro à 100, ce n'est pas une unité de mesure. C'est en fait une mesure sans dimension, ce qui signifie que les nombres durométriques mesurent à quel point un matériau est dur ou mou par rapport à d'autres matériaux mesurés avec la même échelle durométrique. Les nombres plus bas indiquent des plastiques plus mous, tandis que les nombres plus élevés indiquent des plastiques plus durs. Par exemple, un tube en polyuréthane 90A est plus dur qu'un tube en polyuréthane 70A.

Différentes échelles de dureté Shore ont été inventées pour que les ingénieurs et équipes produit puissent discuter de la dureté des matériaux en utilisant une référence cohérente, universelle et reproductible. Les trois échelles de dureté Shore les plus courantes sont Shore 00, Shore A et Shore D. Shore 00 ne sert qu'à mesurer la dureté de caoutchoucs et gels extrêmement mous, Shore A mesure les caoutchoucs flexibles allant de très mous à durs, et Shore D ne sert qu'à mesurer les caoutchoucs et plastiques durs.

Les équipes produit devraient savoir que la dureté durométrique ne corrèle pas directement à la flexibilité de la pièce finale. C'est plutôt une mesure indirecte de raideur que les équipes peuvent utiliser pour mieux comprendre la sensation générale d'un matériau d'un coup d'œil. Les équipes produit devraient aussi savoir qu'elles ne peuvent pas comparer des matériaux qui se situent sur différentes échelles de dureté Shore. Les nombres durométriques sont relatifs aux matériaux sur leur échelle spécifique, ce qui signifie qu'il n'y a pas de relation directe entre la dureté sur une échelle durométrique et la dureté sur une autre.

Par exemple, un matériau avec une dureté durométrique d'environ 80 sur une échelle Shore 00 est à peu près aussi dur qu'une gomme à crayon, mais un matériau avec une mesure de 80 sur l'échelle durométrique Shore D a la dureté d'un casque de chantier. Clairement, ces mesures ne sont pas équivalentes, bien qu'elles partagent le même nombre, donc les équipes produit doivent se rappeler de ne comparer la dureté que des matériaux sur la même échelle.

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Comment la dureté durométrique entre dans la sélection des matériaux

Lors de l'évaluation d'élastomères ou de plastiques, les ingénieurs et équipes produit devraient penser à l'application finale de leur produit et aux exigences du projet. Ces facteurs aideront à réduire le bassin de matériaux potentiels et donneront aux équipes produit un indice sur l'échelle de dureté Shore sur laquelle elles devraient se concentrer. Si la pièce doit supporter beaucoup de poids sur une période prolongée, par exemple, les équipes devraient écarter l'échelle Shore 00 et ne considérer que les matériaux entre 70 et 100 sur l'échelle de dureté Shore A et/ou toute la plage de l'échelle de dureté Shore D.

Les ingénieurs devraient aussi équilibrer la dureté désirée avec d'autres considérations comme le coût pour déterminer quels compromis ils sont prêts à faire. Par exemple, des métaux plus durs peuvent être plus chers ou difficiles à usiner. Pour contourner cela, les ingénieurs peuvent utiliser des traitements de durcissement post-procédé pour atteindre des duromètres plus élevés tout en conservant la facilité d'usinage.

Toutefois, la dureté du matériau n'est pas le seul facteur qui compte, et la dureté n'est pas nécessairement indicative d'autres propriétés comme la résistance ou la résistance à la corrosion. Les mesures de raideur et de module de compression donneront une lecture plus précise sur la performance d'étanchéité d'un certain caoutchouc que sa dureté durométrique.

Pour faire leur devoir de diligence et sélectionner le meilleur matériau pour leurs exigences spécifiques, les équipes produit devraient évaluer les options contre une gamme de propriétés mécaniques, y compris la densité, la déflexion de force de compression, la force d'application et l'épaisseur, en plus de la dureté durométrique.

Considérations durométriques pour les moules d'injection

La dureté des matériaux est particulièrement importante à considérer quand on travaille avec des moules. Les ingénieurs doivent choisir un caoutchouc de moule qui leur permettra d'extraire facilement le modèle original et tous les moulages subséquents du moule une fois qu'il a été durci — et la dureté Shore aura un impact direct là-dessus.

Par exemple, il ne serait pas judicieux d'utiliser un élastomère 70A durométrique pour faire un moule pour une pièce avec des segments minces qui sortent à différents angles. Un caoutchouc 70A durométrique est aussi dur qu'un pneu de voiture et n'offre pas la flexibilité nécessaire pour extraire une pièce aussi délicate sans la casser. Un élastomère avec un duromètre Shore 30A ou inférieur serait probablement assez flexible pour cette application.

Considérations durométriques pour la fabrication additive

Il est aussi important pour les équipes produit de considérer la dureté des matériaux lors de l'utilisation de technologies de fabrication additive. Beaucoup d'équipes produit ne sont pas aussi familières avec les matériaux de fabrication additive, mais si vous connaissez le duromètre d'un matériau additif, vous pouvez le comparer au duromètre de plastiques plus traditionnels utilisés en moulage par injection. Cela vous donnera une idée générale de la performance du matériau additif et fournira un cadre de référence.

Notez que certains matériaux additifs ont deux duromètres — un duromètre instantané et un duromètre à cinq secondes. Par exemple, une pièce produite avec le procédé Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™ ne fonctionnera probablement pas comme prévu tant qu'elle n'aura pas été durcie. Les équipes produit utilisant des imprimantes domestiques ou fabriquant en interne remarqueront une différence, mais si vous travaillez avec un partenaire de fabrication, vous n'avez pas à vous soucier du duromètre instantané d'un matériau car vous ne verrez que le produit final. Néanmoins, il est bon de savoir que certains matériaux nécessitent un durcissement et un post-traitement additionnels pour atteindre leur duromètre final, donc les mesures initiales sont sujettes à changement.

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Pour résumer, le duromètre est une mesure sans dimension mais standardisée utilisée pour indiquer la dureté d'un élastomère ou plastique par rapport à d'autres élastomères ou plastiques sur la même échelle. Les matériaux avec des duromètres plus élevés sont plus durs, mais les équipes doivent faire attention à ne pas comparer des matériaux sur différentes échelles car il n'y a pas de relation directe entre un nombre donné sur une échelle et le même nombre sur une autre.

Les ingénieurs et équipes produit devraient considérer le duromètre lors de la sélection des matériaux, surtout si leurs applications ont des exigences spécifiques de dureté ou de souplesse. Cependant, évaluer la dureté Shore seule est insuffisant. Les équipes devraient soigneusement considérer toutes les exigences de conception et de performance pertinentes pour sélectionner le ou les matériaux les mieux adaptés. Un partenaire de fabrication expérimenté peut simplifier la sélection des matériaux et rationaliser l'ensemble du processus de développement produit.

Chez Fast Radius, nous nous spécialisons dans l'aide aux équipes produit pour s'assurer que leurs produits finaux répondent à leurs besoins. Nous savons à quel point la sélection des matériaux est cruciale, et s'associer à nous signifie accéder à nos années collectives d'expertise en fabrication, ingénierie et chaîne d'approvisionnement. En travaillant avec un partenaire de fabrication expérimenté comme Fast Radius, les équipes produit peuvent rendre le processus de sélection des matériaux simple et sans stress, tout en accélérant les délais de projet et en gardant les coûts bas. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.

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