Qu'est-ce qu'un duromètre ? Comprendre et évaluer la dureté des plastiques et des élastomères

Au cours des premières étapes de tout projet, les ingénieurs et les équipes de produits doivent prendre le temps de comprendre les spécifications mécaniques de chaque matériau potentiel. Cela inclut non seulement les propriétés physiques, chimiques et mécaniques que l'on peut trouver dans n'importe quelle fiche technique, mais également d'autres facteurs tels que la performance du matériau dans certaines conditions environnementales ou sa durabilité. La prise en compte de ces facteurs et d'autres aide les équipes produit à créer un produit de qualité supérieure tout en optimisant le temps et la rentabilité.

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

Qu'est-ce qu'un duromètre ?

Le duromètre est un moyen standardisé de mesurer la dureté de matériaux comme le caoutchouc ou le plastique. La dureté est une mesure de 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 rond pour pneus et possède une aiguille sur un ressort calibré s'étendant d'une extrémité. Pour tester la dureté du duromètre, un ingénieur place l'aiguille contre l'élastomère ou le plastique et applique une pression. Une fois que l'aiguille a pénétré au maximum dans le matériau, l'aiguille de mesure indique la dureté au duromètre 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. Il s'agit en fait d'une mesure sans dimension, ce qui signifie que les numéros de duromètre mesurent la dureté ou la douceur d'un matériau par rapport à d'autres matériaux qui ont été mesurés à l'aide de la même échelle de duromètre. Les nombres inférieurs indiquent des plastiques plus souples, tandis que les nombres supérieurs 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 afin que les ingénieurs et les équipes de produits 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 n'est utilisé que pour mesurer la dureté des caoutchoucs et des gels extrêmement mous, shore A mesure les caoutchoucs flexibles qui peuvent aller de très doux à dur, et shore D n'est utilisé que pour mesurer les caoutchoucs durs et les plastiques.

Les équipes produit doivent savoir que la dureté du duromètre n'est pas directement corrélée à la flexibilité de la pièce finale. Il s'agit plutôt d'une mesure indirecte de la rigidité que les équipes peuvent utiliser pour mieux comprendre la sensation générale d'un matériau en un coup d'œil. Les équipes de produits doivent également savoir qu'elles ne peuvent pas comparer des matériaux qui se situent sur différentes échelles de dureté shore. Les nombres de duromètre 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 de duromètre et la dureté sur une autre.

Par exemple, un matériau avec une dureté au duromètre 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 du duromètre shore D a la dureté d'un casque. De toute évidence, ces mesures ne sont pas équivalentes, bien qu'elles partagent le même nombre, les équipes produit doivent donc se rappeler de ne comparer que la dureté des matériaux sur la même échelle.

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Comment la dureté du duromètre est prise en compte dans la sélection des matériaux

Lors de l'évaluation des élastomères ou des plastiques, les ingénieurs et les équipes de produits doivent réfléchir à l'application finale de leur produit et aux exigences du projet. Ces facteurs aideront à réduire le nombre de matériaux potentiels et donneront aux équipes de produits une idée de l'échelle de duromètre Shore sur laquelle elles doivent se concentrer. Si la pièce doit être capable de supporter beaucoup de poids sur une longue période de temps, par exemple, les équipes doivent ignorer complètement l'échelle shore 00 et ne considérer que les matériaux entre 70 et 100 sur l'échelle de dureté shore A et/ou le toute la gamme de l'échelle de dureté shore D.

Les ingénieurs doivent également équilibrer la dureté souhaitée avec d'autres considérations telles que le coût pour déterminer les compromis qu'ils sont prêts à faire. Par exemple, les métaux plus durs peuvent être plus chers ou difficiles à usiner. Pour contourner ce problème, les ingénieurs peuvent utiliser des traitements de durcissement post-traitement pour obtenir des duromètres plus élevés tout en maintenant la facilité d'usinage.

Pourtant, 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 rigidité et de module de compression donneront une lecture plus précise des performances d'étanchéité d'un certain caoutchouc que sa dureté au duromètre.

Pour faire preuve de diligence raisonnable et sélectionner le meilleur matériau pour leurs besoins spécifiques, les équipes de produits doivent évaluer les options par rapport à une gamme de propriétés mécaniques, y compris la densité, la déviation de la force de compression, la force d'application et l'épaisseur, en plus de la dureté au duromètre.

Considérations relatives au duromètre pour les moules à injection

La dureté des matériaux est particulièrement importante à prendre en compte lorsque vous travaillez avec des moules. Les ingénieurs doivent choisir un caoutchouc de moule qui leur permettra d'extraire facilement le modèle d'origine et toutes les pièces moulées ultérieures du moule une fois qu'il a été durci - et la dureté Shore aura un impact direct sur cela.

Par exemple, il ne serait pas judicieux d'utiliser un élastomère duromètre 70A pour fabriquer un moule pour une pièce avec des segments minces qui dépassent à des angles différents. Un caoutchouc duromètre 70A 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 de 30 A ou moins serait probablement suffisamment flexible pour cette application.

Considérations relatives au duromètre pour la fabrication additive

Il est également important que les équipes de produits tiennent compte de la dureté des matériaux lors de l'utilisation des technologies de fabrication additive. De nombreuses équipes de produits ne connaissent pas aussi bien les matériaux de fabrication additive, mais si vous connaissez le duromètre d'un matériau additif, vous pouvez le comparer au duromètre des plastiques plus traditionnels utilisés dans le 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 de cinq secondes. Par exemple, une pièce produite à l'aide du procédé Carbon Digital Light Synthesis (DLS)™ ne fonctionnera probablement pas comme prévu tant qu'elle n'aura pas été durcie. Les équipes de produits utilisant des imprimantes à domicile 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 supplémentaires pour atteindre leur duromètre final, de sorte que les mesures initiales sont susceptibles de changer.

Démarrez avec Fast Radius

Pour résumer, le duromètre est une mesure sans dimension mais normalisée utilisée pour indiquer la dureté d'un élastomère ou d'un 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 les matériaux à 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 les équipes de produits doivent prendre en compte le duromètre lors de la sélection des matériaux, en particulier si leurs applications ont des exigences spécifiques en matière de dureté ou de douceur. Cependant, l'évaluation de la dureté shore seule est insuffisante. Les équipes doivent examiner attentivement toutes les exigences de conception et de performance pertinentes afin de sélectionner le ou les matériaux les mieux adaptés. Un partenaire de fabrication chevronné peut simplifier la sélection des matériaux et rationaliser l'ensemble du processus de développement de produits.

Chez Fast Radius, notre spécialité est d'aider les équipes de produits à s'assurer que leurs produits finaux répondent à leurs besoins. Nous savons à quel point la sélection des matériaux est cruciale, et un partenariat avec nous signifie avoir accès à nos années collectives d'expertise en matière de fabrication, d'ingénierie et de chaîne d'approvisionnement. En travaillant avec un partenaire de fabrication expérimenté comme Fast Radius, les équipes de produits peuvent rendre le processus de sélection des matériaux simple et sans stress, tout en accélérant les délais du projet et en maintenant les coûts bas. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.

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