Moules à thermoformer

OutillageLes techniques de thermoformage permettent d’utiliser un large éventail d’outillage destiné à la fabrication des moules. Les moules prototypes sont souvent fabriqués en bois, plâtre ou résine. En ce qui concerne les applications à haut débit, on choisit en général des matériaux qui conduisent bien la chaleur, lorsqu’il est impératif de contrôler la température. En général, on sélectionne l’aluminium, facilement coulé et usiné, et qui se prête bien à l’incorporation de spirales de refroidissement.

 

Cavités à vide

Les cavités à vide doivent être incorporées au moule à l’extrême contact entre moule et feuille, afin de minimiser les risques de bulles d’air résiduelles qui empêchent d’achever le formage de la pièce. En ce qui concerne les feuilles minces, les cavités doivent avoir un diamètre compris entre 0,25 et 0,40 mm. Pour ce qui est des feuilles épaisses, le diamètre doit être compris entre 1,0 et 1,5 mm ou plus, pourvu que les cavités ne laissent pas de marques ou de défauts sur la pièce formée.

Épaisseur de la feuille
(mm)
Diamètre de la cavité à vide
(mm)
< 1,5 0, 25
1,5 - 6,0 0,8 - 1,15
> 6.0 < I ,5

Angles de dépouille

Les moules femelles sont plus faciles à démouler que les moules mâles. Au démoulage, certains moules femelles ne nécessitent aucun angle de dépouille sur la surface externe de la pièce, car la pièce peut se retirer d’elle même. En général, les moules femelles doivent cependant être pourvus d’un angle de dépouille de 2 à 30. Pour faciliter le démoulage, les moules mâles doivent être pourvus d’un angle de dépouille compris entre 5 et 7°.

Profondeur d’étirage

La profondeur de l’étirage est le rapport de l’épaisseur moyenne de la feuille divisé par l’épaisseur moyenne de la pièce moulée. II s’agit d’un facteur primordial qui détermine l’épaisseur moyenne fnale de la pièce formée. En ce qui concerne les étirages moyennement profonds (soit < I: I), un drapage mâle produira une épaisseur de paroi plus uniforme que le simple formage sous vide femelle. En ce qui concerne les étirages très profonds, ou pour ce qui est des rapport supérieurs à I : I , il est conseillé d’avoir recours au formage femelle à tampon de renfort, afin d’optimiser la distribution uniforme du matériau (voir tableau 4.4).

Technique de thermoformage Moule Rapport épaisseur / largeur
Sous vide femelle < 0.5:1
Drapage mâle < 1:1
Vide tampon-renfort femelle > 1:1
Epaisseur d’étirage

Rayons d’angles / concentration de tension
II a été démontré que la durée de vie utile et la résistance structurelle d’une pièce ne jouent qu’à 30% dans la conception d’une pièce, lorsque le facteur de concentration de tension est élevé. La concentration excessive de tension mécanique est le résultat d’un manque de rayons d’angle adéquats. Dans toute pièce qui présente une entaille, une rainure ou toute dépression transversale, si petite soit-elle, la tension maximale se concentre immédiatement autour de ces secteurs (voir figure ci dessous).


Minimiser les depressions transversales abruptes et les angles aigus

Afin d’optimiser la résistance des pièces formées, il suffit d’avoir recours à une bordure ou à des rayons d’angles appropriés. Le rayon doit au moins être équivalent à l’épaisseur de la paroi de la feuille et ne jamais.être inférieur à 0,8 mm. La fgure 4.7 illustre l’effet du rayon de bordure ou d’angle sur la concentration de tension: les concentrations de tension sur la pièce moulée sont inversement proportionnelles à la taille du rayon d’angle. Le Retrait

 

Le retrait est un facteur primordial et se manifeste sous trois formes :

  • le retrait en moule
  • le retrait post-formage
  • le post-retrait

A - Retrait en moule

Lorsque le thermoplastique est chauffé et formé sur moule, un retrait du matériau se manifeste durant le cycle de refroidissement. Après obtention d’une température en surface se prêtant au démoulage de la pièce formée, les dimensions de celle-ci auront légèrement diminué par rapport à ses dimensions de formage. Ce phénomène de retrait en moule varie selon le traitement et les modèles mais aussi selon le matériau employé.
En ce qui concerne le dragage mâle, le retrait est moins critique par rapport aux dimensions finales de pièce. En effet, au refroidissement, le matériau se rétracte sur le moule rigide, ce qui retarde l’effet de retrait. Même ci ce procédé présente des avantages en ce qui concerne les dimensions de la pièce finale, les moules doivent être pourvus d’angles de dépouille adéquats afin de soulever la pièce du moule. Inversement, au formage sous vide femelle, le matériau se rétracte du moule.

B - Retrait post formage

Après démoulage, la perte de chaleur de la pièce placée à température ambiante fait qu’elle se rétracte à nouveau. En effet, la pièce chaude continue à se rétracter à mesure que le centre ou le noyau du plastique se refroidit. Le retrait ne s’arrête que lorsque la température a atteint un équilibre à l’intérieur de la pièce refroidie.

C - Post-retrait

Ce phénomène est associé à la contraction (ou l’expansion) normale d’un objet dûe à des modifcations de température ou d’humidité.

Le retrait s’effectue en quasi totalité en ce qui concerne les polymères amorphes et à 75% pour ce qui est des thermoplastiques cristallins, dans les quelques heures qui suivent le moulage. Le retrait résiduel de 25 % en ce qui concerne les polymères cristallins se termine après 24 heures, à moins que l’emploi ultérieur d’éléments à haute température ne vienne susciter un nouveau phénomène de cristallisation et de retrait. Environ 50% du retrait s’effectue sur le moule.
Le coeffcient de retrait est tributaire de la température de formage du matériau, de sa température de transition vitreuse ainsi que de la température du moule. II est également fonction du degré de cristallinité: les matériaux à haute teneur cristalline se rétractent généralement plus que les polymères amorphes. Les paramètres de retrait standard des pièces en polymères thermoformés sont exprimés dans le tableau ci-dessous.

Polymère Paramètre de retrait en %
ABS 0.3-0.8
GPPS 0.3-0.5
HIPS 0.5 - 0.6
PMMA 0.3 - 0.8
PVC (rigide) 0.4 - 0.5
PVC (plastifié) 0.8 - 2.5
LDPE 1.6 - 3.0
HDPE 3.0 - 3.5
PP 1.5 - 2.2

Paramètre de retrait des pièces thermoformées