Conseils de conception - protomold.fr · d’autres informations sur la conception des clips dans une édition antérieure des Conseils de conception Protomold. ... l’utilisation

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Conseils de conceptionpour le moulage parinjection rapideVolume 9Volume 9

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Conseils de conception pour le moulage par injection rapide

© Proto Labs, Ltd. 1999–2013 Volume 9 DESIGN MATRIX 2


Conseils de conception par thèmePage SOMMAIRE

3 Les ressorts du clip (1e partie)

5 Les ressorts du clip (2e partie) : et que ça saute

7 Encore plus grand et encore mieux

8 Réduit à sa plus simple expression

10 Ne dépouillez PAS toujours

11 Il n’est jamais trop tôt pour ProtoQuote®

13 Enclencher l’engrenage

16 Traitement de texte

17 Sélection de la matière — Consultez la fi che technique

19 Châteaux de sable et pièces en plastique

20 Comment raccourcir la transition entre les prototypes et la production

22 Les cannelures – une solution rondement menée

14 Des pièces pour budget serré : Cinq bons conseils pour économiser sur vos pièces Protomold

Assurancequalité

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Conseils deconception

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Sélection desmatériaux

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Comprendrele processus

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© Proto Labs, Ltd. 1999–2013 3

L’un des nombreux avantages de la matière plastique est la facilité avec laquelle on peut la mouler en des formes complexes. Elle permet souvent de remplacer par une seule pièce plusieurs pièces réalisées en d’autres matières. Parmi les formes complexes pouvant être réalisées sur une pièce en plastique, on peut citer diverses formes de clips qui permettent aussi d’éliminer le recours à des éléments supplémentaires comme les vis, ou à des processus secondaires comme le collage.

Pour créer un clip, le premier élément à prendre en compte durant l’élaboration du modèle est la matière. Pour qu’un clip fonctionne, il doit comporter une zone fl exible. C’est pourquoi on peut réaliser ces clips en plastique (certains plastiques seulement) mais pas dans un matériau rigide comme le verre ou la céramique. Les matières particulièrement adaptées aux pièces comportant des clips sont l’ABS, le polycarbonate, le nylon non chargé, le polypropylène, ainsi que d’autres matières ayant des propriétés similaires.

Le type le plus courant d’attaches intégrées est le clip à crochet en saillie (Figure 1), dont nous allons parler dans cette édition de nos suggestions de conception. Nous parlerons d’autres types d’attaches, notamment la fermeture à emboîtement annulaire (bouton pression) et la fermeture à emboîtement par torsion, dans la deuxième partie de ces suggestions qui sera publiée le mois prochain.

Les clips à crochet en saillie sont utilisés dans diverses applications (ex. : panneaux d’accès d’appareils électriques) et se déclinent sous de nombreuses formes. En créant ces clips, il faut se poser deux questions :

■ Voulons-nous que le point d’attache se bloque ou se débloque en tirant ?

■ Voulons-nous que la fi xation puisse s’ouvrir ou voulons-nous qu’elle soit permanente ?

Si la face inférieure du crochet forme un angle de 90° avec la direction d’attache, le clip sera bloqué et ne pourra pas être détaché simplement en tirant (sauf si vous tirez suffi samment fort pour le casser). Si toutefois cette face du crochet est oblique (Figure 2), il sera possible de débloquer le clip simplement en tirant.Si vous recherchez une attache bloquante mais

non permanente (pour un panneau d’accès, par exemple) vous pouvez avoir un crochet perpendiculaire que l’on poussera manuellement hors de son encoche pour débloquer le clip. Cette solution est simple si le crochet se trouve sur l’extérieur de la pièce. S’il se trouve placé derrière une paroi, le concepteur peut prévoir une « fenêtre » à travers laquelle le crochet sera accessible (Figure 3).

Les ressorts du clip (1e partie)


Figure 1 : Clip à crochet en saillie à face perpendiculaire (90°)

Figure 2 : Clip à crochet à face oblique permettant l’ouverture

à suivre...

Volume 9 LES RESSORTS DU CLIP (1E PARTIE)



La conception d’un clip à crochet en saillie détermine son effi cacité et sa durabilité. La tige du clip doit être suffi samment fl exible pour permettre le blocage et le déblocage sans qu’il se casse ou se déforme. Sa fl exibilité dépend de plusieurs facteurs dont le module de Young (ou module d’élasticité longitudinale) de la matière, l’angle de fl exion du clip (déterminé par la profondeur du crochet), ainsi que la forme et la longueur de sa tige fl exible (des formules détaillées pour la conception des clips sont disponibles sur efunda.com). Elles sont aussi incluses dans de nombreux programmes de CAO, éliminant ainsi la nécessité de calculs séparés. On peut également utiliser un programme d’analyse des éléments fi nis pour ajuster la conception des clips et éviter qu’ils ne se brisent. Vous trouverez d’autres informations sur la conception des clips dans une édition antérieure des Conseils de conception Protomold.

Étant donné que la longueur de la tige fl exible d’un clip est d’une importance cruciale et

que certaines confi gurations n’off rent qu’un espace limité, il existe plusieurs solutions pour augmenter la longueur effi cace de la tige.

■ La tige du clip peut être repliée en forme de « U » comme on le voit souvent dans les caches de compartiment batterie (Figure 4).

■ On peut aussi faire une encoche dans la paroi dont la tige est solidaire, pour que ce segment de paroi prolonge la tige du clip.

■ On peut rendre fl exible la paroi dont la tige est solidaire afi n de réduire le degré de fl exion de la tige.

Un clip étant par défi nition conçu pour accrocher, il pourra parfois, en fonction de son orientation, créer une contre-dépouille dans un moule en deux éléments. Il existe plusieurs manières de traiter ce problème.

■ La plus simple consiste à prévoir un trou à la base du clip permettant le passage d’un élément de moule pour former le

dessous du crochet et une des faces de la tige fl exible (Figure 5). On peut alors utiliser un moule simple en deux éléments.

■ On peut former le crochet à l’aide d’un tiroir qui se rétracte avant l’ouverture du moule. Cette méthode est effi cace mais plus complexe.

■ On peut placer manuellement un insert amovible dans le moule pour former le clip, puis le retirer manuellement de la pièce fi nie et le réinsérer dans le moule pour le cycle suivant. Plus d’informations sur les inserts amovibles.

Figure 4 : Clip replié pour augmenter la longueur effi cace de la tige fl exible dans un espace limité Figure 5 : Clip présentant un trou à sa base pour permettre

l’utilisation d’un moule simple en deux éléments

Pour en savoir plus sur les clips, regarder ces conseils de conception en vidéo sur les Clips à ressort.

Figure 3 : Clip placé dans une « fenêtre » pour permettre de le débloquer

Volume 9 LES RESSORTS DU CLIP (1E PARTIE)

http://www.youtube.com/watch?v=QPLFNXRIZjI&feature=youtu.be



Grâce à la propriété du plastique qui lui permet de fl échir sans se déformer de manière permanente, il est possible d’intégrer dans des pièces moulées diverses attaches à ressort autres que le clip courant à crochet en saillie. À savoir :

■ la fermeture à emboîtement-pression annulaire (bouton pression)

■ la fermeture par torsion qui emmagasine l’eff ort de contre-pression par torsion et non par fl exion

■ la fermeture par compression qui s’emboîte par pression puis maintient la fermeture en place par contre-pression.

La fermeture à emboîtement-pression annulaireCe type de fermeture est utilisé dans de nombreuses applications courantes : des petits boutons pression qui ferment le rabat protecteur des vestes imperméables, aux couvercles de pots de yaourts, en passant par les capuchons de stylo. Ces exemples de fermeture sont conçus pour faciliter l’ouverture et la fermeture, mais une légère modifi cation permet aussi de les utiliser pour les bouchons de protection à l’épreuve des enfants que l’on peut facilement ouvrir lorsqu’ils se trouvent dans une certaine position mais qui sont pratiquement impossibles à ouvrir dans toutes les autres. Si de nombreuses utilisations des fermetures à emboîtement-pression annulaires sont prévues pour permettre l’ouverture et la fermeture répétées, on peut

aussi les utiliser pour une fi xation permanente dans certaines applications industrielles, ce résultat étant généralement assuré par l’angle des bords bloquants de la fermeture.

Quelle que soit l’application, les fermetures à emboîtement-pression annulaires fonctionnent par allongement et retour à l’état initial, généralement de l’élément femelle. Cette particularité de fonctionnement ne permet d’utiliser que des matériaux présentant des limites de fl èche relativement élevées (la fl èche est le point maximum de déformation élastique auquel le matériau cesse de reprendre ses dimensions initiales). La déformation maximum admissible varie selon les matériaux, entre environ 50% de déformation à la rupture pour la plupart des plastiques chargés, à plus de 70% pour la plupart des polymères élastiques. Vous trouverez ici des informations détaillées sur la conception des fermetures à emboîtement-pression annulaires.

La fermeture par torsionLa fermeture par torsion emmagasine l’eff ort de contre-pression quand on l’ouvre en faisant tourner une barre de torsion au point pivot de la tige au lieu de plier le bras fl exible, contrairement au clip à crochet en saillie. Cependant, à bien des égards (conception du crochet, etc.), la fermeture par torsion ressemble au clip à crochet en saillie. Le clip basculant est un exemple courant de fermeture par torsion. Pour en

savoir plus sur la conception des fermetures par torsion, cliquer ici.

La fermeture par compressionLa fermeture par compression (ou serrage) peut se décliner sous de nombreuses formes. L’attache composée en queue d’aronde, utilisée dans le cube Protomold du concepteur (Figure 1), en est un exemple.


Figure 1 : Le clip est assemblé en queue d’aronde dans deux directions pour maintenir ensemble deux côtés d’une boîte.

Figure 2 : Des connecteurs en forme d’arc s’encastrent dans des encoches pour former un ajustement serré.

Les ressorts du clip (2e partie) : et que ça saute

à suivre...

Volume 9 LES RESSORTS DU CLIP (2E PARTIE) : ET QUE ÇA SAUTE

http://machinedesign.com/fasteners/fundamentals-annular-snap-fit-joints

http://www.dc.engr.scu.edu/cmdoc/dg_doc/develop/design/part/33000004.htm#213187

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Ce clip est assemblé en queue d’aronde dans deux directions pour maintenir ensemble deux des six faces du cube. Dans un sens, l’élément mâle est très aminci et fournit un raccord incassable entre les deux éléments. Dans l’autre sens, l’élément mâle n’est que légèrement aminci et fournit un raccord facile à ouvrir pour désassembler le cube. Lorsqu’on pousse l’élément mâle en place, son matériau et celui de l’élément femelle sont comprimés puis décomprimés quand l’attache atteint sa position bloquée.

Le système d’assemblage des Reptangles™ est un autre exemple de fermeture par compression. Le défi à relever par le concepteur consistait à créer un connecteur permettant à des pièces positionnées dans n’importe quelle direction comprise à l’intérieur d’un arc de 90° de s’imbriquer. Ce dispositif (Figure 2) se compose d’un arc triangulaire qui s’encastre dans l’encoche correspondante. Les parois de cette encoche sont munies de « doigts » qui saisissent le creux ménagé sous l’arc pour maintenir fermement les pièces ensemble tout en permettant de les détacher aisément (Figure 3).

Les fermetures par compression peuvent créer des diffi cultés au niveau de la moulabilité. Dans certains cas le connecteur peut être « démoulé en force », la pièce présentant une légère contre-dépouille mais la matière étant suffi samment fl exible pour permettre l’éjection. Pour en savoir plus sur le démoulage en force, vous pouvez lire le numéro correspondant des Conseils de Conception. Dans le cas des Reptangles, le démoulage en force n’a pas été nécessaire car les éléments arc et encoche des connecteurs ont été formés par des buses à obturation télescopiques passant à travers des trous dans la pièce pour former le dessous des géométries en saillie.

La très grande diversité des options de clips et de fermetures par emboîtement-pression off re aux concepteurs beaucoup de liberté pour la création d’attaches intégrées.

Volume 9 LES RESSORTS DU CLIP (2E PARTIE) : ET QUE ÇA SAUTE



Design Tips for Rapid Injection Molding

Encore plus grand et encore mieuxNous avons déjà publié des suggestions de conception concernant la taille maximale de pièces que nous pouvons réaliser, mais comme les dimensions que nous pouvons accepter ont continué à augmenter depuis, il est temps de revenir sur ce sujet. Certains des chiff res indiqués ci-après sont simples et absolus ; d’autres pourront varier en fonction de diff érents facteurs. Si votre modèle semble proche des limites admissibles, le meilleur moyen de déterminer si nous pouvons réaliser votre pièce est de nous transmettre un modèle de CAO 3D pour recevoir un devis en ligne ProtoQuote® gratuit. Vous pourrez toutefois accélérer le processus si vous connaissez nos recommandations à l’avance.

Le volumeLa limite de taille la plus simple et la plus absolue est le volume total de votre pièce qui ne peut pas dépasser 967 cc. C’est en eff et la capacité maximum du fourreau par lequel nos plus grandes presses injectent la matière dans un moule. Ce chiff re maximum a beaucoup augmenté au fi l du temps car nous avons ajouté des presses de plus grande capacité dans nos installations de production. Il faut savoir que, si vous suivez les recommandations d’épaisseur de paroi standard, 967 cc de matière représentent une quantité signifi cative, ce qui ne manquera pas de réjouir les concepteurs.

La hauteurLà aussi la limite est simple : le procédé Protomold permet d’usiner les pièces jusqu’à une profondeur maximum de 100 mm à partir du plan de joint.

Par conséquent, si le plan de joint se trouve exactement à mi-chemin entre le haut et le bas, la hauteur totale de la pièce pourra être de 200 mm.

La surface du moule au niveau du plan de jointComme la matière est injectée sous pression dans le moule, les deux moitiés de ce moule doivent être fortement serrées ensemble pendant l’injection pour éviter qu’elles ne se séparent prématurément. La pression à surmonter est égale à la pression d’injection multipliée par la surface projetée de la pièce (section de la pièce au niveau du plan de joint). Nos presses peuvent exercer une pression de fermeture jusqu’à 650 tonnes, ce qui permet une surface projetée maximale de la pièce de 113 000 mm2 au niveau du plan de joint.

Le contourLa pression générée par l’injection s’exerce dans toutes les directions. Elle ne tente pas seulement de forcer l’ouverture du moule, mais s’exerce aussi vers l’extérieur contre les côtés du moule. Si cette force s’exerce sur une surface suffi samment grande et si la paroi du moule est trop fi ne, la pression d’injection pourra la courber. Pour éviter que cela ne se produise, il faut épaissir la paroi du moule lorsque la pièce est usinée profondément dans le moule (augmentant de ce fait la surface de paroi exposée à la pression). En augmentant l’épaisseur de paroi du moule, on réduit le contour rectangulaire maximum à l’intérieur duquel la pièce doit tenir. Autrement dit, plus la pièce est haute par rapport au plan de joint, plus le contour maximum (défi ni au Tableau 1) diminue.

Espace à prévoir pour les tiroirsComme les tiroirs doivent coulisser à l’intérieur du contour admissible du moule, ils réduisent aussi la taille maximale d’une pièce. L’espace nécessaire au tiroir varie selon le débattement requis pour créer la contre-dépouille mais il peut être signifi catif. Le logiciel de Protomold tiendra compte de l’espace nécessaire pour les tiroirs mais il faut que le concepteur sache que les pièces utilisant des tiroirs doivent tenir dans un contour réduit.

L’épaisseur des parois de la pièceSur les pièces de grande taille, les fl ux de matière sont généralement plus longs et nécessitent par conséquent des parois plus épaisses ; cette épaisseur dépend de la matière. L’épaisseur minimale de paroi pour une matière renforcée fi bres longues peut être 2,5 fois celle d’une paroi en nylon. Consultez nos informations sur les épaisseurs de paroi recommandées pour diff érentes matières.

Pour en savoir plus sur nos conseils de conception, consulter www.protomold.fr.


Tableau 1

Volume 9 ENCORE PLUS GRAND ET ENCORE MIEUX



Nous avons tous vu des dessins humoristiques de l’homme des cavernes avec son énorme roue en pierre qui lui arrive à la taille. Elle pèse une tonne et ne semble jamais attachée à rien. Nous avons aussi vu des images du paysan et de sa lourde charrette dont les roues pleines, en bois, lui arrivent à hauteur de poitrine. Mieux que rien, mais pas exactement prêt pour les courses de char. La vraie révolution dans la conception de la roue s’est produite quand un petit génie a compris qu’une roue n’avait besoin que d’un moyeu et d’une jante et que pratiquement tout le reste était superfl u. Ce n’est qu’avec l’invention des rayons que la roue, devenue soudain plus légère, plus économique et avec un moment cinétique moindre pour accélérer et freiner est arrivée à maturité.

Le même principe s’applique aux pièces en plastique. Le plastique est naturellement léger, généralement économique et relativement facile à former. Tout ceci ne signifi e pas pour autant qu’une bonne conception ne puisse pas le rendre encore plus léger et économique sans sacrifi er les performances ni compliquer la fabrication. Pour obtenir ce résultat, il faut éliminer le matériau superfl u. Deux questions se posent alors : pourquoi et comment le faire.

“Pourquoi le faire ?” a plusieurs réponses et la première est le coût. Une information récente de TPE (The Plastics Exchange) signalait que les acheteurs s’arrachaient les réserves de matière plastique fi n janvier 2012 afi n d’éviter les augmentations de prix prévues en février. Ces augmentations variaient de 0,04 à 0,10 € par kilogramme pour certaines matières relativement bon marché : le polyéthylène et le

polypropylène. Si des économies de quelques centimes par kilogramme sont aussi motivantes, toute réduction signifi cative du volume de matière par pièce sera encore plus appréciable et les économies seront proportionnellement supérieures pour des matières plus coûteuses.

La deuxième raison de minimiser la matière est le poids. Vélos, voitures, matériel militaire ou aérospatiale, l’allègement est devenu une quête ultime. Le plastique est, bien sûr, plus léger que le métal, mais moins de plastique est encore plus léger. « On n’est jamais trop riche ou trop mince » cette phrase célèbre s’applique aussi au marché actuel : plus de légèreté peut rendre plus riche, en réduisant les coûts et en augmentant les fonctionnalités.

Autre argument en faveur de l’allègement : le style. Peut-être parce que la « squelettisation » est associée à la haute technologie, au sport, etc., elle jouit d’un certain prestige. Le minimalisme se vend bien, ce qui nous amène à notre deuxième question : “comment le faire ?”

Pour réduire le poids d’une pièce en plastique, on peut tout simplement évider les zones épaisses. Cette solution permet non seulement de réaliser des économies de poids et d’argent, mais aussi d’éviter des problèmes tels que retassure, vides ou déformations (voir notre bulletin précédent sur le noyautage). Autre solution : la « squelettisation ». Ce concept est utilisé depuis des années et appliqué à toutes sortes de matériaux. Les poutres à treillis en bois et en métal sont conçues pour supporter les contraintes tout en minimisant la quantité de matériau nécessaire. Comme un nid d’abeilles.

Très souvent, on peut remplacer des poteaux pleins par des cylindres creux. De même, des arcs bien placés peuvent rediriger les forces et remplacer des supports massifs encombrants. Toutes ces techniques sont applicables aux pièces en plastique. La diffi culté consiste à enlever le matériau sans aff ecter la fonction. La Figure 1 présente un exemple de ce processus.

Étant donné que les caractéristiques des matières varient beaucoup, la quantité de matériau pouvant être éliminée dans la conception d’une pièce dépend de la matière. Le choix de la matière et la forme interagissent lorsqu’un concepteur recherche un design optimal. Les logiciels d’analyse par éléments fi nis (FEA) sont très utiles dans la phase de développement virtuel initiale, mais il est nécessaire de réaliser des prototypes “bonne matière” pour tester et affi ner la conception à un stade plus avancé du processus.


Réduit à sa plus simple expression

Figure 1 : Cette pièce est à l’origine un disque plein, puis un disque dont certaines sections ont été évidées, et enfi n une roue à rayons entièrement « squelettisée » sans perte de fonctionnalités.

Volume 9 RÉDUIT À SA PLUS SIMPLE EXPRESSION

à suivre...



Un prototypage bien pensé, utilisant le moulage par injection rapide, peut off rir un maximum d’informations pour un coût minimal. On peut tester plusieurs matières dans un même moule (sans oublier toutefois que des matières ayant des coeffi cients de retrait diff érents produisent des pièces de dimensions légèrement diff érentes). Selon les aspects que l’on prévoit de tester, (les performances individuelles d’une pièce plutôt que l’assemblage fi nal, par exemple), ces diff érences pourront ne pas poser de problème. Si vous voulez tester plusieurs degrés de «squelettisation », rappelez-vous qu’il est facile d’enlever du métal dans un moule mais diffi cile d’en ajouter, et que moins de métal signifi e plus de plastique.

Autrement dit, commencez par la version la plus allégée de votre pièce. Si les tests ne sont pas satisfaisants, vous pourrez ajouter du plastique à votre itération suivante en enlevant davantage de métal dans le moule au lieu de tout recommencer. Tout comme la squelettisation d’une pièce, cette méthode permet d’alléger le processus de développement en conservant le résultat tout en réduisant les coûts et l’eff ort.


Volume 9 RÉDUIT À SA PLUS SIMPLE EXPRESSION


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La conception de pièces en plastique peut être un processus complexe en toute circonstance, et la conception de produits entièrement nouveaux présente encore plus de difficultés. Un concepteur sait rarement à l’avance quelle petite astuce ou idée va rendre facile ce qui était difficile ou possible ce qui paraissait impossible. C’est pourquoi nous proposons de nouveaux “Conseils de Conception” chaque mois. Ceci dit, une fois de temps en temps, nous en retrouvons certaines qui semblent si importantes qu’elles valent la peine d’y revenir. Voici un “Conseil de Conception” datant de décembre 2009.

Nous avons si souvent insisté sur la nécessité d’une dépouille dans les pièces moulées par injection que nous allons maintenant vous surprendre en vous disant que certaines formes, non seulement n’en ont pas besoin, mais fonctionnent même mieux sans dépouille C’est la vérité, et si nous n’en avons encore jamais parlé c’est que nous venons d’ajouter cette capacité à notre processus de moulage par injection.

Ces formes sont généralement des trous de vis utilisés pour raccorder des pièces en plastique (par exemple la moitié avant et la moitié arrière d’une coque en plastique) à l’aide de vis auto-taraudeuses. Les trous sont formés par des éléments dans le moule appelés “noyaux” (voir Figure 1).

Auparavant, pour créer des noyaux dans le moule, nous les usinions directement dans le corps du moule en aluminium. Les noyaux hauts et fi ns pouvaient « adhérer » à la pièce en plastique et se briser quand les pièces étaient éjectées. Afi n de

renforcer ces noyaux et réduire les contraintes d’éjection, nous demandions à ce qu’ils soient dépouillés de façon à leur donner une forme légèrement cônique et étroite. Les trous de vis coniques qu’ils produisaient pouvaient créer des problèmes. À moins d’être aussi conique que le trou (comme une vis à bois), la vis serait de plus en plus contrainte au fur et à mesure qu’on la visserait dans le trou conique. A force de la serrer, elle pourrait fi ssurer la pièce. Mais si elle ne l’était pas assez, elle pourrait « foirer » et ne pas tenir.

Les longues vis droites, les trous d’implantation coniques et les lignes de soudure faisaient mauvais ménage. Si le trou et la vis correspondante étaient courts, la pièce pouvait être produite avec succès. Quant aux modèles comportant des trous plus profonds, ils faisaient malheureusement l’objet d’une réponse négative et nous ne fournissions pas de devis.

Tout ça, c’est du passé. Maintenant, Protomold peut produire des trous de petit diamètre ayant un rapport longueur/diamètre élevé, à l’aide de broches en acier ajoutés dans le moule. Supposons par exemple que vous soyez en train de créer une pièce comportant un trou d’une profondeur de ¾ de pouce par un diamètre de 1/8e de pouce. Il vous suffi ra d’inclure cette géométrie dans votre modèle de CAO 3D et notre logiciel propriétaire eff ectuera alors son travail et créera le moule avec une broche-noyau cylindrique pour former le trou.

Pour vous, cette innovation se traduit par deux changements. Premièrement, nous pouvons maintenant mouler des pièces comportant des trous plus profonds et plus étroits. Deuxièmement (et voilà l’info-choc) vous n’avez plus à appliquer de dépouille à ces formes. Ceci pour des raisons très simples : une broche en acier est suffi samment solide pour supporter les contraintes de l’éjection, et sa surface est suffi samment lisse pour se dégager proprement de la pièce sans dépouille. Il ne devrait y avoir aucun problème au niveau de l’esthétique de la pièce ainsi obtenue, d’autant que tout problème éventuel se trouvant à l’intérieur du trou serait invisible.

La taille du trou dans votre pièce sera déterminée par la taille de la vis autotaraudeuse que vous utiliserez pour l’assemblage. Le trou lui-même sera légèrement plus grand que le diamètre à fond de fi let de la fi xation (c’est à dire le diamètre de la tige à la racine du fi let). Généralement, le fabricant spécifi era le diamètre du trou d’implantation dans les caractéristiques techniques de ses vis. En dernier lieu, il faut savoir que certaines vis sont prévues pour des matières plastiques particulières. Si vous changez de matière en cours de prototypage, vérifi ez que le type de fi xations que vous envisagez reste le bon.


Ne dépouillez PAS toujours

Figure 1 : Exemple de noyau utilisé pour former un trou dans une pièce moulée.

Volume 9 NE DÉPOUILLEZ PAS TOUJOURS


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Maintenant, vous connaissez probablement tout sur le devis interactif ProtoQuote : un devis automatisé gratuit pour le moulage par injection rapide, qui vous permet de choisir la matière, les quantités et d’obtenir une analyse de la conception (voir Figure 1). Cette dernière conception suggère où et comment apporter des modifi cations à votre modèle pour améliorer sa moulabilité. Pour la plupart des utilisateurs, ProtoQuote s’intègre dans le processus de conception après le croquis sur un coin de table et l’impression 3D (ou tout autre procédé de prototypage additif) et avant l’ injection des pièces de série. Cette méthodologie a fait ses preuves, mais nous aimerions vous suggérer une autre approche que vous pourriez trouver utile.

Pour votre prochain projet, vous pourriez envisager de télécharger votre modèle de CAO 3D pour obtenir un devis de Protomold avant de réaliser votre premier prototype, quel que soit le procédé de prototypage que vous prévoyez d’utiliser. Autrement dit, que vous commenciez par un prototype injecté ou usiné par Proto Labs, ou un prototype formé de couches successives réalisé par un prestataire extérieur ou en interne avec vos propres équipements, demandez d’abord un devis ProtoQuote.

La raison est simple. Lorsqu’on prévoit d’utiliser le moulage par injection pour la production fi nale, il est essentiel de savoir si le modèle est moulable, et il est préférable de le savoir le plus tôt possible dans le processus de développement. Comme nous l’avons souvent souligné, les prototypes

moulés par injection chez Protomold vous indiqueront si votre modèle est moulable (Il y a naturellement bien d’autres raisons d’utiliser le moulage par injection rapide dans votre processus de développement – il off re des informations sur les fonctionnalités qu’aucun procédé additif ne permet d’obtenir – mais nous comprenons que les procédés de prototypage additifs puissent être utiles en phase initiale de développement). Nous vous suggérons simplement de ne pas attendre le moment de réaliser des prototypes injectés pour vous procurer l’analyse de conception qui accompagne tout devis ProtoQuote. Nous irions même jusqu’à vous suggérer de demander un devis ProtoQuote même si vous n’avez aucune intention de réaliser un prototype moulé avant de vous engager sur l’outillage de production !

L’avantage pour vous est, en eff et, que notre logiciel d’établissement des devis peut identifi er d’éventuels problèmes de moulabilité (voir Figure 2), tels qu’une absence de dépouille ou la possibilité de retassures, à tous les stades de développement. Il vous suffi t d’avoir un modèle de CAO 3D à télécharger. Étant donné que tous les procédés mentionnés plus haut nécessitent également un modèle de CAO 3D, demander un

devis ProtQuote est rapide, simple et gratuit. Ce devis vous fournira des informations précieuses susceptibles de vous éviter des problèmes de moulage ou la nécessité d’un “retour ultérieur à la planche à dessin”. Si votre pièce présente des contre-dépouilles, ProtoQuote les trouvera.

Figure 1 : Les menus déroulants vous permettent de changer la matière, la fi nition des empreintes A et B du moule et les quantités, afi n de voir l’eff et de ces changements sur le prix.

Il n’est jamais trop tôt pour ProtoQuote®

Figure 2 : Le logiciel ProtoView® permet à l’utilisateur de voir un modèle 3D de sa pièce qu’il peut faire tourner librement et sur lequel il peut faire un zoom pour examiner en gros plan les problèmes de moulabilité potentiels.

à suivre...

Volume 9 IL N’EST JAMAIS TROP TÔT POUR PROTOQUOTE®


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Certaines parois sont trop épaisses ou trop fi nes pour un moulage effi cace ? Les procédés additifs ne les signaleront pas, mais notre logiciel propriétaire, qui établit les devis et analyse la conception, les détectera.

Si vous prévoyez d’utiliser ProtoQuote, souvenez-vous des quelques points suivants : En plus de votre modèle de CAO 3D, le logiciel vous demandera en option votre choix de matière, le nombre de pièces que vous voulez réaliser et le délai de livraison souhaité.

Votre modèle sera ensuite exécuté sur le plus vaste supercalculateur en cluster de l’industrie et, en moins de 24 heures, vous recevrez un devis interactif accompagné de votre analyse de conception. Si vous n’êtes pas prêt à commander des prototypes moulés, laissez de côté le devis et passez directement à l’analyse. Les problèmes de moulabilité potentiels seront indiqués sur votre modèle par des zones colorées selon un code de couleurs (voir Figure 3). Si vous comptez utiliser le service de moulage par injection Protomold, ces problèmes devront être pris en compte. En revanche, si vous prévoyez de créer vos prototypes à l’aide d’un procédé de prototypage additif, vous n’aurez pas à eff ectuer de modifi cations pour le prototypage. Toutefois, si vous comptez utiliser le moulage par injection pour la production de vos pièces, vous souhaiterez sans doute résoudre malgré tout ces problèmes.

Après avoir eff ectué les modifi cations indiquées sur votre modèle de CAO 3D, vous pourrez le télécharger à nouveau sur Protomold.fr pour vérifi er que vous avez éliminé tous les problèmes potentiels. Arrivé à un certain stade du développement, vous souhaiterez probablement réaliser un ou plusieurs prototypes injectés pour vos tests fonctionnels. En eff et, un prototype fabriqué en “bonne matière” off re des informations que les modèles de CAO, les logiciels de simulation, les prototypes réalisés par un procédé additif et même l’analyse de conception de ProtoQuote ne peuvent pas fournir.

Demandez un devis gratuit et des conseils sur la conception dès aujourd’hui !

Regardez les vidéos concernant ProtoQuote ou ProtoFlow (simule l’écoulement de la matière, prévoit la pression et anticipe les problèmes de remplissage).

Figure 3 : La section en gris du bord de la pièce indique une zone sans dépouille qui pourra causer des problèmes tels que des marques de traînées ou une déformation sous l’eff et de l’eff ort d’éjection. Cet aspect de la conception, parmi beaucoup d’autres, est à prendre en compte pour obtenir un résultat optimal du processus de moulage par injection.

Volume 9 IL N’EST JAMAIS TROP TÔT POUR PROTOQUOTE®

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http://www.youtube.com/user/ProtoLabsInc


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Alors que la complexité des outils et des techniques de conception augmente et que l’arsenal des matières disponibles s’enrichit sans cesse, le plastique continue à remplacer d’autres matériaux dans des applications très diverses. L’engrenage est une pièce mécanique de plus en plus souvent fabriquée en plastique. Pour remplacer effi cacement le métal, il est évident que le design et la matière doivent répondre aux exigences de l’application, mais la moulabilité de la pièce est aussi très importante. Tous les procédés de moulage par injection ont leurs limites et leurs exigences particulières. Si vous prévoyez d’utiliser les services de Protomold pour produire des engrenages, il est indispensable que vous compreniez les exigences de notre procédé de moulage.

Le principal défi posé par le moulage par injection rapide des engrenages concerne la denture. Afi n de pouvoir réaliser un engrenage moulé par injection, nous devons pouvoir introduire complètement une fraise dans la zone du moule qui formera une dent de l’engrenage. La Figure 1.1 montre ce qui se produit quand une dent est trop petite pour notre plus petite taille de fraise. La fraise ne peut pas atteindre le bout de la dent conique. Cet engrenage ne peut donc pas être produit en utilisant notre procédé. La Figure 1.2 montre une fraise dont la denture est assez large pour notre fraise.

Remarque : bien que la fraise puisse atteindre l’extrémité de la dent de la Figure 1.2, elle ne peut pas atteindre l’angle des coins de cette dent. Les dents de la pièce devront avoir des coins plus

arrondis. Lorsque vous soumettez une telle pièce pour obtenir un devis ProtoQuote®, l’impossibilité de produire des angles droits extérieurs sera notée dans l’analyse de conception et vous pourrez alors décider si vous souhaitez modifi er votre design en conséquence. Selon le design, cet arrondi pourra aff ecter la manière dont la denture s’engage et créer un jeu excessif dans le fonctionnement des engrenages. Votre logiciel de CAO 3D pourra vous aider à déterminer si la modifi cation causera un problème.

Un autre élément à prendre en compte dans la conception est la largeur bord à bord de l’engrenage. Des engrenages plus larges pourront être nécessaires pour supporter une force supérieure, et la largeur de l’engrenage détermine la profondeur à laquelle le moule devra être usiné. Les entailles profondes nécessitent des fraises longues, et comme les longues fraises minces pourront avoir une rotation déséquilibrée pendant la coupe, le rayon minimum de la fraise augmente avec la profondeur de coupe. Si la profondeur de l’entaille est importante, nous utilisons des fraises coniques

pour éviter toute rotation déséquilibrée pendant la coupe. C’est pourquoi les entailles très profondes nécessitent une dépouille (voir Figure 2).

Lorsqu’il est nécessaire d’appliquer une dépouille à la denture d’un engrenage, elle a pour objet de permettre l’usinage correct du moule et non de faciliter l’éjection. Bien que l’angle de dépouille nécessaire pour les engrenages plus larges soit faible, les dentures en dépouille pourront aff ecter l’engrènement, comme dans le cas des dentures arrondies. Dans certains cas, le fait d’appliquer une dépouille symétrique sur la denture des engrenages complémentaires pourra éliminer les problèmes d’engrènement.

Étant donné qu’ils doivent être mobiles et s’accoupler, la plupart des engrenages sont réalisés dans une gamme relativement réduite de matières à haut pouvoir lubrifi ant. C’est pourquoi notre capacité à produire des engrenages n’est généralement pas aff ectée par le choix de la matière. Si vous les suivez, les suggestions ci-dessus devraient vous permettre de créer des engrenages pouvant être effi cacement réalisés par notre procédé. Tout problème de moulabilité détecté sera mis en évidence dans l’analyse de conception de votre devis ProtoQuote.

Enclencher l’engrenage

Figure 1 : Le point bleu foncé représente la fraise qui serait utilisée pour former une dent d’engrenage dans le moule.

Figure 2 : Exigences concernant le rayon des angles extérieurs.

Volume 9 ENCLENCHER L’ENGRENAGE


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On nous demande parfois « Que dois-je faire pour que mes pièces coûtent moins cher ? » Cette édition de nos Conseils de Conception vous explique comment réduire les coûts de votre projet avec Protomold. Petit avertissement: la plupart de ces conseils nécessitent une modifi cation du design de votre pièce. Il est clair que si votre pièce doit être conçue d’une manière particulière, elle devra rester ainsi. En revanche, si les contraintes de conception vous off rent une certaine fl exibilité, vous disposerez de nombreuses possibilités d’économies.

En examinant ces conseils, n’oubliez pas de garder en tête l’utilisation fi nale de votre pièce. Les clients de Proto Labs se divisent essentiellement en deux groupes : ceux qui ont besoin de pièces prototypes et ceux qui ont besoin de petites séries de pièces ou d’une production de transition. Le groupe prototypage se divise lui-même en sous-groupes plus particulièrement intéressés par l’ajustement, l’évaluation de l’apparence, la validation de processus, les tests de résistance, etc. Réaliser des économies en éliminant une fi nition soignée pourra être une bonne solution lorsque le prototype est destiné à des essais de résistance, mais ne serait pas logique pour un étui prototype utilisé dans un échantillon marketing. Pour les prototypes, la solution la plus logique consiste à minimiser les coûts d’outillage. Pour les clients qui ont besoin de pièces de production, il pourra être intéressant de privilégier les idées destinées à réduire le coût par pièce même si le coût de l’outillage s’en trouve augmenté.

Dans le désordre, voici les cinq conseils que nous donnons les plus souvent à nos clients pour faire des économies :

1. Éliminez toutes les contre-dépouilles de votre pièce. Nous devons facturer davantage pour ajouter des tiroirs, des contre-dépouilles éjectables et des inserts amovibles à votre moule afi n de créer des contre-dépouilles. Dans le cas des inserts amovibles, nous facturons aussi des frais par pièce car une personne doit se trouver à côté de la presse pour placer les inserts dans le moule avant chaque charge d’injection, puis pour les retirer de chaque pièce injectée (voir Figure 1).

2. Réduisez la taille de votre pièce. Si vous pouvez réduire la taille de votre pièce, vous bénéfi cierez de plusieurs avantages en termes de coûts : une pièce de plus petite taille tient dans des bases de moule plus petites, et permet donc

de réduire le coût du matériau de l’outillage ; les pièces de plus petite taille ont des empreintes plus petites dont la réalisation nécessite moins de temps d’usinage ; les pièces de plus petite taille utilisent moins de matière ; etc.

3. Éliminez certains détails de votre pièce, en particulier s’ils sont petits ou fi ns. Protomold accepte des géométries pouvant aller jusqu’à un minimum de 0,50 mm. Les détails fi ns sont créés à l’aide de fraises minuscules. Lorsque les fraises minuscules sont courtes, elles coupent très lentement, et les fraises minuscules plus longues, nécessaires pour atteindre des détails fi ns, plus profondément placés dans la pièce, coupent encore plus lentement. Vous pouvez réduire le temps d’usinage en ne créant que des géométries d’une épaisseur supérieure à 1,27 mm. L’analyse de conception fournie gratuitement avec notre devis ProtoQuote® vous permet de comparer le coût d’une géométrie complexe avec celui d’une géométrie modifi ée dans une optique de réduction des coûts.

L’usinage de Texte, est une opération longue, en particulier si ce texte est en creux dans la pièce. Les logos s’apparentent au texte et leur suppression réduira aussi les coûts d’usinage. L’usinage par électro-érosion (EDM) est parfois conseillé pour créer du texte de petite taille dans les moules – cette solution ne correspond pas à une stratégie de réduction des coûts puisqu’il faut aussi usiner les électrodes et que le processus EDM nécessite une étape supplémentaire.

Des pièces pour budget serré: Cinq bons conseils pour réduire les coûts

Figure 1: L’insert en deux parties utilisé pour créer les géométries de cette pièce doit être retiré manuellement de la pièce après son éjection, ce qui augmente les coûts.

à suivre...

Volume 9 DES PIÈCES POUR BUDGET SERRÉ : CINQ BONS CONSEILS POUR RÉDUIRE LES COÛTS


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Autres détails pouvant augmenter le coût : les nervures. Les nervures doivent aussi être usinées dans le moule, et les entailles étroites et profondes nécessitent des fraises longues et fi nes qui coupent plus lentement. Si vous pouvez réunir plusieurs petites nervures ensemble et utiliser un moins grand nombre de nervures plus grosses, le coût de l’outillage sera généralement réduit. Si le but des nervures est de noyauter la pièce pour réduire la consommation de matière en production ET si vous vous préoccupez moins du coût par pièce que du coût immédiat de l’outillage, ET si vous acceptez l’éventualité de retassure ou de gauchissement, vous pourrez décider de créer une pièce plus épaisse et massive et d’éliminer certaines nervures.

Un des ingénieurs de notre service clientèle résume cette technique d’élimination des détails par ces mots : « moins de vent et plus de consistance. » Si naturellement, ce que vous fabriquez est un moule à gaufres ...

4. Utilisez une qualité de fi nition moindre pour votre pièce. Les Finitions sont appliquées manuellement à notre outillage et ce procédé coûte cher. Si l’apparence de votre pièce n’est pas importante, n’utilisez pas un haut degré de fi nition très coûteux. Si l’esthétique de votre pièce est importante dans son utilisation fi nale, mais si elle ne l’est pas dans son utilisation immédiate (par exemple, un encadrement initialement utilisé dans des essais de confi guration ou d’ergonomie), sélectionnez une fi nition d’entrée de gamme.

Il sera toujours possible d’ajouter une meilleure fi nition au moule lorsque votre design sera fi nalisé. Si vous ne savez pas à quoi ressemblent les diff érentes fi nitions, reportez-vous à votre cube du concepteur Protomold : toutes les fi nitions standard off ertes par Protomold fi gurent sur ce cube. Si vous ne possédez pas encore le cube du concepteur, votre vendeur ou votre représentant de notre service clientèle pourra vous en envoyer un. Nous avons également des plaques échantillons montrant l’aspect des diff érentes fi nitions dans plusieurs matériaux standards (voir Figure 2).

5. Réfl échissez aux opérations secondaires. Curieusement, selon la quantité requise, vous découvrirez peut-être que le recours à une opération secondaire peut s’avérer plus rapide et plus économique pour achever vos pièces que leur moulage complet. Vous pourriez

par exemple percer un trou dans votre pièce après son moulage au lieu d’utiliser un tiroir ou un insert amovible. Vous pourriez aussi découper une contre-dépouille intérieure par une opération secondaire au lieu d’utiliser un insert. On peut parfois créer une pièce « mère », puis l’usiner de manière à former diff érents « enfants », il est alors possible d’utiliser un seul moule pour créer une ligne de produits. On peut parfois utiliser le démoulage en force au lieu de fabriquer un moule avec contre-dépouille. Attention : Protomold n’off re pas de services pour les opérations secondaires.

Consultez notre bibliothèque de Conseils de conception antérieures pour trouver d’autres idées qui vous permettront de faire des économies. Ces suggestions principalement techniques proposent des solutions à diff érents problèmes : comment utiliser des coulisses pour simuler des contre-dépouilles, comment créer des fi letages extérieurs fonctionnels dans un moule à éjection directe, comment noyauter les pièces pour réduire la consommation de matériau, comment éliminer certaines références de pièces en appariant des pièces identiques, etc.

Figure 2 : Nos plaques d’échantillons de matériaux présentent diff érentes fi nitions off ertes par Protomold. Adressez-vous à votre représentant si vous désirez recevoir des échantillons.

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Il y a de nombreuses raisons d’ajouter du texte à une pièce. Il peut s’agir d’instructions d’assemblage, d’une référence de pièce, d’un avertissement légal ou simplement d’un logo (voir Figure 1). Quelle qu’en soit la raison, un marquage présente généralement les plus petites géométries d’une pièce et, à ce titre, mérite toute l’attention du concepteur.

La première chose à savoir est que le texte en relief donne de bien meilleurs résultats sur une pièce en plastique que le texte en creux (qui devra être usiné à l’intérieur du moule). Sur la pièce, les lettres en relief seront plus lisibles, et l’usinage de ce texte en creux dans le moule pourra être poli. Il sera en revanche diffi cile d’obtenir une bonne fi nition si le texte est en relief dans le moule (et donc en creux sur la pièce).

Deuxième point : celui de l’uniformité de taille des parois dans votre lettrage. Évitez les polices de caractères avec empattement (serif). Ce sont celles qui comportent des petites pattes de mouche à

leurs extrémités verticales. Les empattements sont en général plus étroits que les lignes principales de la lettre et trop petits pour l’usinage. Utilisez plutôt des polices linéales (sans serif) comme Century Gothic Gras (police par défaut dans SolidWorks). Parmi les polices linéales courantes on peut aussi citer Arial et Verdana. D’une manière générale, rappelez-vous que, bien que la plupart des programmes de CAO 3D vous donnent l’option d’utiliser des polices Windows standard, il vaut mieux résister à la tentation de se montrer original sans une bonne raison.

Le troisième point est la taille des lettres (voir Figure 2). Il n’est pas nécessaire que le texte dépasse de beaucoup la surface de la pièce (une hauteur de 0.5 mm est largement suffi sante). Toutefois, les règles applicables aux nervures minces restent également applicables ici. Vous n’avez pas besoin de mesurer l’épaisseur de toutes les lignes de toutes les lettres ; contentez-vous de choisir une taille de police de 20 points ou plus, et d’utiliser la version grasse de la police. Il est alors fort probable que votre texte pourra être usiné (voir Figure 3). Nous

pouvons parfois usiner des fontes plus petites. Si vous avez besoin de le faire, envoyez-nous la pièce intégrant le texte de plus petite taille pour obtenir un devis interactif ProtoQuote®. Le devis que vous recevrez vous indiquera toute modifi cation éventuellement nécessaire et pourra comporter des avis. Vous pouvez aussi contacter le personnel technique de notre service clientèle au +33 (0)4 79 65 46 50 pour discuter de votre projet.

En dernier lieu, si le texte est placé au sommet d’une géométrie assez haute (une haute nervure, par exemple) vous devrez parfois l’agrandir. En résumé, pour obtenir les meilleurs résultats en intégrant du texte à votre pièce :

■ Créez le texte en relief.

■ Utilisez une fonte linéale grasse.

■ Choisissez une taille de carac-tères de 20 points ou plus.

■ Évitez le sommet de hautes géométries.

Si vous n’êtes pas sûr d’avoir créé votre texte correctement, envoyez-nous votre modèle de CAO 3D pour obtenir un devis ProtoQuote® gratuit. Tout problème vous sera signalé dès le lendemain.

Traitement de texte

Figure 1 : Indications d’un commutateur Marche/Arrêt (On/Off ) sur une pièce.

Figure 2 : Le « o » est trop petit pour l’usinage.

Figure 3 : Le « L » utilise une fonte de plus grande taille et laisse à l’outil suffi samment de place pour le fraisage.

Volume 9 TRAITEMENT DE TEXTE


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Que vous le réalisiez ou non, quand vous créez une pièce en plastique moulée par injection, vous travaillez à deux niveaux. Au niveau global, vous créez une forme, simple ou complexe, répondant à divers besoins. En même temps, vous créez votre pièce au niveau moléculaire par votre choix de matière ou de mélange de matières. Certains aspects des performances de la pièce sont principalement déterminés par sa forme. D’autres, comme sa résistance, sont conditionnés par la forme et par la matière. D’autres encore, comme son pouvoir lubrifi ant sont déterminés par la matière seule.

Comme il existe des milliers de matières plastiques et de mélanges, la sélection d’un matériau peut paraître bien diffi cile. Il existe heureusement d’excellentes ressources pour vous simplifi er la tâche. Dans le Guide des matières de nos conseils de conception Protomold, vous trouverez des informations générales sur quelques matières les plus couramment utilisées. Toutefois, pour obtenir des informations détaillées sur des dizaines de milliers de matières, la source incontournable est la base de données Prospector d’IDES sur les matières plastiques. Vous y trouverez gratuitement (après inscription également gratuite) des fi ches techniques détaillées sur la plupart des matières plastiques disponibles dans le monde (voir Figure 1). Les informations sont fournies à UL IDES par les fabricants des matériaux et font l’objet de mises à jour hebdomadaires. Vous pouvez vous inscrire et créer votre propre compte Prospector en accédant à www.ides.com/protomold.

Commençons par examiner cet exemple de fi che technique concernant un polycarbonate transparent, le Makrolon-2458. Elle commence par une description générale de la matière et de son application qui est, dans notre exemple, un matériel médical. La liste des caractéristiques comporte les informations requises pour

une application médicale, notamment la biocompatibilité et la stérilisabilité. Cette matière particulière se caractérise aussi par sa facilité de démoulage, une propriété qui sera peut-être essentielle pour une pièce dont la dépouille doit être minimisée mais pourra aff ecter les possibilités de peinture ou d’électrogalvanisation de la pièce.

Figure 1 : Capture d’écran d’une fi che technique de matière en provenance de la base de données Prospector d’IDES sur les matières plastiques.

Sélection de la matière — Consultez la fi che technique

Volume 9 SÉLECTION DE LA MATIÈRE — CONSULTEZ LA FICHE TECHNIQUE

à suivre...

www.ides.com/protomold


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Sont également disponibles sur chaque fi che les informations de classement et de conformité RoHS se rapportant à la règlementation en matière de protection de l’environnement et de sécurité. Sous la rubrique « Appearance » fi gurent naturellement les données se rapportant à l’aspect de la matière.

Le reste de la fi che fournit des informations détaillées sur les propriétés physiques, mécaniques et thermiques de la matière, ainsi

que d’autres caractéristiques. Ces informations pourront toutes présenter une pertinence vis à vis des performances de vos pièces fi nies, mais il en est une en particulier qui pourra être très importante si vous prévoyez de comparer des prototypes réalisés dans plusieurs matières. Le « retrait au moulage » (voir Figure 2) aide Proto Labs à déterminer dans quelle mesure la taille du moule doit être ajustée pour que les pièces moulées une fois refroidies correspondent exactement à votre modèle. Si vous avez l’intention d’essayer plusieurs matières, choisissez des matières ayant un coeffi cient de retrait similaire afi n que les pièces réalisées en diff érents matériaux dans le même moule aient les mêmes dimensions après refroidissement. L’ABS et le polycarbonate, par exemple, ont généralement un coeffi cient de retrait similaire, alors que l’ABS et le nylon ont des coeffi cients très diff érents. Quand les coeffi cients de retrait sont diff érents, faites attention à l’ordre dans lesquels vos prototypes sont moulés ; réduisez vos coûts en faisant réusiner un même moule au lieu de fabriquer plusieurs moules de diff érentes tailles. Quand les coeffi cients de retrait sont très diff érents, envisagez la fabrication de deux moules pour que les pièces soient de taille comparable.

N’oubliez pas que ces fi ches ne vous seront utiles que lorsque vous aurez identifi é les matières envisageables. En revanche, si vous

avez déterminé les caractéristiques que vous recherchez mais ne savez pas quelles matières répondent aux spécifi cations requises, vous pouvez utiliser le service « Properties Search », un service payant à valeur ajoutée d’IDES. Ce service permet d’eff ectuer une recherche sur plus de 500 propriétés en spécifi ant les plages de valeurs requises afi n de cibler davantage les résultats affi chés.

Pour toute question concernant la lecture des fi ches techniques, adressez-vous à votre responsable de compte ou à un ingénieur de notre service clientèle au +33 (0)4 79 65 46 50. Ils pourront répondre à vos questions sur les propriétés des matières mais ne pourront pas vous recommander une matière particulière. Pour les recommandations de matières spécifi ques, un formulateur spécialisé comme Distrupol ou Albis devrait pouvoir vous aider. N’oubliez pas cependant que même si certaines ressources externes peuvent vous fournir des informations utiles sur les matières, c’est vous qui connaissez le mieux votre application et c’est donc vous qui devrez prendre la décision fi nale sur la matière. Heureusement, en essayant les matières au stade du prototypage, vous pourrez plus facilement déterminer si vous avez fait le bon choix ou si vous devez élargir votre recherche.


Figure 2 : Les caractéristiques de retrait au moulage sont indiquées dans la section Physique des fi ches techniques.

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Savez-vous pourquoi les côtés des petits seaux en plastique utilisés par les enfants à la plage ont une forme conique ? Je vais vous mettre sur la voie : ce n’est pas pour transporter de l’eau. C’est pour cette autre activité appréciée des enfants : faire des châteaux de sable. Le sable humide est assez fragile et la tension superfi cielle créée par l’eau entre les grains est juste suffi sante pour transformer temporairement un tas de particules en un objet solide. Une bonne secousse les séparerait et, comme la tension superfi cielle qui agglomère les grains de sable les attire aussi vers les parois du seau, une secousse suffi rait pour faire sortir du sable humide d’un seau aux parois droites (voir fi gure 1). On obtiendrait alors une pile de sable désagrégé et une bonne leçon sur l’importance de la dépouille pour les jeunes bâtisseurs de châteaux.

En revanche, dans un seau normal de forme conique, lorsque la masse de sable commence

à sortir du seau, elle s’écarte aussi directement de sa paroi. Lorsque le contact est moindre, la tension superfi cielle entre le sable et le seau est aussi moindre (essentiellement, moins de frottement), et quand on a moins de frottement, il n’est pas nécessaire de secouer ; il suffi t d’une petite tape et la gravité fait le reste. Ce mode d’éjection pourra laisser quelques grains de sable collés au plastique, mais la tour de votre château de sable sera intacte (voir Figure 2).

Le même principe s’applique à la conception des pièces en plastique moulées par injection. Le plastique moulé est sans doute plus solide que le sable humide d’une plage, mais si le plastique racle pendant l’éjection il ne résistera pas à la paroi métallique du moule. Même si la pièce conserve sa forme, elle ne conservera pas sa fi nition. À partir du moment où vos pièces présentent des surfaces plus ou moins parallèle à la direction d’ouverture

du moule, vous devez appliquer une dépouille à ces surfaces, qu’elles soient complexes ou non.

Un exemple évident de ce type de pièces est le seau en plastique pour la plage dont nous venons de parler. Ce seau qui sert à mouler le sable est lui-même une pièce moulée. L’extérieur est formé par l’empreinte A du moule et l’intérieur par l’empreinte B du moule. Le retrait a pour eff et d’éloigner le plastique qui refroidit de la moitié extérieure du moule et facilite donc son ouverture, sauf naturellement si la surface du seau a une texture. Cette texture peut agir comme de minuscules contre-dépouilles. Augmentez l’angle de dépouille pour éviter que la surface ne soit endommagée. Une texture légère (PM-T1) nécessite trois degrés de dépouille ; une texture moyenne (PM-T2) en nécessite au moins cinq.

En même temps, le retrait fait adhérer le seau à l’empreinte B du moule dont il doit être séparé par l’action des éjecteurs. C’est là que l’application d’une dépouille signifi cative (et l’absence de texture) facilitent l’éjection et off rent au service de moulage par injection plus de fl exibilité pour améliorer la qualité de la pièce grâce à cette réduction de la diffi culté d’éjection. Le seau que nous venons de décrire a essentiellement la forme d’un gobelet. Si on veut lui ajouter une poignée, il faudra peut-être lui ajouter des éléments en saillie ou ménager des trous dans les parois du seau. À cette fi n, nous pourrons utiliser des tiroirs qui devront être dépouillés parallèlement à la direction d’ouverture du tiroir (plus de détails sur les tiroirs).

*Remarque : Le sable pourra nécessiter plus de cinq degrés de dépouille alors que le plastique ne nécessitera qu’un demi à deux degrés.

Châteaux de sable et pièces en plastique

Figure 1 : Les surfaces en contact avec le sable n’étant pas dépouillées, la tension superfi cielle provoque l’écroulement du château de sable lorsqu’on retire le moule. De même, pour éviter les dommages ou les marques de traînées sur la pièce, les surfaces parallèles au sens d’ouverture d’un moule pourront nécessiter une dépouille selon un angle qui s’éloigne de la ligne le long de laquelle la pièce sera éjectée.

Figure 2 : La dépouille facilite le démoulage de la pièce. Elle est particulièrement importante lorsque le moule est uniquement à éjection directe, comme ce moule pour châteaux de sable. L’application d’un angle de dépouille d’au moins 0,5° à toutes les parois “verticales” facilite le démoulage de votre pièce, ou dans notre exemple, d’un château de sable*.

Volume 9 CHÂTEAUX DE SABLE ET PIÈCES EN PLASTIQUE


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Dans l’approche classique du développement d’un produit, il existe une nette démarcation entre le développement et la production. Le développement commence par une ampoule qui s’allume au-dessus de la tête de quelqu’un, il continue par des croquis griff onnés sur un coin de table, puis des modèles de CAO et enfi n des prototypes. À un moment donné du processus de développement, on pourra disposer d’informations en provenance du marché, qu’il s’agisse des meilleures estimations de quelqu’un, de l’opinion d’un ou de plusieurs groupes de consommateurs ou de tests réels eff ectués sur le marché. Du premier au dernier jour, vous êtes sous pression pour « faire vite », soit parce qu’il faut rattraper un leader du marché, soit parce que vous êtes le leader et que vous devez conserver votre avance. Pourtant, une fois que vous avez atteint votre objectif et créé un produit fi ni et commercialisable, tout s’arrête brutalement et les dessins et/ou les modèles disparaissent dans la «machine de production». De celle-ci sortira après plusieurs semaines ou plusieurs mois une grande quantité de produits livrables, et la course reprendra pour arriver en tête sur le marché.

Dans l’injection plastique, comme pour la plupart des technologies, certains aspects de cette transition sont inévitables. Les moules de production coûtent cher et sont longs à fabriquer. Il serait dangereux de commencer à

les produire avant d’avoir complètement validé le design au stade du développement. En eff et la plus petite modifi cation peut transformer des moules d’une valeur de plusieurs milliers d’euros en butée de porte ou en corps-mort pour amarrer un bateau. Traditionnellement, cette situation a toujours représenté un dilemme pour les fabricants. Ils pouvaient conserver la séquence d’une phase de développement à laquelle succède une phase de fabrication et accepter les retards qui en découlent, ou bien ils pouvaient traiter ces deux phases en parallèle et commencer à fabriquer les moules pour la production avant la fi n de la phase de

développement. Ils réduisaient ainsi le temps de mise sur le marché, mais risquaient toutefois d’avoir à revenir en arrière pour recommencer la fabrication de l’outillage. La décision était diffi cile à prendre car l’extrême compétitivité qui caractérise les marchés internationaux actuels récompense à la fois la rapidité et les coûts bas. Les fabricants reconnaissent déjà que l’utilisation du moulage par injection rapide comme méthode de prototypage permet de réduire les coûts et les délais de conception des pièces en plastique. Ils commencent maintenant à réaliser que cette méthode peut aussi permettre de réduire les délais de post-développement dans la commercialisation d’un produit.

Bien que le moulage par injection rapide ne soit pas absolument identique à l’outillage de production classique, il lui ressemble suffi samment par son procédé et sa technologie pour off rir une solution à plusieurs problèmes et aider à accélérer la production. Premièrement, il permet non seulement de valider la conception, mais aussi de vérifi er que la pièce peut réellement être moulée.


Comment raccourcir la transition entre les prototypes et la production

Tensys Medical a utilisé Protomold pour le prototypage et le lot d’essai de ce composant de son Tensymeter T-Line®, ce qui a permis aux ingénieurs concepteurs de Tensys de raccourcir considérablement la durée du programme de conception et de développement du produit.

Volume 9 COMMENT RACCOURCIR LA TRANSITION ENTRE LES PROTOTYPES ET LA PRODUCTION

à suivre...


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Deuxièmement, même si l’utilisation d’un outillage de production pour le moulage permet de disposer de certaines capacités non disponibles avec le moulage par injection rapide (systèmes de refroidissement sophistiqués par exemple, ou des évents complexes), l’adaptation d’une pièce aux exigences du moulage par injection rapide, en conservant une épaisseur de paroi constante et en appliquant une dépouille, peut en fait simplifi er et accélérer la fabrication des moules de production tout en réduisant leur coût. Autrement dit, le moulage par injection rapide ne se borne pas à produire des pièces prototypes, il sert aussi au prototypage de la méthode de fabrication qui produira ces pièces et permet ainsi d’éliminer des problèmes évitables avant le début de la fabrication du moule fi nal

Le plus important est peut-être que, sur les marchés actuels en pleine évolution, les outils réalisés pour le moulage par injection rapide peuvent aussi être utilisés pour le moulage de pièces « bonne matière » et dans des volumes de production (des milliers ou même des dizaines de milliers de pièces), pendant la fabrication

des outils de production. Par conséquent, les moules de prototypage d’autrefois peuvent maintenant produire des pièces destinées au marché pendant la fabrication des moules pour la production en très grandes séries.

En fait, lorsque vous réaliserez qu’il est possible de commercialiser des pièces «prototypes», vous trouverez parfois de bonnes raisons pour reporter à plus tard la production d’un outillage en acier (par exemple, la possibilité de réduire vos dépenses initiales en commandant des quantités de pièces réduites par rapport aux quantités sur lesquelles vous vous engageriez en choisissant d’utiliser des moules de production). C’est une excellente idée s’il existe des incertitudes concernant la demande du marché pour votre nouveau produit. Elle permet d’aller plus loin que de simples tests de marché et de distribuer eff ectivement votre produit sur le marché pour évaluer l’accueil qu’il rencontre, avant de vous engager dans la production à grande échelle. Si la réaction du marché à votre produit suggère qu’une modifi cation serait nécessaire, vous pouvez introduire rapidement ces changements et

retourner sur le marché quelques jours plus tard avec un produit amélioré. Vous pouvez répéter ce processus plusieurs fois, pour un coût modique à chaque fois, avant de vous engager dans la production à grand échelle. Cette sorte d’outillage de transition vous permet de traiter un produit concret d’une manière comparable à celle des développeurs de logiciels dont les produits débarquent en versions successives sur le marché au fur et à mesure qu’ils ajoutent des fonctionnalités. Il n’y a aucune raison pour que les versions de Widget Mark I, Mark II and Mark III soient séparées les unes des autres par de longues périodes si le marché demande vraiment des améliorations de produit. Pour les personnes habituées aux méthodes traditionnelles, cette approche pourra sembler curieuse, mais si elle élimine la douloureuse période d’attente pendant la fabrication de l’outillage, pourquoi ne pas l’essayer ; et si elle vous permet d’économiser les frais de mise au rebut de milliers de pièces et de leurs coûteux moules parce que le marché veut quelque chose de légèrement diff érent, tant mieux.


Volume 9 COMMENT RACCOURCIR LA TRANSITION ENTRE LES PROTOTYPES ET LA PRODUCTION


22© Proto Labs, Ltd. 1999–2013 Volume 9 LES CANNELURES – UNE SOLUTION RONDEMENT MENÉE

L’ajustement par serrage de pièces moulées par injection peut être diffi cile à réaliser. Une pièce moulée par injection bien conçue comportera généralement une dépouille, mais cette dépouille qui facilite son éjection pourra, si la pièce est ajustée par serrage, l’empêcher de rester solidement engagée. Prenons l’exemple d’un engrenage emmanché sur un arbre (voir Figure 1). Dans cet exemple l’arbre a un profi l en “D” qui sert de méplat et d’élément d’orientation pour l’assemblage.

Le méplat évite que l’engrenage ne tourne librement sur l’arbre lorsqu’il est sous charge. Votre mouliste vous demandera probablement de prévoir une dépouille sur le trou en D afi n de faciliter le démoulage de cette géométrie. La dépouille est nécessaire car, lorsque la matière refroidit, elle se contracte sur le noyau qui crée

le trou. La demande du mouliste est raisonnable, mais que se passera-t-il si la pièce que vous devez créer ne vous permet pas de prévoir une dépouille ? Voici quelques options.

1. Laisser le trou tel quel et demander au mouliste de fabriquer une pièce sans dépouille. Cette option est risquée. Si le trou est peu profond, il n’y aura peut-être pas de problème, mais plus le trou sera profond et plus les contraintes appliquées au noyau du moule pendant le refroidissement et l’éjection seront importantes. La force accrue requise par l’éjection pourra créer une indentation dans la pièce et les forces d’éjection accrues risqueront de briser le noyau ou les éjecteurs. Le mouliste devra parfois ajuster les paramètres du processus pour éviter que le moule ne soit endommagé. Cette opération augmentera la probabilité d’imperfections telles que retassures, porosité et lignes de soudure faibles. Compte-tenu de toutes les conséquences possibles de cette option, il parait préférable d’en envisager d’autres.

2. Ajouter une dépouille au trou. La dépouille facilite le démoulage de la pièce dont la partie rétrécie n’a pas à être forcée le long du même diamètre d’arbre sur toute la profondeur du trou. Si le trou est en dépouille, il suffi t au système d’éjection d’appliquer une légère secousse à la pièce pour la détacher du moule et la zone dépouillée s’éloigne progressivement de la paroi de la pièce. Les contraintes se trouvent ainsi

réduites tant sur la pièce que sur le moule. La présence d’une dépouille off re au mouliste une fl exibilité suffi sant pour eff ectuer un réglage fi n du processus qui réponde effi cacement à d’autres préoccupations d’ordre géométrique ou esthétique. La dépouille résout les problèmes de production, mais il relève de votre responsabilité de concepteur de vous assurer que la dépouille n’aff ecte pas le bon fonctionnement de votre assemblage. Vous ne voulez pas, par exemple, qu’il y ait dans l’ajustement un jeu qui pourrait entraîner une oscillation de l’engrenage (voir Figure 2).

Les cannelures — une solution rondement menée

Figure 1 : Un trou débouchant en forme de “D” situé au centre de l’engrenage permet le passage de l’arbre d’entrainement.

Figure 2: Vue en coupe d’une partie de l’assemblage. On remarque la dépouille appliquée au trou débouchant du plastique violet vers le bas de l’image. Cette dépouille pourrait créer des oscillations dans l’assemblage fi nal.

à suivre...


23© Proto Labs, Ltd. 1999–2013 Volume 9 LES CANNELURES – UNE SOLUTION RONDEMENT MENÉE

3. Les cannelures représentent une bonne solution de compromis. Des cannelures peuvent associer le meilleur de ces deux approches en off rant une dépouille pour le mouliste d’une part, et l’alignement que vous obtiendriez avec un trou à parois rectilignes d’autre part. Le trou principal est dépouillé pour faciliter l’éjection et protéger le moule, et trois ou quatre cannelures sans dépouille sur toute la longueur du trou créent un ajustement serré et un bon alignement avec l’arbre (voir Figure 3).

Du fait que les cannelures ne présentent au moule qu’une faible surface, l’absence de dépouille crée peu de résistance au moment

de l’éjection et risque moins d’endommager le moule. Les étroits points de contact entre la cannelure et l’arbre (ou d’autres pièces accouplées) permettent une déformation des cannelures pendant l’emmanchement en force sans créer beaucoup de contraintes sur la pièce. Malheureusement l’élément pointu en “V” ne peut pas être usiné directement dans le moule et nécessite par conséquent le recours à un traitement supplémentaire, EDM ou autre, pendant la fabrication du moule.

Cependant, tout n’est pas perdu. Protomold suggère une forme de cannelure diff érente pouvant être directement usinée dans le moule,

afi n de réduire les coûts. Au lieu de l’extrémité pointue de la cannelure traditionnelle en “V”, on peut envisager une cannelure arrondie (voir Figure 4). En eff et, une cannelure arrondie peut être créée directement par usinage 3 axes et supprime la nécessité des électrodes EDM. Cette solution est plus rapide et moins coûteuse que son alternative en “V” et continue à off rir un point de contact étroit et déformable avec la pièce accouplée.

Cette même forme peut être utilisée pour des cannelures destinées à créer « une cale » à l’endroit où des pièces s’accouplent, par exemple lorsqu’un intervalle est nécessaire pour laisser passer l’air. Même si Protomold off re un usinage EDM dans certaines applications, nous pensons que la cannelure arrondie créée par une fraise est une solution aussi effi cace, qui réduit les coûts en minimisant la complexité du moule et le temps de fabrication. La réduction de temps vous permet de recevoir vos pièces plus rapidement, de les tester plus tôt et de commercialiser vos idées avant la concurrence.

Figure 4 : Suggestion de conception pour les cannelures. Dans cette confi guration, les points de contacts sont formés par le rayon de la fraise et permettent d’appliquer une dépouille au diamètre intérieur tout en laissant les cannelures sans dépouille.

Figure 3 : Cannelures traditionnelles. Les éléments pointus du plastique représentent des cannelures sans dépouille, tandis que le diamètre intérieur du trou est dépouillé.

Documents

Conseils de conception - protomold.fr · d’autres informations sur la conception des clips dans une édition antérieure des Conseils de conception Protomold. ... l’utilisation