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Thermoformage

Adaptation de Modern Plastics Handbook, pages 8.111 8.116.Le procd de thermoformage peut tre divis en 3 grandes catgories;

- Le thermoformage rgulier o le vide sous la feuille donne forme la pice

(vacuum forming).- Le twin sheet o deux feuilles sont jointes par leurs chants et o lon

injecte de lair entre les deux pour crer un espace (voir notes de coursHugues Marier).

- Le thermoformage sous pression (pressure forming ou pressurethermoforming) o :

A) La feuille peut tre comprime simultanment entre un moule mle etfemelle.

B) La pice est forme par le vide sous la feuille en mme temps quunepression positive vient pousser la feuille sur le moule.

La dernire catgorie vise obtenir des pices dont la conformit est plus grande et

o les tirements peuvent tres mieux contrls. De faon gnrale, on peut dire queles dtails sont beaucoup plus prcis (et petits) en pressure forming .

Le procd du thermoformage gnre malheureusement beaucoup de dchets.Dans certains cas jusqu 50% de la surface de la feuille. Les retailles peuventheureusement tre recycles. Cependant, le pourcentage de matires recyclesdans une feuille doit tre contrl et maintenu bas pour ne pas nuire auxperformances (notamment mcaniques).

Contrairement linjection, on ne peut parler dpaisseur nominale de la paroi enthermoformage car la feuille minci o elle tire et cela est variable dune partie

lautre de la pice. On parle plutt de lpaisseur de dpart de la feuille (gauge). Cespaisseurs sont de lordre de quelques millimes de pouces pour les emballages(comme les botes pour les croissants) jusqu demi-pouce ou plus pais encore. Ondistingue les feuilles minces de moins de 1/8 de pouce souvent utilise en emballage(thin gage) des feuilles plus paisses utilises pour la fabrication de produits (thickgage) dont lpaisseur est de plus de 1/8 de pouce. Les feuilles les plus minces sontmieux adaptes au thermoformage rgulier alors que les feuilles plus paissesdonnent de meilleurs rsultas avec le thermoformage sous pression (idalement 1/8 1/4 de pouce).

Les thermoformeurs sont trs soucieux de respecter un ratio dtirement et cestsouvent l, leur demande, que les designers doivent reprendre leur travail. En effet,le non respect dun ratio dtirement acceptable exige de reprendre le design de lapice pour viter que cette dernire soit trop faible ou impossible fabriquer.

Le ratio dtirement se calcule de la faon suivante :

SR = 1+ 2D (L + W)LW

SR = Stretch Ratio (ratio dtirement).

D = Depth of the finished part (profondeur de la pice thermoforme).L = Length of the finished part (longueur de la pice thermoforme).

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W = Width of the finished part (largeur de la pice thermoforme).

Un ratio dtirement de 2 est considr comme conservateur et facile faire. Un ratiodtirement de 2 veut dire que lpaisseur de la feuille son tirement maximal serade la moiti de son paisseur de dpart; un ratio dtirement de 3 signifie quelle sera

dun tiers, et ainsi de suite.

Il ne faut pas confondre le ratio dtirement dune pice du ratio de profondeur. Leratio de profondeur est le rapport largeur / hauteur comme on vous le prsente dansles notes de cours de Hugues Marier. Ainsi, une pice ayant une ouverture de 12pouces pour une profondeur de 12 pouces prsente un ratio de profondeur de 1.

Figure 8.38.

Dans lexemple illustr ici, le moule est mle.On obtient donc :T2 = paisseur maximale de la pice.IR3 = paisseur minimale de la pice.

Dans le cas dun moule femelle, on aurait plutt :T2 = paisseur minimale de la pice.

IR3 = paisseur maximale de la pice.Langle de dpouille (angle de dmoulage) requis varie aussi en fonction dun moulemle ou femelle. Une pice ralise sur un moule femelle exige des angles dedpouille moindre car la pice se dtache du moule en refroidissant (revoir lesnotions de retrait ). Une dpouille de 3 5 degrs est souhaitable mais il estpossible de dmouler une pice ralise dans un moule femelle avec un angle de 1ou mme 1 degr. Gardez en mmoire que les angles de dmoulages faibles ont unimpact ngatif sur les cots des pices.

Outre les angles de dmoulages, les rayons ont un impact majeur sur ltirement de

la paroi et sur leffort fournir pour dmouler la pice. Les pices thermoformes surun moule mle sont les plus minces au niveau de la base et requirent de plus

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grands rayons cet endroit. loppos, les pices thermoformes sur un moulefemelle requirent de plus gnreux rayons au fond du moule.

La rgle gnrale pour le thermoformage rgulier est que le rayon minimum intrieur(IR1) devrait tre gal lpaisseur de dpart de la feuille (IR1T1) en augmentant

jusqu 4 fois lpaisseur de dpart (T1)(IR24T1) son point le plus mince.

Les pices ralises par thermoformage sous pression (pressure thermoforming)acceptent des rayons intrieurs beaucoup moindres. Le rayon minimum intrieurpeut tre gal 0.25 fois lpaisseur de dpart de la feuille (T1)(IR30.25T1) sonpoint le plus pais jusqu 0.75T1 son point le plus mince (IR40.75T1) ce qui estidal pour le thermoformage sous pression.

En moulage sur un moule femelle, le rayon extrieur est relatif au rayon du moule(OR2=IR2+T2). Cest--dire que cest le moule qui dtermine le rayon de la pice.Dans le cas du thermoformage rgulier, le rayon extrieur doit tre important car la

pression nest pas suffisante pour pousser la matire dans des rayons trs petits.

Le thermoformage sous pression permet quant lui de trs petits rayons quisapprochent souvent ce que linjection est en mesure doffrir. La pression estsuffisante pour permettre des rayons aussi serrs que 0.015 pouce, et on a mmet en mesure de faire des rayons de 0.005 pouce.

Textures.Les textures proviennent uniquement de la feuille en thermoformage rgulier maisles textures, lettres et logos peuvent provenir du moule en thermoformage souspression.

Nervures et stratgie de renforcement.Le thermoformage sous pression permet la cration de petites nervures (R1) (moinshautes et prcises que celles en injection!). Ces nervures permettent de rigidifier lespices. Pour une nervure (H1) dune hauteur gale ou infrieure lpaisseur dedpart de la feuille (T2), on peut faire une nervure aussi mince que lpaisseur dedpart de la feuille (H1T2,W1T2).

Notez cependant quil est de loin prfrable de renforcer une pice thermoformeavec des nervures creuses (R2) ou des paulements (S). Ces nervures sont visibles

des deux cts de la pice et demandent plus de matire.La largeur dune nervure de renforcement devrait tre au moins gale ou plus grandeque 1.75 fois sa hauteur (H2) (W21.75H2). Un recoin tel que celui prsent en IR3permet de rigidifier le contour dune pice, il faut alors laisser au moins 0.030 durebord.

Il faut viter de large section plate sur une pice thermoforme car une dformationpeut survenir. De plus, une simple pression pourrait dformer la pice. Idalement, ilfaut bomber ces larges sections. Un dme de 0.015 pouce/pouce permet dviter ladformation de large section plate dune pice. Cette valeur devrait tre plus

importante pour les plastiques les plus flexibles (comme le PE) et peuvent trelgrement moindres pour les plastiques plus rigides (0.010 pouce/pouce).

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Le tableau ci-dessous prsente les rayons possibles selon le procd dethermoformage rgulier et le thermoformage sous pression.

Figure 8.39

Assemblages.Sur les plastiques compatibles avec la colle, il est possible de coller des insertsmtalliques que lon a pralablement rendus captifs dans une pice de plastique.Cette opration est nanmoins coteuse. venir, photo de la face dappareil lectronique de DX.

Le attaches Tinnerman reprsentent galement une faon simple et efficacedassembler des pices. On peut alors utiliser des vis standards.

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Les assemblages la serre peuvent tres utiliss mais seulement avec prcaution. Ilfaut garder lesprit que les tolrances ne peuvent tres leves avec ce procds,ce qui est requis pour les assemblages la serre. Alors plus la pice est grande,moins ce type dassemblage pourra tre retenu. Les murs extrieurs peuvent tresmaintenus 0.015 pouce pour le premier pouce et 0.002 pouce/pouce ensuite. Destolrances de 0.010 pouce plus 0.001 pouce peuvent tre obtenus pour desnervures comme celle illustre sur la figure 8.38.

Les trous pour les vis et autres assemblages peuvent tres usins prcisment avec

les outils commande numrique (CNC). Il faut cependant considrer la dilatation duplastique dans les calculs de positionnement des trous. Les trous pour les visdevraient tres surdimensionns pour viter un stress sur la pice (0.015 0.030 depouce).

Twin sheet Les contraintes sont essentiellement les mmes que pour le pressure-forming .Encore ici, toutes les ouvertures doivent tre usines suite ou formage. Un peucomme dans le rotomoulage, des zones dembrassements (tack-offs) peuvent treforms, formant ainsi des points de contacts o les parois se soudent, ce quicontribuent la structure de la pice.