« Le moulage d'uréthane, ou parfois le moulage sous vide, est un procédé de moulage à faible volume largement apprécié pour son adaptabilité. Son utilisation est vitale dans tous les domaines, des dispositifs médicaux aux composants intérieurs d’automobiles et d’avions.
Le processus de coulée sous vide consiste à façonner diverses résines sans air, notamment l'uréthane, l'époxy ou le silicone, dans la forme souhaitée. Une pompe ou un mécanisme similaire élimine tout l'air du moule ou de la matrice pendant le processus. Typiquement, coulée sous vide est utilisé pour les résines d'uréthane, c'est pourquoi il est également connu sous le nom de moulage d'uréthane. Elle offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, notamment des coûts inférieurs, des temps de production plus rapides et la possibilité de produire des pièces complexes avec des détails complexes.
Cet article présente de manière exhaustive les procédé de coulée sous vide ou d'uréthane, autres matériaux, avantages et applications.
Coulée sous vide et coulée d'uréthane : sont-elles identiques ?
Comprenons ainsi : tous les moulages en uréthane sont des procédés de coulée sous vide, mais tous les moulages sous vide ne peuvent pas être des moulages en uréthane. La méthode de coulée sous vide peut également traiter d’autres matériaux que la coulée d’uréthane. Cependant, la plupart des projets de coulée sous vide utilisent de l'uréthane pour former des pièces solides avec un minimum d'emprisonnement d'air, minimisant ainsi les défauts tels que les bulles d'air et les vides.
De plus, le moulage sous vide d'uréthane peut produire des structures en mousse en utilisant des formulations d'uréthane spécifiques qui se transforment en mousse, créant ainsi des composants légers et durables.
Les fondamentaux de la coulée sous vide
Mécanisme de coulée sous vide
La coulée sous vide est conçue pour produire des pièces de haute précision et de haute qualité en petites et moyennes quantités. Ce processus est largement utilisé dans diverses industries, notamment l'automobile, le médical et l'électronique grand public, en raison de sa capacité à produire des pièces présentant des détails complexes, des géométries complexes et des finitions de surface supérieures.
Mécanisme de coulée sous vide
Le mécanisme de coulée sous vide implique plusieurs processus et étapes interconnectés. Chaque étape, de la préparation du maître-modèle au démoulage de la pièce finale, joue un rôle essentiel pour assurer le succès du processus global. Examinons plus en détail chaque étape du mécanisme de coulée sous vide.
1. Création de modèle principal
La première étape du processus de coulée sous vide consiste à créer un maître-modèle ou un motif. Ce maître modèle est généralement produit à l'aide de méthodes de fabrication additive telles que la stéréolithographie (SLA) ou le frittage sélectif par laser (SLS). Il doit être fabriqué avec une grande précision et une finition de surface lisse car il sera utilisé pour créer le moule en silicone.
2. Fabrication de moules
Le maître modèle est ensuite utilisé pour créer un moule en silicone. Le modèle est placé dans une boîte à moule et du caoutchouc de silicone liquide est versé dessus. Une fois que le caoutchouc de silicone recouvre le maître-modèle, la boîte de moulage est placée dans une chambre à vide pour éliminer les bulles d'air du silicone. Après durcissement, le moule en silicone est découpé et le maître-modèle est retiré, laissant une cavité qui correspond à la forme du maître-modèle.
3. Moulage
Le moule en silicone est alors prêt à être coulé. Le moule est placé dans la machine de coulée sous vide et le matériau de coulée, généralement une résine polyuréthane à deux composants, est mélangé et dégazé. La cavité du moule est ensuite remplie de matériau de coulée sous vide pour garantir que le matériau remplisse tous les détails du moule et qu'il n'y ait pas de bulles d'air dans la pièce finale. Selon le matériau utilisé, le moule est ensuite fermé et le matériau de coulée peut durcir à température ambiante ou dans un four de durcissement.
4. Démoulage et finition
Une fois le matériau de coulée durci, le moule est ouvert et la pièce coulée est retirée. Le moule en silicone peut être réutilisé pour réaliser plusieurs copies de la pièce. Les pièces moulées peuvent nécessiter un certain post-traitement, tel que la coupe du matériau en excès, le ponçage, la peinture ou d'autres traitements de surface, pour obtenir la finition souhaitée.
Coulée d'uréthane : comment ça marche ?
Le matériau liquide en uréthane est versé dans un moule en silicone et durci dans un four chauffé, qui démoule ou enlève légèrement le produit ou la pièce lors de la solidification.
Moulage en uréthane
Le processus de moulage d'uréthane est limité à de faibles volumes car les moules en silicone ont un cycle de portée plus court et ne peuvent mouler qu'environ 20 pièces en un seul cycle de production. Passé cette limite, les concepteurs doivent se débarrasser du moule en silicone souple. Cependant, les pièces produites présentent une finition de surface exceptionnelle et une résistance plus élevée, moulées à partir d'un moulage en polyuréthane par rapport au processus de moulage par injection. Habituellement, les fabricants s'appuient sur le moulage en uréthane pour créer des pièces à tolérances plus strictes jusqu'à +/-.005″. De plus, le processus est présumé être un pont entre les processus d’impression 3D et de moulage par injection. Le délai de livraison du produit pour le moulage d'uréthane s'étend de quelques jours à une semaine ; les recherches montrent que cela prend généralement environ 3 à 4 semaines.
En général, les modèles principaux pour les moules utilisés pour le processus de moulage d'uréthane sont conçus grâce à des techniques d'usinage CNC et d'impression 3D rapides et efficaces telles que la stéréolithographie, la modélisation par dépôt fondu, le frittage sélectif au laser et les polyjets. Ce modèle principal est intégré dans un récipient de moule en silicone rempli d'uréthane pour créer un négatif de moule. Ensuite, après avoir appliqué une pression, un vide et une température optimaux d'environ 40 degrés Celsius, le produit prend la forme souhaitée du moule, qui se solidifie ensuite, et la pièce est éjectée pour le post-traitement. Des inserts métalliques sont parfois nécessaires pour les pièces nécessitant des tolérances plus strictes et des parois fines.
Quels sont les matériaux de coulée sous vide
Chambre de coulée sous vide
La sélection des matériaux est un aspect critique du processus de coulée sous vide. Cela a un impact non seulement sur les propriétés de la pièce finale, mais également sur la qualité et le succès du processus de coulée. Ci-dessous, nous approfondissons les matériaux les plus couramment utilisés dans la coulée sous vide :
- Résines de polyuréthane (PU) transparentes et rigides
Généralement, la résine de moulage d'uréthane est compatible avec deux résines de moulage d'uréthane thermodurcies : le polyuréthane élastomère et le polyuréthane transparent rigide. Les résines PU rigides offrent une finition brillante et mate de première qualité. De plus, les pièces coulées à travers ces thermodurcis offrent une durabilité et une longévité exceptionnelles.
Tableau : Aspects techniques du polyuréthane rigide
| Type d'ouvrage | Rigidité | Détail technique | Propriétés |
| Polyuréthane rigide et transparent | Shore D 80 | Poly-Optique 1410 ou équivalent | Résine transparente, brillante et haute transparence |
2. Polyuréthane élastomère
Les thermodurcissables élastomères en polyuréthane partagent des caractéristiques avec les caoutchoucs et sont souvent caractérisés par le groupe de matériaux de coulée d'uréthane Shore A. Ils offrent un pourcentage élevé d’allongement à la rupture, une flexibilité et une résistance aux chocs. Les exemples incluent les connecteurs de câbles, les surmoulés, les boutons, les poignées cutanées et les kits haute résistance pour les secteurs de la défense.
Tableau : Aspects techniques du polyuréthane élastomère
| Type d'ouvrage | Rigidité | Détail technique | Propriétés |
| Polyuréthane élastomère | Rive A 25-95 | F-130 à F-190 ou équivalent | Rupture d'allongement et flexibilité élevées |
3. Caoutchouc en silicone
Le caoutchouc de silicone est un autre matériau populaire pour le moulage sous vide. Il est connu pour son excellente flexibilité et sa résistance aux produits chimiques et à la température. Ces propriétés le rendent idéal pour produire des pièces souples et flexibles telles que des joints, des joints et des surmoulés. Le caoutchouc de silicone est également couramment utilisé pour produire des moules pour la coulée sous vide, car il peut reproduire avec précision la texture de surface du modèle principal et produire des pièces avec une qualité de surface élevée.
4. Résines époxydes
Les résines époxy se caractérisent par leurs excellentes propriétés mécaniques, leur résistance chimique et leur résistance aux hautes températures. Ces propriétés les rendent adaptés à la production de pièces nécessitant une résistance et une rigidité élevées. Par exemple, les résines époxy sont souvent utilisées pour produire des composants structurels et des pièces qui seront exposées à des environnements difficiles.
5. La cire
La cire est un matériau spécialisé utilisé dans le moulage sous vide pour produire des modèles de moulage de précision. Les modèles en cire sont utilisés pour créer des moules en céramique pour le moulage du métal. La cire est fondue hors du moule avant d'y couler le métal, d'où le terme de coulée à « cire perdue ». Ce procédé permet de produire des pièces métalliques aux géométries complexes et à la qualité de surface élevée.
Il est important de noter que les propriétés de la pièce finale dépendent non seulement du matériau sélectionné mais également des paramètres de traitement utilisés lors du processus de coulée. Des facteurs tels que la température et la pression du processus de coulée, le temps de durcissement du matériau et la conception du moule ont tous un impact sur les propriétés de la pièce finale. Par conséquent, l’optimisation du processus de coulée pour chaque matériau et application est essentielle pour produire des pièces présentant les propriétés souhaitées.
Facteurs à prendre en compte pour la conception de moules de coulée sous vide ou en uréthane
La conception du moule est un aspect crucial du processus de coulée, car elle affecte directement la qualité des pièces coulées finales. Un moule bien conçu garantit que les pièces ont une finition de surface lisse, des dimensions précises et des détails complexes. Voici quelques considérations essentielles pour la conception de moules en coulée sous vide :
1. Création d'un modèle ou d'un modèle principal
Il doit être réalisé avec une grande précision et une finition de surface lisse pour éviter de transférer des défauts au moule en silicone et aux pièces moulées. Généralement réalisé par stéréolithographie (SLA) ou frittage sélectif par laser (SLS).
2. Matériau du moule
Le caoutchouc de silicone est couramment utilisé pour sa grande flexibilité, sa résistance chimique et sa résistance à la température. Il convient au moulage d'une large gamme de matériaux et peut être réutilisé pour produire plusieurs copies de la pièce.
3. Cavité du moule
L'espace creux dans le moule correspond à la forme de la pièce finale. Il doit être soigneusement conçu pour garantir un remplissage complet sans bulles d'air. Tenez compte du flux du matériau de coulée et concevez la cavité avec des coins lisses et arrondis.
4. Ligne de séparation
Ligne le long de laquelle le moule est divisé en deux moitiés. Il doit être soigneusement localisé pour faciliter la fabrication et le démoulage du moule et minimiser son apparence sur la pièce finale. Idéalement, il devrait être placé sur des surfaces planes ou légèrement incurvées.
5. Portes et évents
Les portes sont des canaux permettant au matériau de coulée d'entrer dans la cavité du moule, et les évents sont des canaux permettant l'expulsion de l'air pendant la coulée. Leur taille et leur emplacement doivent être optimisés pour faciliter le flux de matière et l'expulsion de l'air.
6. Considération du retrait
Le matériau de moulage rétrécit généralement à mesure qu'il durcit. Pour compenser ce retrait, la cavité du moule doit être légèrement plus grande que la pièce finale.
7. Démoulage
Un agent de démoulage doit être appliqué sur la surface du moule avant la coulée pour faciliter le démoulage et prolonger la durée de vie du moule.
8. Prise en charge des moules
Le moule doit être correctement soutenu pendant la coulée pour conserver sa forme et éviter toute déformation sous le poids du matériau de coulée.
9.Tolérances
Les tolérances du modèle principal, du moule et du matériau de coulée doivent être prises en compte dans la conception du moule pour garantir que la pièce finale répond aux spécifications souhaitées..
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Quels sont les avantages de la coulée sous vide ?
La coulée sous vide offre de nombreux avantages, ce qui en fait un choix idéal pour le prototypage et la production en faible volume. Voici quelques-uns des principaux avantages de cette méthode :
- Finition de surface de haute qualité
L'un des avantages significatifs de la coulée sous vide est la finition de surface de haute qualité des pièces. L'utilisation d'un moule en silicone permet de reproduire avec précision la texture de surface du modèle principal, ce qui donne des pièces avec une finition de surface lisse et détaillée. Cela élimine le besoin d’étapes de post-traitement telles que le ponçage et le polissage, réduisant ainsi le temps et les coûts de production.
- Installation rapide
La coulée sous vide est un processus relativement rapide, surtout si on la compare à d'autres méthodes de fabrication telles que le moulage par injection ou l'usinage CNC. Les moules en silicone peuvent être produits rapidement et plusieurs pièces peuvent être coulées à partir d'un seul moule. Cela permet de produire de petites quantités de pièces en peu de temps, ce qui fait du moulage sous vide un choix idéal pour le prototypage et la production en faible volume.
- Rentable pour les petites quantités
Le coût de production d'un moule en silicone pour la coulée sous vide est relativement faible par rapport à la production de moules en métal ou en plastique dur pour d'autres méthodes de fabrication. De plus, le même moule peut être utilisé pour produire plusieurs copies de la pièce, réduisant ainsi le coût par pièce. Cela fait du moulage sous vide une option rentable pour produire de petites quantités de pièces.
- Capacité à produire des géométries complexes
La coulée sous vide permet de produire des pièces aux géométries et aux détails complexes. Le matériau de coulée liquide peut remplir des détails complexes dans la cavité du moule, produisant ainsi des pièces aux formes complexes et aux caractéristiques délicates. Cela rend la coulée sous vide adaptée à la production de pièces présentant des contre-dépouilles, des parois minces et des détails complexes.
- Polyvalence des matériaux
Différents matériaux peuvent être utilisés dans le processus de coulée sous vide, du caoutchouc souple et flexible au plastique dur et rigide. Cette polyvalence des matériaux permet de produire des pièces aux propriétés et caractéristiques variées, ce qui rend la coulée sous vide adaptée à une large gamme d'applications.
- Pièces précises et cohérentes
Le processus de coulée sous vide produit des pièces avec une précision dimensionnelle et une cohérence élevées. L'utilisation d'un vide aide à éliminer les bulles d'air du matériau de coulée, ce qui donne lieu à des pièces ayant une densité uniforme et des propriétés mécaniques constantes. Cela rend le moulage sous vide adapté à la production de prototypes fonctionnels et de pièces pour les applications finales.
- Capacité à produire des pièces surmoulées
La coulée sous vide permet la production de pièces surmoulées, où une pièce en plastique rigide est surmoulée avec un matériau en caoutchouc souple. Ceci est utile pour produire des pièces avec des surfaces, des joints et des joints doux au toucher. Le processus consiste à couler la pièce en plastique rigide, à la placer dans un deuxième moule et à couler le matériau en caoutchouc souple dessus.
Applications de la coulée sous vide
Pièces moulées sous vide
La coulée sous vide est un procédé de fabrication polyvalent utilisé dans un large éventail d’industries et d’applications. Voici quelques-unes des applications courantes de la coulée sous vide :
Tableau : Applications de coulée sous vide
| Application | Description | Bénéfices |
|---|---|---|
| Prototypage | Utilisé pour produire des prototypes fonctionnels avec des détails élevés et une finition de surface lisse. | Idéal pour produire des prototypes ressemblant à des produits finaux et permettant les tests et la validation. |
| Production à faible volume | Convient à la production de pièces en faible volume en raison du coût relativement faible des moules en silicone et de leur réutilisation . | Option rentable pour produire de petites quantités de pièces. |
| Pièces surmoulées | Utilisé pour produire des pièces surmoulées où une pièce en plastique rigide est surmoulée avec un matériau en caoutchouc souple. | Comme les pièces avec des surfaces, des joints et des joints doux au toucher. |
| Dispositifs médicaux | Utilisé dans la production de dispositifs et de composants médicaux avec des détails, une précision et des matériaux de qualité médicale élevés. | Convient à la production de dispositifs médicaux aux géométries complexes et aux tolérances serrées. |
| Composants automobiles | Utilisé pour produire des pièces de garniture intérieure, des tableaux de bord et des composants fonctionnels avec des détails élevés et une finition lisse. | Convient pour la production de composants esthétiques et fonctionnels. |
| Produits de consommation | Produits de consommation comme les appareils électroniques, les appareils électroménagers et les articles de sport. | Convient pour la production de composants esthétiques et fonctionnels. |
| Composants aérospatiaux | Utilisé pour produire des pièces de garniture intérieure, des composants fonctionnels et des prototypes avec un niveau de détail et de précision élevé. | Pièces avec des tolérances serrées et devant résister à des environnements difficiles. |
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Exemples d'applications de moulage d'uréthane
Le moulage de polyuréthane a diverses applications dans les industries manufacturières, telles que les pièces médicales, les boîtiers et enceintes, les équipements sportifs et les prototypes fonctionnels pour les secteurs automobile et aérospatial.
Industrie médicale
Tuyau en polyuréthane médical
Le moulage en uréthane utilise principalement des plastiques de qualité médicale pour former des dispositifs non toxiques pour la sécurité des patients. Ces produits respectent des normes de sécurité strictes et sont conformes aux normes de contrôle de qualité alimentaire utilisant des matériaux biocompatibles de qualité alimentaire. Quelques exemples incluent les seringues jetables et les boîtiers de cathéters implantables.
Équipements structurels
Le moulage de polyuréthane est généralement réalisable pour fabriquer des équipements de support légers, notamment des roues de véhicules, des haltères de gymnastique, des composants sous-marins et des rembourrages de casque.
Développement de prototypage rapide
Le moulage d'uréthane est une méthode de prototypage rapide considérée comme appropriée pour créer des prototypes fonctionnels, des modèles de validation de principe, des prototypes de test et des conceptions mécaniques. De plus, le moulage en uréthane permet de fabriquer des pièces d'une longueur allant jusqu'à 30 pouces.
Volumes de production à petite échelle
Le moulage en uréthane est un choix populaire pour produire des pièces en petites unités allant jusqu'à 20 à 50 prises, car le silicium du moule doit être jeté de temps en temps après chaque unité. Ainsi, son utilisation sur de grands volumes d’empreintes représente une dépense plus élevée pour l’économie d’échelle globale.
Enclos et équipement de logement
Le moulage de polyuréthane est largement utilisé pour fabriquer des boîtiers pour diverses industries. Son rôle est très répandu, depuis l’électronique grand public jusqu’aux dispositifs médicaux. De plus, le moulage en uréthane peut être combiné au processus de surmoulage pour créer des composants électriques hautement stérilisés recouverts de coques caoutchoutées pour protéger la surface et améliorer la longévité.
Moulage d'uréthane vs. impression en 3D
Les techniques de moulage à l'uréthane et d'impression 3D sont répandues dans les industries manufacturières en raison de leur capacité à produire des pièces complexes. Cependant, l’impression 3D est un processus polyvalent. Il s'adapte à diverses pièces fabriquées à partir d'une gamme plus large d'options de matériaux. Outre la complexité des pièces, il permet de créer des prototypes fonctionnels plus fins et détaillés à l'aide de techniques de stéréolithographie et de dépôt par fusion.
D’un autre côté, le moulage en uréthane permet également de produire des modèles maîtres d’impression 3D. Bien que le niveau de précision soit légèrement minime pour l’impression 3D, il peut s’avérer plus avantageux pour les applications nécessitant plusieurs copies des mêmes produits. De plus, l’impression 3D se limite à quelques variantes de couleurs, tandis que la coulée sous vide ou le moulage en uréthane permet l’ajout de pigments et de couleurs pendant le fonctionnement.
Moulage d'uréthane vs. Moulage par injection
Cependant, le moulage d'uréthane et le moulage par injection sont similaires mais présentent peu de distinctions. La seule différence commune est le matériau du moule. Par exemple, le moulage par injection utilise généralement des moules coûteux en acier ou en carbure pour injecter des pièces ou des produits d'utilisation finale. À l’inverse, les moules en uréthane sont peu coûteux et fabriqués à partir de matériaux en silicone souple.
De plus, le moulage par injection profite notamment aux grandes séries de pièces nécessitant une résistance élevée. Parallèlement, le moulage en uréthane est économique pour les petits lots produisant des pièces.
Moulage d'uréthane vs. Usinage CNC
L'usinage CNC présente de nombreux avantages par rapport au processus de moulage d'uréthane. Il est plus polyvalent et propose divers matériaux, des thermoplastiques de qualité technique aux métaux, composites et élastomères à haute résistance. Cela le rend précis pour la fabrication de pièces et de prototypes de dimensions réduites. En revanche, le moulage d’uréthane est limité à quelques matériaux. De plus, la fabrication de pièces par usinage CNC entraîne des coûts supplémentaires sur le budget, tandis que le moulage en uréthane est une technique plus rapide et plus abordable, depuis la mise en forme de prototypes jusqu'aux pièces produites en série.
De plus, le moulage de l'uréthane est un processus simple car il ne nécessite généralement aucun outillage pour le développement du produit. L'usinage CNC est plus compliqué car les pièces doivent parfois être tournées, percées, fraisées et acheminées pour les applications prévues, entraînant ainsi des coûts supplémentaires sur le projet.
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Conclusion
Le moulage d'uréthane ou moulage sous vide est devenu une méthode efficace et abordable pour démarrer des projets à petite échelle. Les coûts initiaux par pièce sont relativement faibles par rapport aux techniques traditionnelles d'usinage et de moulage. En outre, il permet de créer des pièces ou des produits possédant une stabilité dimensionnelle élevée, un aspect mat, brillant et la capacité de résister aux produits chimiques et aux huiles aliphatiques. De plus, il est flexible depuis un duromètre Shore faible (dureté/rigidité 20) jusqu'à plusieurs matériaux de dureté durométrique 100s.
Cependant, quelques inconvénients limitent son utilisation en termes de changeabilité du moule et de production à court terme. Malgré cela, le moulage d'uréthane est extrêmement utilisé pour divers développements de typage rapide et a gagné en importance dans plusieurs industries, du médical à la fabrication de pièces automobiles.
FAQ
T1. Qu’est-ce que la coulée sous vide ?
La coulée sous vide est une méthode utilisée pour créer des pièces de haute précision et de haute qualité dans divers matériaux. Le processus consiste à créer un moule en silicone autour d'un modèle principal, à verser le matériau de coulée dans le moule, puis à durcir le matériau dans une chambre à vide pour éliminer les bulles d'air.
Q2. Quels matériaux peuvent être utilisés en coulée sous vide ?
Les résines polyuréthane, le caoutchouc de silicone et les résines époxy sont des matériaux couramment utilisés dans la coulée sous vide.
Q3. Quel est le taux de retrait dans le processus de coulée d’uréthane ?
Lors de la progression des résines liquides vers les solides, le taux de retrait de la coulée d'uréthane lors de la création du moule est généralement d'environ 0.15 %.
Q4. Quelles options de finition de surface peuvent fournir une résine de coulée d'uréthane ?
Ces résines offrent généralement une moulabilité exceptionnelle et des options complètes de finition de surface, notamment givrées/mates, transparentes cristallines, nuances de brillance moyenne à élevée et surfaces texturées colorées.
Q5. Le polyuréthane est-il en plastique ou pas ?
D’une manière générale, les matériaux thermodurcis ne sont pas considérés comme des plastiques. Au lieu de cela, les polymères à longue chaîne donnent des polyuréthanes thermodurcis, qui sont des résines élastomères synthétiques plutôt que des résines plastiques. Un thermodurcissable est un composé organique constitué de liaisons carbamates.
Q6. L'uréthane ou la résine de coulée d'uréthane sont-ils chers ?
Les critères de coût du moulage d'uréthane dépendent généralement du volume des pièces, de la complexité de la conception, etc. Cela coûte généralement entre quelques centaines et quelques milliers de dollars d'un endroit à l'autre.
Q7. Quelles sont les applications de la coulée sous vide ?
Le moulage sous vide est couramment utilisé pour le prototypage rapide, les dispositifs médicaux, les composants automobiles et l'électronique grand public..
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