Types de processus de fabrication du métal et du plastique

En plus d'un siècle, l'industrie manufacturière a connu une évolution remarquable du processus de fabrication, en particulier pour les métaux et les matières plastiques. Des techniques complexes de tournage, de fraisage et de perçage des métaux aux méthodes spécialisées de moulage par injection et d'extrusion des matières plastiques, ces procédés sont devenus l'épine dorsale de la fabrication moderne, façonnant le monde qui nous entoure d'innombrables façons.

Techniques de formage des métaux

Moulage sous pression

Le moulage sous pression est une méthode d'usinage où le métal fondu est poussé dans un moule à l'aide d'une forte pression. Il diffère du moulage sous pression. Les moules sont généralement faits d'un alliage plus résistant, ce qui rend ce processus de fabrication quelque peu analogue au moulage par injection de plastique.

Moulage au sable

Le moulage au sable consiste à créer des moules à l'aide de sable. Un modèle de la pièce finie, souvent en bois, est placé dans le sable, qui est ensuite tassé autour de lui. Une fois le modèle retiré, il reste une cavité. Pour faciliter la coulée du métal, le moule doit être conçu en plusieurs parties, avec des canaux pour verser le métal en fusion et des évents pour évacuer les gaz. Après la coulée, le moule est détruit, ce qui nécessite un nouveau moule pour chaque coulée.

Moulage à la cire perdue

Également connu sous le nom de moulage à la cire perdue, ce processus d'usinage comprend des étapes telles que le pressage de la cire, la réparation de la cire, l'assemblage de l'arbre, le trempage dans la barbotine, la fusion de la cire, la coulée du métal et le post-traitement. Un modèle en cire de la pièce est créé, puis enduit de barbotine pour former un moule en céramique. Une fois le moule sec et chauffé, la cire à l'intérieur fond et disparaît. Le métal liquide est ensuite coulé dans le moule en céramique pour obtenir la pièce finale.

Forgeage et types

Le forgeage consiste à appliquer une pression sur une ébauche métallique pour induire une déformation plastique, ce qui permet d'obtenir une pièce aux propriétés mécaniques, à la forme et à la taille spécifiques. Le forgeage permet d'éliminer les défauts tels que la porosité que l'on trouve dans les métaux issus du processus de fusion. Les pièces forgées ont généralement des propriétés mécaniques supérieures à celles des pièces moulées. Il existe différents types de forgeage, notamment le forgeage au marteau, le forgeage à la presse à manivelle, le forgeage à plat et le forgeage à la presse à friction. Une autre méthode, le forgeage par roulage, consiste à déformer le matériau entre des moules rotatifs pour produire la forme ou l'ébauche souhaitée.

Roulant

Également connu sous le nom de laminage, ce procédé de fabrication consiste à façonner le métal en le faisant passer entre des rouleaux. Si le métal est chauffé au-dessus de sa température de recristallisation au cours de ce processus, on parle de "laminage à chaud" ; dans le cas contraire, il s'agit de "laminage à froid". Le laminage est une méthode courante de travail des métaux.

Moulage sous pression et variantes

Le moulage sous pression consiste à remplir une matrice (ou un moule) de métal liquide ou semi-liquide à grande vitesse et sous haute pression. Il existe également le moulage à basse pression, où le métal liquide remplit le moule sous une faible pression de gaz. Initialement utilisée pour les moulages d'alliages d'aluminium, cette technique s'est étendue aux métaux à point de fusion élevé tels que le cuivre, le fer et l'acier.

Moulage centrifuge

Dans cette méthode, le métal liquide est versé dans un moule qui tourne rapidement. La force centrifuge permet au métal de remplir le moule et de former la pièce. En fonction de la forme, de la taille et du volume de production de la pièce moulée, différents moules peuvent être utilisés, tels que des moules en sable, des moules en coquille ou des moules en métal avec revêtement.

Moulage par injection de métal (MIM)

Issu de l'industrie du moulage par injection de plastique, le MIM est une nouvelle technique de métallurgie des poudres, proche de la mise en forme des filets. Elle consiste à ajouter de la poudre de métal ou de céramique au plastique pour fabriquer des produits plus solides et plus résistants à l'usure. Au fil du temps, cette idée a évolué pour maximiser la teneur en particules solides et éliminer complètement les liants lors du frittage ultérieur, ce qui permet d'obtenir des pièces plus denses.

Tournage et fraisage

Le tournage est un processus fondamental de fabrication par enlèvement de copeaux qui consiste à usiner une pièce rotative à l'aide d'un outil stationnaire. Il est principalement utilisé pour créer des pièces rotatives telles que des arbres, des disques et des manchons. Le fraisage, quant à lui, consiste à fixer la pièce et à utiliser une fraise rotative pour la façonner. Les fraiseuses CNC peuvent traiter des formes et des caractéristiques complexes.

Processus de rabotage

Le rabotage est une méthode d'usinage par enlèvement de copeaux dans laquelle un outil de rabotage se déplace en ligne droite relative horizontale d'avant en arrière sur la pièce, principalement utilisée pour façonner des pièces externes. La précision du rabotage varie de IT9 à IT7, avec une rugosité de surface de Ra comprise entre 6,3 et 1,6μm.

Processus de broyage

La rectification consiste à utiliser des matériaux et des outils abrasifs pour enlever l'excès de matière d'une pièce. Il s'agit de l'une des méthodes de coupe les plus répandues dans l'industrie manufacturière.

Fusion sélective par laser (SLM)

Dans un bac rempli de poudre métallique, un laser à dioxyde de carbone de forte puissance, contrôlé par un ordinateur, balaie sélectivement la surface de la poudre métallique. Là où le laser touche, la couche supérieure de poudre métallique fond entièrement et fusionne, tandis que les zones non touchées restent poudreuses. L'ensemble du processus de fabrication se déroule dans une chambre scellée remplie de gaz inerte.

Frittage sélectif par laser (SLS)

La méthode SLS utilise un laser infrarouge comme source d'énergie et emploie principalement des matériaux en poudre. Au cours de cette étape, la poudre est chauffée, mais pas suffisamment pour la faire fondre. Un rouleau niveleur étale ensuite la poudre de manière uniforme. Sous le contrôle d'un ordinateur, le laser sintérise sélectivement la poudre sur la base d'informations relatives à la section transversale couche par couche. Lorsqu'une couche est terminée, la couche suivante est frittée. Une fois toutes les couches frittées, l'excès de poudre est éliminé, ce qui donne une pièce entièrement frittée. Actuellement, les procédés les plus aboutis utilisent des poudres de cire et de plastique, tandis que les techniques utilisant des poudres métalliques ou céramiques font encore l'objet de recherches.

Dépôt de métaux

Semblable à la méthode de dépôt par fusion de type "crème fouettée", cette méthode pulvérise de la poudre métallique. Lorsque la buse libère le matériau en poudre métallique, elle fournit simultanément un laser de forte puissance et une protection par gaz inerte. Cette méthode n'est pas limitée par la taille du conteneur de poudre métallique, ce qui permet de créer directement des composants plus grands. Elle est également bien adaptée à la réparation de pièces présentant des dommages localisés.

Formage de rouleaux

Le profilage utilise une série de cadres de machines en continu pour donner à l'acier inoxydable des formes complexes. La séquence de rouleaux est conçue de manière à ce que chaque cadre déforme continuellement le métal jusqu'à l'obtention de la forme finale souhaitée. Pour les pièces de forme complexe, on peut utiliser jusqu'à trente-six cadres, mais pour les formes plus simples, trois ou quatre cadres suffisent.

Forgeage de matrices

Le matriçage consiste à utiliser un équipement de matriçage spécialisé et des moules pour façonner une pièce brute en une pièce forgée. Les pièces produites par cette méthode ont des dimensions précises, des tolérances d'usinage minimales et peuvent avoir des structures complexes avec un taux de production élevé.

Découpage à l'emporte-pièce

Également connue sous le nom de processus de découpage, cette technique consiste à positionner un film préformé sur un moule de poinçonnage, qui enlève ensuite l'excédent de matière, conservant ainsi la forme 3D du produit qui correspond à la cavité du moule.

Processus de découpage - Moule à couteaux

Dans cette méthode, un panneau de film ou un circuit est placé sur une plaque de base et un moule à couteau est fixé sur un gabarit de machine. La force descendante de la machine contrôle le bord du couteau pour couper le matériau. Contrairement au moule de poinçonnage, cette méthode permet d'obtenir des coupes plus lisses. En ajustant la pression et la profondeur de coupe, il est possible d'obtenir des effets tels que des gaufrages et des coupes partielles. En outre, le moule est rentable et l'opération est plus pratique, plus sûre et plus rapide.

Techniques de transformation des matières plastiques

Moulage par injection

Le moulage par injection est une méthode de pointe pour la fabrication de produits industriels. Le caoutchouc et le plastique sont généralement utilisés dans ce processus de fabrication. Le moulage par injection peut être divisé en deux catégories : le moulage par injection et le moulage sous pression. Les machines de moulage par injection, souvent appelées injecteurs ou machines de moulage, sont le principal équipement utilisé pour mouler les thermoplastiques (Check fabrication de thermoplastiques) ou des matériaux thermodurcissables dans diverses formes à l'aide de moules en plastique. Le processus de moulage est réalisé par la combinaison de la machine et du moule.

Extrusion

L'extrusion est un procédé de fabrication où la matière est plastifiée par l'action combinée d'un cylindre et d'une vis d'extrusion. Chauffée et poussée par la vis, elle forme en continu des produits ou des produits semi-finis de différentes sections à travers la tête de la machine.

Moulage par soufflage

Également connue sous le nom de moulage par soufflage, cette méthode de transformation des matières plastiques en plein essor consiste à prendre une ébauche tubulaire en plastique obtenue par extrusion ou moulage par injection, à la chauffer (ou à la réchauffer jusqu'à ce qu'elle soit ramollie), à la placer dans un moule ouvert, puis à la gonfler à l'aide d'air comprimé. L'ébauche de plastique se dilate alors et adhère aux parois du moule. Après refroidissement et démoulage, on obtient divers produits creux.

Formage sous vide

Technique de transformation des matières plastiques consistant à chauffer des feuilles de plastique plates jusqu'à ce qu'elles soient molles, puis à les façonner par aspiration sur la surface d'un moule. Une fois refroidie, la forme formée est conservée, et cette technique trouve des applications dans diverses industries.

Moulage par compression

Également connu sous le nom de moulage par pression ou de formage par compression, ce procédé consiste à placer de la poudre, des granulés ou du plastique fibreux dans une cavité de moule à une température de formage. Le moule est ensuite fermé et pressé, ce qui permet au matériau de prendre forme et de se solidifier. Cette méthode convient aux plastiques thermodurcissables, aux thermoplastiques et aux matériaux en caoutchouc.

Calendriers

Cette méthode consiste à faire passer le thermoplastique fondu à travers un espace situé entre deux ou plusieurs rouleaux parallèles tournant en sens inverse. La matière fondue est pressée, étirée et formée en feuilles continues, qui sont ensuite refroidies naturellement. Le calandrage est couramment utilisé pour produire des films ou des feuilles en plastique.

Mousse

Le moussage consiste à introduire des agents moussants appropriés dans des matériaux moussants tels que le PVC, le PE et le PS, créant ainsi une structure microporeuse dans le plastique. Presque tous les matériaux thermodurcissables et thermoplastiques peuvent être transformés en mousse plastique, ce qui fait du moussage un domaine important de la transformation des plastiques.

Enroulement du filament

Ce procédé de fabrication consiste à enrouler des fibres continues imbibées de résine (ou des rubans ou des fils pré-imprégnés) sur un moule à noyau selon un modèle spécifique. Après durcissement et démoulage, le produit est obtenu.

Contrecollage

La stratification est le processus de fabrication qui consiste à coller plusieurs couches de matériaux identiques ou différents pour former un tout sous l'effet de la chaleur et de la pression. Ce procédé est couramment utilisé dans la transformation des matières plastiques et du caoutchouc.

Casting

Le moulage dans la transformation des matières plastiques est une méthode qui consiste à verser des monomères ou des prépolymères liquides dans un moule sous pression atmosphérique. Ils subissent ensuite une polymérisation et se solidifient en produits qui correspondent à la forme interne du moule. Avec l'évolution de la technologie du moulage, le concept traditionnel de coulée a changé, et les solutions, les dispersions (comme la pâte de PVC) et les fondus de polymères peuvent également être utilisés pour la coulée.

Moulage par immersion

Cette technique exploite l'état variable des matériaux thermoplastiques à haute teneur en polymères. Dans leur état d'écoulement visqueux, ils peuvent être façonnés dans la forme souhaitée, puis solidifiés à température ambiante.

Moulage par transfert de résine par compression

Principalement utilisée pour les produits en plastique thermodurcissable, cette méthode consiste à faire fondre le matériau, à le presser dans un moule, puis à le durcir en le chauffant. Après démoulage, on obtient le produit.

Moulage par transfert de résine (RTM)

La technique RTM consiste à injecter de la résine dans un moule fermé afin d'imprégner les matériaux de renforcement et de les solidifier. Cette technologie élimine le besoin de matériaux pré-imprégnés et d'autoclaves, réduisant ainsi les coûts d'équipement et de moulage. Ces dernières années, son développement rapide a permis de trouver des applications dans les secteurs de l'aviation, de l'automobile et de la marine. Des variantes telles que RFI, VARTM, SCRIMP et SPRINT ont vu le jour pour répondre aux diverses exigences des applications.

Extrusion

L'extrusion est une méthode de traitement par pression dans laquelle un poinçon ou un moule mâle exerce une pression sur une billette placée dans un moule femelle, provoquant son écoulement plastique et lui faisant prendre la forme de la cavité ou du profil du moule. Pendant l'extrusion, la billette subit une contrainte de compression triaxiale, ce qui permet de former même des matériaux à faible plasticité.

Thermoformage

Le thermoformage est une méthode unique de transformation de feuilles thermoplastiques en divers produits. La feuille est maintenue dans un cadre et chauffée jusqu'à ce qu'elle soit souple. Ensuite, sous l'effet d'une certaine pression, elle est modelée pour correspondre au moule. Après refroidissement et durcissement, le produit est découpé et fini.

Lamination manuelle

Également connue sous le nom de laminage manuel ou de moulage par contact, cette technique consiste à appliquer manuellement un agent de démoulage sur un moule, à superposer des matériaux de renforcement et à brosser la résine jusqu'à ce que l'épaisseur souhaitée du produit plastique soit atteinte. Le produit est ensuite durci et démoulé.

Prototypage rapide au laser (PRL)

Le LRP intègre des technologies de pointe telles que la CAO, la FAO, la CNC, les lasers, les servomoteurs de précision et les nouveaux matériaux. Par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, le LRP offre une réplicabilité et une interchangeabilité élevées des prototypes, des processus de fabrication indépendants de la géométrie des prototypes, des cycles de traitement plus courts et des coûts réduits. Elle permet d'intégrer la conception et la fabrication.

Modélisation par dépôt en fusion (FDM)

La FDM extrude des matériaux filamenteux tels que des thermoplastiques, des cires ou des métaux à partir d'une buse chauffée. En suivant la trajectoire prédéterminée de chaque couche de la pièce, le matériau en fusion est déposé à un taux fixe.

Usinage CNC

Les machines à commande numérique par ordinateur (CNC) sont des machines-outils automatisées équipées d'un système de commande de programme. Ce système traite logiquement les instructions du programme codées avec des codes de contrôle ou d'autres symboles, les décode et commande ensuite la machine pour déplacer et usiner les pièces.

Impression 3D

L'impression 3D, qui est une forme de prototypage rapide, permet de fabriquer des objets une couche à la fois à partir de dessins numériques en utilisant des matériaux tels que des poudres métalliques ou des plastiques. Elle est généralement réalisée à l'aide d'imprimantes numériques et est largement utilisée dans la fabrication de moules, la conception industrielle, etc. Il existe plusieurs technologies d'impression 3D qui se distinguent par la façon dont les matériaux sont superposés et les pièces construites. Les matériaux courants comprennent la fibre de verre en nylon, l'acide polylactique, la résine ABS, le nylon durable, le gypse, l'aluminium, l'alliage de titane, l'acier inoxydable, le placage d'argent, le placage d'or et les matériaux de type caoutchouc.