IMG_20201218_194122_edited_edited_edited

Micromoulage - en profondeur Insights

Comme la plupart des appareils modernes sont soit de plus en plus petits, soit nécessitent des composants plus petits, la demande de micro moulage de plastique continue de croître. Il est donc facile de deviner - cet article va nous plonger dans les particularités de la technologie de moulage par micro-injection - l'analyse de ses caractéristiques ainsi que des matériaux utilisés, les défis de l'emballage, la conception pour la fabricabilité et les futurs horizons du micro moulage.

 

 

Qu'est-ce que le micro moulage plastique et quelles sont ses caractéristiques ?

Le micro-moulage est un processus hautement spécialisé dans lequel les moules en acier ou en aluminium microstructurés sont usinés CNC et EDM dans des tolérances à l'échelle micronique ou même submicronique. Habituellement, lorsque la pièce moulée pèse une fraction de gramme ou que ses micro-caractéristiques varient de 50 µm à 5 µm ou moins dans le plus grand monde de micro-moulage latéral.

La principale différence entre le micro-moulage et les technologies de moulage traditionnelles est la taille de la grenaille et la précision des machines d'injection. Les machines de micromoulage peuvent injecter une fraction de gramme avec une grande précision car elles disposent d'options d'alimentation à résolution plus élevée, ce qui entraîne une répartition uniforme de la pression à l'intérieur de la cavité. Dans le moulage par micro-injection, des moules plus petits sont également utilisés. Les micro-moules sont usinés avec des noyaux et des cavités plus petits et des micro-caractéristiques à l'intérieur avec des outils CNC et EDM de précision. Dans le moulage conventionnel, des choses comme l'emballage et la gestion de la qualité peuvent être considérées comme des opérations secondaires, cependant, le processus de micro-moulage exige une attention particulière aux détails de l'emballage et du contrôle de la qualité, car les pièces moulées sont très petites.

Le moulage par micro-injection pourrait-il remplacer le moulage par injection conventionnel ?

La réponse est oui. Le micromoulage peut parfois être « petit » mais pas « micro ». Dans une grande variété de pièces en plastique demandées, beaucoup d'entre elles peuvent être suffisamment petites pour tenir dans la zone projetée du micro-moule (par exemple, d'un périmètre de cercle ~ 100 mm) et ne pas dépasser le volume de micro injection (par exemple ~ 15-30 cm3). De plus, les entreprises innovantes recherchent souvent une résilience et une entrée sur le marché à faible risque avec des lancements pilotes avec des volumes de fabrication allant jusqu'à 100 000 pièces.

 
Micromolding benefits

 

Dans ces conditions, il n'y a pas de meilleur moyen que d'utiliser la technologie du micromoulage. Une réduction significative des coûts et du temps est possible par rapport au moulage par injection traditionnel. Il est possible d'économiser jusqu'à 3 à 4 fois sur les coûts d'outillage et d'entrer sur le marché avec des produits finis en moins de 3 semaines :

  1. Faibles dépenses d'exploitation de la machine, car des machines plus petites sont utilisées et une force de serrage plus faible est exercée.

  2.   Moins de cavités de moule et moins d'aluminium utilisé permettent un usinage plus rapide et moins cher.

  3. Minimisation des déchets grâce à des systèmes de canaux plus courts requis. Étant donné que des canaux plus courts sont nécessaires pour remplir les cavités, il existe une différence considérable dans les volumes de canaux coupés et disposés, par rapport au moulage par injection traditionnel.

  4. Une modification facile et flexible est possible grâce à l'usinage de moule rapide et à faible coût.

Micro injection molding advantages

Dans quelle mesure le µIM est-il utilisé dans tous les secteurs ?

 

Industries médicales et de la santé

Sans aucun doute, le domaine de la médecine en tant que tel requiert une précision extrême dans la plupart des processus. Par conséquent, dans de nombreux cas, les instruments médicaux utilisés doivent être petits et très sophistiqués. Ainsi, le micro moulage est largement utilisé dans la fabrication de dispositifs médicaux : dispositifs d'administration de médicaments, cathéters, systèmes de diagnostic, composants optiques et auditifs, etc. Par exemple, les neurochirurgies, les traitements aortiques, etc.

Il convient également de souligner que de nouveaux types de systèmes microfluidiques deviennent de plus en plus populaires et largement applicables dans diverses performances médicales (y compris les applications Point-Of-Care). Pas surprenant que les industries médicales capturent environ un quart de la part de marché mondiale du moulage par micro-injection, selon 'Mordor Intelligence'

 
 
micromolding in medicine
Micro overmolding for electronics

 

Industries électroniques

Étant donné que les appareils électroniques modernes sont de plus en plus petits, il existe également un besoin croissant de haute précision et de complexité pour ce secteur. Les avantages du micro moulage peuvent être exploités dans la fabrication de divers composants électroniques. La micro-optique peut être l'un des exemples (par exemple, la fabrication d'appareils à laser, de téléphones intelligents, de lentilles, de prismes, etc.). Ainsi que des composants microélectroniques : tels que des connecteurs, des interrupteurs, des fiches, des puces informatiques, etc. pour les ordinateurs, les technologies de communication, les appareils musicaux et d'autres domaines de la microélectronique.

Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) nécessitent souvent également la fabrication de micro-moulages. Étant donné que l'industrie elle-même est en phase de croissance, la demande de micro-moulages innovants dans les processus de fabrication augmente également. Par exemple, les systèmes BioMEMS (systèmes micro-électro-mécaniques biomédicaux) sont maintenant largement étudiés et les opportunités potentielles de séquençage de nouvelle génération (NGS) et de diagnostic au point de service sont déjà appliquées, ce qui augmente considérablement la demande de MEMS.

Le développement rapide des technologies modernes conduit à une croissance spectaculaire des industries électroniques et cela pourrait être représenté par le fait que le secteur électronique détient un peu plus d'un cinquième de la part de marché mondiale du moulage par micro-injection (ibid).

 

 

Industrie automobile

Le moulage par micro-injection est assez largement utilisé pour la fabrication de composants automobiles qui nécessitent fréquemment des composants légers et petits. Le micro moulage est utilisé pour les pièces sous le capot (par exemple, le moteur ou les freins) d'une voiture et pour divers autres composants pertinents pour l'industrie automobile, tels que différents clips, rondelles, pièces de mécanisme de verrouillage de porte, divers boutons, interrupteurs et même pour le micro plastique fabrication d'engrenages. Étant donné que l'ensemble de l'industrie automobile est énorme et nécessite de nombreuses micro-pièces, il n'est pas étonnant que ce secteur capte le plus de valeur (presque un tiers) du micro-moulage (ibid).

 
graph-1_edited.jpg

 

Jusqu'où pourrait  une moulure à paroi mince va?

Premièrement, pour discuter du moulage à paroi mince, le concept lui-même doit être clarifié. Les moulures à paroi mince peuvent être classées en fonction du rapport longueur d'écoulement et épaisseur de paroi : rapport L/t. Comme différents plastiques ont des débits différents, leurs ratios maximums varieront en conséquence. Voici les  maximums de rapports L/t pour 10 des plus largement utilisés  thermoplastiques :

  1. ABS : 170/1  

  2. SAN : 120/1  

  3. PA : 150/1

  4. PC : 100/1    

  5. PEHD : 225/1

  6. PEBD : 275/1

  7. PP : 250/1

  8. PMMA : 130/1

  9. POM : 150/1

  10. PS : 200/1

La qualité de la pièce moulée dépend fortement de la conception correcte de l'épaisseur de la paroi. En mettant l'accent sur une conception « correcte », on entend choisir des plages d'épaisseurs de paroi compatibles pour divers thermoplastiques et maintenir des rapports d'aspect similaires tout au long du processus de conception de la pièce. Le non-respect de cette étape de conception pour la fabrication peut entraîner :

  • Cycles opportuns, car les parois plus épaisses refroidissent plus longtemps que les parois minces ;

  • Une paroi trop mince peut être trop fragile et en plus, peut provoquer des erreurs de débit (la vitesse d'écoulement dans les cavités). Ce dernier problème peut entraîner des vides si le matériau ne remplit pas toutes les caractéristiques avant qu'il ne refroidisse ;

  • Les murs inégaux se refroidissent et se solidifient différemment, et ce facteur est généralement la raison pour laquelle il peut exister des déformations permanentes involontaires ou des marques d'enfoncement sur les surfaces des pièces moulées.

Étant donné que le moulage à paroi mince dépend principalement du choix des résines, il est bon de se référer à certaines données expérimentales. Le tableau ci-dessous montre les matières plastiques les plus largement utilisées avec des plages de parois minimales et maximales pour le moulage par injection :

 

MATÉRIEL

abdos

ACÉTAL

ACRYLIQUE

 

NYLON (POLYAMIDE)

POLYCARBONATE

POLYESTER

POLYÉTHYLÈNE

POLYPROPYLÈNE

 

 

POLYSTYRÈNE

POLYURÉTHANE

APPLICATION

Principalement pour la plomberie ou l'industrie automobile

Peut remplacer certaines pièces qui étaient métalliques Remplaçant principalement le verre pour les industries de la beauté, de la mode ou même de l'art

Diverses utilisations industrielles et mécaniques

Utilisé dans un large éventail de marchés

Utilisé dans un large éventail de marchés

Parfait pour les produits jetables et recyclables

Diverses possibilités d'application, cependant, fréquemment utilisées dans les industries alimentaires, car il ne lixivie pas les produits chimiques

Applicable dans diverses industries

Applicable dans diverses industries

ÉPAISSEUR DU MUR

0,143 mm – 3,556 mm 0,762 mm – 3,048 mm 0,635 mm – 12,70  mm

0,762 mm – 2,921 mm 1,016 mm – 3,810 mm

0,635 mm – 3,175 mm 0,762 mm – 5,080 mm

0,635 mm – 3,810 mm

0,889 mm – 3,810 mm

2.032 mm – 19.05  mm

 

Lorsque le matériau en résine est choisi, d'autres exigences doivent être satisfaites pour le moulage à paroi mince. Étant donné que les parois minces refroidissent plus rapidement que les parois épaisses, le moulage de parois minces nécessite une vitesse de remplissage des cavités plus élevée (le temps de remplissage indique le temps nécessaire pour que le matériau s'écoule dans les cavités). Par exemple, une baisse de 25 % de l'épaisseur de paroi nécessite une baisse de 50 % du temps d'injection. La fabrication de parois minces nécessite des machines spécialisées pour traiter une vitesse et une pression plus élevées. Même si les technologies modernes permettent aux machines standard de remplir des pièces de plus en plus minces, les pièces les plus petites nécessitent des machines plus avancées pour les cycles d'injection et de serrage.

 

 

Quels matériaux sont les meilleurs pour le moulage par micro-injection ?

 

Il existe une grande variété de matériaux pouvant être utilisés dans le micro moulage. Cependant, il existe certainement des contraintes cruciales à ne pas oublier lors du choix des matériaux, telles que : les propriétés mécaniques (quel est l'environnement de fonctionnement attendu, les situations de chaleur élevée, les propriétés hygroscopiques ?) la compatibilité (contact avec d'autres organismes biologiques, l'aspect cosmétique et le prix. Certains des matériaux les plus populaires pour le micro moulage sont indiqués dans le tableau ci-dessous.

MATÉRIEL

LCP (polymère à cristaux liquides)

 

PMMA (polyméthacrylate de méthyle)

COC (copolymères d'oléfines cycliques)

PEEK (polyéther éther cétone)

 

PLA (acide polylactique)

 

PGA (acide polyglycolique)

Polyéthylène

 

 

Polypropylène

 

 

Polycarbonate

APPLICATION

 

Tolérance à haute température; Grande résistance chimique et aux intempéries; Résistance à la fissuration sous contrainte

 

Grande transparence; Résistance au rayonnement ultraviolet ; Résistance aux rayures

 

Grande fluidité; Résistance à la chaleur, aux produits chimiques et à l'humidité ; Haute clarté

 

Haute résistance chimique; Grande tolérance à la chaleur et à la pression ; Résistance aux fissures sous contrainte et haute résistance

 

Biodégradabilité ; Haute transparence ; Grande compatibilité

 

Biodégradabilité ; Haute résistance; Haute résistance à l'abrasion et aux solvants

Grande résistance chimique; Haute résistance et dureté de surface; Résistance à l'abrasion

 

Grande résistance chimique et thermique; Haute résistance à la flexion et résistance à la fatigue ; Isolation électrique

 

Transparence élevée et stabilité dimensionnelle élevée; Rigidité et ténacité; Résistance à l'humidité et aux produits chimiques

 

 

Il convient également de souligner qu'avec le développement technologique rapide et la croissance de la demande, il y a une augmentation de l'utilisation de polymères bioabsorbables dans le moulage par micro-injection. Les matériaux bioabsorbables sont largement applicables dans les soins de santé modernes. Étant donné que ces polymères peuvent être absorbés et dissous par un organisme humain, leur utilisation réduit le nombre d'interventions chirurgicales nécessaires pour des traitements spécifiques (le plus souvent orthopédiques). Parallèlement aux innovations, la demande pour les applications de ces matériaux augmente et c'est également là que les technologies de micro-moulage modernes sont utilisées.

 

 

Quel est l'avenir de la technologie de moulage par micro-injection ?

 

Le moulage par injection de plastique est utilisé dans la majorité des industries à travers le monde. Les anciennes technologies de fabrication sont remplacées ou améliorées par les nouvelles et l'industrie 4.0 catalyse tout cela. Le micromoulage ne fait pas exception et doit donc rester innovant et s'adapter aux nouvelles exigences du marché où les composants sont de plus en plus petits. Pour cette raison, de nouvelles technologies sont développées pour améliorer le micromoulage :

  • Des progrès significatifs dans le contrôle des substances. Le progrès le plus visible est que les entreprises essaient de rechercher le recyclage des polymères et cette recherche est associée à des considérations environnementales ;

  • Les nouvelles innovations dépendent des besoins des clients, c'est parce qu'elles nécessitent parfois quelque chose que les entreprises ne peuvent pas créer. Cette demande met beaucoup de pression sur le fabricant et pour cette raison, de nouvelles technologies sont produites, par exemple, le moulage à paroi extrêmement mince, le micro-moulage à 2 coups et le moulage par insertion automatique, sont le résultat direct des demandes du marché ;

  • De nouveaux capteurs de micro moulage ont été spécialement adaptés au moule, auparavant les capteurs étaient trop gros. Les nouveaux capteurs sont très compacts, faciles à installer, économisent de l'espace dans le moule et sont conçus pour surveiller la température, la pression, le gauchissement, le retrait et d'autres processus ;

  • L'une des dernières innovations sont les machines-outils à commande numérique et l'électroérosion à micro-enfonçage. Ces dispositifs permettent aux mouleurs d'injecter des projectiles de moins de 1 gramme avec des dommages minimes et une précision de tir très élevée. Les progrès réalisés dans le matériel des capteurs de pression et de température de rétrécissement permettent un meilleur contrôle et une surveillance en temps réel du processus.

Miller tool for micro mold

 

  • Les moules sans canal ou à flux réduit sont conçus pour économiser des matériaux coûteux et permettront aux fabricants de machines de reconcevoir des machines pour obtenir une précision élevée et des tailles de tir ultra-petites. Les nouvelles avancées comprennent des conceptions de matériaux non standard, des options améliorées de remplissage d'épaisseur de paroi réduite, l'élimination des contraintes et le recuit de moule, des systèmes améliorés de surveillance des moules et des matériaux.

 

Enjeux du micromoulage : micro-assemblage et conditionnement

Le coût de l'emballage et du micro-assemblage représente une grande partie du coût global de tout produit à micro-échelle et constitue une partie importante du développement d'un produit microscopique. Un emballage et un assemblage efficaces sont la clé du succès des produits sur le marché.

 
Micro molded parts packaging

 

La principale raison du coût de l'emballage et de l'assemblage des produits à petite échelle est le manque d'automatisation de ces deux opérations. La plupart des micro-assemblages nécessitent l'utilisation d'opérateurs pour sélectionner et insérer manuellement de petites pièces à l'aide de puissants microscopes et micro-pinces. L'assemblage manuel est extrêmement coûteux et prend beaucoup de temps. Les opérateurs qui assemblent de telles pièces à l'échelle microscopique, souffrent de la tension sur la fatigue oculaire, ont des exigences strictes pour le produit final, mais doivent également atteindre la fiabilité requise de sa qualité.

Pour rendre le micro-assemblage plus facile et beaucoup plus rapide, plusieurs outils et équipements spécifiques doivent être disponibles pour ce procédé :

  • Système visuel avec stéréomicroscope haute performance, caméra et moniteur longue durée et haute résolution. Ce dernier est utilisé pour fournir des instructions et des commentaires pendant et après l'assemblage ;

  • Micro-positionneur avec une résolution de 40 nm pour le contrôle de la pièce, la micropréhension et la gestion de la position ;

  • Vision par ordinateur en temps réel pour contrôler les servomécanismes et les moteurs et assembler des pièces avec une précision au niveau du micron ;

​​

Optics used for quality control

 

  • Outil de transfert haute résolution et haute précision pour la manipulation de pièces et de composants.

Si vous fabriquez un produit à petite échelle et que vous ne souhaitez pas l'assembler au microscope, il existe des méthodes qui permettent de combiner différentes pièces ensemble au stade de la conception :

  • Micro moulage en deux temps. Cette méthode permet d'injecter deux matériaux différents dans un moule à deux endroits différents ou au même endroit.

  • Soudage par ultrasons. Il est efficace lors de l'assemblage de thermoplastiques et de métaux compatibles ;

  • La soudure au laser. Ceci est généralement utilisé pour joindre des micro-composants, lorsque la géométrie 3D ne peut pas être combinée par surmoulage. Le soudage au laser peut également être utilisé pour nettoyer et démonter des matériaux tels que des fils rapidement et sans les casser ;

  • Jalonnement. C'est un moyen très bon marché d'assembler du polymère et du métal en pliant un matériau dans un autre ;

  • Le collage au solvant est connu comme un moyen moins coûteux et plus rapide d'assembler des composants à micro-échelle. Typiquement, il combine différents matériaux et solvants, à l'aide de micro et nano pipettes. Ces deux composants doivent être collés ensemble, surtout si cette combinaison sera utilisée comme implant.

L'emballage des micro-composants est aussi important que le micro-assemblage. Chaque pièce à l'échelle microscopique doit être livrée au client en toute sécurité. Lors de l'envoi de petites pièces coupantes ou sensibles au frottement et aux vibrations, l'emballage peut être un processus très difficile, il doit être bien pensé. Le micro-emballage nécessite que les composants soient emballés individuellement dans des emballages ou des palettes spéciaux. Lorsqu'il s'agit d'exigences en matière de salle blanche ou d'assurance qualité ISO 13485, il est également très important de garantir une température appropriée des machines et un flux d'air autour de celles-ci. Il est généralement indispensable d'avoir des ventilateurs générant des flux d'air filtrés pour empêcher la contamination de l'air et la poussière de se fixer sur les pièces moulées jusqu'à ce qu'elles soient emballées.

 

Découvrez nos services :

Overmolded wires.jpg

Insert de moulage

Le moulage par insertion est le processus lorsque les composants (par exemple les fils) sont encapsulés

Compressed cover parts.jpg

Moulage de petites pièces

'Micro' n'est pas toujours 'micro'. Si votre pièce peut tenir dans votre main, moulez-la 2 fois plus vite et moins cher avec nous.

4.jpg

Micromoulage

Le micromoulage commence lorsque les microcaractéristiques se produisent et varient de 100 µm à 5 µm.

3D printed strip test model.jpg

Moulage par injection médicale 

Microfluidique, solutions OEM, moulage en salle blanche 8, stérilisation et plastiques de qualité médicale.