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1. L'injection se veut rapide et économe

M. L. T.
Les constructeurs innovent pour concevoir des presses avec des cadences toujours plus élevées et proposent des cellules de production plus complètes.

Première technologie de transformation des matières plastiques, l'injection donne accès à des pièces aussi diverses qu'une planche de bord d'automobile, une seringue, un boîtier de téléphone portable ou une capsule de bouteille. Une palette d'applications possibles grâce à la multiplication des variantes de l'injection (multimatière, assistée par un fluide, réactive) et des machines (horizontales, verticales, électriques...). Les constructeurs se battent alors pour répondre aux exigences du client : les uns avec des machines aux cadences toujours plus élevées mais moins consommatrices d'énergie, d'autres avec des cellules de production complètes assurant plusieurs opérations autour de l'injection.

Initié aux États-Unis, le développement des presses à injecter tout électriques se poursuit en Europe et donne des machines plus précises, aux mouvements plus reproductibles, plus silencieuses et économes en énergie. Jusqu'alors, ces avantages étaient accompagnés d'un inconvénient : un surcoût de 10 à 20 % par rapport aux presses hydrauliques comparables.

Des presses tout électriques à petit prix

Avec sa gamme e-max, Engel est parmi les premiers constructeurs à aligner le prix de ses presses électriques sur celui des machines hydrauliques. Ses e-max de 50, 100 et 180 tonnes de force de fermeture réussissent en plus à être à la fois compactes et capables de recevoir des moules relativement gros. Le constructeur autrichien propose, par ailleurs, la presse tout électrique e-victory, de 50 tonnes de force de fermeture, adaptée à la production en salle blanche selon les bonnes pratiques de fabrication (GMP, en anglais).

Demag Plastics Group travaille également sur des presses tout électriques à bas prix : des presses de 27 à 220 tonnes de force de fermeture de sa gamme IntElect seront construites en Chine, début 2008, pour le marché local. Le constructeur a par ailleurs décidé d'équiper ces presses du système de contrôle NC5, comme le reste de ses machines d'injection. L'une des applications visées est la production de pièces médicales dans des conditions de salle blanche. Même démarche de standardisation chez Battenfeld, dont les presses tout électriques EM seront comme les autres dotées du système de contrôle Unilog 6. Équipées par ailleurs de nouveaux servomoteurs, ces machines sont présentées comme encore plus économes en énergie.

Arburg a, de son côté, amélioré sa gamme Allrounder A (Alldrive) avec un système de contrôle autoadaptatif de la force de fermeture, assurant une meilleure qualité des pièces moulées. Le constructeur a également optimisé ses presses pour qu'elles puissent accueillir des moules volumineux et complexes. Ainsi, la presse Allrounder A 520 A de 130 ou 150 tonnes de force de fermeture est-elle dotée d'un passage entre colonnes de 520 x 520 mm qui facilite les changements d'outillage. La gamme Allrounder A commence avec la 70 A, dédiée au moulage de très petites pièces, et monte jusqu'à la 570 A pour des applications avec séquences complexes comme l'injection avec dépose d'étiquettes dans le moule (IML).

L'hybride et l'hydraulique sont toujours de mise

Spécialiste de la multi-injection, le constructeur français Billion vient, quant à lui, de passer au tout électrique avec sa machine Select Multi, disponible de 75 à 150 tonnes de force de fermeture. Pas moins de neuf moteurs synchrones avec codeur sont montés sur cette gamme bimatière. Le constructeur a opté pour l'utilisation de vis à billes pour les mouvements d'éjection et du groupe injecteur, et de vis à rouleaux pour les mouvements de fermeture et d'injection. Cette machine tout électrique est présentée comme économe en énergie, fiable, précise, réactive, répétitive et compacte. Sa première application est la production de télécommandes de portes de garage. Billion assure en outre que les habitués de sa gamme hydraulique, équipée de la technologie Hercule, passeront à la gamme Select sans formation particulière.

Le développement du tout électrique n'empêche pas les presses hydrauliques et la génération hybride (électrique+hydraulique) de progresser. Par exemple, la série hybride Evos de Netstal est hydraulique sauf pour l'entraînement de vis (servo-électrique) qui permet de gagner du temps et de l'énergie. Tous les axes des machines sont contrôlés individuellement en boucle fermée, même pour les mouvements secondaires. Des cadences d'injection très rapides sont possibles, comme la production de 138 000 pièces de système de fermeture à l'heure en utilisant un moule à 144 cavités. Une autre application visée est la production par injection de mousse microcellulaire (selon le procédé MuCell de Trexel) de pièces à la fois légères et économes en matières plastiques.

Pour Demag Plastics Group, les presses hybrides El-Exis S combinent un entraînement électrique de la vis et un système hydraulique d'injection. Ces machines viennent d'être améliorées au niveau du système de fermeture pour atteindre désormais des temps de cycle réduits de 10 à 20 %. De très hauts débits de production sont ainsi atteints : jusqu'à 38 400 pièces d'emballage (du type couvercle) par heure sur une presse El-Exis S 550 de 550 tonnes de force de fermeture. Pour le constructeur Boy de petites presses hydrauliques dont certaines ont des options électriques, l'innovation concerne surtout l'ergonomie d'utilisation de ses machines. Son nouvel écran de contrôle digital Procan Alpha est même présenté comme un nouveau standard en termes de rapidité, de précision et de facilité d'utilisation.

Amélioration des performances

Dans le domaine des presses tout hydrauliques, les constructeurs n'ont d'autre choix que d'innover : sur l'accélération des cadences et sur la complexité d'injection... Engel agrandit, par exemple, sa gamme Speed de presses hydrauliques rapides destinées à la fabrication d'emballages à hautes cadences. Ses machines Speed 380 et 500, de 380 et 500 tonnes de force de fermeture respectives, sont dotées d'une double genouillère à 5 points qui "adoucit" l'accélération et le freinage. La vitesse de vis qui atteint 1 000 mm/s assure le remplissage précis et reproductible du moule lors de la production de pièces à parois très fines.

Chez Arburg, la gamme de presses hydrauliques s'étend vers les grands formats. Son record est aujourd'hui détenu par le modèle Allrounder 920 S, de 500 tonnes de force de fermeture, doté d'une unité d'injection capable d'envoyer jusqu'à 2 583 g de polystyrène, contre 1 860 g pour la génération précédente. Équipée d'un robot vertical Multilift V, cette machine peut, par exemple, produire un casier entier : en un seul cycle, les 5 côtés sont injectés, retirés par le robot puis assemblés. Chez l'italien Negri Bossi, la tendance est aussi au développement de cellules complètes de production. Une ligne a notamment été conçue pour la production de lentilles oculaires : sous une atmosphère contrôlée, elle comprend l'injection, la manipulation des lentilles, leur traitement de surface et les opérations de contrôle qualité finales. Negro Bossi propose aussi une cellule de fabrication d'optiques de phares d'automobiles incluant l'injection et le traitement de surface par métallisation.

Autre exemple, Krauss-Maffei a optimisé le procédé Clear Coat Molding (CCM) qui permet de produire en une étape une pièce moulée recouverte d'une couche protectrice contre les rayures. Il s'agit d'abord de verser un composé acrylique réactif liquide de la société Degussa dans l'empreinte du moule et d'y injecter la matière plastique de la future pièce. Le revêtement durcit d'abord suffisamment dans le moule pour que le démoulage de la pièce s'opère sans problème. Un traitement aux UV est ensuite effectué pour terminer la cuisson. Au final, la couche protectrice mesure moins de 50 nm. Pour ce type de production, Krauss-Maffei propose une cellule de production complète assurant un environnement propre avec robot intégré pour récupérer les pièces.

Le micromoulage pour des pièces de 1 mg

Enfin, des machines spéciales sont développées pour répondre à des marchés particuliers. Le micromoulage est à l'évidence une spécialité qui convient à Boy, le spécialiste des petites presses. Sur une machine Boy 12 A, il est par exemple possible de produire des éléments d'engrenage en polyacétal dont le poids unitaire est de 1 mg ! Battenfeld va encore plus loin. Sa presse Microsystem 50 a été récemment dotée d'un nouveau moteur pour l'unité d'injection. Cette machine est capable d'assurer le moulage de pièces de 16 mg avec dépose robotisée de deux minuscules inserts...

L'injection multimatière évolue également, notamment chez Engel dont le procédé Dolphin a été conçu pour produire des pièces d'habitacle d'automobiles comprenant un substrat rigide, une peau douce et une couche de mousse intermédiaire. Mais aussi chez Billion qui propose une nouvelle méthode de surmoulage élastomère sur thermoplastique pour la production de pièces à haute tenue en température comme des carters d'huile sous capot moteur.

L'ESSENTIEL

- Les presses tout électriques ne seront bientôt pas plus chères que les machines hydrauliques comparables. - Les constructeurs proposent des cellules de production de plus en plus complètes. - Les presses hydrauliques innovent dans la rapidité et la complexité d'injection.

SIMULER LA DÉFORMATION DU MOULE D'INJECTION

- La société allemande Sigma Engineering vient de lancer la version 4.6 de son logiciel de simulation du moulage par injection 3D-Sigma. La grande innovation de cette version réside dans la possibilité qu'elle offre de simuler la déformation du moule dans sa totalité, en incluant les noyaux et les divers éléments mobiles. Autre nouveauté : le système permet de simuler la déformation et le déplacement des inserts durant chacune des phases du cycle d'injection. En plus, l'ingénieur pourra désormais simuler la relaxation des contraintes du polymère pendant la solidification dans le moule et de poursuivre cette simulation une fois la pièce éjectée. Prise en compte des conditions de serrage La version 4.6 offre la possibilité de prendre en compte les conditions de serrage de la pièce dans l'empreinte du moule en incluant la déformation du moule, des noyaux et des inserts sous l'effet de la température et de la pression d'injection. Les différents morceaux du moule et les noyaux sont importés dans leur format CAO natif ou dans un format d'échange universel. Cet outil convient en particulier aux applications de géométrie complexe, combinant des zones de serrage et des zones de retrait libre.

VERS DES PROCÉDÉS "TOUT-EN-UN"

- Combiner l'injection avec d'autres procédés de transformation de matières plastiques est une tendance menée par deux géants du secteur. L'autrichien Engel propose ainsi le procédé Exjection combinant les avantages de l'injection et de l'extrusion et donne, par exemple, accès à des profilés injectés. Le procédé serait particulièrement rentable pour la production de sections longues intégrant des raccords et des éléments de renforcement ou décoration à partir d'un seul point d'injection. Le constructeur a démontré son concept sur une de ses presses électriques e-motion de 55 tonnes de force de fermeture pour la production des profilés de 930 mm de long et de 1,2 mm d'épaisseur de parois. Associer injection, extrusion et RIM L'allemand Krauss-Maffei va plus loin en associant injection, extrusion et moulage par injection réactive (RIM) de polyuréthanne pour la production, à moindre coût, de pièces moulées intégrant la fonction d'amortissement des vibrations. Démontré sur une machine (intégrant une extrudeuse bivis), le principe consiste à injecter deux pièces en polyamide 6.6, qui sont ensuite assemblées par un polyuréthanne thermoplastique réticulé, matériau combinant des propriétés adhésives et amortissantes.

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