Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Coulée en résine: passer de la CAO aux pièces en plastique de qualité technique

Les polymères synthétiques jouent un rôle dans presque tous les articles manufacturés de la planète. Les plastiques ne sont pas seulement omniprésents, mais extrêmement polyvalents: certains d’entre eux sont incroyablement extensibles, alors que d’autres sont durs comme des ongles; certains sont limpides, d'autres sont de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel; certains peuvent survivre à des températures extrêmes, alors que d'autres peuvent arrêter une balle en plein vol.

Quand on songe à tout cela, il est difficile de croire que même les amateurs bien habitués à la fabrication 3D, les plastiques de qualité technique sont encore tabous. Certes, nous possédons peut-être des imprimantes 3D, mais le rendement des extrudeuses abordables en PLA et en ABS n’est même pas comparable à celui des pièces moulées par injection bon marché. Les propriétaires d’usines à commande numérique n’ont également aucune raison d’être insatisfaisants: la plupart d’entre eux craignent totalement les plastiques, ou ont recours à des matériaux peu coûteux mais peu performants tels que l’acrylique ou le PEHD.

Curieusement, il n’ya aucune raison pour que les choses se passent ainsi. Il existe une technique assez sûre, peu coûteuse et sans tracas qui vous permet de fabriquer des pièces incroyablement difficiles et précises dans votre atelier, en quelques heures. Le seul problème est que presque tous les tutoriels disponibles sur ce processus - connu sous le nom de moulage en résine - sont écrits par des artistes, avec d'autres artistes à l'esprit. Appliquer leurs approches dans des projets d'ingénierie n'est généralement pas un bon plan.

Fabrication de modèles pour moules en une seule pièce

Si vous suivez les conseils habituels pour reproduire des pièces fabriquées à la main, il vous sera demandé de revêtir ou de plonger l'élément d'origine dans un matériau flexible, tel que de l'alginate ou du caoutchouc silicone. Une fois que cela est fait - et que la coque est complètement durcie - il vous sera demandé de couper ce blob en caoutchouc pour l’ouvrir et de récupérer le modèle original. À ce stade, vous remplissez également le vide creux avec un autre composé thermodurcissable qui prend la forme de la pièce initiale - et fermez le tout.

Ce processus fonctionne, mais présente un certain nombre d'inconvénients, en particulier si vous souhaitez obtenir des résultats prévisibles et les obtenir rapidement. Par exemple, il peut être fastidieux de construire un boîtier approprié pour un moule, puis de fixer et d’orienter correctement le modèle original à l’intérieur de celui-ci. Il peut être tout aussi difficile de retirer la pièce d'origine sans ruiner le modèle, la coque ou les deux. Heck, même reconstituer le moule sans compromettre la précision dimensionnelle de la pièce résultante est tout un défi en soi.

Heureusement, tous ces problèmes peuvent être évités lorsque vous manipulez des pièces conçues par ordinateur: il vous suffit de fixer la géométrie souhaitée à une cavité de moule esquissée par CAO, en formant un moule positif appelé motif, puis de les fabriquer ensemble. un seul pas. Nous parlerons d’exemples plus complexes plus tard, mais pour l’instant, prenons une partie avec un fond plat et des contre-perforations limitées. Dans un tel scénario, le modèle peut être aussi trivial que celui-ci:

Concevoir un modèle simple pour un moule en caoutchouc en une partie.

L'ajout d'un cadre autour de la pièce a un impact assez modeste sur l'impression 3D, mais fait une différence énorme et positive pour le travail de fraisage CNC. C’est parce que vous pouvez rapidement usiner un motif sur un morceau de matière stock surdimensionné, en laissant la majeure partie intacte pour une utilisation future. Cela vous permet d’économiser de l’argent, du temps et d’éliminer le souci de fixer la pièce de manière à ce qu’elle ne s'envole pas sous l’outil.

La fraiseuse à commande numérique finit un moule complexe pour une boîte d'engrenage planétaire au-dessus d'un bloc de matériau en réserve. L'usinage direct de ces engrenages serait beaucoup plus difficile et coûteux.

Des modèles peuvent être fabriqués à partir de n'importe quel matériau qui traite facilement et produit des résultats prévisibles. Avec les extrudeuses 3D, cela signifie généralement du PLA. La cire et le HDPE usinables devraient fonctionner de manière acceptable pour les scieries à commande numérique, même si je recommande toujours une alternative plus prévisible et moins chère: les cartes de prototypage de densité moyenne. Ma variété préférée est RenShape 460 - une substance légère et assez durable qui se lave comme le beurre, mais offre des détails incroyablement fins:

Gros plan d'un motif usiné sur commande numérique dans RenShape 460. Ce matériau coûte quelques centimes par pouce cube et est en fait moins cher que la cire à usiner.

Produisant des moisissures négatives

Avec une empreinte prête à l'emploi, nous devons trouver un matériau approprié qui formera un moule négatif flexible. Dans les applications artistiques, ces moules sont généralement fabriqués à partir de latex, d'alginate, de caoutchoucs polysulfurés ou de silicones durcissant à l'étain. Toutes ces options présentent des inconvénients importants - allant d'une résistance médiocre à une toxicité marquée - et contribuent à la perception selon laquelle la fabrication de moisissures est une affaire compliquée.

Dans les travaux de précision, le seul choix intéressant est celui des silicones à deux composants, à durcissement au platine. Ces matériaux sont non toxiques et sans odeur; de plus, leur mode de polymérisation garantit une précision dimensionnelle incroyablement élevée. Le caoutchouc obtenu est remarquablement solide, présente d'excellentes caractéristiques de rebond, de résistance aux produits chimiques et possède une surface intrinsèquement antiadhésive qui se détache facilement du motif et des pièces finales. En bref, les silicones de platine sont l’un des polymères les plus froids avec lesquels on peut jouer à la maison.

Verser du silicone dans un modèle usiné.

Au fil des ans, j'ai essayé environ une douzaine de caoutchoucs pour la fabrication de moules, dont beaucoup provenaient de fabricants populaires et orientés vers les amateurs - et, pour le dire gentiment, il est très facile de créer une variété beaucoup trop visqueuse, beaucoup trop fragile. , ou beaucoup trop mou pour les petites pièces. J'ai préparé un guide détaillé pour choisir la bonne formulation. Si vous n’avez pas le temps pour ça, je pense que deux produits laissent vraiment tomber la concurrence: le Quantum Silicones QM 262, facile à verser et à faible viscosité, et le Silicones translucide presque indestructible XP-592. Ces deux produits coûtent environ 15 $ la livre et sont généralement offerts en kits de 10 à 12 lb.

Avec la composition de moulage sélectionnée, l'ensemble du processus de coulée est d'une simplicité embarrassante: la résine est mélangée pendant plusieurs minutes, coulée dans le moule et recouverte d'une feuille de plastique plate pendant quelques heures. C'est vraiment à ce sujet.

Moule en silicone durci. Notez la précision sans faille des détails inférieurs au millimètre, y compris de minuscules saillies et des parois minces.

Eh bien, pour être juste, il ya encore une étape à franchir: pour assurer une excellente reproduction des détails complexes sans se ronger les ongles, il est sage d’avoir un appareil de dégazage sous vide. Le terme fait peur, mais l’appareil ne l’est pas: une petite pompe à vide relativement silencieuse coûte environ 100 dollars, et une bouteille sous vide en polycarbonate incassable se vend à moins de 60 dollars. Deux ou trois minutes sous vide, assurez-vous qu'il n'y a pas d'air piégé entre le moule et la résine encore liquide - et vous avez terminé.

Le dégazage sous vide permet d'éviter le piégeage de l'air de manière rapide, simple et fiable.

Vous pouvez également utiliser plusieurs autres astuces, telles que l’application du caoutchouc avec un pinceau ou une seringue - mais franchement, à l’exception des géométries très simples, cela ne vaut tout simplement pas votre temps.

Coulée des pièces finales

Dès que le moule négatif est prêt, vous pouvez commencer à fabriquer les pièces finales. Le flux de travail est très similaire aux étapes décrites ci-dessus: une résine à deux composants (facultativement pigmentée avec des colorants couramment disponibles à très bas coût) est soigneusement mélangée, versée dans le moule flexible, dégazée brièvement sous vide et enfin recouverte d'un feuille plate de plastique antiadhésif - polypropylène ou HDPE fera l'affaire.C’est tout: la réaction de polymérisation débute et, en quelques heures, les pièces finies peuvent être démoulées.

Les dernières parties sont en route; La couleur d’aujourd’hui est le bleu. Les moules sont recouverts d'une feuille de polypropylène et alourdis pour assurer la planéité et éviter les étincelles. Le moule étant constitué d'un caoutchouc assez rigide, il conserve une excellente précision dimensionnelle même sous forte charge.

Le processus de coulée est simple, mais choisir le bon plastique peut être un défi: de nombreuses résines populaires vendues sous des marques de loisirs sont malodorantes, nocives, présentent un retrait important, durcissent trop rapidement ou trop lentement, ou ne produisent que des pièces fragiles. Peu importe que vous fabriquiez un presse-papiers décoratif, mais ce sera probablement le cas pour un assemblage mécanique fonctionnel. Pour éviter les mauvaises surprises, évitez les époxydes et les polyesters; les polyuréthanes sont un bien meilleur choix. Cette famille de polymères remarquablement polyvalents peut approximer fidèlement presque tous les autres types de plastique ou de caoutchouc - et offre également une résistance et une précision dimensionnelle excellentes.

Hélas, la plupart des compositions de polyuréthane vendues aux artistes et aux autres bricoleurs sont presque garanties de décevoir d’une manière ou d’une autre. Pour éviter les pièges courants, vous pouvez consulter ce guide détaillé en profondeur. mais en bref, je recommande fortement de s'en tenir à Innovative Polymers, un fabricant peu connu du Michigan. Ils ne semblent pas cibler les publics amateurs, mais ils proposent une gamme remarquable de plastiques de qualité supérieure, sans danger pour les ateliers, destinés aux applications les plus exigeantes (et pour la taxidermie - votre estimation est aussi bonne que la mienne!). En particulier, leur résine IE-3075 est incomparable: elle est exceptionnellement solide et rigide, et surpasse de loin tout le nylon ou l’ABS moulé par injection. De manière tout aussi importante, il est très facile de travailler avec et d’être très bon marché, se vendant à moins de 8 dollars la livre.

Pièces de micro-échelle fabriquées à partir de polymères innovants IE-3075 (orange teinté) et OC-7086 (eau limpide). La précision - modèle CAO pour la pièce finie - est meilleure que 5 µm.

Innovative Polymers propose également une sélection de résines cristallines résistantes aux rayons UV (par exemple, TD 283-18), une gamme de caoutchoucs indestructibles et extensibles avec une résistance à l'abrasion et aux coupures exceptionnelle (série HP-21xx), et bien plus . Vraiment, si vous êtes en Amérique du Nord et que vous voulez vous lancer dans la coulée de résine, c’est un crime de ne pas les essayer.

Une mise en garde s'impose: bien que les résines mentionnées dans cet article soient plus sûres que la plupart des formulations utilisées dans le travail artistique, elles sont toujours basées sur des produits chimiques relativement réactifs et doivent être traitées avec respect. Avant de commencer tout projet de coulée, familiarisez-vous avec les fiches de données de sécurité du produit et Consultez les conseils de sécurité sur les ateliers de bon sens.

Mais qu'en est-il des parties plus complexes?

Bonne question! Nous avons jeté un coup d’œil sur ce sujet plus tôt, mais il est temps de se mettre à la tâche. Pour les géométries qui ne peuvent pas être facilement coulées dans des moules en une seule pièce - par exemple, parce qu’elles n’ont pas de fond plat, ou parce qu’elles ont des contre-dépouilles prononcées - vous devez construire un moule composé de deux mors imbriqués ou plus. L’idée peut sembler intimidante et implique un peu de résolution de problèmes en 3D - mais dans la plupart des cas, la tâche n’est pas aussi difficile qu’elle ne le semble. Une des nombreuses approches possibles est illustrée ci-dessous:

Création de motifs pour un moule négatif en deux parties. Une très fine carotte est également ajoutée près de la ligne de séparation pour permettre à la résine d'être versée à l'aide d'une seringue.

En fait, les moules en plusieurs parties peuvent vous simplifier la vie. Il serait difficile de fabriquer directement la pièce illustrée ci-dessus, car les imprimantes 3D peu coûteuses ont tendance à se débattre avec les porte-à-faux, tandis que les usines de commande numérique par ordinateur à trois axes d'entrée de gamme ne sont pas en mesure de supporter des contre-dépouilles (sauf si vous faites pivoter manuellement la pièce au milieu d'une coupe emploi). L'approche en motif fendu élimine ce problème: tous les moules individuels ont des formes simples et sont combinés pour mouler une pièce monolithique avec une géométrie plus délicate plus tard.

Mots finaux

La coulée de résine n'est pas une solution miracle, mais elle offre des avantages convaincants, même pour des pièces uniques, et ne reçoit pas la reconnaissance qu'elle mérite dans la communauté DIY 3D. Une fois que vous avez maîtrisé le processus, les frais généraux impliqués peuvent être étonnamment bas - et dans de nombreux cas, l'approche peut en réalité simplifier vos projets, en contournant les limites inhérentes aux imprimantes 3D et aux usines CNC.

En contrepartie d'une voie légèrement plus longue, la coulée en résine vous permet de débuter rapidement des pièces ayant presque toutes les propriétés mécaniques, des caoutchoucs véritables aux composites exotiques. En fait, même si vous vous limitez à un seul type de résine de polyuréthane, vous obtenez toujours un degré de flexibilité surprenant: des charges telles que des fibres de verre broyées ou des microsphères de verre peuvent être utilisées pour fabriquer des composites durs comme de la pierre ou des mousses syntactiques ultra-légères. jeter une cuillerée de produit en poudre dans le mélange.

Le meilleur de tous, une fois que vous avez un moule négatif ou deux, vous pouvez reproduire vos pièces en grande quantité, presque sans frais, et beaucoup plus rapidement que vous ne pourriez jamais les imprimer ou les usiner. Pour changer leur apparence, il vous suffit d’une goutte de colorant et d’une bonne agitation. Aucune autre approche ne s'en approche même.

Un réducteur planétaire microminiaturé fabriqué à l'aide des processus et des produits abordés dans cet article - et pas grand-chose d'autre.

Cet article a été publié le 2 mai 2013 et les commentaires WordPress sont maintenant fermés.

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