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Si vous avez déjà vu des pièces ou des équipements fabriqués à grande échelle, vous vous êtes probablement demandé comment toutes ces pièces étaient fabriquées et combien de temps cela prenait. La technologie standard en place est le moulage sous pression, un processus dans lequel du métal liquide est versé dans un moule pour créer la pièce souhaitée. Bien que ce procédé soit très utile et rentable, de nouvelles technologies sont en train de voir le jour pour faire encore plus de progrès dans ce domaine de la métallurgie : Moulage sous pression intégré.
Qu'est-ce que le moulage sous pression intégré ?
Le moulage sous pression intégré (IDC) est un processus dans lequel un métal liquide est injecté dans un moule pour créer une forme spécifique. Une fois le métal refroidi, il est formé en un composant entier, plutôt que de devoir être soudé ou fabriqué ultérieurement (comme c'est le cas avec le moulage sous pression traditionnel).
Ce nouveau processus est juste commencent à être introduits dans le commerceIl s'agit d'une technologie de pointe qui présente de nombreux avantages. Cette technologie étant très récente, nous examinerons le développement, le processus (y compris les matériaux utilisés), les avantages et, enfin, le processus d'application de ce nouveau procédé dans l'industrie.
Le développement du moulage sous pression intégré
D'une certaine manière, retracer le développement de l'IDC revient à suivre les traces de la coulée sous pression elle-même. Le processus de moulage sous pression remonte aux années 1800 et était une technologie vitale à l'époque de la presse à imprimer. Au milieu du XVIIIe siècle, la machine à couler sous pression manuelle et la machine à linotyper ont été créées pour accélérer le processus de publication à l'aide de lettres en métal. Mais cela ne s'est pas arrêté là.
Nouveaux procédés et nouveaux matériaux
Traditionnellement, les deux l'étain et le plomb étaient les matériaux standard Mais au tournant du 19e siècle, l'aluminium et le zinc sont devenus de nouveaux matériaux à utiliser (et à préférer) dans l'industrie du moulage sous pression. Cette évolution est principalement due à deux facteurs. Premièrement, ces métaux étaient plus sûrs que le plomb et l'étain pour ceux qui les manipulaient. Deuxièmement, ces deux matériaux étaient plus résistants que leurs prédécesseurs, ce qui permettait des créations plus solides et de nouvelles applications.
Le présent
Dans les années 1930, la plupart des métaux et alliages que nous utilisons dans le processus de moulage sous pression ont été introduits, comme le cuivre et le magnésium. En outre, le processus de coulée proprement dit a d'abord commencé avec des systèmes à basse pression, mais avec le développement des nouvelles technologies (et l'utilisation de nouveaux alliages), les systèmes d'injection à haute pression sont devenus la nouvelle norme.
Matériaux courants utilisés dans l'IDC
Comme indiqué ci-dessus, de nombreux métaux différents ont été utilisés pour le processus de moulage sous pression, mais aujourd'hui, les métaux les plus couramment utilisés sont l'aluminium, le zinc et le magnésium., mais le cuivre et le laiton sont également utilisés. Passons en revue les différentes propriétés de ces métaux et la manière dont ils sont utilisés dans l'industrie.
Aluminium
En raison de sa faible masse, l'aluminium est un matériau idéal pour travailler, car il ne diminue pas la résistance de la pièce créée, au prix d'une augmentation du poids. D'une manière générale, les pièces en aluminium peuvent résister à des températures plus élevées et offrent donc un peu plus de possibilités de finition que les autres matériaux. En outre, l'aluminium est un métal facile à couler compte tenu de ses propriétés, et c'est une excellente option si vous recherchez un métal résistant à la corrosion, en particulier lorsqu'il est associé au zinc sous forme d'alliage. Si l'aluminium présente de nombreux avantages, il ne faut pas oublier que l'aluminium et les autres alliages à base d'aluminium ont un prix un peu plus élevé que d'autres produits.
En raison des avantages mentionnés ci-dessus, l'aluminium est couramment utilisé dans le domaine de la technologie. En effet, il s'agit d'un matériau très propice aux utilisations électriques et thermiques.
Zinc
L'un des principaux avantages du zinc est qu'il a un point de fusion bas (787,15 F), ce qui signifie qu'il faut beaucoup moins d'énergie pour le faire fondre que pour d'autres métaux. Le fait d'utiliser moins d'énergie pour préparer le métal à la coulée signifie non seulement que vous avez moins de frais généraux, mais aussi que vous utilisez un métal dont la durée de vie du moule est plus longue que celle d'autres métaux. En outre, le zinc est un excellent métal à personnaliser. Il est facile à peindre ou à plaquer et offre une surface de travail très lisse, ce qui permet de multiplier les options de finition de votre produit. En outre, le zinc présente des propriétés anticorrosion et une conductivité thermique élevées.
En termes d'utilisation, grâce à sa durée de vie élevée dans le moule en raison de son faible point de fusion, le zinc est un matériau de prédilection pour le moulage de diverses fournitures médicales, telles que les pièces pour les tensiomètres.
Cuivre/laiton
Bien qu'ils ne soient pas aussi courants que les autres métaux cités, le cuivre et le laiton sont des matériaux précieux pour le processus de moulage sous pression. Le cuivre offre de nombreux avantages en tant que métal moulé sous pression, tels que des niveaux de dureté élevés, une bonne résistance à la corrosion, une grande stabilité dimensionnelle et une conductivité très élevée. D'autre part, le laiton possède des propriétés très similaires à celles du cuivre, mais avec l'avantage supplémentaire de pouvoir être facilement poli ou plaqué, et d'avoir une résistance aux températures élevées. En outre, le laiton peut être facilement mélangé à d'autres métaux ou alliages au cours du processus de coulée, afin que le produit final réponde à autant de spécifications que possible.
Le cuivre étant très conducteur, sa principale application dans l'industrie est la création de lignes électriques et de câblages domestiques. En outre, le cuivre est un excellent matériau pour la fabrication de dissipateurs thermiques pour les ordinateurs et de divers modules de batterie.
En ce qui concerne les applications des produits en laiton, les utilisations les plus courantes sont la création de raccords, de pièces ou de composants de pompes à eau et de diverses pièces d'assemblage. Par ailleurs, comme le laiton peut être facilement poli, les pièces créées peuvent avoir une valeur esthétique bien supérieure à celle d'autres métaux, ce qui confère une plus grande valeur au produit final.
Magnésium
En tant que métal utilisé dans le moulage sous pression, le magnésium présente de nombreux avantages. Tout d'abord, c'est le métal le plus léger utilisé dans l'industrie, ce qui en fait le métal présentant le meilleur rapport résistance/poids. Ensuite, de nombreux alliages de magnésium présentent une excellente fluidité et une plus grande capacité de moulage par rapport à d'autres métaux tels que le cuivre et l'aluminium. Enfin, parce que le magnésium a une grande tolérance à l'égard des porosité de l'hydrogène (un défaut qui peut se produire au cours du processus de moulage et qui crée des vides dans la pièce moulée en raison de la présence de niveaux élevés d'hydrogène gazeux), c'est un excellent matériau à utiliser pour garantir que les différentes pièces de forme que vous créez sont robustes pendant une longue période.
En raison de sa capacité à protéger contre les interférences de fréquence radio (RFI) et les interférences électromagnétiques (EMI), le magnésium est un excellent choix lorsqu'il s'agit de choisir un métal pour les équipements médicaux et de laboratoire, car il n'est pas affecté par les différents types d'interférences.
Le processus de moulage sous pression intégré
Avant d'examiner chaque étape du processus de moulage sous pression, il est important de clarifier deux types de moulage différents : à chambre chaude et à chambre froide. Dans le cas du moulage en chambre chaude, une fois que le métal ou l'alliage est suffisamment fondu, il est immédiatement injecté dans la matrice (le moule utilisé pour créer la pièce souhaitée) à l'aide d'un système hydraulique. En revanche, le moulage en chambre froide consiste à recueillir le matériau fondu dans une chambre froide avant de l'injecter. Bien qu'il y ait quelques différences entre les deux procédures, elles impliquent le même processus d'injection, mais à des températures différentes.
Après avoir défini les principaux types de moulage industriel, examinons le processus global de moulage. Gardez à l'esprit que ces étapes peuvent varier en fonction de la méthode de moulage que vous décidez d'utiliser.
Étape 1 : Préparation de la matrice (moule)
Pour préparer la création du produit souhaité, la matrice ou le moule sera lubrifié à l'aide d'un type de spray de démoulage. Cela permet à la pièce de se détacher facilement au lieu de rester coincée dans la matrice. Le moule peut comporter une ou plusieurs cavités, en fonction de la nature du produit final. Lorsque le coût d'une injection est fixe, plus il y a de cavités, plus les coûts moyens des produits finaux seront bas.
Étape 2 : Serrage
À ce stade, les deux moitiés de la matrice sont comprimées l'une contre l'autre par une machine qui détermine la force nécessaire à utiliser. Ces deux moitiés sont fixées sur la machine de moulage sous pression au cours de ce processus.
Étape 3 : Injection et refroidissement
Le métal en fusion est injecté dans la matrice à l'aide d'une pompe hydraulique, à une pression déterminée, afin de ne pas endommager le produit. Une fois la matrice remplie, elle est refroidie à une certaine température pour préparer l'éjection. Une fois le produit suffisamment refroidi, le métal solidifié aura une forme similaire (voire identique) à celle de la matrice que vous avez utilisée.
Étape 4 : Éjection du produit
Le moule est desserré et les deux moitiés sont séparées. Un mécanisme d'éjection pousse ensuite le moule avec précaution. Ce processus doit faire l'objet d'une surveillance étroite afin de s'assurer que le produit n'est pas endommagé.
Étape 5 : Découpage et finition
Dans la phase finale, le métal excédentaire de la matrice est découpé et le produit final est ébarbé et fini pour garantir une très haute qualité. Après un traitement de surface spécial tel que le revêtement par poudre， le revêtement plastique, l'oxydation, le polissage, le placage, etc., la pièce souhaitée est prête à être utilisée !
À ce stade, vous vous demandez peut-être en quoi le moulage sous pression intégré diffère du processus de moulage standard. Cette question est tout à fait justifiée. Pour faire simple, le processus IDC implique la création d'une grande pièce unique, alors que le processus standard aurait créé plusieurs pièces qui auraient dû être soudées ou fabriquées ensemble. Examinons maintenant les différents avantages de ce procédé.
Quels sont les avantages ?
L'un des principaux avantages de l'IDC est la réduction des coûts de fabrication en diminuant le nombre de pièces distinctes à fabriquer, ainsi que les différentes étapes pour les assembler afin de former le produit souhaité.
Un deuxième point est la réduction des émissions de C02 et l'augmentation de la productivité énergétique d'au moins 50%, comme indiqué dans le document suivant une étude du ministère américain de l'énergie. Cela s'explique principalement par le fait que l'IDC peut remplacer la méthode traditionnelle en plusieurs pièces en créant un produit unique et solide qui n'a pas besoin d'être soudé ou estampé.
A titre d'exemple, Tesla a adopté cette technologie pour la fabrication du châssis arrière de leur véhicule modèle Y. À l'origine, il était embouti et soudé à l'aide de 70 pièces différentes, ce qui prenait environ une à deux heures. Grâce à la méthode IDC, ce processus ne prend plus que 45 minutes au total, et 300 robots en moins pour le mener à bien. C'est une véritable réduction des coûts !
Où l'IDC est-il utilisé ?
Jusqu'à présent, la principale application de la technologie du moulage sous pression intégré a été l'industrie automobile. Les principaux constructeurs automobiles tels que Tesla et NIO ont utilisé ce processus pour créer des composants plus légers et plus résistants pour leurs véhicules, notamment pour leurs sous-châssis et d'autres composants. L'utilisation de cette technologie dans l'industrie automobile est très différente de la procédure traditionnelle d'emboutissage et de soudage et a permis d'obtenir de nombreux avantages, tels que ceux énumérés ci-dessus, et bien d'autres encore à l'avenir.
La technologie du moulage sous pression intégré est une procédure qui peut révolutionner l'industrie automobile, ainsi que de nombreux autres secteurs. Elle mérite d'être suivie de près.
