20 SwissPlastics 12/2008

Simulation d’injection Moldflow

Faire juste dès le premier essaiLa simulation d’injection, notamment avec le logiciel Moldflow, permet d’éviter de nombreux écueilslors de la conception de pièces plastiques. Spécialiste de ce domaine, le Pôle ingénierie plastique del’Ecole d’ingénieurs et d’architectes de Fribourg offre ses compétences et son expertise à toutes lesentreprises. Plusieurs membres du Réseau plasturgie y ont déjà eu recours.

Face à la complexité toujours ac-tuelle que représente la concep-tion d’une pièce plastique, le re-cours à la simulation d’injectionest un excellent moyen pour préve-nir des erreurs lors de l’élabora-tion du moule. L’Ecole d’ingéni-eurs et d’architectes de Fribourg(EIA-FR) est active dans le domainede la simulation d’injection plasti-que depuis une dizaine d’annéesdéjà. En 2007, elle met sur pied unPôle ingénierie plastique à mêmed’offrir à toute entreprise ses com-pétences et son expertise dans laconception et la production de pièces plastiques et de moules.Dans le cadre du Réseau plastur-gie, le Pôle ingénierie plastique del’EIA-FR, Saia-Burgess SA et Jesa SAacquièrent en 2006 la licence in-dustrielle du logiciel de simula-tion d’injection Moldflow.

Alors que le Pôle ingénierieplastique dispose déjà des licen-ces académiques de ce logiciel,cette acquisition commune per-met d’obtenir des modules ditsexperts pour les pièces fibrées, la3D et la déformation d’insert depièce et de tiroir de moule. Autreavantage, cette collaborationpermet au Pôle ingénierie plas-tique d’engager un ingénieur dé-volu à la simulation d’injectionplastique, en la personne de Christophe Roulin, ingénieurHES en mécanique.

La simulation: une étapeclé de la conceptionIdéalement, l’étape de la simula-tion d’injection plastique a lieulors de la conception de la pièce;elle sert à valider les options rete-nues et évite de mauvaises surpri-ses une fois le moule fabriqué.Dans ce cas de figure-ci, la simula-tion propose aussi des solutions,

mais elles nécessitent souvent demodifier le moule pour être plei-nement satisfaisantes. La simula-tion permet de maîtriser divers paramètres tels que:■ le positionnement des points

d’injection■ l’analyse des paramètres d’in-

jection (temps de cycle, demaintien, de refroidissement,etc.)

■ le profil d’injection■ le retrait■ les lignes de soudure■ la déformation d’insert de

pièce ou de tiroir de moule,■ les inclusions■ la direction des fibres.

Elle s’avère particulièrement in-téressante pour des pièces à géo-métrie complexe ou soumises àde fortes exigences dimensionnel-les ou mécaniques. Aujourd’hui,la simulation d’injection fournitdes résultats d’une telle fiabilitéque sortir systématiquement lemoule juste du premier coupn’est plus illusoire.

Le logiciel Moldflow disposed’une banque de données com-portant les caractéristiques deplus de 8000 matières plastiques.Continuellement remise à jour,elle représente environ 80% desbesoins des clients du Pôle ingé-nierie plastique. Le travail pour

les 20% restants s’opère sur la ba-se de matériaux aux propriétésanalogues, ou encore après me-sure directe des paramètres clés.Afin d’élargir son offre dans cedomaine, le Pôle ingénierie plas-tique souhaite acquérir un rhéo-mètre capillaire.

Les deux seules limites à la si-mulation d’injection plastiquese réfèrent à la taille des pièces.Trop grandes, elles nécessitentun temps de calcul considérable.Quant aux pièces microtechni-ques, elles sont souvent aux limi-tes de l’injectabilité et, partant,aux frontières de la simulation.

Problème sur un mouleRécemment, les entreprises Dent-sply Maillefer et Jesa SA, toutesdeux membres du Réseau plastur-gie (fig. 1), ont eu recours aux ser-vices du Pôle d’ingénierie plasti-que de l’EIA-FR pour résoudre desproblèmes d’injection. Le casDentsply Maillefer concerne uneboîte de conditionnement pourdes limes d’endodontie (fig. 2). Lesingénieurs de l’entreprise de Bal-laigues (VD) constatent la rupturealéatoire, tous les 130000 cycles,d’un des six inserts d’un tiroir demoule.

Le recours à la simulation d’injection plastique permet deconfirmer le problème et d’entrouver la cause: la géométrie dela base du boîtier est trop fine etempêche un flux frontal de lamatière lors de l’injection. Dèslors, celle-ci se distribue latérale-ment et exerce un effort sur lesinserts du tiroir. Un effort quimène à leur déformation puis,par fatigue, à leur rupture. L’uti-lisation du logiciel Moldflow(fig. 3) propose plusieurs scéna-rios pour résoudre ce problème:

➜L’entreprise Jesa SA a ses quartiers à Villars-sur-Glâne (FR). Son slo-

gan – spinning solutions – résume son domaine d’activité: les roule-

ments à billes. Son credo est le développement de solutions pour ses

clients. Ceux-ci proviennent essentiellement des secteurs de l’automo-

bile (Jesa SA est certifiée TS16949), du consumer goods (outillage

électrique de loisir), de l’industrie des machines (impression, emballa-

ge, textile, etc.) et encore du mobilier et du bâtiment (portes coulissan-

tes). Ses activités de plasturgie concernent avant tout le surmoulage

de roulements à billes. Fondée en 1969, elle emploie aujourd’hui 170

collaborateurs et se veut active dans la formation: pour preuve elle oc-

cupe en permanence une dizaine d’apprentis.

Jesa SA: spinning solutions

Fig.1: Implantation des membres du Réseau plasturgie.

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changer les paramètres d’injec-tion ou du point d’injection, ourevoir la dimension des inserts.Après analyse, l’option la plus favorable consiste à augmenterl’épaisseur et/ou la longueur del’insert, pour favoriser un meil-leur flux. Cette solution est encours d’étude. Pour des raisonsindustrielles, Dentsply Mailleferretient la solution temporaire suivante: arrondir la base des in-serts du tiroir, ce qui contribue àdiminuer la concentration descontraintes qui s’y développent.A ce jour, cette modification donne satisfaction.

Problème sur une pièceplastiqueSi le cas Dentsply Maillefer con-cerne un problème apparu sur unmoule, celui que rencontre Jesa SAconcerne une pièce injectée. Dansun souci de réduction de coûts,l’entreprise de Villars-sur-Glâne(FR) propose à l’un de ses clients demodifier une biellette de machineà coudre industrielle (fig. 4), enpassant d’une pièce métalliquemonobloc à une pièce hybride avec surmoulage en matière plasti-que. Malheureusement, lors de laphase de retrait, le surmoulageimpose une contrainte sur l’insert– un roulement à billes – ce quiconduit à son ovalisation. Les va-leurs de déformation qu’obtientChristophe Roulin par simulationsont semblables à celles mesuréessur les pièces. L’ingénieur teste en-

suite des modifications de para-mètres d’injection suggérées pardes collaborateurs de l’entreprise;aucune ne résout le problème.Seule une retouche du moule yparviendrait: l’injection doit se

faire depuis le haut, et non laté-ralement.

André Brülhart, directeur deJesa SA, voit malgré tout d’un œiltrès positif cette collaborationentreprise dans le cadre du Ré-

seau plasturgie: «En quelquesheures – maillage de la pièce, calcul et dépouillement des ré-sultats – nous avons pu testerplusieurs scénarios.» ChristopheRoulin compte en effet entre unejournée et une semaine de tra-vail pour proposer des solutionsaux entreprises, suivant la com-plexité des cas. Si la simulationpermet de résoudre des problè-mes d’injection relatifs à la con-ception du moule, ces deuxexemples démontrent que sesatouts majeurs se dévoilentavant tout lors de la conceptionde la pièce plastique. Cela est d’autant plus vrai que, par la méthode des éléments finis, lesingénieurs du Pôle ingénierieplastique sont également capa-bles de simuler le comportementmécanique, la résistance et la durée de vie en fatigue d’une pièce ainsi que les contraintessur cette dernière.

Contact:Pôle ingénierie plastiqueEIA-FR / Boulevard de Pérolles 80CH-1700 Fribourgingenierie.plastique@hefr.ch

Textes:Philippe Morel, rédacteur (Fribourg)

➜L’histoire de Dentsply Maillefer remonte à 1889. Alors horloger, Augus-

te Maillefer décide de devenir médecin-dentiste. Vite confronté à des

outils qui ne le satisfont pas, il décide de produire lui-même ses pro-

pres instruments. Rachetée par le leader mondial de la dentisterie

Dentsply en 1995, Dentsply Maillefer, sise à Ballaigues (VD), compte

aujourd’hui environ 750 collaborateurs. Elle est principalement active

dans le domaine du traitement de racines, pour lequel elle produit tous

les consommables, ainsi que dans le domaine de la chirurgie et de la

bijouterie. Bien que la plasturgie ne soit qu’une activité annexe (sur-

moulage, conditionnement et dispositifs d’organisation), Dentsply

Maillefer tient à en maîtriser tous les processus.

Dentsply Maillefer: traitement de racines de A à Z

Le Réseau plasturgie poursuit

sa croissance: il compte aujour-

d’hui plus de 50 membres! Vous

souhaitez y adhérer ou vous in-

former sur ses activités? Visitez

le site internet

www.reseau-plasturgie.ch

Fig.2: Boîte de conditionnement pour limes d’endodontie. Fig.3: Simulation du temps d’injection de la boîte de conditionnement à l’aide de paramètres fournis par l’entreprise.

Fig.4: Simulation du temps d’injection du surmoulage de la biellette de machine à coudre à l’aide de paramètres fournis par l’entreprise.