Le thermoformage est un procédé de fabrication de plastique bien établi, mais il est souvent sous-estimé ou mal compris. Explorons-le plus en détail et clarifions son potentiel.

Dordan collabore avec Nike à la création d'une boîte à chaussures thermoformée pour les baskets SB Green Lobster

Vue d'ensemble

• Les moules de thermoformage sont devenus plus complexes, mais leur coût ne représente qu'environ un quart de celui des moules d'injection.
• Les progrès réalisés dans le domaine des résines, des matériaux en feuilles et de l'outillage ont permis au thermoformage de s'étendre à de nouvelles applications.
• Dordan note qu'il y a une demande croissante de plateaux en plastique thermoformés domestiques utilisés pour l'assemblage automatisé.

Les progrès réalisés dans le domaine des matériaux, de l'outillage et de la technologie continuent d'estomper les limites entre les procédés les mieux adaptés à des applications spécifiques. Le thermoformage est utilisé pour fabriquer une large gamme de produits, depuis les emballages légers à parois minces jusqu'aux panneaux et pièces épais et de grande taille, dans des secteurs tels que l'automobile, l'agriculture, la construction, le médical et l'aérospatiale.

Les bases du thermoformage

Le thermoformage fait appel au formage sous vide ou sous pression. Dans le processus de formage sous vide, une feuille de plastique flexible chauffée est attirée vers la forme d'un moule par la pression du vide. Formed Plastics Inc. explique : "Comme la pression n'est appliquée que d'un seul côté de la feuille de plastique, le formage sous vide est généralement utilisé pour des pièces dont la conception est relativement simple et la texture minimale".

En revanche, le formage par pression utilise une pression d'air supplémentaire pour pousser la feuille de plastique dans le moule, comme dans le cas du moulage par soufflage. "La pression combinée des deux côtés de la feuille crée des textures riches dans le moule et permet des géométries plus complexes que le formage sous vide ne peut pas reproduire", notent-ils. "Si votre pièce nécessite des contre-dépouilles, des rayons serrés ou des textures pointues, le formage sous pression est souvent le meilleur choix.

Les principaux avantages du thermoformage sont le coût relativement faible des moules et la possibilité de produire économiquement de petits volumes. Différents matériaux conviennent au thermoformage, notamment l'ABS, l'acrylique, le polycarbonate, le Kydex (acrylique/PVC) et le PET modifié par le glycol (PETG).

Repenser le formage sous pression

Jay Waddell, un vétéran du secteur avec plus de 40 ans d'expérience, a fondé Plastic Concepts & Innovations LLC en 1999. Sa société de conseil est spécialisée dans le thermoformage de tôles fortes et de tôles d'habillage. M. Waddell estime que le formage sous pression est souvent sous-estimé, d'autant plus qu'il pénètre des marchés traditionnellement dominés par le moulage par injection. "Le formage sous pression offre une grande souplesse de conception", explique-t-il, notant que davantage d'entreprises adoptent le formage sous pression aujourd'hui, alors qu'il y a 15 à 20 ans, seules quelques entreprises l'utilisaient.

Le thermoformage à usage intensif produit généralement des pièces de grande taille, ce qui peut entraîner des coûts d'expédition élevés. Par conséquent, les entreprises qui desservent ces marchés sont souvent régionales, avec des séries de production allant de 500 à 10 000 pièces. Ce procédé est en concurrence avec d'autres méthodes de fabrication, telles que le rotomoulage, la mousse structurelle et le formage des métaux.

Progrès en matière de moules de thermoformage

Les moules de thermoformage sont également devenus plus sophistiqués. Selon M. Waddell, le coût des moules représente environ 25% du coût des moules d'injection, ce qui offre des avantages économiques substantiels, en particulier pour les travaux à court terme. "Les plastiques médicaux sont devenus un marché majeur pour le thermoformage à usage intensif", explique-t-il, citant des produits tels que les boîtiers d'affichage et les panneaux d'équipement. Les fabricants de véhicules de loisirs, de bateaux et d'équipements agricoles et de construction préfèrent les panneaux en plastique au métal pour leur durabilité et leur légèreté, ce qui a contribué à des avancées significatives dans le thermoformage pour usage intensif dans ces secteurs.

Outillage additif pour la catalysebasée à Westerville, dans l'Ohio, a réalisé une percée significative dans la fabrication de moules de forte épaisseur. L'entreprise, fondée par Darrell Stafford et Rick Shibko, tous deux anciens ingénieurs automobiles chez Honda, a mis au point des matériaux exclusifs permettant à leurs pièces de moule imprimées en 3D de durer des milliers de cycles.

Impression 3D : Ami ou ennemi ?

Certains fabricants de thermoformage lourd considèrent l'impression 3D avec scepticisme, craignant qu'elle ne menace les commandes à court terme. Toutefois, M. Waddell considère qu'il s'agit de technologies complémentaires. "Je pense que les fabricants de thermoformage lourd pourraient vouloir investir dans des imprimantes 3D pour créer rapidement des prototypes et effectuer des ajustements sans avoir à revenir en arrière et à refaire l'ensemble du processus avant la production complète", déclare-t-il.

Conor Carlin, directeur général d'Illig North America, un fabricant allemand de machines, souligne comment les avancées en matière de résine, de matériaux en feuilles et d'outillage ont permis au thermoformage de répondre à la demande de pièces ultra-légères avec d'excellentes propriétés de barrière, offrant des avantages à la fois économiques et environnementaux. Carlin note également que les commandes des machines deviennent plus intelligentes, s'adaptant aux protocoles de l'industrie 4.0.

Utilisation du rPET pour les récipients destinés à contenir des aliments mélangés

Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG se consacre depuis longtemps au développement de la technologie de thermoformage par étiquetage dans le moule (IML-T). Au cours des deux dernières années, l'entreprise a collaboré avec le groupe PFF pour fournir des machines de traitement permettant la production d'un nouveau concept d'emballage de qualité alimentaire. Ce système, connu sous le nom d'IMPAC-T, permet de produire en un seul processus des récipients en PET mixte (PET recyclé) avec un emballage en carton.

PFF note que l'utilisation du rPET offre aux industries telles que les produits laitiers la possibilité de passer du polypropylène traditionnel à des emballages issus de l'économie circulaire. Alston Dairy a été la première à adopter le nouvel emballage IMPAC-T pour certains de ses produits à base de yaourt. PFF affirme que le processus de fabrication en ligne consomme moins d'énergie et permet d'obtenir des niveaux plus élevés de PET recyclé après consommation, atteignant au moins 50% de contenu recyclé, avec un potentiel de 100%. Les emballages en carton utilisent jusqu'à 100% de déchets de post-consommation, et toutes les matières premières proviennent de produits forestiers certifiés durables. Les consommateurs peuvent facilement séparer le plastique et le carton en vue d'un recyclage ultérieur, et ces matériaux peuvent être réutilisés dans de nouveaux emballages. Le processus IMPAC-T réduirait l'empreinte carbone de 46% par rapport aux systèmes d'assemblage actuels.

L'étiquetage dans le moule pour le thermoformage (IML-T) contribue à accroître l'utilisation du PET recyclé par rapport au polypropylène dans les applications de contenants alimentaires. Avec l'aimable autorisation d'Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG.

Avantages du thermoformage pour les emballages à parois minces

Sven Engelmann, un collègue de Carlin, souligne que le thermoformage est l'un des meilleurs procédés pour obtenir les épaisseurs de paroi les plus fines avec une résistance élevée à la charge verticale pour les emballages rigides à paroi fine. Engelmann, qui est responsable de la technologie d'emballage chez Illig Maschinenbau et membre du conseil d'administration de la division européenne de thermoformage de la SPE, ajoute :

• Les parois de faible épaisseur présentent des avantages économiques et environnementaux.
• Des processus rapides se traduisent par un rendement plus élevé.
• Les coûts des moules de thermoformage sont inférieurs à ceux du moulage par injection.
• La plupart des applications de thermoformage ne nécessitent qu'un demi-moule.

Steve Zamprelli, vice-président de Formed Plastics, une entreprise basée à Long Island, New York, qui a 77 ans d'existence, explique certains des avantages du thermoformage :

• Il s'agit généralement d'un processus à faible contrainte qui permet de produire des pièces plus résistantes avec moins de risques de déformation ou de distorsion.
• Des délais de mise sur le marché plus courts, souvent avec des coûts d'outillage plus faibles, permettent des ajustements faciles pendant le traitement secondaire.
• Il peut ajuster l'épaisseur de la paroi du matériau et utiliser plusieurs matériaux sur le même moule.
• Les fabricants peuvent produire des pièces plus grandes à moindre coût et en plus petites quantités.

Dordan : Réduire les coûts d'outillage et augmenter la productivité

Dordan Manufacturing Inc. est une entreprise familiale de Woodstock, Illinois, qui a 61 ans d'histoire et qui s'est imposée comme leader dans le thermoformage de parois minces pour des produits tels que les gobelets pour boissons, les couvercles et les récipients pour aliments. Chandler Slavin-Bond, directeur marketing de Dordan, souligne les avantages significatifs du thermoformage par rapport au moulage par injection, notamment en termes de réduction des coûts de moulage et d'augmentation de la vitesse de production. "Par rapport au moulage par injection, le thermoformage permet de réaliser des économies considérables sur le coût des moules et d'améliorer la productivité", explique-t-elle.

En outre, elle note que le thermoformage double feuille - un procédé qui permet de fabriquer des composants creux en plastique à double ou à multiple couche - gagne du terrain sur le marché du moulage par soufflage industriel. "Comme pour le moulage par injection, les moules de thermoformage à double feuille sont moins chers que les moules de moulage par soufflage et peuvent produire des formes plus complexes.

Slavin-Bond ajoute que les facteurs macroéconomiques stimulent la croissance d'un autre secteur de produits : les plateaux en plastique thermoformé utilisés dans l'assemblage automatisé de pièces. Ces plateaux rigides à parois minces sont utilisés pour positionner avec précision les composants sur les lignes d'assemblage.

Le rôle de Dordan dans le thermoformage de la boîte de baskets Nike SB Green Lobster est un exemple notable de dépassement des contraintes de production. Nike a commercialisé les baskets auprès des amateurs de skateboard, en utilisant le thème du homard et en concevant une boîte thermoformée qui ressemblait à un sac de pêche utilisé sur les bateaux commerciaux. La boîte comportait un panneau acrylique de 1/8 de pouce d'épaisseur conçu pour ressembler à un lac gelé.

La reconnaissance croissante du thermoformage

Malgré ces innovations et ces progrès, M. Waddell souligne que de nombreuses personnes ne comprennent pas encore pleinement les capacités du thermoformage. "Ils ne connaissent pas la double feuille ou le formage sous pression, ni ce que l'on peut obtenir avec ces procédés. Ils pensent que tout doit être moulé par injection". Cependant, comme les leaders de l'industrie tels que Waddell, Carlin, Engelmann et Slavin-Bond continuent à promouvoir le thermoformage et ses diverses capacités, la prise de conscience de cette technologie est susceptible d'augmenter.

Pour d'autres exemples de pièces thermoformées innovantes, consultez le diaporama de PlasticsToday, qui présente quelques-uns des lauréats du concours. Division Thermoformage de SPE qui s'est tenu lors de la réunion de l'association à Cleveland du 23 au 26 octobre.

Source originale :

https://www.biketo.com/news/53743.html