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Jean-Claude JAMMET : Diplômé de l’École d’application des hauts polymères (EAHP) - Ingénieur de recherches Elf-Atochem, Service des technologies de transformation des thermoplastiques
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les techniques de formage sont utilisées très largement dans l’industrie, elles vont de l’estampage, forgeage des métaux au thermoformage des matières plastiques dont il sera question ici.
Le thermoformage permet la production industrielle d’objets les plus divers tels un carter de ventilateur, une barquette d’emballage, un pot de yaourt, une baignoire, etc. L’objet thermoformé s’obtient en deux étapes de transformation du matériau initial. La matière plastique, produite par l’industrie chimique à partir de monomères, se trouve dans la plupart des cas, sous forme de granulés. La première étape de mise en forme, consiste en la fabrication d’une feuille ou d’une plaque par la technique de l’extrusion. La seconde étape, qui nous intéresse ici, en ligne, ou en reprise, est l’opération proprement dite du thermoformage, qui va conduire à l’objet final.
Le thermoformage permet de réaliser des objets d’épaisseurs très variables, de quelques dizaines de micromètres à plus d’un centimètre, de travailler à très hautes cadences de production, avec des outillages bon marché, qui compensent le handicap du coût de la matière première, un semi-produit. Aujourd’hui, le termoformage est un des grands procédés de transformation des polymères thermoplastiques.
Si le principe est resté le même depuis plusieurs décennies, les installations ont quant à elles, évolué. Elles permettent de transformer facilement la plupart des matériaux thermoplastiques, le polypropylène, le polystyrène, le polychlorure de vinyle, le polyméthacrylate de méthyle, les multicouches associant plusieurs types de polymères. De plus en plus, on voit apparaître des polymères expansés qui confèrent aux objets, légèreté et isolation thermique.
Les marchés intéressés sont ceux de l’emballage alimentaire, l’électroménager, le sanitaire, l’automobile, etc.
La technique de thermoformage nécessite pour sa compréhension, non seulement la connaissance des sciences classiques de l’ingénieur, mais aussi celle des polymères. Dans l’exposé qui suit, on s’est efforcé de mettre en relation les observations pratiques avec des points de vue plus scientifiques. Le praticien aussi bien que le scientifique pourront trouver matière à s’enrichir.
Pour une approche plus en profondeur, le lecteur pourra se reporter aux volumes des techniques de l’ingénieur consacrées aux Sciences fondamentales et aux Plastiques.
Les données pratiques sont le fruit d’une expérience industrielle et de laboratoire.
La variété des techniques de thermoformage est très grande, et pour tout complément on pourra se référer aux ouvrages de base ou articles donnés en bibliographie (Doc. AM 3 660).
Les point suivants seront successivement abordés :
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l’aspect matériau et semi-produit avec leurs plages de température de formage ;
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les types généraux de thermoformage ;
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les machines, en détaillant les différentes parties les constituant ;
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la modélisation qui prend un grand essor actuellement ;
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un aperçu du coût comparatif entre pièce injectée et thermoformée ;
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des données sur le marché et ses tendances (Doc. AM 3 660).
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- Version courante de nov. 2019 par Jean-Claude JAMMET, Francis PINSOLLE
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6. Aspects économiques
L’une des technologies les plus concurrentes au thermoformage est l’injection. Cette dernière permet un contrôle très précis des épaisseurs, mais en revanche, demande des outillages beaucoup plus chers du fait des fortes pressions auxquelles le moule doit résister. Les applications où elles sont le plus en concurrence sont les barquettes, les gobelets.
La figure 31 donne une comparaison entre les deux procédés. On voit à quel point ils sont sensibles à la taille de la série ; cela est dû à l’amortissement du moule et des outillages spécifiques. L’injection est désavantagée pour les petites séries, mais peut très bien devenir avantageuse pour les très grandes séries. L’amortissement du moule devient alors plus faible par pièce et le coût de la matière première plus bas lui redonne l’avantage.
On ne peut cependant donner une règle générale, chaque cas est particulier et doit être étudié en profondeur pour déterminer le procédé le plus avantageux. Sur un plan purement technique, l’injection et le thermoformage présentent des avantages et des inconvénients. Certains cahiers des charges ne donnent pas le choix de la technique : par exemple, si l’on doit faire appel aux structures multicouches, le thermoformage est privilégié ; de même si l’on souhaite des objets aux très faibles épaisseurs de paroi...
Pour le calcul du coût, on a pris en compte :
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le coût de l’investissement de la machine et du laboratoire contrôle ;
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le coût du moule ;
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la main-d’œuvre directe ;
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les taxes et assurances ;
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le taux de déchet ;
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la cadence de production ;
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le coût de la matière première ;
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l’énergie électrique ;
-
les fluides : eau, air.
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BIBLIOGRAPHIE
-
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-
(2) - GRUENWALD (G.) - Thermoforming - : Technomic.
-
(3) - FLORIAN (J.) - Practical thermoforming. -
-
(4) - VANTA (M.) - Étude numérique et expérimentale du thermoformage de polymères. - Thèse École Nationale Supérieure des Mines de Paris.
-
(5) - Propriétés physiques des polymères : mise en œuvre. - GFP.
-
(6) - AVENAS (P.) - Mise en forme des Matières Plastiques : Technique et documentation - .
-
(7) - SELL (G.) - Détermination...
Arcil (Sté).
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De Mets Machinekonstruktie.
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Elstein-Werk, M. Steinmetz KG. http://www.elstein-werk.de
Erca Étude Real Chaine (Jagenberg grouppe).
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Multivac France. http://www.multivac.fr
PMM S.r.l.
Rigo Group S.r.l. http://www.rigogroup.it
Sairem S.A. http://www.sairem.com
Sencorp Systems Inc. http://www.sencorp-inc.com
TFT S.r.l.
IMP di Villa S.r.l.
Wikon Handelsgesellschaft mbH. http://www.wikon.com
Wonderpack Industries (P) Ltd. http://www.wenderpackindustries.com
ZMD International Inc. http://www.zmd.com
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