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RÉSUMÉ
L’article traite du thermoformage, procédé qui transforme un semi-produit − plaque ou feuille − fabriqué par extrusion de polymères thermoplastiques. Il définit la notion d'étirabilité-thermoformabilité, analyse les relations croisées entre propriétés du polymère, niveau de qualité du semi-produit et procédé, et explique leur impact sur le déroulement de la transformation et la qualité de l'objet thermoformé. Il passe ensuite en revue les différents modes et types de thermoformage, et décrit de façon détaillée les différents postes constitutifs d'une machine de thermoformage. Enfin, il aborde la modélisation du procédé, en présentant des approches de complexité et de pertinence croissantes.
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Jean-Claude JAMMET : Diplômé de l’École d’Application des Hauts Polymères (EAHP – ECPM) - Ancien Directeur Innovation et Développement chez Albea, Gennevilliers, France
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Francis PINSOLLE : Ingénieur ENSEM, Master of Sciences University of Philadelphia - Institut d’administration des entreprises (IAE), Aix-en-Provence, France
INTRODUCTION
Les techniques de formage sont utilisées très largement dans l’industrie, elles vont de l’estampage, forgeage des métaux au thermoformage des matières plastiques.
Le thermoformage fait partie, avec l’extrusion et l’injection, des procédés majeurs de transformation des matières plastiques. Mais, à la différence de ces deux autres types de procédés qui mettent en œuvre une matière première sous forme de granulés ou de poudre, le thermoformage s’opère à partir d’une plaque ou d’une feuille [AM 3 644], c’est-à-dire d’un semi-produit lui-même issu de l’extrusion d’une matière première à partir de granulés ou de poudre.
Fabriquer un objet thermoformé s’effectue donc en deux étapes, qui peuvent intervenir en ligne ou en reprise ; l’opération de thermoformage proprement dite correspond à la seconde étape. Elle 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.
Le domaine d’application du thermoformage est très large, recouvrant des marchés aussi divers que ceux de l’emballage alimentaire et non alimentaire, l’électroménager, le sanitaire, l’automobile, etc.
La plupart des matériaux thermoplastiques (PS, ABS, PE, PP, PMMA, PVC, PET, PLA, etc.) se thermoforment facilement, de même que les polymères allégés/expansés [AM 3 343] et les semi-produits multicouches dits « complexes » [AM 3 659]. Certains matériaux thermodurcissables, légèrement réticulés, peuvent être thermoformés, mais pour des profondeurs bien moindres que dans le cas des thermoplastiques : on citera l’exemple de mousse de polyuréthane utilisée dans l’application des pavillons de portes de voiture.
La technique de thermoformage nécessite pour sa compréhension, non seulement la connaissance des sciences classiques de l’ingénieur, fruit d’une expérience industrielle et de laboratoire, mais aussi celle des polymères. Dans l’exposé qui suit, on s’est efforcé de mettre en relation les observations pratiques avec un point de vue plus scientifique.
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.
Les points 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.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1998 par Jean-Claude JAMMET
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6. Conclusion
6.1 Technologie
Le thermoformage est un procédé majeur de la transformation des plastiques au même titre que l’extrusion – dont il dépend – et l’injection. Face à l’injection, le soufflage et le rotomoulage, ses concurrents directs, il dispose d’avantages intrinsèques liés à ses coûts d’outillage moins élevés, à sa meilleure adaptation aux petites séries, et à ses délais de réalisation plus rapides pour une demande client donnée.
Les fabricants de thermoformeuses cherchent à accroître ces avantages en développant des machines de plus en plus, voire intégralement, automatisées. Sur une machine discontinue, non seulement le chargement des plaques et le déchargement de l’objet thermoformé se font en mode automatique mais, à chaque changement de fabrication, le démontage du moule précédent, la reconfiguration de la table (cf. § 4.3) pour l’adapter aux dimensions du cadre de fixation du nouveau moule, et le montage du nouveau moule sont confiés à un robot. La phase de chauffe est plus courte parce que, d’une part, dans ce type de montage, la masse à chauffer est réduite au seul moule équipé de son cadre de fixation, et que, d’autre part, les machines sont désormais équipées d’éléments de chauffage de type halogène (radiation IR de l’ordre du micron) qui sont plus performants.
Enfin, la reprogrammation de tous les paramètres de fonctionnement de la thermoformeuse se fait automatiquement, garantissant la parfaite reproductibilité de la fabrication, pour autant que les caractéristiques du semi-produit définies dans le cahier des charges soient elles-mêmes respectées.
Le temps dédié à un changement de fabrication est désormais inférieur à 30 minutes là où il était auparavant d’environ 2 heures. Si, à longueur de série constante, ce simple gain de temps augmente significativement la productivité d’une thermoformeuse, il permet surtout, à...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - THRONE (J.L.) - Thermoforming, - Hanser Publisher, New York (1986).
-
(2) - GRUENWALD (G.) - Thermoforming : A Plastics Processing Guide, Second Edition - (2018). doi.org/10.1201/9780203735770.
-
(3) - FLORIAN (J.) - Practical Thermoforming : Principles and Applications, - M. Dekker (1987).
-
(4) - BRANDRUP (J.), IMMERGUT (E.H.), GRULKE (E.A.) - Polymer Handbook, 2 Volumes Set, - Wiley (2003).
-
(5) - CHAMPETIER (G.), BUVET (R.), NEEL (J.) - Chimie macromoléculaire. I, - Hermann Paris (1970).
-
(6) - MACAULEY (N.), HARKIN-JONES (E.), MURPHY (W.R.) - Thermoforming of Polypropylene. - Plastics Engineering (1996).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
TFORM3 : Tranalosvr SA-France
HAUT DE PAGEConstructeurs de machine (liste non exhaustive)
https://brownmachinegroup.com/
https://www.cannonergos.com/thermoforming
https://www.gabler-thermoform.com/
...
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