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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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2. Relations matériaux-thermoformabilité
2.1 Thermoformabilité-étirabilité
On rappelle que le thermoformage s’effectue à partir d’une plaque ou d’une feuille [AM 3 644], semi-produit lui-même issu de l’extrusion d’une matière première à partir de granulés ou de poudre (figure 5).
La notion de thermoformabilité associe le polymère et le semi-produit. La thermoformabilité s’évalue avec un appareil de laboratoire, dont le mode opératoire se rapproche des conditions réelles de thermoformage (température, pression, vitesse d’étirage). Une série de moules cylindriques de même diamètre d et de profondeurs h croissantes sont testés les uns après les autres jusqu’à trouver celui pour lequel l’échantillon testé (polymère et semi-produit d’épaisseur ei et de surface
) se déchire : cette procédure permet d’établir la profondeur H limite. La thermoformabilité s’exprime par la valeur du ratio H/d. C’est donc avant tout un indicateur de l’étirabilité d’un ensemble constitué par le polymère, l’épaisseur...
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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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