Coulée sous vide : vue d’ensemble de la technologie

Cet article vous apportera une compréhension fondamentale du processus de coulée sous vide, des matériaux adaptés ainsi que des avantages et applications de ce processus.

La coulée sous vide, également appelée coulée d’uréthane, est un processus de fabrication utilisé pour créer de petites quantités de pièces en plastique ou en métal de haute qualité. Il s’agit de créer un moule de la pièce désirée puis d’injecter du plastique ou du métal liquide dans le moule sous vide. Cela crée une pièce uniforme et détaillée avec une excellente finition de surface et une précision dimensionnelle.

Voyons quels sont les principes fondamentaux de la coulée sous vide, ses applications et ses limites.

Qu’est-ce que la coulée sous vide ?

La coulée est un processus de fabrication dans lequel un matériau liquide est versé dans un moule et laissé se solidifier. La coulée sous vide consiste à utiliser du vide pour éliminer l’air du moule, ce qui permet de s’assurer que l’objet prend la forme souhaitée.

Ce procédé est souvent utilisé pour couler des pièces en plastique et en caoutchouc. La coulée sous vide est souvent utilisée pour des projets prototypes ou des séries de production à petite échelle, car elle peut être plus rapide et moins coûteuse que d’autres méthodes, telles que le moulage par injection.

Le principal avantage de la coulée sous vide est qu’elle permet une grande précision et répétabilité, ce qui en fait un choix idéal pour les applications où avoir des dimensions précises est essentiel. Cela permet également de mouler des designs plus complexes. Cependant, la coulée sous vide ne convient pas à toutes les applications. Par exemple, elle ne peut pas être utilisée pour mouler des matériaux sensibles à la chaleur ou à la pression.

Pièce coulée sous vide à côté de son moule en silicone

Comment fonctionne la coulée sous vide ?

La coulée sous vide, comme le moulage par injection classique, nécessite un outil de moulage avec une cavité ayant la forme de l’objet fini. Contrairement au moulage par injection, la coulée sous vide utilise des moules en silicone plutôt que des moules en métal dur.

Illustration of the vacuum casting process
Illustration du procédé de coulée sous vide (Source: ProtoZone)

Étape 1 : Créer un modèle 3D

Comme pour la plupart des procédés de fabrication contemporains, la première étape consiste à créer un modèle 3D de la forme souhaitée. Pour obtenir les meilleurs résultats, les objets destinés à la coulée sous vide doivent être fabriqués selon les principes du moulage par injection. Tout logiciel de design comme AutoCAD, SolidWorks ou CATIA peut être utilisé à cette fin.

Étape 2 : Créer un modèle maître

Le modèle 3D est ensuite utilisé pour rédiger un modèle maître de haute qualité. Auparavant, l’usinage CNC était utilisé pour les fabriquer, mais maintenant la fabrication additive peut faire le travail rapidement. Avec l’avènement de la technologie d’impression 3D, le rôle du modéliste est devenu plus pratique et abordable.
D’autre part, un modèle de moulage qui peut servir de modèle maître peut être utilisé sans autre modification.

Étape 3 : Fabriquer le moule en silicone

Une fois le développement du modèle maître complété, un moule est coulé. Le modèle maître, complet avec des noyaux de moulage, des inserts et des systèmes d’attaques, est suspendu dans une boîte de moulage. Le chemin formé est placé dans une boîte de moulage, et le silicone liquide est versé autour de lui, en remplissant tous les détails. Celui-ci est ensuite mis dans un four préchauffé à 40°C pendant 8 à 16 heures pour durcir. La temporisation est sujette à des variations en fonctions des dimensions du moule en silicone.

La boîte et les masselottes sortent après que le silicone ait séché et durci. Pour finir, la cavité de forme négative du composant est exposée en fendant délicatement le moule avec un couteau. L’adhésivité et les défauts de surface peuvent être évités avec une sélection et une application minutieuse de l’agent de démoulage.

Étape 4 : Mélange

Avant le mélange, les résines de polyuréthane utilisées pour la coulée sont généralement chauffées à environ 40 ° C. Pour utiliser la machine, une résine de coulée à deux composants et tout colorant souhaité sont combinés en quantités précises et versés dans un bol. Le moule est ensuite remis en place et les canaux de coulée sont fixés au récipient de mélange et de coulée. 

Les résines de coulée sous vide et les pigments colorés sont soigneusement mélangés et désaérés pendant 50 à 60 secondes sous vide pendant le processus de coulée automatique. Ensuite, un vide est créé dans le moule et la résine est versée à l’intérieur. En supprimant les poches d’air à l’intérieur de l’outil, qui agiraient autrement comme un obstacle à l’écoulement, la technologie du vide permet à la gravité de faire tout le travail de remplissage du moule.

Étape 5 : Démoulage des pièces

Après que la résine a été versée dans le moule, elle est chauffée dans une chambre de durcissement jusqu’à ce qu’elle soit dure. La coulée peut être retirée du moule lorsqu’elle a durci. Lorsque la coulée est terminée, le système d’attaque et les masselottes peuvent être retirés et les dernières finitions effectuées.

Spécifications techniques de la coulée sous vide

La coulée sous vide est un processus qui utilise le vide pour éliminer l’air du moule. Cela laisse une surface homogène sur les pièces moulées et conduit à des défauts minimes. Ce procédé est souvent utilisé pour les petites pièces et les pièces à paroi mince. Voici quelques spécifications générales du procédé :

Matériaux Une grande variété de matériaux peut être utilisée (plastique, caoutchouc)
Délai de fabrication 10-20 jours
Épaisseur minimale de la paroi 0,75 mm, mais 1,5 mm est recommandé
Quantité De 1 à 20 par moule
Qualité de surface Brillant ou mat

Applications générales de la coulée sous vide

La coulée sous vide est un processus polyvalent avec de nombreuses applications dans différentes industries. La capacité du processus à créer des composants complexes et précis en fait un choix idéal pour des résultats de haute qualité.

  • Implants médicaux : La coulée sous vide est largement utilisée dans l’industrie médicale pour fabriquer des pièces et des composants complexes. Ce procédé peut être utilisé pour fabriquer des implants et des prothèses.
  • Industrie automobile : Les pièces automobiles sont souvent fabriquées par coulée sous vide en raison de la capacité du processus à créer des composants très détaillés. Les pièces automobiles telles que les collecteurs d’admission, les systèmes d’échappement et les panneaux de carrosserie peuvent bénéficier de la précision et de la répétabilité supérieures de la coulée sous vide en silicone.
  • Industrie alimentaire : Le procédé est souvent utilisé pour fabriquer des pièces complexes pour l’industrie alimentaire. Il peut créer des moules, des composants d’emballage et d’autres formes complexes nécessaires aux opérations de production alimentaire. 
  • Composants aérospatiaux : Ce procédé peut être utilisé pour fabriquer des composants aérospatiaux de précision. Grâce à sa grande précision, sa répétabilité et sa capacité à créer des détails complexes, la coulée sous vide est souvent utilisée pour créer des composants tels que les conduits d’air, les systèmes de carburant et même certaines parties de l’extérieur des avions. 
  • Produits de consommation : La coulée sous vide permet de fabriquer des biens de consommation complexes tels que des jouets et des équipements sportifs. Le processus peut créer des pièces très précises qui sont parfaites pour une utilisation par les consommateurs.
Vacuum cast black walkie-talkies 
Talkies-walkies noirs moulés sous vide

Avantages de la coulée sous vide

Le procédé de coulée sous vide a une large gamme d’utilisations dans l’industrie. Dans l’industrie, il est couramment utilisé pour la production à faible volume de prototypes ou de pièces de production. Ce processus de production offre plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes de prototypage rapide et de fabrication.

  • Détails fins : Un avantage du processus de coulée sous vide est sa capacité à produire des pièces avec des détails fins. Le moule est formé à l’aide du modèle maître imprimé en 3D. Le processus d’impression 3D peut produire des détails complexes, qui peuvent être reproduits dans le moulage final.
  • Faible coût : Un autre avantage de la coulée sous vide est son coût relativement faible. La coulée sous vide est beaucoup moins coûteuse que d’autres méthodes de prototypage rapide, telles que l’usinage CNC. C’est parce qu’il ne faut que quelques heures pour produire un moule, qui peut être réutilisé plusieurs fois. L’usinage CNC nécessite des outils et des matériaux coûteux.
  • Précision dimensionnelle : Le processus de coulée sous vide produit des pièces avec une excellente précision dimensionnelle. Les pièces produites par coulée sous vide s’emboîteront parfaitement sans avoir besoin d’étapes de post usinage telles que le ponçage ou le perçage.
  • Flexibilité : Ce procédé apporte un haut degré de flexibilité en matière de design. En effet, presque toutes les géométries peuvent être créées à l’aide de l’impression 3D. Par conséquent, des pièces qui seraient impossibles à réaliser par d’autres procédés peuvent être facilement réalisées par coulée sous vide.

Limites de la coulée sous vide

Malgré tous ses avantages, ce processus présente plusieurs limites qui doivent être prises en compte avant de commencer un projet :

  • Le procédé ne convient qu’à des matériaux spécifiques
  • La qualité du prototype peut être affectée par le type de moule utilisé
  • Le phénomène de retrait peut conduire à des pièces dont l’épaisseur est soit trop faible, soit trop importante
  • Le processus est relativement lent, de sorte qu’il peut ne pas convenir à des séries de production à grande échelle
  • Le procédé n’est pas adapté aux applications à haute température.
Pièces coulées sous vide colorées

Coulée sous vide vs. moulage par injection

La coulée sous vide est une excellente option si vous recherchez un moyen rapide, facile et rentable de produire des pièces en plastique de haute qualité. Le moulage par injection est une autre méthode populaire pour la fabrication de pièces en plastique. Contrairement au moulage par injection, le moulage sous vide ne nécessite pas de processus DFM et permet donc de gagner du temps sur le projet.

Lors du choix d’un processus de fabrication, il est important de tenir compte de vos exigences en matière de volume, de tolérance, de finition de surface et de délai d’exécution. La coulée sous vide est un excellent choix pour les séries de production à faible volume avec des tolérances serrées et une finition de surface régulière. Le moulage par injection est plus adapté aux séries de production à grand volume avec des exigences de tolérance moins strictes.

Coulée sous vide vs. impression 3D

L’avantage significatif de la coulée sous vide est qu’elle peut créer des pièces très détaillées avec des surfaces lisses. Cependant, le plus gros inconvénient est que cela peut prendre beaucoup de temps, surtout si vous avez besoin de plusieurs copies de votre pièce. Les procédés d’impression 3D, d’autre part, construisent des pièces couche par couche à partir de poudre ou de plastique liquide. L’un des principaux avantages de l’impression 3D est sa rapidité, bien supérieure à celle de la coulée sous vide.

Si la vitesse et le coût sont vos principales priorités, l’impression 3D est probablement la meilleure option. Mais la coulée sous vide est la voie à suivre si vous avez besoin d’une grande précision et de détails.

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La coulée sous vide est un processus polyvalent et relativement rapide qui peut créer de petits lots de pièces détaillées. Elle constitue le processus idéal pour les prototypes, les modèles fonctionnels et à des fins de marketing telles que les pièces d’exposition ou les échantillons de vente.

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