Comparaison entre le moulage par injection et l’impression 3D : Facteurs à prendre en compte pour la production de petits et de grands volumes

Alors que le moulage par injection est déjà un processus de fabrication populaire pour les dispositifs médicaux, l’impression 3D devient de plus en plus populaire.
Bien que les deux approches présentent des avantages et des inconvénients, les entreprises doivent examiner attentivement plusieurs facteurs pour déterminer la méthode qui répond le mieux à leurs besoins.
Cet article aborde les facteurs critiques comparant le moulage par injection et l’impression 3D, ainsi que les moules en métal et les moules imprimés en 3D.

Production de pièces en plastique en petits ou grands volumes

Le volume de production est l’un des principaux critères à prendre en compte pour choisir entre le moulage par injection et l’impression 3D.
Le moulage par injection est généralement plus rentable pour les grands volumes de production, tandis que l’impression 3D est plus adaptée à la production de petits volumes.
L’impression 3D a un coût initial plus faible, mais elle est généralement plus lente et plus coûteuse par pièce.

Production en petites quantités

La production en petites quantités est généralement utilisée pour les prototypes, les produits spécialisés ou les produits de niche dont la demande sur le marché est limitée.
Elle peut être réalisée à l’aide de techniques de fabrication traditionnelles telles que le moulage par injection, le moulage et l’usinage CNC, ou de méthodes plus récentes telles que l’impression 3D.

Les avantages de la production en petites séries sont la flexibilité, la personnalisation et la rentabilité.
Grâce à la production en petites séries, les fabricants peuvent rapidement adapter leur chaîne de production aux changements de la demande ou des spécifications de conception.
En outre, la production en petites quantités peut être plus rentable que la production en grandes quantités en raison des coûts moins élevés des moules ou des coûts d’installation.

Toutefois, l’inconvénient de la production de petits volumes est le coût unitaire de production plus élevé.
Comme les séries de production sont plus petites, le prix unitaire est plus élevé.
La production de petits volumes a également tendance à avoir des délais de livraison plus longs et peut ne pas convenir aux produits qui nécessitent une fabrication à grande vitesse ou des économies d’échelle.

Production en grande quantité

La production en grande série est utilisée pour fabriquer de grandes quantités de produits.
Le processus de fabrication est automatisé et optimisé en termes d’efficacité, ce qui permet une production rapide et rentable.

La production en grande série fait souvent appel aux techniques de la chaîne de montage, du moulage par injection et de l’emboutissage.
Ces méthodes permettent une production à grande vitesse et peuvent être adaptées pour produire différents types de produits.

Les avantages de la production en grande série sont notamment un coût unitaire plus faible, des délais de livraison plus courts et une qualité constante.
Étant donné que les séries de production sont plus importantes, le prix unitaire est plus bas, ce qui fait de la production en grandes quantités la solution idéale pour les produits très demandés.
Les délais d’exécution plus courts font de la production en grandes quantités une solution idéale pour les produits à production rapide.

Cependant, l’inconvénient de la production en grande quantité est la nécessité d’une plus grande flexibilité et d’une meilleure personnalisation.
Le processus de fabrication est optimisé pour l’efficacité, ce qui rend difficile l’adaptation de la chaîne de production aux changements de la demande ou des spécifications de conception.
La production en grande série nécessite également un investissement initial important dans les machines et l’outillage, ce qui la rend moins adaptée aux produits spécialisés ou de niche.

Micro-moulage ou impression 3D

Le micro-moulage est devenu de plus en plus populaire ces dernières années, permettant de produire des pièces plus petites à un coût inférieur à celui des méthodes de moulage traditionnelles.
Le moulage par injection est ainsi devenu une option plus viable pour les petites séries et a réduit l’écart entre le moulage par injection et l’impression 3D pour la production de petits volumes de pièces.
Un autre avantage du micro-moulage est la possibilité d’augmenter la production à de grands volumes avec une conception inchangée.

Dans l’image ci-dessous, on peut voir deux micro-moules de table sur la rangée supérieure (semi-automatique et manuelle), en bas à gauche une imprimante 3D FormLabs (SLA), et en bas à droite une machine de moulage par injection.

L’une des raisons pour lesquelles le micro-moulage devient de plus en plus populaire est le choix des matériaux de moulage.
En général, il existe deux types de matériaux de moulage.

1. Moules en plastique imprimés en 3D.
2. Moules en métal.

Moules en plastique

Les moules en plastique sont généralement utilisés pour la production de très faibles volumes.
Le nombre exact de produits fabriqués à partir du moule dépend de différents aspects (matériau, température, forme, précision requise), mais il faut compter une centaine de produits avant que le moule ne soit usé.
La vitesse de moulage et la précision sont généralement inférieures à celles des moules en métal.
Toutefois, les moules imprimés en 3D gagnent en précision et peuvent produire des moules dont les tolérances conviennent à de nombreuses applications de moulage par injection.
La précision des moules imprimés en 3D peut être améliorée grâce à une technologie d’impression 3D haut de gamme, telle que la stéréolithographie (SLA) ou le traitement numérique de la lumière (DLP), qui permet de produire des moules avec des surfaces plus lisses et des détails plus fins.

Le délai de conception et de fabrication des moules imprimés en 3D est beaucoup plus court que celui des moules en métal.
Les moules imprimés en 3D peuvent donc être envisagés pour le prototypage et la production d’échantillons initiaux. Formlabs propose un livre blanc intéressant sur ce sujet sur son site web.

Moules métalliques

Les moules métalliques sont toujours utilisés pour la production de grands volumes, avec une ou plusieurs cavités par moule.
L’acier est plus coûteux, de même que la production des moules.
La précision des moules métalliques est plus élevée que celle des moules imprimés en 3D.
La complexité de la géométrie de la pièce, les tolérances souhaitées et la quantité jouent un rôle dans la détermination du type de matériau de moule le mieux adapté.
Les moules en métal sont connus pour leur longue durée de vie (des centaines de milliers ou des millions de cycles) et leur durabilité.
Les moules en aluminium sont moins coûteux et peuvent être utilisés pour des volumes moyens de quelques dizaines de milliers à quelques centaines de milliers de pièces.
La durée de vie d’un moule dépend du matériau du moule, du matériau polymère moulé, des conditions d’utilisation et du programme d’entretien.
Les moules métalliques sont fabriqués dans des matériaux très résistants, tels que l’acier ou l’aluminium, qui peuvent supporter les températures et les pressions élevées requises pour le moulage par injection.

En résumé, le micro-moulage a des coûts de démarrage plus élevés que l’impression 3D, mais il permet une sélection de matériaux plus complète et une vitesse plus élevée.
Néanmoins, les coûts de démarrage peuvent être inférieurs à ceux du moulage par injection classique.
Toutefois, le micro-moulage est limité en termes de dimensions en raison des moules à injection plus petits (de table) dont la pression est limitée.

L’impression 3D offre une meilleure flexibilité et constitue le choix pour les pièces de plus grande taille.
Elles sont complémentaires.

Mise à l’échelle

La mise à l’échelle peut s’avérer délicate pour les dispositifs médicaux.
Lorsque l’on passe de l’impression 3D au moulage par injection, il est difficile de prouver que le produit fonctionne exactement de la même manière dans des conditions cliniques.
Une évaluation clinique est éventuellement nécessaire.
Celle-ci est très coûteuse.

Le passage du moulage par micro-injection au moulage par injection pourrait réduire ce problème.
La validation est toujours nécessaire, mais comme la technologie avant et après la mise à l’échelle est la même, il est plus facile de prouver que la fonctionnalité et la sécurité du produit sont équivalentes ou meilleures.

Globalement, le moulage par injection (ou le micro-moulage pour la production de petits volumes de pièces) et l’impression 3D présentent tous deux des avantages et des inconvénients.
Pour une production en grande quantité, le moulage par injection est préférable, mais pour une production en petite quantité, le choix entre le micro-moulage et l’impression 3D dépend de la conception et des besoins et exigences spécifiques.