Qu’est-ce que le surmoulage ?

Je me suis lancé dans le surmoulage il y a environ douze ans lorsqu'un client a laissé tomber une poubelle remplie de manches de tournevis sur mon bureau. Les poignées en TPE se décollaient comme une peau morte. "Réparez ça", dit-il. C'était mon introduction au processus.

Le surmoulage met un plastique sur un autre. Généralement doux sur dur. Une couche de TPE ou de TPU entoure un noyau rigide en ABS ou en nylon. La poignée de votre perceuse sans fil, la partie souple du manche de votre brosse à dents, le pare-chocs de la coque de votre téléphone. Le tout surmoulé.

Le concept semble simple. L’exécution ne l’est pas.

Le problème des obligations

Voici ce que personne ne vous dit d’emblée. Il faut que les deux matériaux s'apprécient. Chimiquement. Si la polarité ne correspond pas, vous obtenez ce que ce client a laissé tomber sur mon bureau. Des pièces qui semblent en bon état à la sortie de la presse, puis qui s'effondrent trois semaines plus tard lorsque quelqu'un les utilise réellement.

PP fonctionne avec SEBS. Ils ont une structure moléculaire similaire. L'ABS et le PC ont besoin de TPU ou d'un TPE spécialement formulé. Le nylon est un cauchemar. J'ai vu des ingénieurs passer des mois à essayer de faire adhérer le TPE au nylon 66 chargé de verre. Les stabilisants thermiques du nylon tuent la liaison. Vous pensez avoir réglé le problème, expédier cinquante mille pièces, recevoir un appel deux mois plus tard indiquant que les poignées glissent.

Nous avons fait échouer un programme d'outils électriques parce que quelqu'un avait changé de fournisseur de nylon sans en parler à personne. Même spécification sur le papier. Différents paquets d'additifs. Les nouveautés avaient plus de modificateur d'impact. La force de liaison a chuté de quarante pour cent.

Les fiches techniques des matériaux ne vous le disent pas. La seule façon de le savoir est d’exécuter la combinaison et de la tester.

Deux façons de le faire

La plupart des magasins effectuent le surmoulage de deux manières.

Choisir-et-placer est l'option la moins chère. Vous moulez le substrat dans une presse, tirez les pièces, les mettez dans des boîtes, les acheminez vers une autre presse, les chargez dans un deuxième outil, filmez le surmoulage. Outillage simple. Presses standards. Mais il faut un opérateur qui charge les pièces toute la journée. Et le substrat est froid lorsque vous photographiez le deuxième matériau. Cela nuit au lien.

Nous avions un programme de gestion médicale qui exécutait le pick-and-place. A bien fonctionné en été. L'hiver est arrivé, la température dans l'atelier est tombée à 60 degrés, les pièces ont commencé à échouer aux tests de pelage. Le substrat froid ne donnait aucun support aux molécules de TPE. J'ai dû ajouter une station de préchauffage. Un pas de plus, encore une chose qui va mal.

Two-utilise un plateau rotatif ou un système de transfert pour déplacer le substrat de la cavité A vers la cavité B alors qu'il est encore chaud. Une machine, un cycle, une meilleure adhérence. Mais l’outil coûte trois fois plus cher et nécessite du matériel spécialisé. Nous avons un Engel de 400 tonnes avec un plateau rotatif. Cette machine est restée huit mois avant que nous trouvions suffisamment de volume pour justifier son fonctionnement.

Le point de croisement dépend de votre taux de main d’œuvre et de votre volume annuel. J'ai vu des programmes passer d'un choix-et-à deux-coups et vice-versa lorsque le client révisait ses prévisions.

Quand la poignée se décolle

Le décollement du TPE-est le mode de défaillance le plus courant. Le matériau souple lâche le substrat. Parfois, cela se produit progressivement sur les bords. Parfois, toute la poignée glisse en un seul morceau.

Causes :

Humidité dans le substrat. Le nylon est hygroscopique. Il extrait l'eau de l'air. Si vous ne le séchez pas avant le moulage, de la vapeur se forme à l'interface lors du deuxième tir. Cette vapeur empêche la liaison moléculaire. J'ai vu des courses entières abandonnées parce que quelqu'un avait laissé un Gaylord en nylon ouvert pendant le week-end.

Contamination. Tout résidu d’huile, de poussière ou de démoulage sur la surface du substrat tue la liaison. Nous avions un technicien en outils qui aimait frapper les noyaux avec un spray de silicone. Facilite l'éjection des pièces. Cela a également permis de décoller le surmoulage. Il nous a fallu deux semaines pour comprendre ce qui se passait.

Mauvaise température. Le TPE possède une fenêtre de collage optimale. Trop froid et il ne coule pas à la surface du substrat. Trop chaud et vous commencez à dégrader le matériau. Chaque combinaison de matériaux a un sweet spot différent. La fiche technique vous donne un point de départ. Vous le composez à partir de là.

Matériaux incompatibles. Voir ci-dessus. Celui-ci est généralement un problème de conception qui apparaît tardivement.

Les tests

Nous retirons les pièces de la chaîne et les testons. Test de pelage selon ASTM D6862. Vous serrez le substrat, saisissez le TPE avec un support, tirez à 90 degrés, mesurez la force pour les séparer.

Au-dessus de 15 livres par pouce, c’est bien. En dessous de 10, c'est un problème. Entre 10 et 15, c'est là que vous discutez avec votre client pour savoir si les spécifications sont réalistes.

Deux modes de défaillance existent. Une défaillance de l'adhésif signifie que le TPE se détache proprement du substrat. Le lien s'est lâché. Une rupture de cohésion signifie que le TPE se déchire avant de se séparer. La caution a tenu, mais pas le matériel. L’échec cohésif est en fait ce que vous souhaitez. Cela signifie que le joint est plus résistant que le matériau lui-même.

J'ai eu des clients qui insistent sur 20 lbf/in alors que le TPE lui-même n'est testé qu'à 18. Vous ne pouvez pas adhérer plus fort que le matériau. La physique ne se soucie pas des spécifications d'impression.

Détails de conception de l'outil

L'outil doit sceller contre le substrat pour éviter les éclairs. Le flash de surmoulage est particulièrement ennuyeux car le TPE est caoutchouteux et difficile à découper proprement. Les surfaces d'étanchéité de l'outil s'usent avec le temps. Ce qui fonctionne proprement à 10 000 tirs peut clignoter à 100 000.

L’emplacement de la porte est important. Le TPE doit circuler sur la surface du substrat sans emprisonner l'air. L'air emprisonné signifie des vides à l'interface. Les vides signifient des points faibles. Nous avions une pièce avec une grande zone de surmoulage plate. La porte était à une extrémité. Le matériau s'écoulait et poussait l'air vers le coin le plus éloigné. Pas de ventilation là-bas. Bond a échoué à chaque coin de rue. Ajout d'une goupille d'aération, problème résolu.

La température du moule affecte le temps de cycle et la force d’adhérence de manière opposée. Un moule plus chaud donne une meilleure liaison mais un refroidissement plus long. Vous trouvez l’équilibre qui répond à vos spécifications de qualité sans tuer vos coûts.

La texture sur le substrat aide. Une surface polie donne au TPE moins de prise. Une texture légère, peut-être SPI C-2 ou C-3, permet un verrouillage mécanique au-dessus de la liaison chimique. Nous utilisons désormais des surfaces de substrat texturées comme pratique courante.

Chiffres réels

Le coût de l'outil pour une configuration simple de sélection-et-de placement s'élève entre 15 000 et 25 000 $ par cavité pour l'outil de substrat, soit un coût similaire pour l'outil de surmoulage. Un outillage en deux -pour la même pièce peut coûter entre 80 000 $ et 120 000 $ selon la complexité.

Le temps de cycle pour la sélection-et-le placement correspond à ce que les deux outils exécutent, plus le temps de transfert. Chiffre 30 secondes pour le substrat, 25 pour le surmoulage, 10 secondes pour l'opérateur pour charger et décharger. Appelez cela 65 secondes d'étage à étage si tout se passe bien.

Deux-coups éliminent le transfert, mais l'outil effectue un cycle des deux coups ensemble. Vous vous retrouvez généralement entre 35 et 45 secondes. Plus de pièces par heure mais un coût d'investissement plus élevé.

Le coût du matériel varie énormément. Les matières premières PP coûtent quelque chose par livre. Le TPE spécialisé formulé pour le collage du nylon peut coûter six ou huit dollars. La couche de surmoulage est généralement fine, elle ne domine donc pas le coût des pièces, mais elle s'ajoute aux programmes à volume élevé.

Où nous l'utilisons

Les outils électriques sont l’application la plus volumineuse que je vois. Chaque perceuse, visseuse à percussion et poignée de scie est dotée de poignées surmoulées en TPE. Le matériau souple absorbe les vibrations, améliore l'adhérence lorsque vos mains sont moites ou grasses et est tout simplement meilleur que le plastique nu.

Les dispositifs médicaux utilisent le surmoulage pour l'ergonomie et l'étanchéité. Les instruments chirurgicaux nécessitent des poignées antidérapantes-. Les équipements de manutention de fluides nécessitent des joints moulés en place. Le surmoulage crée une surface stérilisable sans piéger les bactéries dans les joints d’assemblage.

Les intérieurs automobiles sont immenses. Inserts de volant, pommeaux de levier de vitesse, poignées de porte, boutons et interrupteurs. De nos jours, tout ce que le conducteur touche est surmoulé au toucher doux.

L'électronique grand public l'utilise pour les étuis et les couvertures. La coque de votre téléphone avec le pare-chocs souple sur le pourtour est surmoulée. Les coussinets souples situés sous votre ordinateur portable sont surmoulés.

Ce qui ne va pas

Outre l’échec des obligations, il existe d’autres moyens de gâcher les choses.

Flash au niveau de la ligne de joint ou autour des-éléments d'arrêt. Le TPE s'échappe partout où l'outil n'est pas parfaitement étanche. Vous pouvez le couper, mais cela ajoute du travail et la marque de coupe n'a jamais l'air aussi propre qu'un bord correctement moulé.

Des plans courts où le TPE ne se remplit pas complètement. Il s'agit généralement d'un problème de déclenchement ou de ventilation. Ou vous essayez de pousser le matériau trop loin dans une section mince.

Déformation du substrat lors du deuxième cliché. Le TPE arrive à chaud. Si la paroi du substrat est mince, elle peut se déformer. Ensuite, il ne rentre pas dans l’assemblage.

Marques d'évier là où la section TPE est trop épaisse. Le même problème que le moulage en un seul coup. Gardez l'épaisseur de la paroi uniforme.

Délaminage au fil du temps. Ceci est différent de l’échec immédiat d’une obligation. Les pièces passent les tests, sont mises en service, puis commencent à tomber en panne des mois plus tard. Généralement causé par une exposition environnementale, une attaque chimique ou un stress cyclique qui finit par détruire l'interface. Nous avions un programme d'outils extérieurs dans lequel l'exposition aux UV dégradait la surface du TPE et provoquait finalement une séparation. Il a fallu dix-huit mois sur le terrain pour le constater.

Le faire fonctionner

La sélection des matériaux passe avant tout. Faites correspondre le substrat et le TPE dès le départ. Effectuez des tests de pelage sur des échantillons de plaques avant de couper l'acier. Faites participer votre fournisseur de matériaux dès le début à la conversation. Ils disposent de tableaux de compatibilité et peuvent recommander des qualités spécifiques.

Concevez dès le départ le substrat à surmouler. Texturer les surfaces à coller. Ajoutez des verrouillages mécaniques où le TPE peut s'enrouler autour des éléments ou circuler à travers les trous. Donnez-vous plus d'adhérence que vous ne pensez en avoir besoin, car le processus de production ne sera jamais aussi propre que le prototype.

Contrôlez votre inventaire de substrats. Gardez-le au sec. Gardez-le propre. Si vous utilisez du nylon, ce matériau passe du sèche-linge à la presse et nulle part ailleurs. Nous avons construit une zone de préparation dédiée à côté de notre machine à deux-injections afin que personne ne puisse contaminer les substrats en attendant le chargement.

Valider le processus avec les outils de production, les matériaux de production, les opérateurs de production. Les pièces prototypes fabriquées par votre meilleur technicien un samedi ne vous disent pas ce qui va se passer un mardi après-midi lorsque l'équipe B-fonctionne.

Puis échantillonnez. Mesure. Ajuster. Échantillonnez à nouveau. Le surmoulage est moins indulgent que le travail en un seul coup. Mais lorsque vous y parvenez, vous vous retrouvez avec des pièces qui seraient impossibles à réaliser autrement.

Ce client avec les manches de tournevis qui s'écaillent ? Nous l'avons remplacé par un autre grade de TPE, ajouté de la texture aux noyaux du substrat et augmenté la température de fusion de 15 degrés. Les pièces fonctionnent depuis maintenant neuf ans sans un seul retour sur le terrain.