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Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

vendredi 17 février 2012, par Julien H., Stephan

Les matières plastiques utilisées pour construire des pièces mécaniques ou des modèles réduits sont de nature ou de composition variées qui leur confèrent des propriétés très différentes : solidité, flexibilité, porosité, friabilité, cassures... sans parler du comportement à long terme (hydrolyse, oxydation, changement de couleur ou d’opacité).

Dans tous les cas, cela reste essentiellement des produits de l’industrie chimique et ils présentent une nocivité qu’il faut prendre en compte, ainsi qu’un impact écologique certain dans leur fabrication et dans leur recyclage.

MatériauUsiner ?Fondre ?Mouler ?
PVCOuiNonNon
ABSNonOuiNon
résine PUOuiNonOui
polyéthylèneOui ? ?
polystyrène expanséOui ? ?
polycarbonateOui ? ?
Plexiglas ou PMMAOuiOui ?
DelrinOui ? ?
PA6 ou NylonOui ? ?

Ce tableau récapitulatif ne présente que des matériaux que nous pouvons utiliser selon différents modes de travail pour produire des pièces. Il concerne donc un usage strictement amateur, sans prendre en compte les usages professionnels avec des machines qui peuvent traiter n’importe quel matériau.

Les points d’interrogation indiquent que nous n’avons pas encore testé ou validé ce mode d’exploitation : les usages possibles en robotique ludique ne sont pas forcément ceux de l’industrie, en partie en ce qui concerne l’injection et l’extrusion. Notre objectif n’est pas d’être exhaustif sur la liste des plastiques ou toutes les possibilités, mais de rendre compte de notre expérience et de ce qui se présente dans une activité de loisir.

 Noms d’usage et noms exacts

On utilise dans ce tableau le nom d’usage lors de nos ateliers et de nos discussions.

C’est parfois le sigle (ABS), parfois le nom exact (polycarbonate), parfois la marque la plus répandue (Plexiglas). Parfois deux usages sont équivalents : beaucoup d’entre-nous appellent le polystyrène expansé du "Depron" qui est un de ses noms commerciaux. Quand le nom commercial est utilisé, c’est souvent que le nom exact est peu répandu (PMMA ou polyméthacrylate de méthyle acrylique) dans le secteur des loisirs.

Ces habitudes de nommage sont parfois contraires à l’usage industriel : si le POM ne vous dit rien, mais que vous avez vu sur les catalogues de pièces (engrenages) le nom commercial "Delrin", à l’inverse des entreprises d’usinage plastique qui proposent le POM.

 Le PVC

Le polychlorure de vinyle est un polymère composé de sel et de pétrole. C’est surtout le grand ami de nos maisons puisqu’il est utilisé pour les canalisations et pour les fenêtres.

Pour construire des robots, il est très pratique : il se découpe vite et bien avec des outils mécaniques (scie, fraiseuse, perceuse), et surtout on peut le coller facilement.

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Pièce en PVC usinée
Un bloc complet, fraisé et percé pour accueillir un capteur mécanique.

Par contre, il ne faut pas le chauffer : il dégage du chlore (acide chlorhydrique), ce qui le met hors de course pour les machines à découpe laser par exemple, et pour l’extrusion / injection avec des outils amateurs.

Comment savoir si une chute de plastique est en PVC ? Sortez votre briquet et faites le brûler (dans un endroit aéré et loin de vous) : si la flamme est verte, c’en est !

 L’ABS

A comme acrylique, S comme styrène (comme le poly-). Le nom complet ne nous apprend pas grand chose, mais ce plastique n’a pas besoin d’être présenté : quand vous étiez petit, vous jouiez aux Lego [1] ? Puis vous avez appris l’informatique sur un Apple II, ou fait quelques parties avec une SuperNES ? C’est lui.

Ces quelques exemples vous illustrent ses qualités : solide, léger, facile à mettre en forme. Il a de plus un aspect de grande qualité (ok, il vieillit peut être un peu mal) ce qui en fait le plastique de choix pour les imprimantes 3D.

Bien qu’on puisse le travailler (qui n’a pas découpé une pièce de Lego ?), il reste cassant et ne se prête pas à de l’usinage. De même, la pression nécessaire pour le thermoformage ne le prête pas à un usage amateur.

 La résine PU

Le polyuréthane ou PU est utilisé pour le moulage sous forme d’une résine liquide. L’ajout d’un durcisseur permet de le solidifier.

C’est un produit toxique et inflammable, à manipuler et stocker avec soin. On le trouve cependant sous différentes formes partout autour de nous, de la mousse isolante des habitations jusqu’aux roues des planches à roulettes.

Il est très résistant, ce qui fait qu’il est utilisé comme doublure de plateau pour les camions pick-up. Un épisode de la saison 11 de Mythbusters l’a testé dans plusieurs conditions extrêmes.

 Le polyéthylène extrudé

Le PE est un plastique bon marché, que l’on trouve souvent dans des emballages, sacs, etc... Très peu adapté à la fabrication de pièces mécaniques pour la robotique, mais il existe des panneaux de mousse PE extrudé qui sont légères et résistantes.

Il y a un bon exemple d’utilisation en robotique de ce matériau, ce sont les pattes de Moumoute, le robot de Mr. Dus que nous avons rencontré lors des compétitions (équipe ENAC) :

 Le polystyrène extrudé

C’est bien un matériau plastique mais sa fragilité pourrait faire penser le contraire, si on s’arrête à l’idée d’un matériau dur.

On l’utilise donc exclusivement pour de l’usinage, par exemple pour réaliser un moule ou un prototype qui ne subit pas d’effort mécanique.

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A ne pas confondre avec le polystyrène expansé, composé de petites billes renfermant 98% d’air.

 Le plexiglas

Parfois mentionné comme PMMA par les vendeurs et les industriels, il s’agit du plastique transparent le plus courant dans notre domaine. Cependant, il existe en diffusant et en opaque, dans diverses couleurs.

Très cassant lorsqu’il est découpé ou scié, il est également sensible à la chaleur, ce qui rend délicat son perçage (nécessité de refroidir et d’utiliser la bonne vitesse de rotation du forêt) et son fraisage : en plus de la vitesse de rotation de la fraise, il faut avancer à une allure précise pour laisser une surface et une finition homogène sur toute la pièce.

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 Le polycarbonate

C’est un matériau transparent mais à voir s’il n’existe pas en diffusant ou en opaque, semblable au Plexiglas (PMMA). Il a la particularité d’être beaucoup plus résistant. Il est en outre dificilement inflammable.

Il est utilisé, entre autres choses, pour remplacer le verre dans les véhicule de compétition (gain de poids) - connu alors sous le nom de Lexan, un des fabricants - et pour le blindage des vitres sur certains véhicules, pour faire des hublots sur certains sous-marins, pour des boucliers ou visières chez les forces spéciales et pour la réalisation de carters de protection sur des machines outils.

Le polycarbonate se travaille très bien à la CNC, et même mieux que le PMMA puisqu’il a beaucoup moins tendance à fondre lors de l’usinage que ce dernier.

Un petit bémol : c’est plus cher que le PMMA.

 Le PA6 ou Nylon

Ce matériau polyamide est difficile à usiner à la CNC car les copeaux ont rapidement tendance à fondre. Les pinces du robot 2011 ont été usinées dans cette matière.

C’est un plastique très solide, utilisé pour réaliser des engrenages ou autres pièces mécaniques en remplacement de l’aluminium. On peut même en trouvé sous forme composite, renforcé avec une fibre de verre.


[1vous y jouez encore maintenant, ce n’est pas un problème, venez nous voir !

Vos commentaires

  • Le 1er juillet à 11:32, par Adrien En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

    Bonjour
    Est-ce qu’une imprimante 3D peut imprimer du pvc ? Si oui, ou en trouver ?
    Merci

    Répondre à ce message

  • Le 15 août à 18:35, par marie france desroches En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

    un ami qui habite la région parisienne a cassé le gros bouchon plastique blanc qui se trouve sous sa jauge (le gazoil fuit) Sa voiture est une VOLVO 440 série années 94 à 97 .La pièce est introuvable. Pouvez vous me donner une adresse dans la région parisienne où il pourrait se rendre avec sa pièce cassée et la refaire dans le plastique approprié et que cela ne lui coùte pas une fortune ? Merci d’avance

    • Le 18 août à 18:17, par Eric P. En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

      Bonjour,
      Désolé mais nous ne pouvons pas vous être utiles, étant basés dans les Alpes-Maritimes et n’ayant donc aucune connaissance des bonnes adresses en RP. Je pense cependant qu’une recherche à l’aide de Google, sur la base des mot-clés "fablab" et "région parisienne" pourrait donner quelques pistes.

    Répondre à ce message

  • Le 12 mai 2015 à 10:51, par gehrke En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

    Bonjour,
    Pour refaire moteur vieille voiture dont on ne trouve plus les pièces, j’aurais besoin de réaliser en nylon 3 petits cylindres d’environ 12.7mmx11mm. J’ai déja pratiqué la cao pour mon métier.
    Pourriez vous me dire si vous connaissez le moyen de réaliser ces pièces ou de les faire réaliser ?
    Je vous serais reconnaissant de me donner des conseils
    cordialement
    richard

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  • Le 5 octobre 2014 à 15:23, par yves En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

    bonjour, je fais du thermo forming de plexiglass clear et mon probleme est que aussitot que la piece touche au moule elle fait des petites loupes, quel est mon problème. merci yves

    Répondre à ce message

  • Le 11 septembre 2014 à 21:31, par vorontsov En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

    Bonjour,
    je cherche bloc de polystyrène expansé 15g/l
    1200mmx2200x200mm
    +
    polystyrene extrudé ep 15mm
    Pourriez vous noter vos tarif et point de livraison plus proche. J’habite à Perpignan
    MERCI

    • Le 11 septembre 2014 à 22:34, par Eric P. En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

      Nous ne sommes pas vraiment un fournisseur ou distributeur de matériaux mais... une association de bénévoles passionnés de robotique et des technologies associées.
      Pas de chance :/

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  • Le 3 juin 2014 à 20:50, par Etienne En réponse à : Les plastiques : usinage, moulage, impression 3D

    Bonjour !
    J’ai trouvé cet article intéressant mais je suis surpris que vous ne faites pas référence au plastique uréthane (polyuréthane) pourtant très utilisé dans le milieu. Il serait intéressant d’avoir un article sur les machines qui font le moulage de la résine, du silicone et de la fibre de verre. C’est ce que fait une entreprise de ma région (au Québec). Elle usine avec divers procéder CNC (aspiration vacuum et thermoformage divers pièces pour le domaine aérospatial. Je ne sais pas si l’entreprise à un blog mais je vous donne le liens espérant que cela vous inspire pour la rédaction de vos prochains articles sur le machinage CNC. Le liens vers l’entreprise où il est question des procédés de moulage du plastique. http://www.placeteco.com/usinage-et...
    Bonne continuité :-))
    Étienne

    Répondre à ce message

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