Optimisation de la thermique par le Conformal Cooling...Résultat avec injection Catamold 316L: Cycle chaud/froid efficace avec cyclage commandé par capteur thermique dans le moule,

EXPERTISE ET INNOVATION TECHNOLOGIQUE EN PLASTURGIE

Optimisation de la thermique par le

Conformal Cooling

Guillaume Vansteenkiste, chef de projets PEP

25 Juin 2013


MOTS &

CHIFFRES CLES

Centre technique et d’innovation en plasturgie et composites

Expertise en injection des thermoplastiques.

Expertise en composites.

2 sites : Oyonnax et le Bourget du Lac.

Agréé Crédit Impôt Recherche (CIR).

Certifié ISO 9001- v2008.

Objectif :

Améliorer la compétitivité de l’industrie nationale par l’innovation et la mise à

disposition de moyens technologiques pour les industriels (plateformes).

Stratégie :

Recherche mutualisée.

Démarche de plateforme.

75 collaborateurs (chercheurs, ingénieurs, techniciens)

20 personnes dédiées à la recherche (25 projets de recherche).

Chiffre d’affaires 2012 : 8 M€ (intégrant COMPOSITEC)

50 % en Recherche & Développement (sous contrat ou collaboratif)

50 % en services aux entreprises

Année Effectif

global

CA

prestations CA global

2007 45 1,9 M € 4,2 M €

2008 50 2,4 M € 4,8 M €

2009 46 1,8 M € 4,6 M €

2010 48 2,6 M € 5,9 M €

2011 55 3 M € 6,3 M €

2012 55 3,5 M € 6,7 M €

EXPERTISE INJECTION DES

THERMOPLASTIQUES

& mise en forme des composites


MOTS &

CHIFFRES CLES

5 axes de R&D ou Lignes Programmes

Outillages avancés

Produits hybrides « composites fibres continues / techno polymères »

Optimal design

Recyclage des polymères

Microsystèmes sur plastique

EXPERTISE INJECTION DES

THERMOPLASTIQUES

& mise en forme des composites

LES 5 BUSINESS UNIT


CLIENTS &

MARCHES

30%

20% 10%

8%

5%

22%

MARKET SHARE

AUTOMOBILE

AERONAUTIQUE / DEFENSE

MEDICAL

EMBALLAGE

CONNECTIQUE

DIVERS


RESEAU &

PARTENAIRES

Le PEP au cœur d’un réseau européen :

Partenaires français :

Partenaires Européens : centres R&D en plasturgie et outillage


CONFORMAL

COOLING Fabrication des outillages d’injection

Problématique: comment maitriser la température dans le moule d’injection?

Manque de place pour les canaux de refroidissement,

Zone critique difficile d’accès, soit important gradient de température,

Inertie Thermique du moule.

Solution du CONFORMAL COOLING avec l’ADDITIVE MANUFACTURING

Fabrication de régulation des outillages :

Usinage : refroidissement succession de

cylindres

Fusion Laser : refroidissement avec canaux

complètement libre de forme

Conséquences de la fusion laser:

Rapprochement des surfaces moulantes :

meilleur échange des calories

Adaptation des formes : soit une meilleure

répartition des canaux dans outillage :

meilleur contrôle de la température et une

plus grande homogénéité


CONFORMAL

COOLING Fusion laser en injection

Objectifs :

Réduire les temps de cycles des moules d’injection

Réduire la durée de mise au point du moule (T° homogène)

Améliorer la qualité des pièces produites

Remplacer le CuBe (matériaux à risque pour la santé)

Technologie :

Fusion laser de poudres métalliques

Réalisé par strates de 40 µm

Caractéristiques acier Maraging (équivalent Z38CDV5) :

Dureté : 37 à 54 HRC après durcissement.

Densité : 99,8 %

Méthodologie :

1. CAO – Etude thermique avec SIGMA 3D

2. Etude fluidique avec FLOWORKS

3. Fabrication par fusion laser

4. Finition UGV 5 axes

5. Contrôle de débit et contrôle thermique (fourniture d’un P.V de contrôle)

6. Traitement thermique (pour obtenir la dureté souhaitée)


CONFORMAL


Retour d’utilisateurs: Fusion laser pour refroidissement

Retour d’utilisateurs: Fusion laser en application Chaud / Froid


CONCEPTION ET REALISATION D’OUTILLAGES METALLIQUES USINAGE DE PIECES MECANIQUES DE PETITES ET MOYENNES SERIES

GABARITS ET MOYENS DE CONTRÔLE

Accompagnement dans la différenciation Produits/Process/Services

• Technologies Généralistes (mono-matière, multi-matières, dévissage, surmoulage d’inserts, silicone liquide)

• Technologies Innovantes (Plastronique, Optimisation thermique, Chaud/Froid)

■ Contact commercial : Nathalie DIDIERLAURENT 21, rue François Rochaix 01104 OYONNAX Tél : 04 74 12 12 60 - Fax : 04 74 77 99 85 www.technimold.eu

http://www.technimold.eu/


UNE SOLUTION FIABLE DANS LE TEMPS

Deux noyaux en Maraging 180 x 150 x 150 ( Hauteur moulante = 100 mm ) Matière : PP 20% FV Recherche d’une régulation homogène Régulation dans des zones inaccessibles traditionnellement Pas de reprise d’usinage des formes moulantes

Bilan :

Production depuis Avril 2008 Plusieurs centaines de milliers de pièces produites Aucune anomalie constatée ( fissuration; fuite; grippage; détérioration état de surface )


Deux noyaux en Maraging 180 x 70 x 115 ( hauteur moulante = 75 mm ) Matière P/E Pièce d’aspect grainée sensible à la déformation ( amovible dans le véhicule ) Réguler le sommet du noyau ( largeur 5 mm environ ) Maintenir une bonne gèometrie de la pièce a l’état libre

Résultats : Maxi 3°C de delta de température entre le différentes zones du poinçon en cycle Pincement de la pièce inférieur au millimètre. Aspect zones visibles homogène ( brillance )

Consigne : 40°C Consigne : 12°C

Noyau : 35/36°C Noyau : 18/21°C

MAITRISE DES DEFORMATIONS

Pièce : 84°C max Pièce : 54°C max


CONCLUSIONS

Bilan et perspectives : Une technologie fiable et éprouvée Une bonne opportunité de différenciation (qualité et cout ) Mais une diffusion encore difficile Outil d’amélioration de performance et non un palliatif Les axes de progrès : Rapidité et dimensions des équipements Prix de la techno (matière première et mise en œuvre )


CONFORMAL





AGPDéveloppement

Nombre d’employés: 170

Chiffre d’Affaires: 20 M€

Nombre de moules par an 200

MOULES TECHNOLOGIES MULTI

INJECTION

MOULES HAUTE CADENCE

EMBALLAGE A PAROIS MINCES

MOULES PRODUITS TRES TECHNIQUES

QUI EST AGP Développement

Iso 9001

German Institute

Innovations axées sur la performance des moules

Mandat crédit impôts recherches


Un premier moule 2 empreintes à déjà été réalisé par notre client équipementier

Presse 750 Tonnes

Matière: Copolymer PA 6.6

1ER EXEMPLE: COVER CLUSTER OPEL CORSA Année 2008

Actuellement les pièces sont peintes pour assurer la qualité visuelle demandée au CDC (surcoût) Le temps de cycle à été rallongé pour gérer la déformation: 70 secondes Un taux de rebuts important

CIBLAGE DE L’INTERET:

Temps cycle: 49 secondes Conformité visuelle: suppression de la peinture Conformité dimensionnelle: gérer les déformées

ENGAGEMENT SUR OBJECTIFS:


ESSAIS DE VALIDATION


VALIDER LES HYPOTHESES

Vue avec caméra thermique du PEP

Homogénéité thermique : ∆ t° < 10 °C

Temps cycle: Initial: 70 sec. – Engagement: 49 sec. – Réalisé: 43 sec Conformité visuelle: accepté par client final: suppression de la peinture Conformité dimensionnelle: Dimensionnel et montabilité acceptée

ENGAGEMENT SUR OBJECTIFS:

Septembre 2012: 550000 injections réalisées


Ciblage de l’intérêt: - 2 autres moules à développer en simultané pour assurer la capacité -Opportunité de faire un comparatif des 2 technologies avec 1er moule en technologie classique - Identification des zones chaudes

BOITIER THERMOSTAT BSE DV EURO 5 Année 2009: Matiere: PA 66 GF 30 Presse 250 T Moule 2 empreintes 1er moule réalisé en technologie classique Cycle: 48 secondes


LES RESULTATS:

Homogénéité

thermique sur

pièce à moins

de 10 °C

- La température pièce chute de 20° avec la solution fusion laser - Forte atténuation de la déformation pièce

Classique

Avec insert fusion laser

OPTIMISATION FINALE DU PROCESS: Temps cycle 1er moule: 48 secondes Temps cycle 2eme moule: 35 secondes


CONFORMAL





Système chaud-froid

Mise en place d’un système de contrôle en température SISE dans le cadre du projet NewPIM

Problématique d’injection d’une pièce MIM (fortement chargé en particules métalliques) /

synthèse du cahier des charges soumis à la SISE:

Principe : Monter en température pour faciliter l’injection, la répartition des particules et améliorer

les états de surfaces, descendre en température pour éjecter la pièce

Besoin : Mise en dialogue de la presse et du système chaud / froid pour un pilotage en fonction de

la température dans le moule

Choix technique : liquide caloporteur huile, utilisé par ALLIANCE

CONFORMAL

COOLING


NewPIM Système chaud-froid

Mise en place d’un système de contrôle en

température (SISE, Variotherm, Single…)

Principe de ces systèmes :

Etat initial :

Vanne 3 voies circuit froid = bypass

Vanne 3 voies circuit chaud = ouverte

Si température T a atteint le seuil haut :

autorisation top départ cycle machine

Après Top injection :

Vanne 3 voies circuit froid = ouverte

Vanne 3 voies circuit chaud = bypass

Si température T a atteint le seuil bas, retour à l’état

initial :

autorisation Top éjection pièce

Vanne 3 voies circuit froid = bypass

Vanne 3 voies circuit chaud = ouverte


Validation de la Cao des canaux

Etude rhéologique :

Identification des zones chaudes.

Etude fluidique :

Vérification de l’équilibrage,

Simulation de la perte de charge en fonction du débit,

3L/min => 1,4 Bar avec huile, 0,6 Bar avec eau.

Etude thermique :

Validation de l’obtention d’un gradient de T°

suffisant : 70°, avec phase de chauffe de 20s

Etude mécanique :

Usure : 52HRC suffisant pour le PIM

Canaux circulaires suffisamment distants de la surface moulante

(dans le cas contraire, simulation mécanique de l’outillage)

=> Outillage capable de tenir 1 million de cycles

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120

Physical time (s)

Te

mpera

ture

of

Solid

[°

C]

Température minimum

Température moyenne

Température maximale

CONFORMAL

COOLING


Contrôle des inserts

Avant envoi outillage, ou après usinage possibilité de tester sur banc de contrôle :

Validation de l’évolution de la perte de charge en fonction du débit,

Vérification par camera infrarouge du bon comportement en température des inserts :

- célérité de réponse des canaux,

- équilibrage des réseaux,

- révélation d’obstruction.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 5 10 15 20 25

Broche conventionnelle

Canaux parallèles

Canaux couplés

Débit 3.1L/min par canal

CONFORMAL

COOLING


Pièce après déliantage et densification

Résultat avec injection Catamold 316L:

Cycle chaud/froid efficace avec cyclage commandé par capteur thermique

dans le moule,

Meilleur aspect de surface : ouverture de nouveaux domaines

d’application : joaillerie, aéronautique…

Réduction de 70% du temps d’injection avec la fusion laser

Moule traditionnel

Moule fusion laser

CONFORMAL

COOLING

Liquide caloporteur / système de

régulation Canaux

Températures

consignes

Temps de cycle

(en s)

Huile / SISE

Usinés 75-140 179

Fusion laser

75-140 50

75-160 71

75-180 73


Synthèse sur la fusion laser

Domaine d’application : Emballage, Electronique, Automobile…

Objectifs : réduire le temps de cycle, remplacer le CuBe, amélioration de l’homogénéité

thermique des pièces.

Gain en temps de cycle validé 10 à 40%, plus généralement 15 à 20% pour refroidissement

conventionnel => Gain de productivité estimé : 15 à 100k€/an.

Surcoût de la fusion laser : 5k€ à 20k€ => Retour sur amortissement : 2 à 9 mois.

Cas chaud-froid : la fusion laser permet un changement de température efficace de

l’outillage, soit un temps de cycle correcte de l’ordre de la minute (le cycle en

conventionnel est à multiplier par 4)

CONFORMAL

COOLING

2007 2008 2009 2010 2011 2012

PEP Nbr d’applications outillage SLM

6 15 50 90 110 145


Contact :

M. Guillaume Vansteenkiste

Chef de Projet R&D

[email protected]

2, rue Pierre et Marie Curie

BP 1204 – Bellignat

01117 Oyonnax Cedex – France

: +33 (0) 4 74 81 92 60

: +33 (0) 4 74 81 92 61

www.poleplasturgie.com

Cré

dit

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Optimisation de la thermique par le Conformal Cooling...Résultat avec injection Catamold 316L: Cycle chaud/froid efficace avec cyclage commandé par capteur thermique dans le moule,