Comment éviter les marques d’affaissement sur les pièces plastiques moulées par injection

Introduction

Les marques d’affaissement sont l’un des défauts les plus courants dans les pièces plastiques moulées par injection. Elles se présentent sous forme de petites dépressions à la surface, généralement situées en face des nervures épaisses, des bossages, des plots de vis, des patins de fixation ou d’autres zones où la matière s’accumule localement.

La cause principale est un retrait volumétrique inégal. Lorsqu’une section épaisse refroidit et se contracte après que la surface extérieure a déjà solidifié, la matière intérieure peut ne pas bénéficier d’une compensation suffisante lors du remplissage. La surface est alors tirée vers l’intérieur, formant ainsi une marque d’affaissement visible.

Pour les acheteurs et ingénieurs internationaux, les marques d’affaissement ne sont pas seulement d’ordre esthétique. Elles peuvent révéler des risques liés à la conception de l’épaisseur des parois, à la structure des nervures et des bossages, à l’emplacement des points d’alimentation, à la pression de remplissage, à la disposition du système de refroidissement ou au choix des matériaux. Si ces risques ne sont pas identifiés avant la mise en œuvre de l’outillage, le moule pourrait nécessiter de multiples essais, des modifications de conception ou des ajustements de l’outil.

Chez Xu Feng, nous examinons les plans des pièces plastiques ainsi que les modèles 3D avant la fabrication de l’outillage afin de vérifier l’épaisseur des parois, la conception des nervures, la structure des bossages, le retrait des matériaux, l’emplacement des points d’alimentation, les risques liés au refroidissement et les exigences esthétiques de la surface. L’objectif est d’identifier les risques de marques d’affaissement avant le démarrage de la fabrication du moule.

Problème

Les marques d’affaissement surviennent généralement lorsque certaines zones de la pièce plastique sont beaucoup plus épaisses que les parois environnantes. Ces zones plus épaisses mettent plus de temps à refroidir et continuent donc de se contracter après la formation de la croûte superficielle. Si la pression de remplissage n’arrive pas à apporter suffisamment de matière supplémentaire dans cette zone, une dépression peut apparaître sur la surface opposée.

Parmi les caractéristiques courantes des plans susceptibles de provoquer des marques d’affaissement, on trouve :

Des nervures épaisses reliées à des parois extérieures visibles
Des bossages pleins, des plots de vis ou des colonnes de fixation
Des patins de fixation épais ou des blocs de renfort
Des transitions brusques entre des parois fines et des sections épaisses
Une accumulation locale de matière près des angles, des intersections ou des nervures
Des structures internes placées derrière des surfaces esthétiques
Épaisseur de paroi inégale autour des zones fonctionnelles ou d’assemblage

Dans de nombreux projets, l’extérieur de la pièce peut paraître simple, mais la structure interne peut engendrer des zones locales épaisses. Ces zones sont souvent la véritable source des marques de retrait.

Risque de fabrication

Si les risques de marques de retrait ne sont pas examinés avant la mise en production, le projet pourrait rencontrer plusieurs problèmes de fabrication.

Les surfaces visibles peuvent ne pas satisfaire aux exigences esthétiques, notamment pour les boîtiers, les couvercles, les panneaux et les pièces plastiques destinées aux utilisateurs finaux.
Les marques de retrait situées près des poteaux de vis, des clips, des nervures ou des surfaces d’assemblage peuvent affecter l’acceptation par le client ou la résistance locale de la pièce.
Les zones épaisses peuvent nécessiter un temps de refroidissement plus long, ce qui augmente la durée du cycle et le coût de la pièce.
Des essais répétés du moule peuvent être requis pour ajuster la pression de remplissage, le temps de maintien, la température de la matière fondue, la température du moule, la taille de la gate ou les conditions de refroidissement.
Si la cause profonde provient de la géométrie de la pièce, un simple ajustement du processus peut ne pas suffire à résoudre le défaut, et une modification de la conception ou de l’outillage pourrait s’avérer nécessaire.

Points d’examen DFM

1. Épaisseur uniforme des parois

Une épaisseur de paroi uniforme constitue la première règle de conception pour réduire les marques de retrait. Les variations importantes d’épaisseur entraînent un refroidissement inégal et un retrait irrégulier. Lors de la révision DFM, il convient d’identifier dès le début les zones locales épaisses, les transitions brusques d’épaisseur ainsi que les surépaisseurs inutiles.

Lorsqu’une zone épaisse est indispensable pour assurer une fonction, on peut recourir au cœurage afin d’éliminer l’excès de matière et d’obtenir une épaisseur de paroi plus homogène. Protolabs recommande également d’éviter les variations d’épaisseur de paroi et de réaliser un cœurage dans les zones trop épaisses afin de diminuer le risque de marques de retrait.^[1]

2. Épaisseur des nervures

Les nervures améliorent la rigidité sans augmenter l’épaisseur globale de la paroi, mais des nervures trop épaisses peuvent provoquer des marques de retrait sur la face opposée.

Une règle DFM courante consiste à maintenir l’épaisseur des nervures entre 40 % et 60 % de l’épaisseur de la paroi adjacente, selon le matériau, les exigences esthétiques et la structure de la pièce. Pour les surfaces à haute brillance ou très visibles, un rapport plus faible est généralement préférable. Protolabs précise que les bossages doivent respecter une règle de 40 à 60 % par rapport à l’épaisseur de la paroi environnante afin d’éviter les marques de retrait, tandis que Xometry indique que l’épaisseur des nervures ne devrait normalement pas dépasser 60 % de l’épaisseur nominale de la paroi. ^[2][3]

3. Conception des bossages et des tiges filetées

Les bossages et les goujons sont souvent à l’origine des marques de retrait, car ils créent fréquemment des sections circulaires épaisses à leur base. Lors de la révision DFM, il convient de vérifier que les bossages ne présentent pas d’épaisseur excessive, qu’ils ne se trouvent pas derrière des surfaces esthétiques, que leurs angles de dépouille soient suffisants, que le noyautage soit correct et que la quantité de matière à la racine ne soit pas trop importante.

Une structure plus performante consiste généralement en un bossage noyauté soutenu par des nervures ou des entretoises plus fines, plutôt qu’en un bloc massif. Hubs recommande également d’évider les sections épaisses et d’utiliser des nervures pour renforcer la rigidité, tout en avertissant que des nervures trop épaisses peuvent entraîner des marques de retrait. ^[4]

4. Transitions d’épaisseur douces

Les transitions brusques entre des sections fines et épaisses augmentent les différences de retrait et la concentration des contraintes. Des transitions douces, ainsi que des rayons et des chanfreins, favorisent un écoulement plus régulier du matériau et réduisent les écarts locaux de refroidissement.

Pour une conception DFM pragmatique, les transitions de l’épaisseur vers la finesse doivent être progressives. L’angle exact de transition dépend de la fonction de la pièce, du matériau, de la conception du moule et des exigences esthétiques, mais le principe essentiel est d’éviter toute accumulation soudaine de matière.

5. Positionnement des surfaces esthétiques

Si des nervures, des bossages ou des patins de fixation se situent directement derrière une surface visible, le risque de marques de retrait visibles est nettement accru. Les surfaces esthétiques doivent être clairement indiquées sur le dessin 2D avant la conception du moule.

Cela aide le fournisseur à déterminer si l’épaisseur des nervures, la position des bossages, l’emplacement de la gate, la texture, le refroidissement ou le contrôle du processus nécessitent une attention particulière.

6. Positionnement de la porte et trajectoire de remplissage

L’emplacement de la gate influence la manière dont la matière fondue remplit la cavité et la façon dont la pression de compactage atteint les zones épaisses. Si la gate est trop éloignée d’une zone épaisse ou si elle se referme trop tôt, la pression de compactage risque de ne pas compenser efficacement le retrait.

Lors de la révision DFM et de la conception du moule, les zones épaisses doivent être examinées conjointement avec la position de la gate, sa taille, la longueur d’écoulement, les pertes de charge et le temps estimé de solidification de la gate.

7. Conception du refroidissement

Un refroidissement inégal peut rendre les marques de retrait plus difficiles à maîtriser. Les sections épaisses peuvent nécessiter un meilleur support de refroidissement, par exemple des canaux de refroidissement optimisés, des inserts locaux à conductivité thermique accrue ou un meilleur équilibre de la température du moule.

Autodesk souligne que les résultats relatifs aux marques de retrait fournis par Moldflow peuvent aider à identifier d’éventuels problèmes de conception ou de procédé liés à des caractéristiques opposées comme les nervures, et permettent d’estimer la probabilité et la profondeur des marques de retrait. ^[5]

8. Comportement du retrait des matériaux

Les différents plastiques rétractent différemment. Le PP, le PE, le PA, le POM, l’ABS, le PC, le PMMA ainsi que les grades chargés de verre peuvent présenter des comportements très variés lors du moulage. Les matériaux chargés de fibres peuvent réduire le retrait global, mais peuvent aussi engendrer un retrait directionnel selon l’orientation des fibres.

Le choix du matériau doit être étudié conjointement avec l’épaisseur des parois, la taille de la pièce, la conception des nervures, l’emplacement de la gate et les exigences esthétiques.

Suggestions pratiques

Pour les projets réels, le dépannage des marques de retrait doit suivre un ordre pratique : d’abord l’ajustement du processus, ensuite l’optimisation de l’outillage, et enfin, si nécessaire, le changement de matériau ou de conception. Cette séquence permet de réduire les modifications inutiles du moule tout en s’attaquant à la cause profonde.

Niveau de dépannage	Actions typiques	Quand utiliser	Remarques
1. Ajustement du processus	Augmenter la pression/la durée de surmoulage, ajuster la température de la matière fondue et celle du moule, optimiser la vitesse d’injection, prolonger le temps de refroidissement	Méthode d’essai la plus rapide lorsque les marques de retrait sont légères ou liées au processus	Valider par le poids de la pièce, son aspect et sa stabilité dimensionnelle
2. Optimisation de l’outillage	Ajuster la taille/l’emplacement de la gate, améliorer le refroidissement local, modifier les zones épaisses, ajouter des noyaux ou optimiser les inserts	Lorsque l’ajustement du processus ne suffit pas à résoudre les marques de retrait	Plus efficace pour traiter les problèmes de cause profonde, mais nécessite des travaux sur le moule
3. Changement de matériau ou de conception	Utiliser une résine à faible retrait, une grade chargée en verre, optimiser l’épaisseur de paroi ou repenser la structure	Lorsque le risque de retrait est lié au matériau ou à la géométrie du produit	Devrait être évalué avant la mise en production de l’outillage, lorsque cela est possible

1. Optimiser la pression de surmoulage et le temps de maintien

Étant donné que les marques de retrait se forment souvent pendant la phase de surmoulage et de refroidissement, la pression de surmoulage et le temps de maintien constituent généralement les premiers paramètres de processus à examiner. Selon Autodesk Moldflow, la manière la plus efficace de réduire ou d’éliminer les marques de retrait consiste à contrôler correctement la pression de surmoulage.^[6]

Lors des essais en moule, la pression de surmoulage peut être augmentée progressivement dans une plage de traitement sécurisée. La durée de maintien doit être suffisamment longue pour que la gate se solidifie et que le poids de la pièce se stabilise. Une méthode pratique pour déterminer la durée de maintien consiste à utiliser la méthode du poids de la pièce : augmenter la durée de maintien par paliers jusqu’à ce que le poids de la pièce moulée ne progresse plus de manière significative.

Certaines usines peuvent commencer les essais avec une pression de surmoulage équivalente à environ 80 à 90 % de la pression de remplissage, mais cela ne doit pas être considéré comme une règle universelle. Le réglage final dépend du type de résine, de l’épaisseur de la pièce, de la conception de la gate, de la capacité de la machine, de la structure du moule ainsi que du risque de flash.

2. Ajuster soigneusement la température de fusion et la température du moule

Une température de fusion plus élevée peut réduire la viscosité et améliorer l’écoulement du matériau vers les zones épaisses, ce qui peut favoriser la compensation lors du surmoulage. Toutefois, une température de fusion trop élevée peut entraîner un allongement du cycle, un risque accru de dégradation ou des problèmes de retrait.

La température du moule influence également la solidification de la surface et la fenêtre de surmoulage. Pour certaines zones à paroi épaisse, une température locale légèrement plus élevée peut retarder la prise en surface et permettre un meilleur surmoulage. Cependant, cela doit être compensé par un temps de refroidissement adéquat, une durée de cycle optimisée et une stabilité dimensionnelle satisfaisante.

3. Optimiser la vitesse d’injection

La vitesse d’injection affecte l’équilibre du remplissage, l’orientation moléculaire, la densité locale ainsi que la transmission de la pression. Pour les sections épaisses, une stratégie de remplissage plus douce peut réduire les variations de densité et faciliter le transfert ultérieur de la pression de surmoulage. Toutefois, cette vitesse doit aussi éviter les défauts tels que les coulées incomplètes, les marques d’écoulement, le jetting ou une cisaillement excessive.

4. Prolonger le temps de refroidissement si nécessaire

Si la pièce est éjectée avant que les zones épaisses ne soient suffisamment solidifiées, le retrait post‑éjection peut se poursuivre et les marques de retrait deviendront plus visibles. Allonger le temps de refroidissement peut améliorer la stabilité dimensionnelle, particulièrement pour les pièces comportant des bossages, des nervures ou des patins de montage épais. L’inconvénient est un cycle plus long ; il convient donc d’évaluer les modifications apportées au refroidissement en tenant compte de leur impact économique.

5. Améliorer la position et la taille de la porte

Si une section épaisse ne reçoit pas assez de pression de surmoulage, il peut être nécessaire de revoir l’emplacement ou la taille de la gate. En général, les zones épaisses doivent être positionnées aussi près que possible des chemins efficaces de surmoulage. Des gates plus grandes ou mieux placées peuvent réduire les pertes de pression et retarder la solidification de la gate, permettant ainsi une meilleure compensation du retrait volumétrique.

Pour les nouveaux moules, la stratégie de gate doit être revue avant la mise en production. Pour les moules existants, modifier la gate peut s’avérer utile, mais cela peut influencer l’apparence, les lignes de soudure, l’équilibre d’écoulement ainsi que les besoins en découpe.

6. Renforcer le refroidissement local

Pour les marques de retrait sévères dues à une concentration locale de chaleur, la conception du refroidissement est souvent plus importante que le simple ajustement des paramètres. Parmi les améliorations possibles, on peut citer l’ajout de canaux de refroidissement près des zones épaisses, l’utilisation d’inserts à haute conductivité thermique, comme le cuivre béryllium lorsque cela est approprié, ou encore l’optimisation du réseau de canaux de refroidissement.

Pour les pièces complexes, un refroidissement conformal ou des circuits de refroidissement optimisés peuvent aider à réduire les points chauds et à uniformiser le retrait. La distance exacte du refroidissement et la configuration des canaux doivent être déterminées en fonction de la structure du moule, du matériau utilisé, de l’acier du moule, de la résistance des inserts ainsi que des exigences d’entretien.

7. Réduire les accumulations locales de matière dans l’outillage ou la conception de la pièce

Si la section épaisse en plastique est à l’origine du problème, la solution la plus efficace consiste à réduire l’accumulation de matière. Cela peut inclure le fraisage des zones épaisses, la diminution de l’épaisseur des nervures, l’affinement des bases des bossages, l’ajout de structures creuses ou encore la modification de la disposition des renforts.

Pour les nervures, on utilise généralement une règle d’épaisseur de paroi comprise entre 40 et 60 %, mais les surfaces cosmétiques à haute brillance peuvent nécessiter des nervures plus fines. Quant aux bossages, un bossage creux soutenu par de fines nervures est souvent plus sûr qu’un poteau cylindrique plein.

8. Envisager des matériaux à faible retrait ou chargés

Si le plastique sélectionné présente un fort taux de retrait, il peut être envisagé de changer de matériau. Les matériaux chargés de verre rétrécissent souvent moins globalement que les résines non chargées, mais ils peuvent entraîner un retrait anisotrope et affecter la résistance, l’aspect, les lignes de soudure, l’usure des outils ainsi que la finition de surface.

Le choix d’un nouveau matériau doit être étudié conjointement avec les exigences de performance du produit, les tolérances dimensionnelles, l’aspect visuel, les contraintes de certification et le coût.

9. Utiliser l’analyse d’écoulement dans le moule pour les pièces à haut risque

Pour les pièces comportant des sections épaisses, des exigences esthétiques élevées, des nervures complexes ou des outillages coûteux, l’analyse d’écoulement dans le moule permet d’identifier les zones à risque élevé de retrait avant la fabrication du moule. Autodesk précise que les résultats relatifs aux marques de retrait peuvent prévoir le comportement potentiel de ces défauts sur des caractéristiques opposées, comme les nervures. ^[5]

L’analyse d’écoulement ne remplace pas le jugement technique, mais elle s’avère utile pour examiner l’emplacement des points d’alimentation, l’équilibre d’écoulement, la pression de compactage, la configuration du refroidissement, le retrait volumétrique ainsi que les éventuels points chauds avant la découpe de l’acier.

Quand demander à un fournisseur une révision

Vous devriez demander à votre fournisseur une analyse DFM avant la mise en production si votre pièce plastique présente :

Surfaces cosmétiques visibles
Nervures derrière les parois extérieures
Bossages, tiges filetées ou éléments d’insertion
Une épaisseur de paroi inégale ou des zones locales particulièrement épaisses
Des patins de fixation épais ou des blocs de renfort
Grandes surfaces planes
Exigences strictes d’assemblage
Des exigences d’aspect très brillant ou texturé
Un projet de moule prototype ou de moule de production

Un examen précoce du DFM permet d’identifier si le risque de marques de retrait est principalement lié à la conception de la pièce, aux paramètres de moulage, à la structure du moule, à la conception du refroidissement ou au choix des matériaux. Il est généralement plus facile et moins coûteux de prévenir les marques de retrait avant la fabrication du moule que de les corriger après l’essai du moule.

Conclusion

Les marques de retrait sur les pièces plastiques moulées par injection sont principalement dues à un retrait volumétrique inégal et à une compensation insuffisante lors de la phase de remplissage dans les zones épaisses. Ce risque augmente lorsque la pièce présente une épaisseur de paroi inégale, des nervures épaisses, des bossages pleins, des accumulations locales de matière, un mauvais positionnement de la gate, un remplissage insuffisant ou un refroidissement inégal.

La meilleure méthode de prévention consiste à examiner la conception avant la réalisation de l’outillage : maintenir l’épaisseur de paroi aussi uniforme que possible, creuser les sections épaisses, concevoir correctement les nervures et les bossages, utiliser des transitions douces, marquer clairement les surfaces d’apparence et analyser le comportement de retrait des matériaux.

Lors de l’essai du moule, il convient d’abord d’ajuster les paramètres de processus, en particulier la pression de remplissage, la durée de maintien, la température de la matière fondue, la température du moule, la vitesse d’injection et le temps de refroidissement. Si ces réglages ne suffisent pas à résoudre le problème, il peut être nécessaire d’optimiser l’outillage, d’améliorer le refroidissement, de modifier la gate, de changer le matériau ou de redessiner la pièce.

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Références

[1] Protolabs, Défauts du moulage par injection et moyens de les prévenir. https://www.protolabs.com/en-gb/resources/blog/injection-moulding-defects-and-how-to-prevent-them/

[2] Protolabs, Lignes directrices concernant l’épaisseur de paroi en moulage par injection. https://www.protolabs.com/resources/design-tips/improving-part-design-with-uniform-wall-thickness/

[3] Xometry, Nervures plastiques pour la conception en moulage par injection. https://www.xometry.com/resources/injection-molding/plastic-ribs-for-injection-molding-design/

[4] Hubs, Guide de conception pour le moulage par injection. https://www.hubs.com/guides/injection-molding/

[5] Autodesk, Résolution des défauts visuels. https://www.autodesk.com/blogs/design-and-manufacturing/resolving-visual-defects/

[6] Aide d’Autodesk Moldflow, Dépannage des marques d’affaissement et des vides. https://help.autodesk.com/view/MOLDFLOW/2013/ENU/caas.html?url=caas%2Fvhelp%2Fhelp-dev-autodesk-com%2Fv%2FSimulation-Moldflow%2Fenu%2F2013%2FHelp%2F3Insight-360%2F5146-Troubles5146%2F5159-Molding-5159%2F5173-Troubles5173.html