Comment réduire les coûts des outils d’extrusion grâce à une conception améliorée

Réduire les coûts des outils d’extrusion plastique ne signifie pas toujours recourir à des matériaux moins coûteux ou simplifier le processus de fabrication. Dans de nombreux cas, les plus grandes économies découlent d’une conception plus intelligente du produit, d’une géométrie des outils optimisée et d’une meilleure compréhension du fonctionnement du processus d’extrusion.

Les outils d’extrusion sur-mesure constituent une partie importante de l’investissement dans un nouveau tube ou un nouveau profil en plastique. Cependant, le prix initial des outils ne représente qu’une partie du coût total de fabrication. La vitesse de production, la consommation de matière première, l’utilisation des machines et le nombre de produits fabriqués dans chaque cycle de production peuvent avoir un impact encore plus important sur le coût final par mètre ou par pièce.

Au ST Plastics, Nous croyons que la conception des outils doit toujours être prise en considération en parallèle avec la géométrie du produit, le polymère choisi et le volume de production prévu. Quelques décisions d’ingénierie prises au début d’un projet peuvent considérablement améliorer l’efficacité de la fabrication tout au long de la durée de vie du produit.

1. Simplifier la géométrie du produit avant de concevoir l’outil

L’une des méthodes les plus efficaces pour réduire les coûts des outils d’extrusion consiste à examiner la géométrie du produit avant de commencer la fabrication des outils.

Parfois, un profil comporte des caractéristiques asymétriques qui compliquent la conception des outils, la distribution des matériaux et l’étalonnage, ce qui rend l’opération plus complexe que nécessaire. Si l’application le permet, la réorganisation du profil en forme symétrique peut rendre la production beaucoup plus efficace.

Cela ne signifie pas nécessairement compromettre la fonctionnalité du produit. Cela signifie rechercher des possibilités d'obtenir les mêmes performances techniques avec une géométrie plus facile à extruder et plus économique.

2. Utiliser l’extrusion à plusieurs voies pour augmenter la production

Une solution particulièrement pratique pour les petits profilés en plastique consiste à repenser le produit et les outils d’extrusion de manière à pouvoir produire simultanément deux produits identiques.

Par exemple, un profil asymétrique peut être redessiné pour devenir un profil symétrique, permettant à un outil d’extrusion à deux voies de produire deux produits en parallèle. Au lieu de fabriquer un produit par cycle de production, la machine produit deux produits en même temps.

Lorsque les volumes de production sont particulièrement élevés, le même principe peut être étendu aux outils à quatre voies. C’est une solution excellente lorsque les dimensions du produit, les caractéristiques du matériau et les exigences de refroidissement le permettent.

Le principal avantage est que le temps d’exploitation des machines et les ressources productives peuvent être utilisées plus efficacement. Bien que l’utilisation de plusieurs outils puisse nécessiter un investissement initial différent, la production accrue peut réduire considérablement les coûts d’outillage et de traitement alloués à chaque produit individuel.

3. Optimiser le flux de matière et la vitesse d’extrusion

Une autre opportunité importante pour réduire les coûts découle de la conception et de l’ingénierie réelles de l’outil d’extrusion.

Une matrice d'extrusion bien conçue assure une distribution équilibrée du matériau, une épaisseur uniforme de paroi et une géométrie du produit stable. Des canaux de flux adéquats, des dimensions de matrice et des ratios de retrait peuvent contribuer à augmenter la vitesse de production tout en respectant les tolérances dimensionnelles requises et la qualité du produit.

La relation entre le flux de matière, la géométrie de la presse, le refroidissement et le retraitage est particulièrement importante. Il ne suffit pas simplement d’augmenter la production de l’extruder. L’ensemble du processus de production doit être optimisé pour maintenir un résultat stable à des vitesses plus élevées.

Un produit qui fonctionne à 60 mètres par minute au lieu de 2 mètres par minute peut radicalement modifier l’économie de la fabrication. Toutefois, pour atteindre ces vitesses, il faut combiner correctement le design des outils, les caractéristiques du polymère, la capacité de refroidissement et les paramètres du procédé.

4. Choisissez le bon matériau avant de finaliser l’outil

La sélection du matériau est un autre facteur crucial dans l’optimisation des outils d’extrusion. Le PVC, le PE, le PP, l’ABS, le TPU et d’autres thermoplastiques se comportent différemment lors de l’extrusion. Leur viscosité, leur résistance à la fusion, leurs propriétés thermiques, leur retrait et leurs caractéristiques de refroidissement influencent tous la façon dont le matériau circule à travers la matrice et le comportement du produit final.

C’est pourquoi les outils ne doivent jamais être conçus indépendamment du polymère sélectionné. Un moule optimisé pour le PVC ne pourra pas offrir les mêmes performances lors de la fabrication du polyéthylène ou du polypropylène.

Choisir le matériau approprié dès le début du processus de développement permet aux ingénieurs de concevoir les canaux de flux, les dimensions des moules et le système de calibration adéquats. Cela peut éviter des modifications inutiles des outils, des retards de production et des pertes de matériaux.

5. Pensez au processus de production dans son ensemble

La solution d’extrusion la plus économique n’est pas nécessairement celle qui présente le prix d’usinage initial le plus bas. C’est la solution qui offre le coût de fabrication total le plus bas pour un volume de production requis.

Il convient également de prendre en considération d'autres facteurs, tels que la disponibilité des machines, le temps de transition entre les opérations, les opérations de découpe, le contrôle de la qualité et l'emballage. Un procédé d'extrusion plus rapide permet de réaliser des économies réelles uniquement lorsque les opérations en aval peuvent suivre l'augmentation de la production.

Conclusion : une meilleure ingénierie permet de réduire les coûts de production

Réduire les coûts des outils d’extrusion ne consiste pas seulement à fabriquer un outil moins coûteux. Il s’agit plutôt d’ingénier un produit et un processus de fabrication qui fonctionnent efficacement ensemble.

De la simplification des profils asymétriques à l’introduction de lignes de production à deux ou quatre voies, en passant par l’optimisation du flux de matières et l’augmentation de la vitesse d’extrusion, des améliorations de conception relativement modestes peuvent entraîner des économies considérables à long terme.

Plus tôt ces opportunités seront identifiées, plus il sera facile d’éviter des dépenses inutiles liées aux outils et de mieux optimiser le coût final par produit.