Dans le développement des pièces en plastique, les simulations sont devenues incontournables. Des tests dans la pratique permettent de les optimiser. Dans le cadre d’un projet particulier, Technology & Innovation (T&I) contribue de manière décisive à affiner un outil de simulation numérique interne de Freudenberg, utilisé dans le développement de thermoplastiques. L’atelier de construction d’outils de Laudenbach joue ici un rôle important.
Le plastique est en plein essor. La tendance à la construction légère, qui se dessine depuis des années déjà, se trouve renforcée plus encore par la mobilité électrique. Moins de poids grâce à des éléments en thermoplastique légers, remplaçant les pièces en métal lourdes, permet d’augmenter l’autonomie des véhicules. De plus, des pièces en plastique complexes peuvent réunir des fonctions multiples, servant à la fois souvent de boîtier, de joint, de blindage électronique, ou collectant des mesures par des capteurs intégrés. Produites en grande quantité en particulier, elles sont aussi particulièrement rentables.
Avec un laboratoire propre, T&I a renforcé il y a quelques années la compétence de FST dans le développement de solutions nouvelles en plastique. La pièce maîtresse de ce laboratoire est une machine de moulage par injection entièrement automatique pour la production de spécimens proches de la série. Sa particularité est un concept de matrice développé par FST. « Nous n’avons pas besoin de fabriquer un outil complet à grands frais pour chaque échantillon nouveau. La matrice reste la même, seul l’insert varie, c’est-à-dire que nous modifions uniquement les cavités spécifiques pour la pièce. Ainsi, l’étude et la construction d’outils, et par suite l’ensemble du processus de développement, sont plus rapides et moins chers », explique Matthias Hauer, spécialiste de la transformation des plastiques à T&I.
Prévoir la durée de vie
Dans ce cas précis, l’échantillon fabriqué à 150 exemplaires porte le nom de Multiload Test Specimen. Sa particularité : il n’est pas destiné à un projet du client, mais à des fins internes. La commande venait de Freudenberg Technology Innovation (FTI), dans le cadre d’un « Common Project » de Freudenberg. L’objectif premier est ici pour FST d’élaborer dans le domaine des thermoplastiques le même savoir-faire que celui existant depuis des dizaines d’années dans les élastomères, et de pouvoir développer des pièces tout aussi complexes.
Un facteur décisif est la simulation numérique, en particulier en ce qui concerne la solidité et la résistance à long terme. « On a besoin d’un outil numérique pour simuler les matériaux dans la pièce », explique Matthias Hauer. L’objectif est une prévision fiable de la durée de vie à l’utilisation. Plus le modèle de simulation est au point et précis – c’est ici la méthode des éléments finis qui est utilisée –, plus la durée de vie calculée sera fiable.
Les 150 Multiload Test Specimen conçus et fabriqués par T&I ont pour seule fin de contrôler le modèle de simulation de Freudenberg dans la réalité. Matthias Hauer le formule ainsi : « Comme un sparring-partner, ces pièces servent à vérifier les prévisions de la simulation ». Les échantillons sont tirés, courbés, pressés, tordus, soumis à des tests statiques, dynamiques, des vibrations par gonflage et dégonflage. « Les caractéristiques du matériau et les données mesurées sont ensuite intégrées à nouveau au modèle de simulation pour optimiser celui-ci. C’est un développement de fond précieux. Nous avons besoin de modèles probants de ce type ici, chez nous, pour concevoir des pièces avec des matériaux nouveaux que nous développons en propre, et pour exploiter de nouveau groupes de produits et de nouveaux domaines d’application. »
Le spécimen « Multiload Test Specimen » (à droite) a vu le jour dans l’outil fabriqué à Laudenbach.
Reproduire la totalité du cycle de création du produit
Matthias Hauer relève ici un des grands atouts de T&I lors de tels projets, qu’ils soient internes ou destinés aux clients : « Dans le développement des pièces en plastique, nous reproduisons chez nous la totalité du cycle de création du produit, de l’idée à la pièce sortant de l’outil. Nos domaines de compétence, la technologie matériaux, le développement de produits, ainsi que la technique de production et les process, englobent la totalité de la chaîne de valeur. »
En fait partie ici la coopération avec le FNGP Regional Office en Malaisie (MRO), dont les collaborateurs sont familiarisés avec le concept de matrice de la machine de moulage par injection entièrement automatique de T&I. Autres atouts de T&I dans le développement de pièces en plastique : la construction d’outils propre. « La géométrie du Multiload Test Specimen, composé de poches et de côtes, est complexe, l’outil est donc un défi. Sa fabrication exigea une grande palette de procédés d’usinage mécanique. Il n’en est que plus remarquable que cela ait fonctionné du premier coup : les tout premiers spécimens déjà ont pu être démoulés sans problème. Les collègues de Laudenbach ont vraiment fait un travail formidable », souligne Matthias Hauer.
