Le moulage par transfert de résine à haute pression (HP-RTM) est de plus en plus utilisé dans la production en série de pièces en plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP) pour les modèles i3 et i8 de BMW. Cette technologie est considérée par certains comme une nouveauté, tandis que d’autres la voient comme une modernisation des premiers processus de RTM, tels que celui utilisé il y a 25 ans pour fabriquer des pièces pour la Dodge Viper. Alors, qu’est-ce qui différencie le HP-RTM du RTM traditionnel ? “Le temps de cycle est beaucoup plus rapide que le RTM standard”, souligne Matthias Mayr, responsable de la gestion de projet chez ENGEL AUSTRIA GmbH. Et cette différence est symbolisée par les initiales “HP”. Par rapport au RTM classique, qui est désigné par les initiales “LP”, le HP-RTM peut atteindre une pression de 150 bars dans la tête de mélange et de 30 à 120 bars à l’intérieur du moule, en fonction de la taille et de la géométrie de la pièce. L’automatisation joue également un rôle clé dans le HP-RTM, mais cela nécessite un investissement supplémentaire en termes de capital et de contrôle du processus. Les fournisseurs d’équipements confirment que cet investissement est réalisé dans le but de produire des structures légères intégrées, avec des temps de cycle inférieurs à 10 minutes.
Les caractéristiques du HP-RTM
Le HP-RTM utilise toujours une préforme en fibres, un moule fermé, une presse et un système d’injection de résine, mais ce dernier est désormais une tête de mélange à impact, similaire à celle développée pour les applications en mousse de polyuréthane dans les années 1960. Les fournisseurs de systèmes de dosage/mélange/injection pour les industries du polyuréthane et du moulage par injection réactionnelle ont été parmi les premiers à développer le HP-RTM, notamment Krauss-Maffei Corporation, Hennecke Inc., FRIMO Inc. et Cannon USA Inc. Le HP-RTM permet de produire des pièces avec une teneur en fibres plus élevée (jusqu’à 75 % en poids) par rapport à la technique de moulage par injection réactionnelle structurale (SRIM), qui utilise des résines mixtes injectées dans une préforme en fibres. Cette dernière présente une teneur en fibres inférieure, généralement jusqu’à 30 % en poids.
Réduire le temps de cycle du moule
Le HP-RTM a permis le développement de résines plus réactives et à durcissement plus rapide. BMW a adopté une résine époxy EPIKOTE à durcissement rapide pour ses premiers toits en CFRP, et un système époxy Araldite LY 3585/Hardener XB 3458 pour le module Life de la i3. En collaboration avec BASF et Volkswagen, KraussMaffei a démontré le processus avec un délai de cycle de 5 minutes pour un montant B en CFR. Dow Automotive Systems a également amélioré son époxy VORAFORCE 5300, faisant passer le temps de cycle du moule de moins de 90 secondes en 2014 à moins de 60 secondes en 2015. Il faut noter que le temps de cycle global ne dépend pas seulement du temps de durcissement, mais de l’ensemble du processus, de la fabrication de la préforme jusqu’au processus de HP-RTM lui-même. Les étapes de préparation de la préforme et de nettoyage du moule sont également importantes.
Pression versus préforme
BMW cherche à augmenter la perméabilité de la préforme pour faciliter la pénétration rapide et facile de la résine. Une autre option consiste à réduire la viscosité de la résine. Par ailleurs, l’industrie explore des solutions comme le moulage par injection à compression haute pression (HP-CRTM), qui permet d’injecter de la résine dans un moule partiellement fermé. Cette méthode nécessite moins de force de serrage et de pression, ce qui se traduit par des coûts d’investissement réduits. Deux innovations prometteuses sont également en cours de développement : l’in-situ polymérisation à base de thermoplastique (TP-RTM ou T-RTM) et le polymère thermoplastique acrylique liquide Elium d’Arkema. Ces innovations permettent d’obtenir un meilleur équilibre entre la pression d’injection, la perméabilité de la préforme et la viscosité de la résine.
L’adoption de la technologie HP-RTM par l’industrie automobile
Les fabricants automobiles commencent à investir dans des machines HP-RTM. Toutes les machines utilisées pour la production des modèles i3 et i8 de BMW sont des machines de dosage de KraussMaffei, et d’autres constructeurs automobiles ont suivi. Engel a vendu des unités de serrage à BMW, à l’Université de Warwick au Royaume-Uni et à un fournisseur de l’industrie automobile mexicaine, et d’autres projets sont en cours. Arkema construit une ligne HP-RTM pour utiliser Elium dans la production de pièces automobiles et effectue actuellement des essais avec cinq constructeurs automobiles. Bien que le HP-RTM ait encore du chemin à faire, il est clair que de plus en plus d’entreprises s’intéressent à cette technologie prometteuse pour la production de pièces en composites structuraux.
