Les procédés de mise en forme

L'essentiel

Un procédé de mise en forme, c'est la façon de fabriquer une pièce pour lui donner sa forme. On peut enlever de la matière (l'usinage, la découpe laser), en ajouter (l'impression 3D), ou lui donner sa forme sans rien enlever ni ajouter — en la déformant (le pliage, le thermoformage) ou en la coulant, rendue fluide, dans un moule (le moulage, l'injection). Il reste ensuite à assembler les pièces, de façon fixe (collage, soudure) ou démontable (vis, clips).

Chaque procédé convient à un type de pièce.

Comprendre

Une fois le matériau choisi, il faut lui donner la forme voulue : c'est le rôle des procédés de mise en forme. On part toujours d'une matière première (une plaque, un bloc, un fil, des granulés ou une matière liquide) et on la transforme en une pièce de la forme souhaitée. Pour s'y retrouver, on classe ces procédés en trois grandes familles, selon ce qu'ils font à la matière.

Première famille : l'enlèvement de matière. On part d'une pièce plus grande que la pièce finale et on retire ce qui est en trop. C'est le cas de l'usinage, où un outil qui tourne arrache des copeaux, et de la découpe laser, qui découpe une silhouette dans une plaque.

Ces procédés laissent des chutes ou des copeaux. Deuxième famille : l'ajout de matière. La fabrication additive (l'impression 3D) fait l'inverse : elle dépose la matière petit à petit, couche par couche, pour construire la pièce, en n'utilisant presque que la matière nécessaire.

Troisième famille : la mise en forme sans enlever ni ajouter de matière. Ici, la quantité de matière ne change pas : on la déforme (pliage, thermoformage) ou, rendue fluide, on la coule dans un moule (moulage, injection). Une fois les pièces obtenues, il reste souvent à les réunir : c'est l'ASSEMBLAGE, que le programme cite à côté des procédés d'obtention et de mise en forme.

Un assemblage peut être FIXE — collage, soudure, rivet : on ne peut plus séparer les pièces sans les abîmer — ou DÉMONTABLE — vis et écrou, boulon, clips, goupille : on peut défaire puis refaire l'assemblage. Ce choix compte beaucoup : un objet assemblé par des vis se répare et se recycle bien plus facilement qu'un objet collé, dont il faut souvent casser les pièces pour l'ouvrir. Choisir un procédé ne se fait donc pas au hasard : chaque famille convient à un type de pièce, et le mode d'assemblage engage la suite de la vie de l'objet.

Au laboratoire de technologie, on dispose surtout de trois moyens de production : la découpe laser, le centre d'usinage et l'imprimante 3D.

Le cours

Concevoir un objet ne suffit pas : il faut aussi fabriquer ses pièces, c'est-à-dire leur donner leur forme définitive. C'est le rôle des procédés de mise en forme, les techniques qui transforment la matière première en une pièce de la forme souhaitée. Cette matière première peut se présenter sous différentes formes de départ : une plaque, un bloc, un barreau, un fil ou des granulés, voire une matière rendue liquide.

Pour comprendre et comparer ces procédés, on les classe en trois grandes familles selon leur action sur la matière. Les procédés par enlèvement de matière partent d'une pièce plus grande que la pièce finale et retirent ce qui est en trop : l'usinage retire des copeaux avec un outil qui tourne (une fraise), et la découpe au laser découpe une forme dans une plaque. Ces procédés produisent des chutes ou des copeaux, c'est-à-dire de la matière perdue.

Le procédé par ajout de matière, la fabrication additive ou impression 3D, fait l'inverse : il dépose la matière couche par couche pour construire la pièce, en n'utilisant presque que la matière nécessaire, donc en limitant les pertes. Enfin, les procédés de mise en forme sans enlever ni ajouter de matière n'enlèvent ni n'ajoutent rien — la quantité de matière ne change pas : on la déforme (pliage, thermoformage) ou, rendue fluide, on la coule dans un moule (moulage, injection). On plie une tôle (pliage), on ramollit une plaque de plastique par la chaleur pour la plaquer contre un moule (thermoformage), ou on verse une matière rendue fluide dans un moule où elle se solidifie (moulage, injection).

Les pièces obtenues sont ensuite réunies : c'est l'assemblage, troisième terme de la liste du programme (« Les procédés d'obtention de pièce (ajout et enlèvement de matière), de mise en forme (pliage, thermoformage) et d'assemblage (fixe et démontable) »). Un assemblage FIXE — collage, soudure, rivetage — lie les pièces définitivement : pour les séparer, il faut abîmer l'objet. Un assemblage DÉMONTABLE — vis et écrou, boulon, clips, goupille — peut être défait puis refait autant de fois qu'on veut.

Le choix entre les deux n'est pas anodin : un boîtier vissé s'ouvre pour changer une pile ou réparer une carte, alors qu'un boîtier collé s'ouvre en le cassant. C'est ce qui relie ce chapitre à l'indice de réparabilité et à l'éco-conception étudiés ensuite : un objet conçu avec des assemblages démontables se répare, se démonte en fin de vie et se recycle mieux. Au laboratoire de technologie, on utilise surtout trois moyens de production : la découpe au laser, le centre d'usinage et l'imprimante 3D.

Dans l'industrie, on retrouve les mêmes familles, à plus grande échelle. Le choix d'un procédé se caractérise par le type de pièce qu'il permet d'obtenir : forme plate ou volumique, simple ou complexe, à l'unité ou en grande série, plus ou moins précise. La découpe laser convient aux pièces plates et fines, l'usinage aux pièces volumiques précises, l'impression 3D aux formes complexes à l'unité, le moulage aux grandes séries.

Bien choisir le procédé, en lien avec le matériau et la forme voulue, est donc le point de départ de toute fabrication.

Les erreurs fréquentes

Penser qu'un seul procédé permet de fabriquer toutes les pièces, quelle que soit leur forme.

Chaque famille de procédés convient à un type de pièce : la découpe laser pour les pièces plates, l'usinage pour les pièces volumiques précises, l'impression 3D pour les formes complexes, le moulage pour les grandes séries. On choisit le procédé selon la pièce voulue.

Confondre les trois familles : croire que tous les procédés enlèvent de la matière.

On distingue trois familles : l'enlèvement (usinage, laser) retire de la matière, l'ajout (impression 3D) en dépose couche par couche, et la mise en forme sans enlever ni ajouter de matière n'en retire ni n'en ajoute : on la déforme (pliage, thermoformage) ou, rendue fluide, on la coule dans un moule (moulage, injection).

Tu maîtrises la notion si…

• Décrire un procédé de mise en forme comme la façon de donner sa forme finale à une pièce à partir de la matière première.
• Identifier et nommer les trois familles de procédés : enlèvement de matière, ajout de matière et mise en forme sans enlever ni ajouter de matière.
• Distinguer un assemblage FIXE (collage, soudure, rivet) d'un assemblage DÉMONTABLE (vis, boulon, clips) et relier ce choix à la réparabilité de l'objet.
• Classer un procédé donné (usinage, découpe laser, impression 3D, pliage, thermoformage, moulage) dans la bonne famille.

Vérifie que tu as compris

1. À quoi sert un procédé de mise en forme ?

   Réponse À donner sa forme finale à une pièce à partir de la matière première

   Un procédé de mise en forme est la façon de fabriquer une pièce pour lui donner sa forme. On les classe en trois familles : enlèvement de matière, ajout de matière et mise en forme sans enlever ni ajouter de matière.

2. Dans quelle famille classe-t-on la découpe laser et l'usinage ?

   Réponse L'enlèvement de matière

   La découpe laser et l'usinage retirent de la matière (chutes, copeaux) : ce sont des procédés par enlèvement. L'impression 3D ajoute de la matière ; le pliage et le thermoformage la déforment, et le moulage la coule fluide dans une empreinte : ces trois procédés forment la famille « mise en forme sans enlever ni ajouter de matière ».

3. Parmi ces façons de réunir deux pièces, laquelle est un assemblage DÉMONTABLE ?

   Réponse Une vis et son écrou, que l'on peut dévisser puis revisser

   Le programme distingue les assemblages FIXES et DÉMONTABLES. Un assemblage démontable (vis et écrou, boulon, clips, goupille) se défait puis se refait sans rien abîmer. La colle, la soudure et le rivet donnent au contraire un assemblage fixe : pour séparer les pièces, il faut les détériorer.