thermique par le Conformal Cooling

Optimisation de la 

thermique par le 

Conformal Cooling 

Guillaume Vansteenkiste, chef de projet PEP 

EXPERTISE ET INNOVATION TECHNOLOGIQUE EN PLASTURGIE

Fabrication des outillages d’injection 

CONFORMAL 

COOLING 

Problématique: comment maitriser la température dans le moule d’injection? 

Manque de place pour les canaux de refroidissement, 

Zone critique difficile d’accès, soit important gradient de température, 

Inertie Thermique du moule. 

Solution du CONFORMAL COOLING avec l’ADDITIVE MANUFACTURING 

Fabrication d’outillage d’injection : 

Usinage : refroidissement succession de 

cylindres 

Fusion Laser : refroidissement avec canaux 

complètement libre de forme 

Conséquences : 

Rapprochement des surfaces moulantes : 

gain en temps de cycles (~10 à 40%) 

Meilleure répartition des canaux : meilleur 

contrôle de la température et une plus 

grande homogénéité 


Additive Manufacturing 

CONFORMAL 

COOLING 

Grandes familles de Mise en Forme des matériaux : 

Par ablation Par déformation Par addition 

Sculpture Poterie Architecture 

Usinage Emboutissage Fabrication rapide/ 

Procédé génératif 

? 



CONFORMAL 

COOLING 

Principes des procédés génératifs : fabriquer une pièce directement à partir de sa CAO par 

apport de matière et sans outillage 

Possibilité de créer des formes internes complexes 

Pièce 

Apport de 

matière 

CAO pièce 

Exemple de canal 

complexe 



CONFORMAL 

COOLING 

Principes de la fusion laser métallique : transformer poudre métallique en bloc de métal 



CONFORMAL 

COOLING 

Principes de la fusion laser métallique : transformer de la poudre métallique en bloc de métal 



CONFORMAL 

COOLING 

Exemple de machine de fusion laser métallique: 

Caractéristiques machine EOS : 

Volume de construction : 250 x 250 x 215 mm 

Précision : +/- 0.05mm 

Épaisseur de couches : 20 ou 40 µm 

Caractéristiques machine PHENIX: 

Volume de construction : 250 x 250 x 300 mm 

Précision : +/- 0.05mm 

Épaisseur de couches : 20, 40 et 80 µm 

Machine EOS M270 

Poudres utilisées : 

Acier outillage Maraging (1.2709) 

Inox 1.4545 PH1 

Pour autres domaines d’application: 

CoCr, Ti6Al4V, Inconel, Aluminium… 

Machine PHENIX PXL 



CONFORMAL 

COOLING 

Exemple de machine de fusion laser métallique: 


Fusion laser en injection 

CONFORMAL 

COOLING 

Objectifs : 

Réduire les temps de cycles des moules d’injection 

Réduire la durée de mise au point du moule (T° homogène) 

Améliorer la qualité des pièces produites 

Remplacer le CuBe (matériaux à risque pour la santé) 

Technologie : 

Fusion laser de poudres métalliques 

Réalisé par strates de 40 µm 

Caractéristiques acier Maraging (équivalent Z38CDV5) : 

Dureté : 37 à 54 HRC après durcissement. 

Densité : 99,8 % 

Méthodologie : 

1. CAO – Etude thermique avec SIGMA 3D 

2. Etude fluidique avec FLOWORKS 

3. Fabrication par fusion laser 

4. Finition UGV 5 axes 

5. Contrôle de débit et contrôle thermique (fourniture d’un P.V de contrôle) 

6. Traitement thermique (pour obtenir la dureté souhaitée) 



CONFORMAL 

COOLING 

Retour d’utilisateurs: Fusion laser pour refroidissement 

Retour d’utilisateurs: Fusion laser en application Chaud / Froid 


CONCEPTION ET REALISATION D’OUTILLAGES METALLIQUES 

USINAGE DE PIECES MECANIQUES DE PETITES ET MOYENNES SERIES 

GABARITS ET MOYENS DE CONTRÔLE 

Accompagnement dans la différenciation Produits/Process/Services 

• Technologies Généralistes 

(mono-matière, multi-matières, 

dévissage, surmoulage d’inserts, 

silicone liquide) 

■ Contact commercial : Nathalie DIDIERLAURENT 

21, rue François Rochaix 01104 OYONNAX 

Tél : 04 74 12 12 60 - Fax : 04 74 77 99 85 

www.technimold.eu 

EXPERTISE ET INNOVATION TECHNOLOGIQUE EN PLASTURGIE 

• Technologies Innovantes 

(Plastronique, Optimisation 

thermique, Chaud/Froid)

UNE SOLUTION FIABLE DANS LE TEMPS 

Deux noyaux en Maraging 180 x 150 x 150 ( Hauteur moulante = 100 mm ) 

Matière : PP 20% FV 

Recherche d’une régulation homogène 

Régulation dans des zones inaccessibles traditionnellement 

Pas de reprise d’usinage des formes moulantes 

Bilan : 

‣ Production depuis Avril 2008 

‣Plusieurs centaines de milliers de pièces produites 

‣Aucune anomalie constatée ( fissuration; fuite; grippage; détérioration état de surface ) 


DU FROID AU CHAUD 

Moule bi-matière 2+2 empreintes 

Buse d’injection 

Objectif : 

‣ Maintien d’une température faible a l’intérieur de la buse dans un environnement de température 

élevée. 

‣ Permettre une transition rapide froid/chaud en extrémité. 


MAITRISE DES DEFORMATIONS 

Consigne : 40°C 

Consigne : 12°C 

Noyau : 35/36°C 

Noyau : 18/21°C 

Pièce : 84°C max 

Pièce : 54°C max 

Deux noyaux en Maraging 180 x 70 x 115 ( hauteur moulante = 75 mm ) 

Matière P/E 

Pièce d’aspect grainée sensible à la déformation ( amovible dans le véhicule ) 

Réguler le sommet du noyau ( largeur 5 mm environ ) 

Maintenir une bonne gèometrie de la pièce a l’état libre 

Résultats : 

‣ Maxi 3°C de delta de température entre le différentes zones du poinçon en cycle 

‣ Pincement de la pièce inférieur au millimètre. 

‣ Aspect zones visibles homogène ( brillance ) 



CONCLUSIONS 

Bilan et perspectives : 

‣ Une technologie fiable et éprouvée 

‣ Une bonne opportunité de différenciation (qualité et cout ) 

‣ Mais une diffusion encore difficile 

‣Outil d’amélioration de performance et non un palliatif 

Les axes de progrès : 

‣ Rapidité et dimensions des équipements 

‣ Prix de la techno (matière première et mise en œuvre ) 



CONFORMAL 

COOLING 

Retour d’utilisateurs: Fusion laser pour refroidissement 

Retour d’utilisateurs: Fusion laser en application Chaud / Froid 


QUI EST AGP Développement 

AGPDéveloppement 

Nombre d’employés: 170 

Chiffre d’Affaires: 20 M€ 

Nombre de moules par an 200 

MOULES HAUTE CADENCE 

EMBALLAGE A PAROIS MINCES 

Iso 9001 

MOULES TECHNOLOGIES MULTI 

INJECTION 

MOULES PRODUITS TRES TECHNIQUES 

German Institute 

Innovations axées sur la performance des moules 

Mandat crédit impôts recherches 


Dans le cadre des innovations axées sur la performance des moules: 

Georges Pernoud propose depuis 8 ans: 

TECHNOLOGIE 

FUSION LASER 


LA METHODOLOGIE: 

Cibler avec le client l’intérêt de l’utilisation de la fusion laser 

- Qualité visuelle. Aspect 

- Temps cycle 

- Caractéristiques mécaniques du produits 

Estimer et comparer un temps de cycle: 

Rhéologie par PEP axée sur masses matières 

ou zones chaudes 

Pré étude faisabilité du moule 

en technologie Fusion laser et 

comparatif prix 

Possibilité d’aménager la pièce 

Estimation comparatif entre temps cycle 

technologie traditionnelle et Fusion Laser 

Choix de la technologie 

traditionnelle ou Fusion laser 


Réaliser les empreintes et le moule 

Pernoud: Finaliser la pré étude avec intégration des pavés laser et transmission au PEP 

PEP: Modélisation des pavés fusion laser: circuits régulation, calculs fluidiques 

Pernoud: Validation aspects mécaniques et fiabilité générale du moule 

PEP: Réalisation des pavés sur plaque de base Pernoud 

Pernoud: récupération des pavés et intégration dans le moule 

Valider les résultats lors des essais: 

Essais du moule 


Conformités aux hypothèses de départ

1 ER EXEMPLE: COVER CLUSTER OPEL CORSA 

Année 2008 

Un premier moule 2 empreintes à déjà été réalisé par 

notre client équipementier 

Presse 750 Tonnes 

Matière: Copolymer PA 6.6 

CIBLAGE DE L’INTERET: 

Actuellement les pièces sont peintes pour assurer la qualité visuelle demandée au CDC (surcoût) 

Le temps de cycle à été rallongé pour gérer la déformation: 70 secondes 

Un taux de rebuts important 

ENGAGEMENT SUR OBJECTIFS: 

Temps cycle: 49 secondes 

Conformité visuelle: suppression de la peinture 

Conformité dimensionnelle: gérer les déformées 


Réalisation de l’expertise Rhéologie 

Modification du point d’injection 

Modification des épaisseurs pour 

préférentiels de remplissage 

(validation avec client final) 


Réalisation de l’expertise Rhéologie 

Modifier la position de la ligne de soudure sur zone 

non visible 


- Modéliser la régulation. 

- Réalisation des noyaux et intégration dans moule 

Poudre acier Maraging 1.2709 

(traitement revenu à 50 HRC) 


ESSAIS DE VALIDATION 


VALIDER LES HYPOTHESES 

Vue avec caméra thermique du PEP 

Homogénéité thermique : ∆ t° < 10 °C 


VALIDER LES RESULTATS ET L’ENGAGEMENT 

ENGAGEMENT SUR OBJECTIFS: 

Temps cycle: Initial: 70 sec. – Engagement: 49 sec. – Réalisé: 43 sec 

Conformité visuelle: accepté par client final: suppression de la peinture 

Conformité dimensionnelle: Dimensionnel et montabilité acceptée 

Septembre 2012: 

550000 injections réalisées 


BOITIER THERMOSTAT BSE DV EURO 5 

Année 2009: 

Matiere: PA 66 GF 30 

Presse 250 T 

Moule 2 empreintes 

1 er moule réalisé en technologie classique 

Cycle: 48 secondes 

Ciblage de l’intérêt: 

- 2 autres moules à développer en simultané pour assurer la 

capacité 

- Opportunité de faire un comparatif des 2 technologies avec 1 er 

moule en technologie classique 


CONCLUSIONS SUR LE PRODUIT 

Zones à optimiser: 

caissons 

Zone à optimiser en 

régulation 

Zone à optimiser en 

régulation 


ETUDE ET REALISATION 

Traditionnel 

Fusion Laser 


LES RESULTATS: 

- La température pièce chute de 20° avec la solution fusion laser 

- Forte atténuation de la déformation pièce 

Homogénéité 

thermique sur 

pièce à moins 

de 10 °C 

Classique 

Avec insert 

fusion laser 

OPTIMISATION FINALE DU PROCESS: 

Temps cycle 1 er moule: 48 secondes 

Temps cycle 2eme moule: 35 secondes 


UN POINT NEGATIF: 

Un des insert s’est rapidement dégradé: 

- Régulation et circulation d’eau dans cet insert pratiquement inexistante 

- Production de vapeur d’eau 

- Oxydation rapide des ponts intérieurs et effondrement du pavé 

Remédes: 

- Un circuit séparé de régulation pour un meilleur débit d’eau 

- Remplacement de l’insert avec nouvelle modélisation du circuit 

Septembre 2012: 

600000 injections au compteur sur ce moule 

Performance identique au démarrage 


REPARTITEUR ADMISSION AIR FORD 

Presse: 750 Tonnes 

Moule: 2 empreintes 

Matière: PA 6.6 GF30 

Design figé par client final: fortes épaisseurs liées à contraintes températures et 

effort 

Les objectifs: 

Objectif temps cycle: 

- techno classique: 70 sec 

- Engagement objectif: 50 sec 


Solutions technique: 

Choix de répartition des pavés Fusion Laser dans les zones massives et réseau de nervures 

Homogénéité 

thermique sur 

pièce à moins 

de 10 °C 



Nous vous remercions de votre attention

Système chaud-froid 

CONFORMAL 

COOLING 

Mise en place d’un système de contrôle en température SISE dans le cadre du projet NewPIM 

Problématique d’injection d’un pièce MIM (fortement chargé en particules métalliques) / 

synthèse du cahier des charges soumis à la SISE: 

Principe : Monter en température pour faciliter l’injection, la répartition des particules et améliorer 

les états de surfaces, descendre en température pour éjecter la pièce 

Besoin : Mise en dialogue de la presse et du système chaud / froid pour un pilotage en fonction de 

la température dans le moule 

Choix technique : liquide caloporteur huile, utilisé par ALLIANCE 


LA PLASTURGIE SOUS 

CONTRÔLE 

Spécialiste dans les systèmes de contrôle de 

température et de process dédiés principalement 

à l'industrie de transformation des matières 

plastiques par injection 


Le Monde de SISE: 

La Plasturgie sous Contrôle 

Thermorégulation 

Régulation Canaux Chauds 

PSP Contrôle de Process 

Supervision d'Atelier 

Injection Séquentielle 


Le projet NewPIM 

Régulation thermique d’un moule par 

technologie chaud – froid + acquisition 

de mesures dans le moule. 

Moule : 1 circuit chaud + 1 circuit froid 

Capteurs moule : 2 capteurs de pression 

empreinte + 1 thermocouple K 

Matériel SISE : 

• 1 thermo a huile SISE pour circuit 

chaud (travail à 180 °C) 

• 1 thermo a huile SISE pour circuit 

froid (travail à 60 °C) 

• 2 vannes 3 voies + 1 coffret de 

contrôle du cycle de régulation 

thermique 

• 1 système PSP pour l’acquisition 

des mesures 


Principe du cycle thermique 

Etat initial : 

•Circuit froid du moule non alimenté= thermo 

froid en by -pass 

•Circuit chaud alimenté par thermo chaud 

•Lancement timer temps de chauffe 

Si température T a atteint le seuil haut SH 

(SH=150°C) ou Timer temps de chauffe atteint : 

Autorisation top départ cycle machine 

Après un temps TIMER ou evt machine (Top début 

maintien, top fin maintien, …) : 

•Circuit chaud du moule non alimenté= 

thermo chaud en by -pass 

•Circuit froid alimenté par thermo froid 

•Lancement timer temps de refroidissement 

Si température T a atteint le seuil bas SB 

(SB=80°C) ou timer temps de refroidissement 

atteint : 

•Circuit froid du moule non alimenté= thermo 

froid en by -pass 

•Autorisation top éjection pièce 

Après un temps TIMER ou evt machine : 

Retour Etat initial 


Les avantages de l’huile sur cette application 

• Température fluide jusqu’à 250°C avec les appareils utilisés 

• Sécurité de l’installation : le circuit reste à la pression atmosphérique, pour des 

températures jusqu’à 350°C 

• Pérennité de l’outillage : Pas de risque d’entartrage des circuits de faible diamètre (Ø=2 mm) 

• Excellent échange thermique, encore amélioré par l’optimisation des canaux par le 

« conformal cooling » : profil de température très réactif 

La technologie SISE appliquée à l’huile 

Pas de « cracking » car: 

• Basse densité de chauffe des résistances 

• Pas de contact direct entre les résistances et le fluide pas de point 

chaud 

• Maitrise des conditions d’écoulement donc de l’échange thermique 

en tout point 


Les technologies chaud-froid 

• Chauffe par vapeur, refroidissement par eau froide 


Les technologies chaud-froid 

• Chauffe par eau chaude, refroidissement par eau froide 

• Maitrise des rampes de chauffe et de refroidissement 

•Maitrise de l’homogénéité thermique d’outillages de grande longueur 

•Réserve de puissance en chaud et froid 


Présentation du PIM 

CONFORMAL 

COOLING 

Procédé PIM : Powder Injection Molding: 

Combinaison de l’injection plastique et de la métallurgie des poudres (métalliques ou céramiques) 

Feedstock : Catamold 316 LG de BASF AG 

~ 60% de poudre métallique 316L 

+ 40% de liant polymère (POM 90% + PE 10%) 


Objectif pour la fusion laser 

CONFORMAL 

COOLING 

Système de circulation optimisé pour le chaud/froid : 

Chauffe du moule avant injection pour améliorer le remplissage, 

Refroidissement après pour augmenter la vitesse de cycle. 

Objectifs : Améliorer le remplissage de la pièce lors de l’injection : 

Meilleure homogénéité des charges, 

Moins de ségrégation. 

Canaux imbriqués chaud-froid 


Temperature of Solid [°C] 

Validation de la Cao des canaux 

CONFORMAL 

COOLING 

Etude rhéologique : 

Identification des zones chaudes. 

Etude fluidique : 

Vérification de l’équilibrage, 

Simulation de la perte de charge en fonction du débit, 

3L/min => 1,4 Bar avec huile, 0,6 Bar avec eau. 

Etude thermique : 

Validation de l’obtention d’un gradient de T° 

suffisant : 70°, avec phase de chauffe de 20s 

Etude mécanique : 

Usure : 52HRC suffisant pour le PIM 

Canaux circulaires suffisamment distants de la surface moulante 

(dans le cas contraire, simulation mécanique de l’outillage) 

140 

120 

100 

=> Outillage capable de tenir 1 million de cycles 

80 

60 

40 


20 

Température minimum 

0 

Température moyenne 

0 20 40 60 80 

Température 

100 

maximale 

120 

-20 

Physical time (s)

Fabrication des inserts 

CONFORMAL 

COOLING 

Préparation des fichiers pour 

fabrication et intégration dans la 

gamme opératoire 

Broche: 

Ajout surépaisseur d’environ 1 mm 

pour reprise d’usinage, 

(généralement 0,5 mm est suffisant), 

Intégration de canaux pour 

évacuation de la poudre avant 

découpe fils, 

Système de centrage pour reprise au 

tour. 



CONFORMAL 

COOLING 

Préparation des fichiers pour 

fabrication et intégration dans la 

gamme opératoire 

Matrice: 

Ajout surépaisseur d’environ 1 mm 

pour reprise d’usinage, 

(généralement 0,5 mm est suffisant), 

Retrait de matière de 0,5mm pour 

surface non fonctionnelle, non en 

contact avec le moule, 

Intégration support pour fermeture de 

la voute, 

Comblement des perçages pour les 

capteurs. 



CONFORMAL 

COOLING 

Préparation des fichiers pour fabrication et 

intégration dans la gamme opératoire 

Fabrication: 

Inserts fabriqués sur la EOS M270 en acier 

maraging 1.2709, 

Traitement thermique de vieillissement, 

Reprise en usinage par le mouliste: 

- tournage et surfaçage de la broche, 

- surfaçage de la matrice, 

- enfonçage des surface moulantes de la 

matrice, 

- perçage des emplacements des capteurs 

de la matrice. 


Contrôle des inserts 

CONFORMAL 

COOLING 

Avant envoi outillage, ou après usinage possibilité de tester sur banc de contrôle : 

Validation de l’évolution de la perte de charge en fonction du débit, 

Vérification par camera infrarouge du bon comportement en température des inserts : 

- célérité de réponse des canaux, 

- équilibrage des réseaux, 

- révélation d’obstruction. 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

Broche conventionnelle 

Canaux parallèles 

Canaux couplés 

Débit 3.1L/min par canal 

0 5 10 15 20 25 


Pièce après déliantage et densification 

CONFORMAL 

COOLING 

Résultat avec injection Catamold 316L: 

Cycle chaud/froid efficace avec cyclage commandé par capteur thermique 

dans le moule, 

Meilleur aspect de surface : ouverture de nouveaux domaines 

d’application : joaillerie, aéronautique… 

Réduction de 70% du temps d’injection avec la fusion laser 

Liquide caloporteur / système de 

régulation 

Canaux 

Températures 

consignes 

Temps de cycle 

(en s) 

Usinés 75-140 179 

Huile / SISE 

Fusion laser 

75-140 50 

75-160 71 

Moule traditionnel 

75-180 73 


Moule fusion laser

Synthèse sur la fusion laser 

CONFORMAL 

COOLING 

Domaine d’application : Emballage, Electronique, Automobile… 

Objectifs : réduire le temps de cycle, remplacer le CuBe, amélioration de l’homogénéité 

thermique des pièces. 

Gain en temps de cycle validé 10 à 40%, plus généralement 15 à 20% pour refroidissement 

conventionnel => Gain de productivité estimé : 15 à 100k€/an. 

Surcoût de la fusion laser : 5k€ à 20k€ => Retour sur amortissement : 2 à 9 mois. 

Cas chaud-froid : la fusion laser permet un changement de température efficace de 

l’outillage, soit un temps de cycle correcte de l’ordre de la minute (le cycle en 

conventionnel est à multiplier par 4) 

2007 2008 2009 2010 2011 

PEP Nbr d’applications 

outillage SLM 

6 15 50 90 110 


Crédit photos : PEP – Olivier GUERRIN PHOTOGRAPHE - LPKF 

Contact : 

M. Guillaume Vansteenkiste 

Chef de Projet R&D 

fusionlaser@poleplasturgie.com 

2, rue Pierre et Marie Curie 

BP 1204 – Bellignat 

01117 Oyonnax Cedex – France 

: +33 (0) 4 74 81 92 60 

: +33 (0) 4 74 81 92 61 

www.poleplasturgie.com 


Système chaud-froid 

CONFORMAL 

COOLING 

Résultat avec injection polymère PC: 

Température de régulation : température des 

thermorégulateurs : 

basse 60°C, 

haute 180°C, 

Consignes températures ; température des capteurs 

dans le moule pour injection et éjection : 

éjection 80°C, 

injection varie entre 120 et 150°C, 

Temps de cycle varie entre 60 et 450s 

Gain jusqu’à 80% sur outillage conventionnelle, 

(Généralement seulement 30 % sur régulation 

conventionnelle) 

Consignes Conventionnel Fusion laser Gain 

80-120°C 170s 60s 65% 

80-130°C 170s 61s 65% 

80-140°C 260s 67s 75% 

80-150°C 450s 80s 80% 


Injection PIM 

CONFORMAL 

COOLING 

Résultat avec injection Catamold 316L: 

64% en volume de poudre 316L, 

36 % en volume de liant, composition du liant : 

POM 90% en masse, 

PE 10% en masse. 

Efficacité de la chauffe peut conduire au retour à un 

état mou du polymère si mal maitrisé => nécessité 

de maitrise des phases de chauffe et de 

refroidissement.

thermique par le Conformal Cooling

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