Presque tous les produits que nous achetons sont conditionnés dans un emballage qui nécessite un processus de fabrication spécifique. Au fil des ans, ces emballages ont adopté des conceptions uniformes, souvent adaptées à la forme et à la géométrie du produit. Aujourd'hui, la plupart des équipements d'emballage sont automatisés pour optimiser l'efficacité et accélérer la production. Les machines d'emballage sont pilotées par des machines à commande numérique (CNC), ce qui permet de réduire les coûts de main-d'œuvre.
Cependant, diverses technologies CNC, telles que les découpeuses et les fraiseuses (entre autres), offrent également de nombreux avantages dans ce domaine, notamment en matière de conception. Cet article se concentrera sur ces technologies de découpe plutôt que sur les machines d'emballage à commande numérique.
Avantages par rapport aux autres méthodes
Lorsqu'il s'agit d'emballage, les routeurs, broyeurs, coupeurs, etc. présentent quelques avantages clés par rapport aux autres types de technologies. En termes de production à grande vitesse et en faible volume, ces machines CNC vous rapporteront bien plus pour votre argent que le moulage par injection et la fabrication additive, par exemple. Même si la fabrication additive peut être moins chère dans certains cas, elle est beaucoup plus lente et souvent moins précise. L’emballage doit également être cohérent et uniforme dans tous les domaines, ce dans quoi les routeurs et les usines sont les meilleurs.
Le moulage par injection peut n'être approprié que pour des volumes élevés et peut donc entraîner des coûts inutiles sur des tirages à faible volume. Le moulage par injection, comme son nom l’indique, nécessite un moule, ce qui peut prendre du temps (des semaines, voire des mois dans certains cas). De plus, même si le moulage par injection est moins cher dans ces volumes plus importants, les coûts initiaux du moule peuvent éclipser ces économies par rapport aux routeurs.
Une autre caractéristique importante dont disposent certaines tables CNC est la possibilité de numériser la forme précise du produit. De cette manière, la production éventuelle d’un insert ou d’un emballage est beaucoup plus simple. Ceci est particulièrement utile dans la programmation de produits aux formes complexes.
D’un autre côté, il convient de préciser que les méthodes CNC soustractives ne sont pas toujours la solution la plus appropriée. Étant donné que l'emballage implique souvent de créer un espace dans lequel le produit principal peut reposer et se reposer, les produits volumineux qui nécessitent des coupes plus profondes entraîneraient plus de gaspillage sur le bloc de matériau et plus de temps pour découper leur forme grâce à des méthodes de production soustractives. Dans ces cas-là, une autre méthode de production peut être plus appropriée.
De même, toutes les machines CNC ne sont pas adaptées à tous les types d'emballages, comme nous le verrons ci-dessous. Les utilisateurs doivent savoir ce qu’ils attendent d’une machine, puis décider quelle machine acheter, mais le meilleur choix est d’opter pour un système plus polyvalent, comme un routeur polyvalent hybride doté d’une gamme d’options de coupe différentes. Les machines CNC dotées d'une gamme suffisamment large peuvent être capables de traiter les plastiques, les mousses, le bois et tous les autres matériaux que l'on peut envisager pour leurs besoins d'emballage.
Palettes et conteneurs en plastique pour emballage extérieur
De nombreuses entreprises utilisent des palettes en plastique pour l'emballage extérieur lors du transport de marchandises courantes. Certaines formes de colis, comme les blocs et les cubes, sont plus universelles. Par conséquent, ces palettes peuvent être réutilisées pour différents types de transport et pour une gamme de produits compatibles. La découpe CNC apporte dans ce domaine des améliorations par rapport aux procédés de production traditionnels.
Des entreprises comme Graco Packaging utilisent quotidiennement un même lot de palettes pendant plusieurs années. Fabriquées à l'aide d'une fraiseuse CNC, ces palettes épousent parfaitement les dimensions complexes des pièces. Leur durée de vie est bien supérieure à celle des palettes fabriquées par d'autres procédés, et leurs clients les utilisent généralement pour tous leurs besoins en matière d'emballage et de transport.
D'autres projets d'emballage peuvent nécessiter une solution plus complète enveloppant intégralement le produit. Dans ce cas, on peut recourir à des contenants en plastique. Le plastique ondulé constitue une solution idéale, car il est flexible, durable et se prête facilement à la fabrication de diverses formes. La découpe et le découpage au jet d'eau sont des méthodes courantes pour créer ces solutions de stockage.
Pour les opérations d'emballage et de transport plus exigeantes, il est préférable d'utiliser des plastiques à haute résistance aux chocs. Tout chargement destiné à être transporté par avion ou conteneur métallique doit être beaucoup plus robuste et nécessitera une machine 5 axes pour sa découpe. Les réglages et les outils varient selon le type de plastique. Par exemple, le PET peut être formulé de différentes manières : non renforcé ou renforcé de fibres de verre, par exemple. Il est essentiel de se renseigner sur le matériau à usiner et sur la vitesse de broche, le type de fraise et les outils nécessaires pour un traitement précis.
Considérations relatives aux inserts en mousse
L'emballage ne se limite pas à la boîte extérieure ; il peut également inclure des inserts et des protections intérieures en mousse, comme c'est souvent le cas pour les outils et les produits électroniques. Les machines de découpe, les routeurs et les fraiseuses peuvent usiner une large gamme de matériaux pour répondre à ces besoins d'emballage plus complexes. Cependant, différents matériaux et applications nécessitent différentes machines CNC.
L'emballage plastique est probablement l'application la plus courante des outils de découpe CNC. Il s'agit très souvent de matériaux comme la mousse d'emballage classique que l'on trouve à l'intérieur des cartons pour protéger les produits pendant le transport. Ces matériaux peuvent être fabriqués en mousse de polyuréthane (PU), en polyéthylène (PE) ou en d'autres plastiques courants. Pour les applications nécessitant des inserts de protection et des emballages sur mesure, la mousse découpée par CNC est fréquemment utilisée afin de créer des cavités internes précises qui épousent la géométrie du produit et réduisent les mouvements pendant le transport.
Par exemple, le polyuréthane est assez dur et possède une densité élevée, et par conséquent, une fraise à défoncer est parfaite pour ce travail.
En revanche, la mousse PE est plus légère et comparativement moins rigide. Par conséquent, même si les fraises à défoncer peuvent la perforer, elles risquent de produire des coupes imprécises et irrégulières. Il est déconseillé d'utiliser une fraise à défoncer pour découper des mousses légères comme celle-ci, car cela peut altérer le résultat final et le rendre inesthétique. La mousse PE et les autres mousses légères nécessitent des outils spécifiques, tels que des lames de couteau.
Il est plus avantageux d'opter pour une machine polyvalente équipée des outils adéquats, programmée pour découper tous types de mousse. Cela peut s'avérer extrêmement utile pour résoudre tout problème lié au traitement de la mousse et permet un processus de production plus flexible.
Cela peut inclure des tables CNC à double ou triple axe Z, configurables avec une broche de fraisage et un ou deux couteaux différents. Les machines à triple axe Z permettent également la découpe et le rainage du carton ondulé. L'association d'une broche spécifique (à dégagement rapide ou à pince) avec un couteau oscillant ou tangentiel facilite la découpe de différents types de mousse, notamment le PE à cellules fermées ou ouvertes. Ces machines CNC polyvalentes sont idéales pour les petites séries et peuvent s'avérer essentielles pour le prototypage.
Ensuite, le choix de la fraise est une étape cruciale. Une fraise à spirale montante permet d'appliquer une force ascendante sur le matériau, ce qui peut entraîner son soulèvement et la création de contours ou de profondeurs de coupe indésirables ; elle n'est donc pas idéale dans toutes les situations.
À l'inverse, une fraise à spirale descendante risque de repousser le matériau vers le bas, entraînant une perte de matière supérieure à celle souhaitée. Il en résulte une cavité plus large ou une pièce plus petite lors de la découpe du profil. La plupart des mousses se prêtent bien à une machine équipée d'une fraise droite à deux dents. Celle-ci n'exerce qu'une faible force radiale sur le matériau et permet une découpe avec une déformation minimale, pour une finition lisse et nette.
Les mousses posent souvent un autre problème : leur maintien en place. Comme ces matériaux sont généralement très légers et poreux, il peut être difficile de les fixer avec un système de vide standard. La solution la plus courante consiste à utiliser une pompe à vide ou un souffleur, mais chacun présente des caractéristiques propres.
Les souffleurs déplacent un volume d'air supérieur aux pompes ; par conséquent, si la mousse est légèrement poreuse, un souffleur peut s'avérer plus efficace. Il présente l'avantage de limiter les fuites d'air à travers les orifices pendant son fonctionnement, assurant ainsi un processus plus régulier. D'autres solutions peuvent également être utilisées en complément. Les matériaux poreux peuvent être maintenus en place grâce à l'application d'un film plastique à faible adhérence sur leur face inférieure. Ce film assure une bonne étanchéité et peut être facilement retiré ultérieurement.
Avantages de conception
Les instruments de musique, les amplificateurs et les consoles de grande valeur, par exemple, nécessitent un transport délicat. Leur emballage doit être extrêmement soigné et compact afin d'éviter tout dommage, notamment pour les longs trajets interurbains. Les défonceuses équipées de lames tangentielles et oscillantes sont particulièrement adaptées à cet usage, car l'emballage en mousse des instruments de musique, éclairages et accessoires coûteux résiste aux aléas de la route.
L'usinage CNC permet également d'intégrer avec précision de petites rainures et des détails dans la conception. Ces détails, même minimes, peuvent améliorer l'adhérence de l'emballage ou de l'insert. Ces améliorations contribuent grandement à la sécurité des produits dans leurs boîtes et les empêchent de glisser d'une palette.
Un autre avantage, en termes de conception, réside dans une meilleure aptitude à la réutilisation. Des plastiques plus résistants et une meilleure malléabilité permettent de fabriquer des produits de meilleure qualité et plus durables.
