Brevet FR2583333A1 — publié le 19861219

Procédé pour réaliser un modèle de pièce industrielle et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé pour réaliser un modèle de pièce industrielle et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Il peut être utile de disposer de quelques modèles d'une pièce industrielle, par exemple d'une pièce mécanique, avant de lancer une fabrication en série d'une telle pièce. Ces modèles peuvent être en général réalisés en un matériau différent de celui de la pièce définitive. Ils peuvent servir à réaliser des essais préliminaires tels que des études hydrodynamiques ou en soufflerie. Ils peuvent être nécessaire aussi pour effectuer des études commerciales de marché. Ils peuvent être utiles pour réaliser des moules de fabrication et des modèles déformés pour l'holographie. Or, on sait que l'étude et la mise au point de nouvelles pièces industrielles sont actuellement facilitées et accélérées par l'emploi de la méthode dite de "conception assistée par ordinateur" (C.A.O.). Lorsqu'on utilise cette méthode, la forme de la pièce est déterminée à l'aide d'un ordinateur, de sorte que les données chiffrées définissant la forme de la pièce sont disponibles dans les mémoires de sortie de cet ordinateur. Pour réaliser actuellement des modèles de telles pièces, il est nécessaire d'abord de faire effectuer des plans cotés au bureau d'étude à partir de ces données chiffrées, puis de réaliser des maquettes dans un atelier mécanique, de façon artisanale. Cette méthode de réalisation de modèles présente l'inconvénient d'être longue et coûteuse. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif pour fabriquer rapidement et à moindre coût des modèles de pièces industrielles à partir de données chiffrées définissant la forme de ces pièces. La présente invention a pour objet un procédé pour réaliser une pièce industrielle, caractérisé en ce qu'il comporte - un dépôt d'un matériau visqueux sur une plaque horizontale à travers un injecteur, ce matériau contenant une résine monomère, - un déplacement de l'injecteur pendant le dépôt suivant un balayage s'effectuant en fonction du temps, à partir de la plaque, par plans horizontaux superposés, - une solidification du matériau visqueux après sa sortie de l'injecteur, le débit du matériau visqueux dans l'injecteur étant synchronisé avec le déplacement de cet injecteur pour que le matériau visqueux solidifié forme, à la fin du balayage, ledit modèle, de forme identique à celle de la pièce industrielle. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le matériau visqueux comporte un additif pour augmenter la viscosité de la résine monomère et rendre ce matériau thixotrope. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l1inven- tion, la solidification s'effectue par illumination, par un rayonnement optique, du matériau visqueux après sa sortie de l'injecteur. Dans ce cas, la résine monomère peut être du type unifonctionnel ou du type polyfonctionnel, et le matériau visqueux peut comporter en outre un amorceur photochimique pour provoquer sa solidification par illumination. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la solidification s'effectue en mélangeant à la résine monomère un produit d'amorçage thermique avant le passage de la résine à travers l'injecteur. La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte - un système de mémoires contenant des informations représentatives de la forme de la pièce industrielle, - un circuit de traitement relié au système de mémoires et capable, à partir de ces informations, de diviser le volume de la pièce en une pluralité de volumes élémentaires et de délivrer successivement des signaux représentatifs de la position de ces volumes élémentaires rangés suivant un premier balayage du volume de la pièce, - un réservoir contenant un liquide visqueux constitué au moins par une résine monomère, - une pompe électrique commandée par le circuit de traitement, l'entrée de la pompe étant reliée au réservoir, cette pompe étant capable de délivrer à sa sortie un volume de liquide visqueux égal au volume élémentaire balayé au cours du balayage, - un injecteur relié à la sortie de la pompé par une canalisation souple, - des moyens reliés au circuit de traitement pour déplacer l'injecteur au-dessus d'une plaque horizontale suivant un deuxième balayage identique au premier balayage, ce deuxième balayage s'effectuant à partir de la plaque - et des moyens pour solidifier le liquide visqueux injecté, après sa sortie de l'injecteur de manière à former sur la plaque successivement des volumes élémentaires du modèle constitué par le liquide visqueux solidifié. Selon un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens pour solidifier le matériau visqueux comportent une source d'un rayonnement optique et des moyens pour diriger ce rayonnement vers la plaque. La source peut comporter une pluralité de générateurs optiques et les moyens pour diriger le rayonnement vers la plaque peuvent comporter des réflecteurs associés respectivement auxdits générateurs optiques. Les moyens pour diriger le rayonnement vers la plaque peuvent aussi comporter un faisceau de fibres optiques, les faces planes situées à une extrémité du faisceau étant couplées à la source, l'autre extrémité du faisceau étant fixée sur l'injecteur. Si l'injecteur est tubulaire suivant un axe vertical, les parties des fibres optiques situées à l'autre extrémité du faisceau peuvent être réparties régulièrement autour dudit axe vertical, parallèlement à cet axe. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens pour solidifier le matériau visqueux comportent un réservoir d'un produit d'amorçage thermique, le réservoir étant relié à un organe mélangeur disposé en série sur la canalisation reliant la pompe à l'injecteur. Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, utilisant un procédé photochimique pour réaliser la solidification du matériau visqueux, - la figure 2 est une vue schématique dans l'espace d'une partie du dispositif illustré par la figure 1, - la figure 3 montre en détail dans l'espace un organe faisant partie du dispositif illustré par la figure 1, - la figure 4 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, utilisant aussi un procédé photochimique pour solidifier le matériau visqueux - et la figure 5 représente schématiquement un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, mettant en oeuvre un procédé de polymérisation thermique pour solidifier le matériau visqueux. Sur la figure 1 est représenté un système de mémoires 1, disposé à la sortie d'un ordinateur, non représenté, qui a été utilisé pour déterminer, par la méthode C.A.O., les caractéristiques d'une pièce industrielle. Une pompe électrique 2 est reliée à la sortie du système 1 à travers un circuit de traitement 3. L'entrée de la pompe 2 est reliée à un réservoir 4 contenant un matériau visqueux. Un injecteur rigide 6, de forme tubulaire, est en communication avec la sortie de la pompe 2 par une canalisation souple 5. L'injecté teur 6 est disposé à l'intérieur d'un manchon 7, de façon à pouvoir coulisser verticalement dans ce manchon à l'aide d'une crémaillère 10 accouplée à un moteur 8 connecté électriquement à la sortie du circuit de traitement 3. La sortie de l'injecteur 6 est placée au-dessus d'une plaque horizontale 9 sur laquelle on se propose de former un modèle de la pièce industrielle. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte en outre une source d'énergie optique telle qu'un générateur laser 11. L'entrée d'un faisceau 12 de fibres optiques est couplée optiquomont à la sortie du générateur laser 11, tandis que la sortie du faisceau 12 est fixée sur l'injecteur 6 de façon que le rayonnement optique sortant du faisceau 12 soit dirigé vers la sortie de l'injecteur 6. Le dispositif comporte en outre des moyens de déplacement du manchon 7 dans un plan 13 disposé parallèlement au-dessus de la plaque 9. Ces moyens comportent des moteurs électriques 14 connectés à la sortie du circuit 3. La figure 2 permet de mieux se rendre compte comment peuvent être réalisés les moyens de déplacement du manchon 7. Deux moteurs électriques 14 et 15, respectivement solidaires de deux rails 16 et 17, sont fixés parallèlement à la plaque 9 sur un support 18 reposant sur la plaque 9. Deux vis sans fin sont fixées respectivement au bout des arbres des deux moteurs 14 et 15 et entrainent deux pignons dentés dont les axes sont fixés sur deux chariots mobiles 19 et 20 coulissant le long des rails 16 et 17. Un troisième rail 21 est fixé transversalement sur les chariots 19 et 20. Un moteur 22, fixé à l'extrémité du rail 21, entraine, par l'intermédiaire d'une autre vis sans fin et d'un autre pignon denté, un chariot 23 coulissant le long du rail 21. Le manchon 7 et le moteur 8 sont fixés sur le chariot 23. La figure 3 montre comment peuvent être placées les parties des fibres optiques du faisceau 12 fixées sur l'injecteur 6. Ces fibres telles que 24, 25 et 26 sont réparties régulièrement autour de l'axe 27 de l'injecteur 6, parallèlement à cet axe. Pour cela, elles sont immobilisées dans des encoches périphériques 28 de supports circulaires 29 et 30 fixés sur l'injecteur 6. Les faces de sortie des fibres 24, 25, 26 sont disposées de sorte que les rayonnements optiques 31, 32, 33 sortant de ces faces n'éclairent pas l'extrémité 34 de l'injecteur, mais se concentrent dans un petit volume axial 35 séparé de l'extrémité 34 de l'injecteur par un petit espace 36. Le dispositif illustré par les figures 1, 2 et 3, fonctionne de la manière suivante. Le matériau visqueux contenu dans le réservoir 4 est composé d'une résine monomère, mélangée de préférence avec un additif modifiant ses propriétés d'écoulement de façon à rendre ce matériau thixotrope en augmentant sa viscosité et en empêchant son fluage dans des conditions qui seront précisées par la suite. Le matériau visqueux peut comporter en outre un amorceur photochimique apte à provoquer sa solidification par illumination. Les mémoires du système 1 contiennent des informations par exemple digitales, représentatives de la forme de la pièce, telle qu'une bielle, dont on se propose de réaliser un modèle 37. Les caractéristiques de cette pièce ont été déterminées à l'aide de l'ordinateur suivant la méthode C.A.O. Le volume de la pièce est divisé en un certain nombre d'éléments et les informations contenues dans les mémoires déterminent la position des différents éléments de la pièce par rapport à un système de référence tel qu'un système d'axes trirectangles. Le circuit de traitement 3 permet de classer ces informations dans l'ordre du balayage du volume de la pièce et de délivrer des signaux de positionnement correspondants.Ces signaux sont transmis aux moteurs 14 et 15, qui fonctionnent en synchronisme, de façon à maintenir le rail 21 perpendiculaire aux rails 16 et 17 et à régler dans le plan 13 la position longitudinale du manchon 7 par rapport à la plaque 9. Ces signaux sont également transmis d'une part au moteur 22 qui permet de régler la position transversale du manchon 7 et d'autre part au moteur 8 qui permet de régler la position verticale de la face extrême de l'injecteur. Chaque fois que le circuit de traitement 3 délivre un signal représentatif de la position d'un élément du volume de la pièce, les moteurs 8, 14, 15 et 22 dirigent l'extrémité 34 de l'injecteur 6 au voisinage d'une portion du modèle 37 à réaliser, suivant un balayage identique à celui des éléments du volume de la pièce. Ces portions sont disposées entre elles de manière identique à celle des éléments du volume de la pièce. La pompe 2, commandée par le circuit de traitement 3, délivre, en fonction des caractéristiques de la pièce à reproduire, un débit de matériau visqueux qui est déposé soit sur la surface de la plaque 9, soit sur une partie du modèle déjà formée, ce débit étant synchronisé avec le déplacement de l'injecteur. Les faces de sortie des fibres optiques, solidaires de l'injecteur et reliées au générateur laser 11, émettent un rayonnement optique pendant toute la durée de formation du modèle 37. Ce rayonnement qui suit les déplacements de l'injecteur provoquent, par polymérisation du liquide monomère, la solidification successive des différents volumes axiaux 35 illuminés par le rayonnement. En effet, la longueur d'onde du générateur laser 11 est telle que le rayonnement qu'il émet provoque une telle polymérisation. La solidification du matériau visqueux n'est réalisée que dans les volumes axiaux 35 qui sont séparés de l'extrémité 34 de l'injecteur, ce qui évite de boucher la sortie de l'injecteur. En pratique, il suffit que la distance entre l'extrémité 34 de l'injecteur et le volume axial 35 soit environ de un millimètre pour empêcher tout colmatage de la sortie de l'injecteur. Lorsque les sections horizontales des modèles à réaliser comportent plusieurs surfaces distinctes, la pompe est arrêtée grâce au circuit de traitement pour permettre le déplacement de l'injecteur d'une surface à l'autre. La portion du matériau visqueux qui se trouve alors dans l'espace 36 entre le volume axial 25 et l'extrémité 34 de l'injecteur reste solidaire de l'injecteur au cours do ce déplacement. En effet, l'additif ajouté à la résine monomère augmente la viscosité du mélange, de façon à éviter tout fluage du mélange dans ce cas. Les liquides monomères qui peuvent être utilisés dans le dispositif selon la présente invention peuvent être classés en deux catégories principales : les monomères unifonctionnels et les monomères polyfonctionnels. Les monomères unifonctionnels se polymérisent par réaction en chaîne droite sous l'effet du rayonnement, tandis que les monomères polyfonctionnels se polymérisent par réactions avec branchement, ou par réticulation. Avec un monomère polyfonctionnel, plus l'intensité du rayonnement est importante, plus la dureté du matériau solidifié est élevée : dans le cas d'un laser fonctionnant par impulsions, le nombre d'impulsions délivrées permet ainsi de régler la dureté du matériau du modèle de la pièce à reproduire. A titre indicatif, on peut utiliser une résine acrylique styrène comme monomère unifonctionnel, tandis que le diméthyl-acrilate de triéthylène-glycol est un monomère polyfonctionnel. Le produit amorceur qu'il est préférable d'ajouter au liquide monomère pour augmenter sa vitesse de polymérisation peut être par exemple le méthyléther de benzine. L'emploi d'un amorceur peut permettre aussi d'employer une source laser émettant en lumière visible, alors qu'il est généralement nécessaire d'utiliser un générateur laser émettant dans la gamme ultraviolette lorsque le matériau contenu dans le réservoir ne comporte pas d'amorceur. L'emploi d'un amorceur peut permettre également l'emploi de lampes traditionnelles comme les lampes à vapeur de mercure, à halogènes. Il est nécessaire alors d'utiliser un système optique de focalisation pour faire pénétrer une énergie optique maximale dans les fibres optiques. Les additifs capables de modifier les propriétés d'écoulements des résines monomères peuvent être constitués par des particules de silice, d'alumine, d'oxyde de titane ou de latex. La présence de ces particules rend la résine thixotrope : celle-ci peut traverser l'injecteur et être déposée dans la région où s'effectue la polymérisation en évitant ainsi tout phénomène de fluage ; le dépôt de la résine monomère s'effectue ainsi exactement dans la région où doit s'effectuer la polymérisation. Ces particules peuvent aussi contribuer à la rigidification du mélange lors de la polymérisation, par silanation de la silice par exemple. Bien entendu, le début du balayage par l'extrémité 34 de l'injecteur doit impérativement s'effecteur suivant la plaque horizontale 9, de façon à former d'abord une base stable du modèle à réaliser. Le balayage se poursuit ensuite de proche en proche par plans horizontaux superposés de façon à former successivement, par solidification du matériau visqueux, toutes les parties du modèle. En principe, la précision avec laquelle est réalisée le modèle n'est pas limitée par la nature spatiale et spectrale de l'éclairement, mais dépend essentiellement de la qualité de l'injecteur. La précision est d'autant plus grande que le diamètre de l'injecteur est plus petit.Il peut être toutefois avantageux dans certains cas de réaliser des injecteurs de forme particulière conduisant par exemple à un dépôt d'un "ruban" de largeur relativement importante, au lieu d'un "fil" de monomère. La figure 4 représente schématiquement un autre dispositif selon l'invention n'utilisant pas de fibres optiques. Le dispositif visible sur la figure 4 est presque identique à celui représenté sur la figure 1, à l'exception du système d'illumination du liquide visqueux. Ce système est réalisé ici grâce à des sources lumineuses 38, 39, 40, 41 dont la lumière éclaire en permanence le support 9 après renvoi par des réflecteurs 42, 43, 44 et 45. Pour éviter la polymérisation du liquide juste à la sortie de l'injecteur, un écran 46 est disposé à l'extrémité de l'injecteur, de façon à empêcher le bouchage de cette extrémité. Le dispositif représenté sur la figure 4 fonctionne d'une manière identique à celle du dispositif illustré par les figures 1 à 3. Le dispositif selon l'invention illustré par la figure 5 diffère de celui illustré par la figure 1 par les moyens de solidification du matériau visqueux après sa sortie de l'injecteur. Alors que, dans le dispositif de la figure 1, la solidification s'effectue par voie photochimique, cette solidification s'effectue dans le dispositif visible sur la figure 5 par mélange au liquide visqueux d'un produit d'amorçage thermique d'un type connu en soi. Ce dispositif comporte donc, sur la canalisation 5 à la sortie de la pompe 2, un mélangeur 47 dans lequel débouche une autre canalisation 48 provenant d'un réservoir 49 du produit d'amorçage thermique. La solidification du liquide visqueux commence dès que le mélange est réalisé. Il est généralement nécessaire de ralentir la vitesse de solidification pour que la solidification complète n'intervienne qu'après la sortie du liquide visqueux de l'injecteur. Un tel ralentissement peut être obtenu, par exemple, par des moyens de refroidissement (non représentés) disposés autour de la canalisation 5 et de l'injecteur 6. Le liquide visqueux peut être le même que celui utilisé dans le dispositif illustré par la figure 1. Le produit d'amorçage thermique peut être avantageusmeent un péroxyde tel que le péroxyde de benzoyle mélangé à un agent d'activation tel que la N,N-diméthyl-p- toluidine ou d'autres amines tertiaires. Il est également possible d'utiliser comme produit d'amorçage thermique, des acides sulfiniques, des couples péroxyde-mercaptan, et des trialkyl-boranos couplés à l'oxygène. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour réaliser un modèle de pièce industrielle, caractérisé en ce qu'il comporte - un dépôt d'un matériau visqueux sur une plaque horizontale (9) à travers un injecteur (6), ce matériau contenant une résine monomère, - un déplacement de l'injecteur (6) pendant le dépôt suivant un balayage s'effectuant en fonction du temps, à partir de la plaque, par plans horizontaux superposés, - une solidification du matériau visqueux après sa sortie de l'injec- teur, le débit du matériau visqueux dans l'injecteur étant synchronisé avec le déplacement de cet injecteur pour que le matériau visqueux solidifié forme, à la fin du balayage, ledit modèle, de forme identique à celle de la pièce industrielle. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau visqueux comporte en outre un additif pour augmenter la viscosité de la résine monomère et rendre ce matériau thixotrope. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solidification s'effectue par illumination, par un rayonnement optique, du matériau visqueux après sa sortie de l'injecteur (6). 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine monomère est du type unifonctionnel. 5/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine monomère est du type polyfonctionnel. 6/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau visqueux comporte en outre un amorceur photochimique pour provoquer sa solidification par illumination. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solidification s'effectue en mélangeant à la résine monomère un produit d'amorçage thermique avant le passage de la résine à travers l'injec- teur. 8/ Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte - un système de mémoires (1) contenant des informations représentatives de la forme de la pièce industrielle, - un circuit de traitement (3) relié au système de mémoires (1) et capable, à partir de ces informations, de diviser le volume de la pièce en une pluralité de volumes élémentaires et de délivrer successivement des signaux représentatifs de la position de ces volumes élémentaires rangés suivant un premier balayage du volume de la pièce, - un réservoir (4) contenant un liquide visqueux constitué au moins par une résine monomère, - une pompe électrique (2) commandée par le circuit de traitement (3), l'entrée de la pompe étant reliée au réservoir (4), cette pompe (2) étant capable de délivrer à sa sortie un volume de liquide visqueux égal au volume élémentaire balayé au cours du balayage, - un injecteur (6) relié à la sortie de la pompe (2) par une canalisation souple (5), - des moyens (14) reliés au circuit de traitement (3) pour déplacer l'injecteur (6) au-dessus d'une plaque horizontale (9) suivant un deuxième balayage identique au premier balayage, ce deuxième balayage s'effectuant à partir de la plaque (9) - et des moyens pour solidifier le liquide visqueux injecté, après sa sortie de l'injecteur, de manière à former sur la plaque successivement des volumes élémentaires du modèle constitué par le liquide visqueux solidifié. 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour solidifier le matériau visqueux comportent une source (11) d'un rayonnement optique et des moyens pour diriger ce rayonnement vers la plaque (9). 10/ Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source comporte une pluralité de générateurs optiques (38 à 41), et que les moyens pour diriger le rayonnement vers la plaque (9) comportent des réflecteurs (42 à 45) associés respectivement auxdits générateurs optiques (38 à 41). 11/ Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'injecteur (6) comporte un écran (46) pour empêcher la solidification du matériau visqueux juste à la sortie de l'injecteur (6). 12/ Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens pour diriger le rayonnement vers la plaque (9) comportent un faisceau (12) de fibres optiques, les faces planes des fibres situées à une extrémité du faisceau étant couplées à ladite source Cil), l'autre extrémité du faisceau étant fixée sur l'injecteur (6). 13/ Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que, l'injecteur (6) étant tubulaire suivant un axe vertical (27), les parties des fibres optiques (24 à 26) situées à l'autre extrémité du faisceau (12) sont réparties régulièrement autour dudit axe vertical (27), parallèlement à cet axe. 14/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour solidifier le matériau visqueux colportent un réservoir (49) d'un produit d'a orcage thermique, ce réversoir étant relié à un organe mélangeur (47) disposé en série sur la canalisation (5) reliant la pompe (2) à l'injecteur (6).