Brevet FR2589780A1 — publié le 19870515

Procédé de découpage de céramiques et céramiques découpées obtenues ainsi que leurs assemblages. La présente invention a trait a un procédé de découpage de céramiques, a savoir de céramiques planes disposées en panneaux ou en carreaux, et ayant des épaisseurs allant de préférence de 2 a 20 mm environ. La découpe de la céramique, a toujours constitué un problème a cause de la dureté et de la fragilité de ce genre de matériau. On effectue donc généralement le moulage, en forme, des carreaux de céramique destinés au bâtiment. Dans certains cas, on réalise des panneaux de céramique que l'on découpe ensuite en carreaux a l'aide de moyens mécaniques a molettes. Cependant, les moyens actuellement connus ne permettent pas de découper la céramique en toute sécurité suivant des contours complexes. La présente invention se propose de remédier a ces inconvénients et de fournir un procédé de découpage de panneaux ou carreaux de céramique permettant, de façon économique, de découper les céramiques suivant des contours de découpe aussi compliqués que l'on désire, avec une très grande précision et sans ébrécher ou détériorer la céramique. On sait que le rayonnement laser possède des propriétés qui lui permettent de découper des matières dures et la découpe au laser est déjà communément utilisée dans différents domaines tels que le découpage de tôles minces, de textiles, et d'autres matières. Ce rayonnement présente cependant des inconvénients en raison de la très grande puissance qu'il met en oeuvre dans un volume extrêmement réduit å l'endroit de la découpe. L'invention a cependant permis de constater, de façon surprenante, qu'il était possible d'effectuer des découpes de la céramique à l'aide d'un rayonnement laser, et ceci en évitant les inconvénients qui paraissaient inévitablement devoir se produire, d'une part, en raison de la fusion locale du matériau céramique par ailleurs très mauvais conducteurs de la chaleur, d'autre part, en raison du choc thermique sur le matériau. L'invention a pour objet un procédé de découpage de céramiques sous forme de panneaux ou carreaux, caractérisé en ce que l'on dirige sur celle des deux surfaces de la céramique destinée a rester apparente, un faisceau focalisé de rayonnement laser dans des conditions telles que la ligne de découpe apparente sur ladite face permette une incrustation sensiblement exacte de la zone de céramique découpée dans la céramique, et que l'on déplace le faisceau par rapport à la céramique selon le contour de découpe recherché. De façon avantageuse, la largeur de la ligne de découpe est de l'ordre de ,2mm a O,Spm sur la face apparente, la largeur sur l'autre face étant supérieure. Conformément a une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, on vient frapper ladite surface de la céramique destinée a être apparente en un point du faisceau laser tel que le point de focalisation du faisceau se trouve au voisinage du tiers supérieur de l'épaisseur de la céramique, après quoi le faisceau va commencer à s'élargir. On obtient ainsi une découpe avec un angle de dépouille qui correspond sensiblement a l'angle de divergence du faisceau au-dela du point de focalisation. La matière en fusion se trouve, en conséquence, déplacée vers la face du panneau qui n'est pas destinée à être apparente et l'on observe, en fait, un simple effet de vitrification du bord découpé de la céramique qui reste parfaitement net, plan et dépourvu de traces ou de reliefs de coulée. Il est ainsi possible de réaliser des découpes parfaitement franches selon des lignes de découpe ayant moins de 0,5 mm de largeur. de cou e de coupe Le laser utilisé est de préférence un laser de puissance srugEereeure suouégale à 500 watts associé à un jet de gaz usuel. Le jet de gaz préféré est un jet d'air comprimé de l'ordre de 4 à 6 bars. Par exemple, un laser convenable est celui vendu sous la dénomination PHOTON SOURCES modèle 300 par la société LASER rE#NIOUi:Sdemeurant Saint-Cyr, Saint-Laurent-sur-Gorre. Les céramiques a découper peuvent être des céramiques à pâte rouge qui, étant tendres, peuvent être découpées de façon particulièrement simple. L'invention peut également s'appliquer au découpage des céramiques à pâte blanche qui peuvent également être découpées en assurant un bon réglage de la puissance et de la focalisation du rayonnement. Les émaux de céramiques, qu'ils soient obtenus par mono- ou bi-cuisson, se trouvent parfaitement découpés sans fendillements ni fissurations ou éclatements. Le mouvement relatif entre le rayonnement laser et la céramique peut être obtenu soit en déplaçant le laser, soit en déplaçant la céramique posée sur une table convenable mobile. De préférence, le déplacement est assuré par des moyens de commande numériques permettant de reproduire avec une très grande précision les contours les plus complexes. L'invention peut être appliquée à la découpe de carreaux de forme quelconque dans un panneau. Elle peut être également appliquée a la réalisation d'incrustations dans la céramique en découpant, par exemple, un motif dans un carreau de céramique d'une première couleur puis en découpant le même motif dans un autre carreau ayant une autre couleur, et en intervertissant les motifs constitués par les zones découpées. Ceux-ci viennent s'incruster de façon parfaitement exacte dans la céramique et le simple collage de la céramique avec sa partie incrustée sur un support sous-jacent,tel qu'un mur ou un plancher, permet d'obtenir des effets particulièrement réussis. Il est ainsi possible de réaliser des compositions très originales qu'il n'avait jamais été possible d'obtenir jusqu'a présent, dans la céramique. Le découpage selon l'invention peut être appliqué non seulement à la décoration de céramiques mais également au marquage, a la publicité, à la personnalisation et à la signalisation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, faite a titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente une vue schématique du découpage d'un carreau de céramique par un rayonnement laser, la figure 2 représente une vue d'un carreau dans lequel on a découpé deux motifs formés de deux zones à contour fermé, la figure 3 représente un carreau dans lequel on a découpé deux motifs à contour ouvert. En se référant à la figure 1, on voit la tête 1 d'un laser qui émet un rayonnement 2 auquel est associé, d'une façon en soi connue, un jet de gaz. La tête de laser 1 est, dans cet exemple, une tête de laser modèle 300 vendue la société PHOTON SOUR- CES. Il s'agit d'un laser avecl.CO2, He et N2 de puissance 500 W. Le gaz de rejet est de l'air comprimé à 5 bars. L'optique est conçue pour que le faisceau laser ait, à son point de focalisation, un diamètre de l'ordre de 0,2 mm. Le rayonnement laser 2 est un rayonnement de longueur d'onde 10,6r. Ce rayonnement est focalisé et l'on voit qu'il possède une section concentrée et avec un point de focalisa tion 2a ou l'~nergie se trouve concentrée au maximum. La plaque ou carreau de céramique 3 possède une face supérieure émaillée 4 et une face inférieure 5. La plaque 3 est dispo sée dans le rayonnement, perpendiculairement a cetui-ci et de façon que la surface 4 soit frappée par le rayon en amont du point de focalisation 2a, celui-ci se trouvant, géométriquement, au niveau du premier tiers de l'épaisseur du carreau 3 au dessous de la face supérieure 4.En aval du point 2a, c'est-a-dire vers le bas, le faisceau laser s'élargit progressivement comme on le voit sur le dessin quelques angle selon un angle d'ouverture de l'ordre q de L'épaisseur du carreau est de 10,5 mm. En déplaçant le carreau 3 par rapport au rayon laser, on obtient une ligne de découpe dont les bords 6 sont légèrement biseautés selon un angle de dépouille correspondant à l'angle d'ouverture du faisceau au-dessous du point de focalisation 2a. 2b. On constate que, comme cela était prévisible, le matériau dela céramique se met en fusion mais que cette fusion ne laisse pas de coulée, relief ou bavure et se répartit de façon homogène, les bords de découpe 6 prenant un aspect particulièrement net et plus ou moins vitrifié selon la composition de la céramique. Des reliefs de coulée peuvent rester sous la face 5. A l'aide d'un laser tel que décrit, la vitesse de découpe peut être de l'ordre de 0,2 a 1,2 m/mn pour des carreaux ayant une épaisseur de l'ordre de 10 mm. Le mouvement relatif entre la tête 1 et le carreau 3 peut être obtenu avantageusement par des moyens usuels de grande précision à commande numérique. On se réfère maintenant a la figure 2. Sur cette figure, on a représenté un carreau de carrelage de céramique 7 dans lequel on a découpé deux contours, a savoir un contour fermé courbe 8 et un contour fermé polygonal 9. Les zones ainsi découpées, a savoir 10, 11 peuvent être extraites du carreau et remplacées par des pièces identiques au point de vue forme en provenance d'un carreau ayant une autre couleur ou constitué d'un autre matériau. Les formes les plus complexes peuvent être reproduites et les zones découpées peuvent être incrustées de façon très exacte dans les découpes réalisées. On se réfère à la figure 3. Dans cette forme de réalisation, on a représenté le découpage de deux motifs 12, 13 dans un carreau 14. Chaque motif 12, 13 est constitué par deux lignes de découpe de sorte que le carreau 14 se trouve divisé en 5 parties qui peuvent être interchangées avec des carreaux découpés dans une autre couleur en utilisant la même commande de découpage, de façon à produire un assemblage particulièrement réussi. De façon surprenante la précision de la découpe est telle que l'on peut constituer de grands panneaux décoratifs réalisés à partir de l'assemblage d'un grand nombre de carreaux tels que 14 dans lesquels les différents éléments en provenance de différents carreaux ont été interchangés, et ceci sans incidence sur les dimensions et le positionnement des différents éléments. Bien que l'invention ait été décrite a propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications de formes ou de matériaux sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. Ainsi, la forme du faisceau et le niveau du point de focalisation par rapport à l'épaisseur de la céramique pourront être variés en fonction des épaisseurs et des matériaux, en restant cependant dans le cadre de l'enseignement de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de découpage de céramique sous forme de panneaux ou carreaux, caractérisé en ce que l'on dirige sur celle (4) des deux surfaces de la céramique (3) destinée à rester apparente, un faisceau focalisé de rayonnement laser dans des conditions telles que la ligne de découpe apparente sur ladite face (4) permette une incrustation sensiblement exacte de la zone de céramique découpée, et que l'on déplace le faisceau par rapport à la céramique selon le contour de découpe recherché. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé ence que la largeur de la ligne de découpe sur ladite face apparente (4) est de l'ordre de 0,2 mm a 0,5 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on vient frapper ladite surface (4) en un point du faisceau tel que le point de focalisation du faisceau se trouve au voisinage du tiers supérieur de l'épaisseur de la céramique, après quoi le faisceau commence à l'élargir. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que la largeur de la découpe sur l'autre face (5) est supérieure a la largeur de la découpe sur la face destinée à être apparente (4), la découpe réalisant un angle de dépouille correspondant sensiblement à l'angle de divergence du faisceau au-dela du point de focalisation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise, comme jet de gaz associé au faisceau laser, un jet d'air comprimé, notamment a une pression de 4 à 6 bars. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise un rayonnement laser de longueur d'onde10,6F, avec un faisceau ayant, au point de focalisation (2), un diamètre de l'ordre de 0,2 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que l'on réalise des découpes déterminant, dans la céramique, des zones/contours ouverts (12, 13) de façon à diviser la céramique en plusieurs parties. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on découpe des céramiques ayant une épaisseur comprise entre 2 et 20 mm environ. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on effectue des découpes identiques dans des céramiques différentes, et notamment à l'aide de moyens de commande numérique de-grande précision, et que l'on intervertit les zones découpées. 10. Céramiques découpées et assemblages de céramiques découpées par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 9.