Brevet FR2588502A1 — publié le 19870417

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces de mousse de formes complexes, en vue de la réalisation de maquettes. On connait déjà des procédes de fabrication de pièces à partir de blocs de mousse. Parmi eux, citons l'exécution de pièces par modelage artisanal, et l'exécution de pièces par usinage automatique par points. Le premier procédé est lent, et sa précision n'est pas toujours suffisante pour des applications industrielles, notamment lorsque la pièce à réaliser comporte des parties symétriques. La fabrication de pièces par une machine-outil qui usine par points un bloc de matériau à base de mousse est plus précise, surtout si elle est pilotée par un i 0 ordinateur, mais elle est très couteuse notamment à cause du prix de la machine, de faible capacité car il est difficile par exemple de réaliser une maquette en grandeur nature d'une automobile avec une table de fraiseuse, et ne permet d'atteindre que des vitesses d'exécution de l'ordre de 50 à 1 00 mm2/mn. D'autres procédes consistent à usiner un bloc de mousse par lignes, par exemple par découpage à l'aide d'un fil chaud, mais ne permettent pas d'obtenir directement une forme complexe correspondant notamment à une surface non développable. En résumé, on trouve dans l'art antérieur un procédé artisanal permettant d'obtenir toutes les tailles et formes de pièces mais qui est long et coûteux, un système automatique d'usinage par points très sophistiqué mais limité par la taille des pièces, la vitesse d'exécution et le coût de l'installation, et des procédes basés sur le découpage d'un bloc de mousse par lignes à l'aide d'un fil chaud mais mal adaptés à l'obtention directe de formes complexes. Un des buts de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de pièces de mousse de formes complexes permettant de fournir plus rapidement à un bureau d'études des maquettes précises de dimensions importantes et dont les coûts soient moins élevés que ceux des maquettes réalisées selon les procédés de l'art antérieur. Selon la présente invention, un procédé de fabrication de maquettes de formes complexes à partir d'un bloc de mousse comprend les étapes suivantes: - détermination, dans un repère cartésien à trois dimensions (Ox, Oy, Oz) préalablement choisi, de l'équation de la surface d'au moins une partie de l'enveloppe de la pièce à réaliser, sous la forme y=L(x,z); 1 0 - détermination de deux surfaces auxiliaires, l'une au moins de ces surfaces étant développable, permettant, par découpage d'une surface développable de ces deux surfaces auxiliaires, dite surface de découpage, dans le bloc de mousse préalablement conformé à l'autre surface, dite surface de cintrage, d'obtenir la surface recherchée; 1 5 - déformation dudit bloc de mousse selon la surface de cintrage, choisie en fonction des propriétés physiques de ladite mousse avantageusement de façon à ce que cette déformation soit élastique; - découpage par un fil chaud du bloc de mousse ainsi déformé, suivant la surface de découpage; 2 0 - suppression des contraintes qui déformaient le bloc de mousse. Selon une variante avantageuse de l'invention, le procédé comprend en outre le détourage et la sculpture de la pièce ainsi réalisée à l'aide d'un outil chaud auquel on imprime un mouvement de translation-rotation par rapport à cette pièce. On peut pour ce faire utiliser, par exemple, un dispositif analogue à une table de traçage de courbes sur papier pilotée par ordinateur dans laquelle l'outil chaud viendrait remplacer le crayon, et qui possèderait an outre une possibilité de commander le déplacement de l'outil selon un axe perpendiculaire au plan de travail, ainsi qu'une possibilité de commander la rotation de l'outil sur lui-même, autour d'un axe perpendiculaire au plan de travail. Les vitesses d'avancement du fil chaud et de l'outil chaud sont avantageusement liées à la température de ces derniers. Enfin, le procédé prévoit également la possibilité de déterminer l'équation y=L(x,z) par la succession des étapes suivantes: détermination de la courbe du contour extérieur de la vue de profil, sous la forme x=P(z); - détermination de la courbe du contour extérieur de la vue de face, sous la forme y=F(z); - détermination du lieu des points de plus grande hauteur et de plus grande largeur décrits par la courbe du contour extérieur de la vue de face, dite courbe de l'inclinaison vue de face, sous la forme x=lF(y,z), o IF(y,z) est l'abscisse des points de plus grande largeur selon l'axe Oy dans la vue de profil; - détermination de quelques courbes de niveau, vues de dessus, de la forme y=L(x,zi); - déduction de l'équation y=L(x,z). Ces étapes du procédé permettent, grâce à l'utilisation d'un modèle mathématique approprié o chaque courbe est mise en équation sous la forme: y=A.x(C + D.x + E.x2),. B, 1 5 de décrire chaque courbe ou tronçon de courbe à l'aide de trois paramètres, après un changement de repère ramenant l'équation précédente à: y = x (C + D.x + E.x2) Il n'est ainsi plus nécessaire de faire appel à des moyens de calcul capables d'inverser des grosses matrices. Chaque tronçon de courbe est défini par cinq points. Selon une autre variante avantageuse de l'invention, le procédé comprend en outre l'exécution ou le pilotage par ordinateur de tout ou partie des étapes de réalisation précédemment décrites ci-dessus. Lorsque la forme de la pièce à réaliser comporte des points singuliers difficiles à obtenir directement selon le procédé décrit ci-dessus, tels que, par exemple, des angles vifs rentrants, la forme est préalablement divisée en volumes élémentaires qui seront alors obtenus comme décrit ci-dessus avant d'être assemblés par collage. Ladite mousse est avantageusement du P.V.C. expansé, ou du polyuréthane expansé lorsque la pièce doit présenter une résistance mécanique plus importante. L'invention a également pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de la présente invention et comprenant notamment: - une table de cintrage permettant de conformer un bloc de mousse à la courbe de cintrage; - un moyen de translation et de rotation du bloc de mousse ainsi conformé par rapport au fil chaud; - éventuellement, un moyen de translation et de rotation du fil chaud par rapport au bloc de mousse. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemples non limitatifs des formes possibles de réalisation de l'invention, en regard des dessins ci-joints et qui fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins: - les Figures la, lb, lc et ld illustrent les différentes étapes du procédé de l'invention appliquées sur un bloc parallélépipèdique droit de mousse, pour son découpage selon une surface non développable; les Figures 2a et 2b illustrent d'autres étapes du procédé de l'invention appliquées sur un bloc de mousse prédécoupé selon une surface non développable, pour son détourage. La Figure l a représente un bloc parallélépipèdique droit de mousse 1 sur lequel le procédé de l'invention va être appliqué pour la fabrication d'une pièce dont la forme est définie partiellement par une surface non développable. Sur la Figure 1 b, le bloc de mousse a été cintré suivant une première surface 2 dont on voit un des profils latéraux 3, et on s'apprête à le découper à l'aide d'un fil chaud symbolisé en 4 selon une surface développable dont un des profils latéraux 5 apparaît sur la Figure. Sur la Figure 1 c, le découpage a eu lieu et le bloc de mousse ainsi découpé a été libéré des contraintes mécaniques qui le maintenaient cintré selon la surface 2 pendant la phase de découpage. La marque de la découpe 6 apparaît sur les faces latérales du bloc de mousse. La Figure 1 d représente les deux parties 7 et 8 du bloc de mousse ainsi obtenues. La surface usinée 9 de l'une des parties 8 est une surface non développable qu'il n'aurait pas été possible d'obtenir en une seule découpe sans mettre en ceuvre le procédé de la présente invention. De plus, on dispose également d'une partie 7 qui pourrait éventuellement servir de moule pour l'autre partie 8, puisque par réalisation selon le procédé de la présente invention, sa face usinée est complémentaire de la surface 9. Le procédé permet l'usinage d'une forme à des vitesses de l'ordre de 2500 à 35000 mm2/mn, à comperer aux 50 à 100 mm2/mn de l'art antérieur. La vitesse d'exécution est généralement d'autant plus importante que la pièce à réaliser est grande. Sur la Figure 2a, un bloc de mousse 10 dont une des faces 1 1 a été usinée selon les premières étapes du procédé va être détouré selon une surface dont on voit un des profils latéraux en 12 à l'aide d'un outil chaud 13 monté sur une tête porte-outil 14 qui peut se déplacer selon les directions Ox, Oy, Oz, et autour de l'axe Oz. Sur le Figure 2b, le détourage a été effectué, une nouvelle pièce 15 est obtenue, qui elle-même peut à son tour être usinée sur son autre face. L'ordre de ces deux opérations peut bien entendu être changé sans sortir du cadre de l'invention. Il va de soit que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté et pourrait être modifié notamment par substitution d'équivalents 1 5 techniques. Par exemple, le fil chaud pourrait être remplacé par une boucle sans fin de fil abrasif en mouvement permanent. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de maquettes de formes complexes à partir d'un bloc de mousse ( 1) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - détermination, dans un repère cartésien à trois dimensions (Ox, Oy, Oz) préalablement choisi, de l'éequation de la surface d'au moins une partie de l'enveloppe de la maquette à réaliser, sous la forme y=L(x,z); détermination de deux surfaces auxiliaires, l'une au moins de ces surfaces étant développable, permettant, par découpage d'une surface développable de ces deux surfaces auxiliaires, dite surface de découpage, dans le bloc de mousse 1 0 préalablement conformé à l'autre surface, dite surface de cintrage, d'obtenir la surface recherchée; - déformation dudit bloc de mousse selon la surface de cintrage, choisie en fonction des propriétés physiques de ladite mousse de façon à ce que cette déformation soit élastique; 1 5 - découpage par un fil chaud (4) du bloc de mousse ainsi déformé suivant la surface de découpage; - suppression des contraintes qui déformaient le bloc de mousse. 2. Procédé selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comprend en outre le détourage et la sculpture de la pièce ainsi réalisée à l'aide d'un outil chaud ( 1 2) 2 0 auquel on imprime un mouvement de translation-rotation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la détermination de l'équation y=L(x,z) est obtenue par la succession des étapes suivantes: - détermination de la courbe du contour extérieur de la vue de profil, sous la forme x=P(z); - détermination de la courbe du contour extérieur de la vue de face, sous la forme y=F(z); détermination du lieu des points de plus grande hauteur et de plus grande largeur décrits par la courbe du contour extérieur de la vue de face, dite courbe de l'inclinaison vue de face, sous la forme x=IF(y,z), o IF(y,z) est l'abscisse des points de plus grande largeur selon l'axe Oy dans la vue de profil; - détermination de quelques courbes de niveau zi, vues de dessus, de la forme y=L(x,zi)i - déduction de l'équation y=L(x,z). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'exécution ou le pilotage par ordinateur de tout ou partie des étapes de sa mise en oeuvre. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'asservissement de la vitesse de découpage en fonction de la température du fil chaud ou de l'outil chaud. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en 1 0 ce que ladite mousse est du P.V.C. expansé, ou du polyuréthane expansé. 7. Dispositif de fabrication de pièces de formes complexes à partir d'un bloc de mousse utilisant la mise en oeuvre du procédé de l'invention.