Brevet FR2655905A1 — publié le 19910621

L'invention concerne un procédé de moulage permettant de réaliser la reproduction d'une forme. Elle s'étend à un dispositif de moulage pour la mise en oeuvre dudit procédé. La reproduction d'une forme par moulage conduit à réaliser un moule généralement par usinage et cette opération est lourde et onéreuse, et très mal adaptée à de nombreuses applications telles que moulage sur place d'une forme en particulier dans le domaine médical pour réaliser des prothèses, ou moulages évolutifs pour la réalisation de prototypes en vue d'expérimentations ou d'essais ; dans ce dernier cas, il est généralement nécessaire de fabriquer plusieurs moules, ce qui grève considérablement le coût des essais. La présente invention se propose de fournir un nouveau procédé de moulage bénéficiant d'une grande souplesse pour réaliser des reproductions de formes à bon marché, et permettre en particulier, soit de reproduire des formes évolutives, soit de réaliser très rapidement des moulages sur place, par exemple moulages de doigts en vue d'une prise d'empreinte digitale en trois dimensions, moulages de parties du corps en vue de la réalisation de prothèses... L'un des moyens mis en oeuvre par le procédé de moulage visé par la présente invention consiste en un lit fluidisé de particules du type de celui utilisé dans les applications différentes décrites dans les demande de brevet française n0 88.09763 et demande de brevet européen no 89.201584 non publiées à ce jour (procédé de positionnement et procédé d'habillage d'un objet). Le procédé conforme à la présente invention pour réaliser un moulage en vue de la reproduction d'une forme consiste à à recouvrir d'une toile souple étanche une des faces d'un lit de particules, à à fluidiser le lit de particules au moyen d'un flux fluide le traversant, 8 à disposer la forme à reproduire en regard de la toile couvrant le lit fluidisé et à appliquer une pression sur ladite forme de façon à l'enfoncer dans le lit fluidisé, g à a r r êter ter la f I u i d i s a t i o n en vue d'immobiliser les particules du lit, à à soumettre le lit de particules à une dépression en vue de bloquer les particules les unes par rapport aux autres et à fixer le lit, ~ à extraire la forme de façon à conserver son empreinte dans le lit fixe, ~ à couler une matière moulable durcissable dans l'empreinte du lit fixe, après durcissement de la matière, à extraire la reproduction obtenue. En pratique, les essais ont montré que, pour réaLiser le moulage dans de bonnes conditions, il était avantageux d'utiliser un lit de particules présentant au repos un volume supérieur à une fois et demie environ le volume de la forme à reproduire. Le procédé de moulage conforme à l'invention supprime toute opération d'usinage et tous les inconvénients afférents. quelques minutes suffisent pour reproduire une forme. Cette reproduction peut être extrêmement précise en utilisant pour le lit de particules des billes de faible granulométrie : en particulier un lit de billes de granulométrie inférieure à 100 microns permet une reproduction très fidèle d'empreintes digitales. Dans le cas d'une fabrication de prototypes, le procédé permet de réaliser successivement des reproductions évolutives à des coûts très bas. Il est à noter qu'il est possible, après extraction de la forme du lit fixe, de modeler l'empreinte laissée dans le lit en modifiant localement la forme de la toile souple en vue de réaliser une reproduction s'écartant légèrement de la forme initiale.Comme la dépression conduit à un lit fixe dans lequel les particules peuvent être très fortement bloquées les unes par rapport aux autres, on réduit de préférence la valeur de la dépression avant d'effectuer ce modelage. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, on fluidise le lit en distribuant un gaz à la base de celui-ci à travers un distributeur microporeux et en évacuant ledit gaz de façon à assurer une vitesse linéaire de circulation du gaz dans le lit, supérieure à 1,5 Ymfs où mf est la vitesse minimale de fluidisation des particules. La dépression est alors établie en obturant les évacuations de gaz et en soumettant le lit à une aspiration, de préférence dans des conditions telles que l'on obtienne une dépression au moins égale à 0,15 bar qui assure un bon blocage des particules et supprime ainsi tout risque de modifications de la forme de l'empreinte au moment du coulage de la matière moulable. La force de pression exercée sur la forme pour l'enfoncer dans le lit fluidisé doit être supérieure à 5.v où est le poids spécifique apparent du lit fluidisé et V le volume de la forme (le poids de la forme étant inclus dans cette force de pression). Cette pression peut être sensiblement constante (par exemple de l'ordre de 1,3 à 1,6 fV et maintenue jusqu'à l'établissement de la dépression dans le lit de particules. La matière moulable peut être de tout type fonction de l'application envisagée (résines synthétiques, matières plastiques, plâtre...). Dans certaines applications, l'on peut avoir intérêt à utiliser une matière moulable thermodurcissable et, dans ce cas, de préférence l'on chauffe le lit de particules pour accélérer le durcissement de ladite matière. Le procédé de l'invention se prête à la reproduction d'une forme comportant des contredépouilles. L'on utilise alors une forme apte à etre déformée pour escamoter les contredépouilles en vue de pouvoir l'extraire du lit fixe (forme destructible, forme articulée...) ; après moulage et durcissement de la matière moulable, il suffit d'interrompre la dépression pour démouler la reproduction obtenue et l'extraire du moule. Le procédé se prête également à la reproduction répétitive d'une forme sans contredépouille ; après extraction de la première reproduction, on maintient alors la dépression afin d'effectuer plusieurs moulages successifs dans l'empreinte du lit fixe. Comme déjà évoqué, le procédé de l'invention peut tout particulièrement s'appliquer dans le domaine médical (ou vétérinaire) pour la reproduction de parties du corps (doigts, parties blessées ou traumatisées...) ou encore pour la reproduction de formes évolutives en vue d'essais ou d'expérimentations. L'invention s'étend à un dispositif de moulage en vue de la mise en oeuvre du procédé précédemment défini ; ce dispositif comprend en combinaison une enceinte ouverte sur une face, une toile souple étanche couvrant ladite face, un lit de particules disposé dans ladite enceinte, un distributeur de fluide situé à la base du lit et adapté pour empêcher le passage des particules, un système d'alimentation de l'enceinte en fluide débouchant au-dessous du distributeur en vue de permettre de fluidiser le lit de particules, des moyens d'obturation équipant le système d'alimentation en vue de permettre de l'obturer ou de le mettre en communication avec l'enceinte, des moyens d'évacuation du fluide agencés pour permettre une circulation du fluide à travers le lit de particules, des moyens de filtrage équipant les moyens d'évacuation en vue d'empêcher le passage des particules, des moyens d'obturation équipant les moyens d'évacuation en vue de permettre leur ouverture ou fermeture, un système d'aspiration adapté pour permettre une mise en dépression de l'enceinte, et des moyens de fiLtrage évitant L'entraînement des particules dans le système d'aspiration. Dans un mode de réalisation particulier, le système d'aspiration débouche dans l'enceinte au-dessous du distributeur, ses moyens de filtrage étant constitués par le distributeur lui-même. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui illustrent le procédé de l'invention et présentent des modes de réalisation du dispositif ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description : - la figure 1 est une vue en coupe verticale du dispositif de moulage à l'état de repos, - les figures 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8 illustrent les étapes du procédé de moulage, - les figures 9, 10 et 11 illustrent le moulage d'une forme à contredépouilles, - la figure 12 est une vue schématique en coupe verticale d'une variante du dispositif et la figure 13 illustre une étape du procédé de moulage correspondant. Le dispositif de moulage représenté à titre d'exemple à la figure 1 comprend une enceinte 1 qui est ouverte sur sa face supérieure. En l'e xe m p le, cette enceinte est de forme parallélépipépide, de hauteur plus faible que ses autres dimensions. Cette enceinte contient au voisinage de son fond un distributeur poreux 2 qui est en l'exemple constitué par une plaque microporeuse en bois aggloméré. Cette plaque est surmontée d'un lit de particules 3 composé d'une multitude de microbilles de verre ; le distributeur 2 est adapté pour interdire le passage des billes et autoriser le passage d'un flux d'air de fluidisation qui est délivré à la base de l'enceinte par un système d'alimentation en air. Ce système comprend un conduit d'arrivée 4 et une soufflerie symbolisée en 5. Le conduit 4 est doté de moyens d'obturation, en l'exemple un volet 6 qui permet de l'obturer ou au contraire de le mettre en communication avec la soufflerie. De plus, l'enceinte 1 est reliée par un autre conduit 7 débouchant dans son fond, à une centrale d'aspiration 8 qui permet de la mettre en dépression. Ce système d'aspiration 7, 8 est adapté pour permettre d'établir dans L'enceinte une dépression comprise entre 0,1 et 0,3 bar. Le conduit 7 est doté d'un volet de fermeture 9 et débouche au-dessous du distributeur 2, ce dernier faisant office, pendant l'aspiration, de moyens de filtrage évitant l'entraînement des billes. Les billes de verre du lit 3, qui sont présentées au repos à la figure 1, ont en l'exemple une granulométrie de 75 microns et un poids spécifique compris entre 2 et 3 g/cm3 (en l'exemple de 2,5 g/cm3). Le lit de billes est surmonté d'une toile souple étanche 10 située en regard du distributeur 2 ; cette toile peut, par exemple, être constituée par une peau en élastomère ou en silicone apte à épouser les contours de la forme à reproduire. Cette toile étanche à l'air est fixée sur la périphérie de l'enceinte par pincement. Au-dessous et à proximité de celle-ci, sont disposés des moyens d'évacuation d'air, constitués par plusieurs conduits tels que 11, répartis sur le pourtour du lit. Chaque conduit est pourvu d'une plaquette de filtrage 12 empêchant le passage des particules et d'un volet d'obturation 13 en vue de permettre l'ouverture et la fermeture du conduit. Chaque plaquette 12 est en un matériau poreux similaire à celui du distributeur 2, avec un diamètre de pores inférieur à la granulométrie des billes. La s o u f f I e r i e 5 est adaptée pour assurer, lorsque les volets 6 et 13 sont ouverts, une circulation d'air à travers le lit de billes à une vitesse linéaire comprise entre 1,5 #mf et 6 V (au niveau de la section droite de mf l'enceinte), où Vmf est la vitesse minimale de fluidisation des billes de verre (en l'exemple de l'ordre de 0,9 m/s). Des moyens électriques de chauffage (non représentés) peuvent le cas échéant être associés au lit de particules en vue d'autoriser un chauffage de celui-ci. Ces moyens peuvent être constitués par une résistance chauffante noyée dans le lit. La figure 2 montre le lit de billes à l'état fluidisé lorsque la soufflerie 5 est en fonctionnement et les volets 6 et 13 sont ouverts (le volet 9 du conduit d'aspiration étant fermé). Le lit gonfle et présente un comportement équivalent à celui d'un liquide (mais compressible) de densité moyenne de l'ordre de 1,5. La forme à reproduire symbolisée en F à la figure 3 est présentée en regard de la toile souple 10. En l'exemple, on a supposé que cette forme était une culasse dont on voulait réaLiser des reproductions en matière plastique en vue d'études de forme sur maquettes. En pratique, la quantité de billes du lit 3 est choisie de façon que, au repos, ce lit ait un volume au moins égale à 1,5 fois le volume de la forme à reproduire, et si possible de l'ordre de 2 à 2,5 fois ce volume. La forme F est enfoncée dans le lit fluidisé (figure 4) par exemple au moyen d'un plateau de presse 14 auquel elle est fixée. L'enfoncement est réalisé jusqu'à amener la toile souple 10 à s'appliquer contre la forme F et à épouser les reliefs de celle-ci ; lorsque le lit est fluidisé, il présente le comportement d'un liquide et la force de pression à appliquer sur la forme pour l'enfoncer dans celui ci doit être supérieure à CP V, où S #est le poids spécifique apparent du lit fluidisé (1,5 en l'exemple) et V le volume de la forme. (Il est à noter que dans la force de pression appliquée sur la forme, on inclut le poids de cette dernière qui, le cas échéant, peut seul suffire à produire l'enfoncement). Au fur et à mesure de l'enfoncement, le caractère fluidisé du lit diminue, son poids spécifique apparent augmente et la résistance qu'il oppose à l'enfoncement augmente ; la force de pression appliquée est de préférence prévue constante, (par exemple égale à 1,5 fflV), la pénétration de la forme s'interrompant lorsque la résistance du lit devient égale à la force de pression appliquée. A cet instant, l'on arrête la fluidisation en interrompant le fonctionnement de la soufflerie et en fermant le volet 6, la pression sur la forme étant toujours maintenue. Puis, comme le schématise la figure 5, l'on établit une dépression dans le lit de particules en mettant en fonctionnement la centrale d'aspiration, en ouvrant le volet 9 et en fermant les volets 13. La dépression est notamment ajustée à une valeur d'environ 0,2 bar. Le lit de particules se trouve ainsi parfaitement bloqué, avec l'empreinte de la forme F mémorisée dans celui-ci. il est alors possible d'extraire la forme F (figure 6), la dépression étant maintenue dans la suite des opérations. il est à noter qu'il est possible de modeler localement l'empreinte en modifiant la position de la toile souple 10. Pour faciliter ce modelage, la dépression peut être provisoirement réduire par exemple à 0,1 bar ; ce modelage peut être réalisé, soit en repoussant localement la toile au moyen d'un outil approprié, soit en l'attirant localement au moyen d'un outil aspirant approprié (fin conduit soumis à une aspiration). L'étape suivante du moulage, schématisée à la figure 7, consiste à couler dans l'empreinte une matière moulable M par exemple une résine synthétique durcissable. Après durcissement, la reproduction R obtenue peut être retirée (figure 8). il est à noter que, dans le cas ci-dessus décrit d'une forme sans contredépouilles, l'empreinte peut servir à réaliser des moulages répétitifs d'autres reproductions et ce, tant que la dépression est maintenue dans le lit. Les figures 9 à 11 illustrent le procédé de l'invention dans le cas de la reproduction d'une forme F' ayant une contredépouille C. Pour permettre l'extraction de cette forme, sa contredépouille C est en l'exemple prévue escamotable. Le procédé est mis en oeuvre comme précédemment, mais, après établissement de la dépression dans le lit fixe, la contredépouille C est escamotée pour extraire la forme (figure 9). On coule ensuite la matière moulable (figure 10). Après durcissement, le démoulage de la reproduction R' s'effectue après avoir interrompu la dépression et ouvert les volets d'évacuation 13 ; le cas échéant, pour faciliter le démoulage, le lit peut être remis à l'état fluidisé par ouverture du volet 6 et mise en marche de la soufflerie. La figure 12 schématise une variante du dispositif de moulage conforme à l'invention. Dans cette variante, la face ouverte de l'enceinte 20 est frontale et la toile souple étanche 21 couvre cette face. Le conduit d'aspiration 22 est situé en regard de celle-ci, cependant que le conduit d'arrivée de l'air de fluidisation 23 est situé à la base du lit sous le distributeur 24 et que l'évacuation s'effectue à travers un conduit supérieur 25. Ces conduits sont dotés de volets comme précédemment, mais le conduit d'aspiration 22 possède ses moyens propres de filtrage, en l'exemple une plaquette poreuse 26, pour éviter l'entraînement des particules. Après prise d'empreinte comme précédemment (enfoncement de la forme dans le lit fluidisé, arrêt de la fluidisation, établissement de la dépression), le moulage est réalisé sous pression grâce à un flanc de fermeture 27 doté d'un conduit d'injection, ce flanc de fermeture étant fixé sur le pourtour de la face ouverte frontale de l'enceinte en vue de fermer le volume de moulage délimité par l'empreinte. En fin d'injection, ce flanc est retiré et la reproduction peut être démoulée. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de moulage permettant de réaliser la reproduction d'une forme, caractérisé en ce qu'il consiste 8 à recouvrir d'une toile souple étanche (10) une des faces d'un lit de particules (3), ~ à fluidiser le lit de particules au moyen d'un flux fluide le traversant, ~ à disposer la forme à reproduire (F) en regard de la toile couvrant le lit fluidisé et à appliquer une pression sur ladite forme de façon à l'enfoncer dans le lit fluidisé, 8 à arrêter la fluidisation en vue d'immobiliser les particules du lit, 8 à soumettre le lit de particules à une dépression en vue de bloquer les particules les unes par rapport aux autres et à fixer le lit, ~ à extraire la forme de façon à conserver son empreinte dans le lit fixe, à à couler une matière moulable durcissable (M) dans l'empreinte du lit fixe, . après durcissement de la matière, à extraire la reproduction obtenue (R). 2/ - Procédé de moulage selon la revendication 1, dans lequel l'on fluidise le lit en distribuant un gaz à la base du lit à travers un distributeur microporeux (2) et en évacuant ledit gaz, de façon à assurer une vitesse linéaire de circulation du gaz dans le lit supérieure à 1,5 Vmf, où #mf est la vitesse minimale de fluidisation des particules. 3/ - Procédé de moulage selon la revendication 2, dans lequel l'on établit la dépression en obturant les évacuations de gaz et en soumettant le lit à une aspiration en vue de réaliser une dépression au moins égale à 0,15 bar. 4/ - Procédé de moulage selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on utilise un lit de particules présentant au repos un volume supérieur à une fois et demie le volume de la forme à reproduire (F). 5/ - Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on applique sur la forme une force de pression supérieure (poids de la forme inclus) à ff .V, où yest le poids spécifique apparent du lit fluidisé et V le volume de la forme à reproduire. 6/ - Procédé de moulage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on applique sur la forme une force de pression sensiblement constante, que l'on maintient jusqu'à l'établissement de la dépression dans le lit de particules. 7/ - Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'on utilise un lit de billes de granulométrie inférieure à 100 microns et de poids spécifique compris entre 2 et 3 g/cm3. 8/ - Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'on utilise une matière moulable thermodurcissable et l'on chauffe le lit de particules pour accélérer le durcissement de celle-ci. 9/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 pour la reproduction d'une forme (F') comportant des contredépouilles (C), caractérisé en ce que l'on utilise une forme apte à être déformée pour escamoter les contre dépouilles et l'extraire du lit fixe, et en ce que, après moulage et durcissement de la matière, l'on interrompt la dépression en vue d'extraire la reproduction obtenue (R'). 10/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 pour la reproduction répétitive d'une forme (r) sans contredépouille, caractérisé en ce que, après extraction de la reproduction obtenue, on maintient la dépression afin d'effectuer plusieurs moulages successifs dans l'empreinte du lit fixe. 11/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, après extraction de la forme du lit fixe, l'on modèle l'empreinte en modifiant localement la forme de la toile souple (10). 12/ - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, préalablement au modelage de l'empreinte, on réduit la valeur de la dépression à laquelle est soumis le lit de particules. 13/ - Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 12 pour la reproduction de partie du corps, telle que doigt en vue d'une prise d'empreinte digitale, partie blessée ou traumatisée en vue de la réalisation d'une prothèse. 14/ - Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 12 à la reproduction de formes évolutives en vue d'essais ou d'expérimentations. 15/ - Dispositif de moulage en vue de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 14, comprenant en combinaison une enceinte (1) ouverte sur une face, une toile souple étanche (10) couvrant ladite face, un lit de particules (3) disposé dans ladite enceinte, un distributeur de fluide (2) situé à la base du lit et adapté pour empêcher le passage des particules, un système (4, 5) d'alimentation de l'enceinte en fluide débouchant au-dessous du distributeur en vue de permettre de fluidiser le lit de particules, des moyens d'obturation (6) équipant le système d'alimentation en vue de permettre de l'obturer ou de le mettre en communication avec l'enceinte, des moyens d'évacuation du fluide (11) agencés pour permettre une circulation du fluide à travers le lit de particules, des moyens de filtrage (12) équipant les moyens d'évacuation en vue d'empêcher le passage des particules, des moyens d'obturation (13) équipant les moyens d'évacuation en vue de permettre leur ouverture ou fermeture, un système d'aspiration (7, 8) adapté pour permettre une mise en dépression de l'enceinte, et des moyens de filtrage (2, 26) évitant l'entraînement des particules dans le système d'aspiration. 16/ - Dispositif de moulage selon la revendication 15, caractérisé en ce que le système d'aspiration est doté d'un conduit (7) débouchant dans l'enceinte au-dessous du distributeur (2), ses moyens de filtrage étant constitués par ledit distributeur. 17/ - Dispositif de moulage selon l'une des revendications 15 ou 16, dans lequel les moyens de filtrage (12) équipant les moyens d'évacuation comprennent une ou des plaquettes poreuses, de diamètre de pores inférieur à la granulométrie des particules. 18/ - Dispositif de moulage selon l'une des revendications 15, 16 ou 17, dans lequel le lit de particules (3) est un lit de billes de granulométrie inférieure à 3 100 microns et de poids spécifique compris entre 2 et 3 g/cm le système d'alimentation (4, 5) et le distributeur (2) étant adaptés pour assurer une distribution de gaz dans l'enceinte à supérieure mf une vitesse linéaire supérieure à 1,5 Vmf > Ymf est la vitesse minimale de fluidisation des billes. 19/ - Dispositif de moulage selon l'une des revendications 15, 16, 17 ou 18, caractérisé en ce qu'iL comprend des moyens électriques de chauffage associés au lit de particules. 20/ - Dispositif de moulage selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend un flanc de fermeture (27) agencé au niveau de la face équipée de la toile souple (21) en vue de permettre de fermer cette face pour un moulage sous pression dans l'empreinte du lit. 21/ - Dispositif de moulage selon l'une des revendications 15 à 19, dans lequel la face ouverte de l'enceinte équipée de la toile souple (10) est sa face supérieure, le distributeur (2) étant situé en partie basse de celle-ci en regard de ladite toile soupLe, cependant que les moyens d'évacuation (il) sont agencés pour déboucher audessous et au voisinage de la toile (10) sur le pourtour du lit.