Brevet FR2684590A1 — publié le 19930611

La présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer par couches successives des pièces tridimensionnelles ainsi que les pièces obtenues par ce procédé. I1 est déja connu de réaliser des pièces tridimensionnelles en provoquant la polymérisation d'un monomère liquide à l'aide de faisceaux lasers commandés par ordinateur qui créent ainsi des superpositions de couches de très faible épaisseur dont le contour correspond à des sections horizontales successives des pièces à réaliser. Ce procédé présente l'inconvénient d'être d'une mise en oeuvre délicate et de ne pas rendre possible l'obtention de pièces de dimensions importantes, en raison notamment des coûts élevés des appareils qui sont nécessaires. La présente invention permet notamment de réaliser un modèle solide tridimensionnel d'une pièce ou d'un objet qui sera réalisé ultérieurement par des techniques conventionnelles. On obtient ainsi des prototypes à des coûts relativement modiques. L'invention n' est toutefois pas limitée à ce type d'utilisation et elle peut servir aussi pour la production de pièces effectivement utilisées. L'appareil selon l'invention permet de réaliser à faible coût des pièces solides de grandes dimensions. La présente invention a pour objet un appareil pour réaliser des pièces solides tridimensionnelles par superposition de couches successives caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison : une table fixe destinée à supporter la pièce à réaliser; un caisson mobile coulissant verticalement par rapport à ladite table sous l'action de vérins, par exemple à vis; un chariot se déplaçant sur des rails solidaires du caisson mobile; ledit chariot comportant une trémie dont la partie inférieure est constituée par deux lames faiblement écartées l'une de l'autre de manière à laisser entre-elles une fente continue de largeur constante; deux bandes obturatrices pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre au contact des deux lames de la trémie en étant commandées par exemple par un ordinateur de manière à obturer au moins partiellement la fente et laisser entre leurs extrémités une ouverture qui correspond à la section horizontale du volume de matière liquide durcissable contenue dans la trémie que l'on désire déposer pour réaliser une couche de la pièce en cours de fabrication. Conformément à l'invention, on place tout d'abord le caisson mobile de manière à ce que les bandes obturatrices se trouvent au voisinage immédiat de la table fixe, et l'on déplace la trémie perpendiculairement à la direction des lames tout en commandant le déplacement relatif des bandes obturatrices pour qu'unie couche de la matière contenue dans la trémie se dépose sur la table fixe aux endroits correspondant à la surface supérieure de la pièce en cours de fabrication. Lorsque le chariot supportant la trémie a parcouru la longueur du caisson mobile on élève ce dernier à l'aide des vérins d'une hauteur correspondant à l'épaisseur de la couche que l'on désire réaliser, et l'on entraîne le chariot en sens inverse en commandant les bandes obturatrices de manière à déposer le produit contenu dans la trémie selon une deuxième couche dont la forme correspond à la section correspondante de la pièce que l'on désire réaliser. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, la matière qui est contenue dans la trémie et qui est déposée par couches successives à l'aide de l'appareil qui vient d'être décrit, peut être constituée par une résine photosensible qui est déposée sous forme liquide et qui est ensuite polymérisée par un rayonnement, par exemple ultraviolet. Cette matière peut être aussi constituée par une résine polyester qui est appliquée sous forme liquide de solution prépolymérisée, la polymérisation étant ensuite réalisée couche par couche par chauffage. La matière peut être également constituée par une résine acrylique liquide dont le sèchage est rapide en raison de la présence d'un accélérateur. Selon l'invention, on peut également utiliser des résines vinyliques liquides dont la polymérisation s'effectue couche par couche par séchage. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, l'écartement entre les deux lames de la trémie peut être réglé à l'aide par exemple de vis micrométriques, cet écartement étant fonction de la quantité de matière que l'on désire déposer à chaque passe et en particulier de ltépaisseur choisie pour chaque couche. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque bande obturatrice est une bande métallique mince susceptible d'être enroulée sur elle-même, comme par exemple une bande d'acier utilisée dans un mètre à ruban métallique. Conformément à l'invention, il est avantageux que les extrémités des bandes obturatrices soient ramenées l'une vers l'autre par des moyens élastiques de manière à permettre une obturation totale de l'orifice situé entre les lames de la trémie. Le positionnement et la largeur de l'ouverture laissée par les bandes obturatrices entre les lames de la trémie peuvent être obtenus par enroulement de l'autre extrémité des bandes obturatrices, enroulement qui est par exemple commandé par ordinateur. Conformément à un mode de réalisation particulier de l'invention, la partie supérieure de la trémie comporte un dispositif poussoir constitué par exemple par un électro-aimant qui par l'intermédiaire d'une membrane, repousse le produit contenu dans la trémie entre les lames de cette dernière. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser de manière relativement rapide, et à faible prix de revient, des modèles dont les dimensions peuvent atteindre de cinq à dix mètres de long, et d'un mètre à deux mètres de large. L'invention a également pour objet un procédé pour réaliser des pièces tridimentionnelles par superposition de couches successives, caractérisé par le fait que l'on réalise les couches successives en faisant s'écouler une matière liquide durcissable à travers la fente d'une trémie, animée d'un mouvement dans une direction perpendiculaire à celle de la fente, tandis que l'on obture au moins partiellement la fente par au moins deux bandes obturatrices commandées par exemple par ordinateur qui laissent s'écouler en elles la matière liquide durcissable aux endroits où l'on désire réaliser la couche. L'invention a enfin pour objet une pièce tridimensionnelle obtenue par superposition de couches successives à l'aide de l'appareil objet de l'invention, caractérisée par le fait que chaque couche est réalisée en faisant s'écouler une matière liquide durcissable à travers une fente d'une trémie animée d'un mouvement dans une direction perpendiculaire à celle de la fente, ladite fente étant au moins partiellement obturée par au moins deux bandes obturatrices commandées par exemple par ordinateur, qui laissent s'écouler entre elles la matière liquide durcissable aux endroits où l'on désire réaliser la couche. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va en décrire maintenant à titre d'illustration, et sans aucun caractère limitatif, un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'appareil selon 1' invention, - la figure 2 est une vue de dessus correspondant à la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 4 de la trémie d'alimentation munie du dispositif obturateur, - la figure 4 est une vue de dessus des bandes obturatrices en position fermée, - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 6 représentant schématiquement la trémie et le dispositif d'obturation en position ouverte, - la figure 6 représente schématiquement une vue de dessus des extrémités écartées des bandes obturatrices, et - la figure 7 est une vue en coupe à plus grande échelle montrant la réalisation selon l'invention d'une couche de produit susceptible de se solidifier. On a schématiquement représenté sur le dessin une table fixe 1 schématiquement vue en coupe sur la figure 1. Cette table sert de support aux autres parties de l'appareil selon l'invention. Un caisson mobile 2 monté sur des vérins 3 à vis 4 peut être déplacé verticalement par rapport à la table 1. On a schématiquement représenté sur la figure 1 comment une chaine ou une courroie 5 entraînée par un moteur 6 commande simultanément par le moyen de roues 7 les tiges filetées 4 de tous les vérins. En utilisant par exemple un moteur pas-à-pas 6, il est possible de réaliser les couches successives en soulevant le caisson mobile successivement de hauteurs qui correspondent à l'épaisseur des couches que l'on désire réaliser. La partie supérieure du caisson mobile 2 comporte deux rails parallèles 8 sur lesquels se déplace par l'intermédiaire de galets 9 un chariot mobile 10. Ce chariot se déplace avantageusement à vitesse constante dans une direction puis dans l'autre pour balayer la totalité de la surface du caisson mobile. Il est entraîné le long du caisson par un moteur 11 qui agit par l'intermédiaire de câbles 12 représentés schématiquement en traits interrompus. On conçoit que l'on peut, de cette manière, entraîner le chariot 10 d'une extrémité à l'autre des rails 12. On a représenté en coupe sur les figures 3 et 4 le chariot 10 muni de ses galets 9 qui roulent sur les rails 8. Le long du chariot se trouve disposée une trémie 13 qui présente à sa partie inférieure une fente 14 délimitée par deux lèvres parallèles 15. On a représenté à plus grande échelle sur la figure 7 une coupe de la partie inférieure de la trémie sur laquelle on voit une première lame fixe 15a et une seconde lame mobile 15b qui peut être rapprochée ou éloignée de la lame fixe 16a par des vis micrométriques telles que la vis 16. On remarque que de cette manière les extrémités effilées des lames 15a et 15b laissent entre-elles une fente 14 de largeur réglable. On a également schématiquement représenté sur les figures 3 et 5 un dispositif électromagnétique 17 qui, par l'intermédiaire d'un diaphragme 18, peut exercer une pression sur la matière contenue à l'intérieur de la trémie 13 pour favoriser son écoulement entre la fente 14 réalisée entre les bords des lames 15a et 15b. On a schématiquement représenté sur les figures 4 et 6 une vue de dessus des bandes obturatrices 19a et 19b qui sont constamment rappelées l'une vers l'autre par des ressorts 20. On a schématiquement représenté sur la figure 1 les tambours 21 sur lesquels sont enroulées les bandes obturatrices 19a et 19b de part et d'autre de la trémie. La rotation de ces tambours est commandée par des moteurs 22 qui sont avantageusement des moteurs pas-à-pas, et dont la position angulaire détermine à chaque instant la longueur de la fente que les bandes obturatrices 19a et 19b laissent subsister entre les lames 15a et 15b ainsi que le positionnement de cette fente. On voit sur la figure 7 qui est une vue à plus grande échelle en coupe selon V-V de la figure 6, comment la matière 13 contenue dans la trémie descend dans la fente 14 entre les lames 15a et 15b , pour constituer une couche 23 tandis que le chariot et la trémie se déplacent vers la droite, comme indiqué par la flèche F. Cette couche 23 se superpose à une série d'autres couches qui ont été réalisées précédemment. On comprend que le contour de la couche 23 qui se forme lors du déplacement du chariot dépend uniquement de la position des bandes obturatrices 19a et 19b qui peuvent, soit laisser passer, selon une largeur prédéterminée et a un endroit prédéterminé, la substance qui vient de la trémie 13 pour constituer la couche (comme représenté sur la figure 6), soit obturer totalement la fente 14 (comme représenté sur la figure 4). On a schématiquement représenté sur les figures 4 et 6 la fente 14 existant entre les lames 15a et 15b, la partie de cette fente 14 qui n'est pas obturée étant représentée en traits pleins sur la figure 6. Conformément à l'invention, les déplacements verticaux successifs du caisson mobile 2, du chariot 10 sur le caisson mobile 2 et des rubans obturateurs 19a et 19b peuvent avantageusement être réalisés selon l'invention à l'aide d'un ordinateur qui détermine les mouvements à partir des données outil a en mémoire et qui matérialisent la forme de l'objet que l'on désire réaliser. Il est bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et qu'il pourra recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour réaliser des pièces solides tridimensionnelles par superposition de couches successives, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison : une table fixe (1) destinée à supporter la pièce à réaliser; un caisson mobile (2) coulissant verticalement par rapport à ladite table sous l'action de vérins (3) par exemple à vis (4); un chariot (10) se déplaçant sur des rails (8) solidaires du caisson mobile (2); ledit chariot (10) comportant une trémie (13) dont la partie inférieure est constituée par deux lames (15a, 15b)faiblement écartées l'une de l'autre de manière à laisser entre elles une fente (14) continue de largeur constante; deux bandes obturatrices (19a, 19b) pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre au contact des deux lames (15a, 15b) de la trémie en étant commandées par exemple par un ordinateur de manière à obturer au moins partiellement la fente (14) et laisser entre leurs extrémités une ouverture qui correspond à la section horizontale du volume de matière liquide durcissable contenue dans la trémie (13) que l'on désire déposer pour réaliser une couche de la pièce en cours de fabrication. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière liquide durcissable est une résine photosensible. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière liquide durcis sable est une résine polyester en solution prépolymérisée qui polymérise par chauffage. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière liquide durcis sable est une résine acrylique liquide qui durcit en séchant rapidement en raison de la présence d'un accélérateur. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière liquide durcis sable est une résine vinylique liquide polymérisable par séchage. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'écartement entre les deux lames (15a, 15b) de la trémie peut être réglé, par exemple à l'aide de vis micrométriques (16). 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque bande obturatrice (19a, 19b) est une bande métallique mince, enroulée sur elle-même à son autre extrémité. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les extrémités de bandes obturatrices (19a, 19b) sont ramenées l'une vers l'autre par des moyens élastiques (20). 9. Procédé pour réaliser des pièces tridimensionnelles par superposition de couches successives à l'aide de l'appareil selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on réalise chaque couche en faisant s'écouler une matière liquide durcissable à travers la fente (14) d'une trémie (13) animée d'un mouvement dans une direction perpendiculaire à celle de la fente tandis que l'on obture au moins partiellement la fente (14) par au moins deux bandes obturatrices (19a, 19b), commandées par exemple par ordinateur, qui laissent s'écouler entre elles la matière liquide durcissable aux endroits où l'on désire réaliser la couche. 10. Pièce tridimensionnelle obtenue par superposition de couches successives à l'aide de l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que chaque couche est réalisée en faisant s'écouler une matière liquide durcissable à travers une fente (14) d'une trémie (13) animée d'un mouvement dans une direction perpendiculaire à celle de la fente (14), ladite fente (14) étant au moins partiellement obturée par au moins deux bandes obturatrices (19a, l9b), commandées par exemple par ordinateur, qui laissent s'écouler entre elles la matière liquide durcissable aux endroits où l'on désire réaliser la couche.