Brevet FR2676966A1 — publié le 19921204

PROCEDE D'IMPRESSION DE MATIERES POLYMERIOUES L'invention a pour objet un procédé d'impression mono ou polychromique de qualité de.matières plastiques à base de polymères, rigides ou semi-rigides que l'on veut ensuite thermoformer ou non, et les produits ainsi obtenus. Par extension, l'invention s'applique également à des supports rigides ou semi-rigides en matières quelconques que l'on a préalablement recouvertes d'un vernis - film ou revêtement polymérique - et que l'on veut imprimer préalablement à une transformation de forme autre que le thermoformage, comme par exemple l'estampage ... A l'heure actuelle et à titre d'exemple, pour imprimer des motifs décoratifs et publicitaires sur des emballages en matières plastiques thermoformées, l'industrie agro-alimentatire utilise deux solutions techniques 1) La première qui concerne essentiellement les pots de yaourt thermoformes et solidaires en packs de plusieurs pots, consiste à contrecoller - après thermoformage - sur les parties de l'objet que l'on désire décorer, une étiquette ou banderole en papier préimprimé. Cette solution nécessite l'apport d'un support papier réimprimé et la réalisation d'une opération de contrecollage qui ne peuvent être effectués que sur des surfaces cylindriques lisses et non sur des surfaces plus complexes. 2) La deuxième qui concerne les pots pris individuellement consiste - toujours après thermoformage - à imprimer les parties à décorer au moyen de techniques d'impression telles que l'offset sec ou la flexographie, qui consistent à faire défiler chaque pot individuellement contre des rouleaux imprimeurs munis de clichés gravés et encrés avec les couleurs correspondantes. Cette deuxième solution ne permet toutefois pas d'imprimer plusieurs pots solidaires entre eux. Par ailleurs, les motifs décoratifs obtenus par ces techniques sont facilement rayables et sont sensibles aux agents agressifs extérieurs (solvants par exemple). 3) Un autre exemple auquel les demandeurs ont été confrontés est celui de panneaux texturés (non lisses) de toutes dimensions, en polymères rigides thermoformés après impression que l'on utilise en doublage de véhicules de transport et que l'on décore par sérigraphie. Là aussi les motifs obtenus en surface du matériau sont facilement rayables et sensibles à l'usure ou aux solvants, ce qui est dans ce cas plus critique du fait de la nécessaire durée de vie plus longue de ces produits par rapport à des emballages perdus tels que les pots de yaourt. Les demandeurs ont orienté leurs recherches vers une technique d'impression - avant thermoformage susceptible 1) d'autoriser l'impression de motifs polychromiques résistants à l'usure et aux solvants et non sensibles à la chaleur lors du thermoformage, 2) de s'insérer, quel que soit le type d'objet à réaliser, dans une chaîne de fabrication de série, sans modifier le débit, 3) d'autoriser la plus grande flexibilité quant à la modification ultérieure des motifs d'impression, sans entraîner de modification de la chaîne de fabrication, donc sans aucun surcoût, 4) d'aboutir à une solution technique où la correction des motifs d'impression liée à la déformation du thermoformage de la matière soit - indépendante de la chaîne de fabrication;; - fidèle, donc sans altération, quant à la restitution du motif décoratif ou publicitaire tel qu'on souhaite le voir apparaître sur l'objet à réaliser, et ce quelle que soit la complexité de sa forme. Il existe dans l'industrie textile pour des tissus en fibres polyester que l'on désire imprimer, une technique d'impression par transfert d'encres sublimables à chaud (entre 140 degrés C et 300 degrés C). Cette technique déjà ancienne est décrite en particulier dans le brevet Français No 1223330, et elle n'a cessé d'être perfectionnée depuis. Elle consiste à réaliser tout d'abord une impression mono ou polychromique sur un support papier en utilisant des colorants qui se subliment à chaud. L'opération de transfert par sublimation s'effectue par une mise en contact intime du papier imprimé et du tissu vierge autour d'un tambour chauffé à 200 degrés C. La délamination du papier après sublimation s'effectue immédiatement en sortie de pression, et ce de manière continue. L'opération de préimpression du support papier à transférer s'effectue de manière classique et indépendante de l'impression du tissu. Du fait de la sublimation des colorants dans le tissu, il y a pénétration de ceux-ci dans le polyester et les motifs ainsi obtenus sont donc intégrés parfaitement dans le support final, sans altération, et sont résistants aux différentes agressions (lavages, usure, solvants, chaleur ...) Lorsque l'on effectue ce même type d'impression sur un support rigide en matière plastique, il est nécessaire de réaliser celle-ci entre deux supports plans (plateaux métalliques), que l'on chauffe par un moyen adapté, et l'on exerce alors une pression sur le papier et la matière plastique à décorer. Par exemple les brevets Français No 2230794, 2521489, et Anglais No 2120168 dans leurs descriptions, cherchent précisément à utiliser cette technique d'impression sur des supports rigides ou semi-rigides plans. Les demandeurs ont constaté que ces solutions étaient limitées à l'impression de matériaux définis et constitués de matières synthétiques homogènes. Dès lors que l'on essaye d'imprimer des matières plastiques composites, constituées de plusieurs polymères superposés obtenus par coextrusion, les matériaux obtenus tels qu'utilisés couramment dans l'industrie, ne répondent plus aux conditions définies dans les brevets mentionnés ci-dessus. Du fait des températures utilisées (200 degrés) et du temps de transfert égal ou supérieur à une minute, les matériaux rigides ou semi-rigides généralement utilisés dans l'industrie (agro-alimentaire par exemple) se ramolissent et se dilatent entraînant élongation du produit et bavures hors des supports de pressage, ce qui provoque des variations dimensionnelles qui interdisent la reproduction fidèle des décors souhaités. Par ailleurs, du fait de la pression exercée sur le matériau qui a tendance à se dilater, le papier de transfert adhère au matériau après refroidissement. La solution indiquée dans le brevet Français No 2230794 qui consiste à délaminer avant refroidissement le papier de la matière à décorer, n'est pas adaptée, car cette opération va étirer la matière encore molle en la déformant, ce qui entraîne une distorsion des motifs de décor et du matériau même. De plus, aucun de ces brevets ne traite d'impression sur support plat destiné à être mis en volume par thermoformage ou estampage. La présente invention vise à résoudre les problèmes précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'impression mono ou polychromique de matières polymériques par sublimation à chaud et à sec, par exemple en portant le matériau à une température comprise entre environ 140 degrés C et 300 degrés C pendant une durée de l'ordre de une minute, de pigments à partir d'un papier transfert caractérisé par le fait que le transfert s'effectue sous une pression inférieure à la pression normale, et de préférence inférieure à environ 0,8. 105 Pa. L'impression peut notamment se faire sur des matériaux semi-rigides sublimables en enroulant le matériau et le papier transfert en bobine que l'on étuve à ladite pression inférieure à la pression normale Les demandeurs ont trouvé qu'en créant une mise sous vide à chaud entre 140 degrés C et 300 degrés C entre le matériau plan à décorer et le papier imprimé, l'on obtenait les résultats inattendus suivants - les matières plastiques polymeriques ramollissent sans couler ni baver même à haute température et pour des durées égales ou supérieures à une minute, - le transfert des colorants sublimables s'effectue sans altération des motifs d'impression et des couleurs, - les colorants pénètrent les matières plastiques assurant ainsi les propriétés recherchées de résistance au frottement et aux solvants, - le papier transfert n'adhère pas sur le support après refroidissement. Par ailleurs, dès lors qu'il s'agit de matériaux en matières plastiques sublimables ou recouvertes en surface d'une couche sensible à la sublimation, l'utilisation du vide pour des matériaux flexibles que l'on enroule en bobines avec le papier transfert, et ce, dans une étuve fermée maintenue à chaud, autorise le transfert des colorants sublimables sans altération des motifs et des couleurs. Après refroidissement, le papier n'adhère pas sur le matériau, ce qui permet après sortie de la bobine de l'étuve, un délaminage du papier et du matériau parfaitement décoré et non distendu. Le procédé s'adapte donc aussi bien pour des produits rigides ou semi-rigides plans que pour des produits semi-rigides que l'on enroule en bobines. Le matériau peut, après l'impression, subir toute transformation de forme telle que thermoformage, estampage, ... La solution au problème de la correction des motifs d'impression liée à la modification des formes par le thermoformage, ou autre processus de transformation de la forme, a fait également l'objet de nombreuses recherches. Par exemple les brevets Français No 2403201 et No 2469161 y font référence, mais les solutions apportées sont, ou très fragmentaires ou adaptées à une mise en oeuvre particulière (moulage). Elles ne sont pas indépendantes de l'objet ou de la chaîne de mise en oeuvre de celui-ci. Pour aboutir au résultat désiré, on fait subir aux motifs à imprimer une transformation de forme, notamment par orthophotographie et redressement photographique. De telles techniques, dans lesquelles on détermine numériquement les déformations d'un objet, et la numérisation informatisée pour restituer automatiquement l'image plane à obtenir, sont connues dans le domaine de la cartographie par photographies aériennes. Celles-ci cherchent, en effet, à corriger les variations locales d'échelles liées aux reliefs et à l'inclinaison des prises de vue. Ces techniques sont connues sous le nom "d'orthophotographie" et consistent à effectuer successivement les opérations suivantes - prises de vue aériennes du sujet, - établissement d'un modèle numérique de celui-ci par numérisation des courbes de niveau à partir d'un modèle de photogrammétrie et que l'on traite ultérieurement par voie informatique, - restitution par transformation "orthophotographique" grâce à un projecteur à commande numérique, Les demandeurs ont pu montrer qu'une telle technique de corrections d'images est adaptée au problème de déformation d'impression due au thermoformage, de la façon suivante - réalisation sur le matériau à thermoformer de l'impression d'un maillage millimétrique numérote, - thermoformage du matériau selon une procédure normalisée et reproductible, - réalisation de la prise de vue photographique et restitution des noeuds de la grille de maillage pour un intervalle donné, lié à la précision souhaitée, avec un enregistrement numérique, - repérage des surfaces thermoformées pour déterminer la déformation de l'image, - création par la méthode "orthophotographique" de grilles ayant subi la transformation inverse, - impression sur un matériau identique, d'une grille non régulière bien repérée, qui résulte de cette transformation, - thermoformage de ce matériau de façon à constater que toutes les surfaces précédemment définies ne comportent plus de déformations significatives. L'on comprend que par cette méthodologie, et pour un objet donné thermoformé, l'on obtient une fois pour toutes la détermination numérique des corrections des déformations ; cette numérisation peut alors être informatisée rendant ainsi possible une automatisation de la restitution d'une image plane à partir de motifs réalisés sur l'objet à décorer. Il existe, par exemple, des dispositifs informatisés de vision en trois dimensions permettant d'établir les coordonnées spatiales d'un objet et des motifs qui figurent sur sa surface ; pour atteindre de grandes précisions l'on utilise, en particulier, un dispositif optique à laser qui peut balayer la surface de l'objet. En corrigeant les valeurs numériques obtenues par de tels dispositifs de vision, et ce, par les valeurs établies comme nous l'avons précisé plus haut, l'on peut obtenir l'image qu'il y aura lieu d'imprimer sur le papier transfert. Les demandeurs ont pu donc, par la combinaison et l'adaptation de moyens que sont - l'établissement de manière indépendante de la chaîne de thermoformage, de l'image plane corrigée, liée à la déformation des motifs, grâce au procédé qui vient d'être exposé ci-dessus, - l'impression de cette image, avec des encres sublimables à chaud sur support de transfert à sec, adaptés à la matière à thermoformer, - la mise sous vide entre les plateaux ou courroies où défileront éventuellement la matière à traiter et son support de transfert, tout en les chauffant avec la température et la durée nécessaire au transfert des motifs, - le délaminage après refroidissement du support papier transfert et du matériau avant thermoformage, - le thermoformage du matériau d'où résultent les objets en volume reproduisant les décors originaux souhaités, assurer les objectifs de qualité et de productivité correspondant au matériel existant. Les produits obtenus par ce procédé sont uniques, du fait de la pénétration des encres dans la matière, donnant aux motifs transférés les qualités de résistance aux frottements et aux solvants. Le procédé s'applique à toute forme d d'objet que l'on obtiendrait sur une chaîne de thermoformage, et l'on peut, à l'image de ce qui est réalisé dans l'industrie textile, imprimer de manière indépendante les supports de transfert secs, même à l'extérieur de l'usine, grâce à la méthode ',d'impression assistée par ordinateur" décrite ci-dessus. Pour un objet de forme donnée, la modification des motifs de décor est flexible et rapide grâce au traitement informatisé et automatique. Le procédé peut facilement s'insérer dans une chaîne de fabrication continue ou discontinue, il suffit alors d'adapter la longueur des tapis métalliques ou plastiques résistants à la chaleur, au chauffage et à la vitesse de défilement de la chaîne de fabrication, en fonction de la température et de la durée de traitement, elles mêmes liées à la matière à thermoformer, aux encres sublimables utilisées, et à la nature du support de transfert sec. Dans le cas où la matière à transformer est semi-rigide et suffisamment souple pour être enroulée en bobines avec le support de transfert papier le procédé S'applique également. L'opération de mise sous vide et de transfert des encres sublimables à chaud peut s'effectuer dans un processus continu, immédiatement après l'extrusion lorsque la matière est encore pâteuse: donnant ainsi un procédé entièrement continu d'impression et de thermoformage. Par extension, le procédé peut également s'appliquer à d'autres transformations de forme que le thermoformage de matériaux rigides ou semi-rigides, et à des matières quelconques à condition de revêtir celles-ci d'un vernis polymérique ou d'un film sur lesquels la technique d'impression au moyen d'encres sublimables à chaud est possible. On décrira maintenant, à titre non limitatif des exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention en références aux dessins annexés dans lesquels la figure 1. est une vue en coupe tranversale schématique du dispositif utilisé, les figures 2a 2b et 2c représentent une des étapes de l'exemple 1, et les figures 3a, 3b et 3c représentent une autre étape de cet exemple. Le dispositif de la figure 1 comprend deux plaques rigides l et 2. La plaque inférieure 2 comporte des orifices 3 reliés par des canalisations 4 à une pompe à vide 5. Un dispositif de chauffage 6 est disposé sur la plaque 1 et sous la plaque 2. La feuille de matière plastique 7 est posée sur le plateau 2 surmonté de la feuille de papier transfert 8. Un joint de silicone 9 est disposé entre les deux plateaux 1 et 2 à leur périphérie de manière à réaliser une enceinte étanche 10 entre les deux plateaux. Un vide de l'ordre de 0,75.105 pascal est alors réalisé dans l'enceinte 10 à l'aide de la pompe 5 et les moyens de chauffage 6 sont actionnés de manière à porter les feuilles 7 et 8 à une température de l'ordre de 200 degrés C pendant environ une minute. Après cette opération, l'impression de la feuille de matière plastique 7 est réalisée, et l'on peut après refroidissement séparer les feuilles 7 et 8. Bien entendu, ce procédé peut être mis en oeuvre en continu par exemple entre une machine à extruder et une machine à thermoformer. Exemples No 1 Trois objets en volumes ont été traites selon le processus décrit ci-dessus - un parallélépipède (figures 2a et 3a) - une coupole (figures 2b et 3b) - un gobelet de la forme d'un pot de yaourt (figures 2c et 3c) (Objets de forme couramment utilisés dans l'industrie agro-alimentaire). Les différentes étapes du traitement sont les suivantes 1. Choix d'un matériau en feuilles plastiques à thermoformer (feuilles de 90 cm x 65 cm). 2. Impression monochrome (noir) - avant thermoformage d'un maillage millimétrique numéroté sur les feuilles plastiques selon un mode d'impression classique (identique à l'impression d'une feuille papier). 3. Réalisation de trois moules correspondant aux trois formes définies ci-dessus. 4. Thermoformage des feuilles plastiques millimétrées sur ces trois moules. On obtient les formes représentées aux figures 2a, 2b et 2c. La stabilité des déformations sur les surfaces thermoformées est parfaite à 0,5 mm près. 5. Prises de vue et mesure des noeuds de la grille. 5.1. Chaque objet est photographié à partir de 3 points de vue différents x, y, z, situés à 1,50 m de son centre. 5.2. Numérisation par profil demi-centrimétique pour chaque face à partir de chaque point de vue x, y, z, qui donne lieu à des fichiers sur bande magnétique, organisés comme suit n profils, x, y, z, x, y, z des points d'appui sont enregistrés autour de chaque forme et repérés sur le thermoformage. 6. Repérage des surfaces choisies sur les objets 6.1. Récupération des profils enregistrés sur les fichiers de la bande magnétique pour réaliser un fichier par face n profils nombre de points xyz xyz xyz l'exploitation de la numérisation a été faite sur mini-ordinateur Eclipse DC. Ces fichiers ne sont pas "rectangulaires". 6.2. A partir d'un profil central repéré artisanalement, on choisit de garder un certain nombre de profils de part et d'autre, et de points le long des profils, ceci constitue un fichier "régulier". No profil nombre de points x y z, x y z, x y z, 6.3. Les figures obtenues étant régulières (m profils de n points), exploitation des profils grâce à l'orthophotographie. Les fichiers servent à la constitution de la bande de pilotage de l'orthophotographie, cette bande contient les coordonnées transformées des points de tous les profils. 7. Sur chaque zone, génération d'un film ortho photographique traitant différemment 2 types de déformation 7.1. Face plane - parallélépipède. 7.2. Faces circulaires - coupole, cylindre. La transformation à appliquer à chaque point doit assurer la déformation inyerse de celle du thermoformage. La transformation est la projection sur la face à déformer. 7.1. Calcul des caractéristiques du plan de la face plane. On prend une partie des coordonnées de 3 points de la face, on détermine la normale à la face et de là les angles caractérisant une orientation de l'espace, puis on projette chaque point sur le plan. 7.2. On choisit pour ces 2 formes - coupole, cylindre - la projection sur un cylindre tangeant à la forme. Calcul de l'axe du cylindre : on prend "artisanalement" le barycentre de la face supérieure, puis on projette chaque point sur le cylindre. 8. On choisit parmi les fichiers figurant sur la bande magnétique, ceux qui permettent le traitement par l'orthophotographie, c'est-à-dire ceux dont les coordonnées transformées ont la valeur des coordonnées des points de la face. On réalise des films selon la méthode de l'orthophotographie. Sur ces films, figurent des millimètrés ayant subi la déformation inverse après thermoformage, le millimétré deviendra régulier sur les zones choisies. Les films sont alors montés à leur emplacement sur le millimétré qui sera imprimé comme décrit en référence à la figure 1, puis thermorformé par tout moyen connu. Ces exemples démontrent que le procédé selon l'invention permet de faire apparaître des motifs imprimés non déformés sur un thermoformage qui est réalisé après l'impression sur le matériau déterminé. Exemples No 2 - Deux objets en volume ont été traités pour obtenir des formes pré-définies décorées en polychromie. - un coffret destiné à contenir des produits cosmétiques et décoré aux couleurs du parfumeur (non représenté) - un lavabo pour avion, autocar, ... décoré aux couleurs de la compagnie de transports (non représenté). 1. Choix d'un matériau en feuilles plastiques correspondant aux usages précisés ci-dessus, et dont la surface est constituée d'une couche polymérique sublimable (polyester par exemple). 2. Impression polychrome de feuilles de papier avec de l'encre sublimable. 3. Calage entre deux tapis de caoutchouc d'une feuille de plastique vierge et d'une feuille de papier imprimée. Réalisation du vide par dépression entre les deux tapis, puis chauffage à 200 degrés C (à l'aide de radiants disposés sur toute la surface du tapis), pendant une durée d'une minute des matériaux pris entre les deux tapis. Refroidissement à température ambiante et délaminage du papier. 4. Les feuilles plastiques planes sont sublimées en polychromie, reproduisant à l'identique les décors originaux. 5. Introduction des feuilles plastiques planes et imprimées à thermoformer, dans les moules, après repérages. Thermoformage des feuilles plastiques imprimées. Obtention de 2 objets en volume décorés en polychromie. Les deux objets ont été anamorphosés, accusant des taux de distorsion de 1 à 5, et les couleurs obtenues sont fidèles malgré l'anamorphose irrégulière des sujets. L'intensité des couleurs n'est nulle part altérée par l'anamorphose. Aucune fissure n'apparaît, ni sur les surfaces distendues, ni sur les formes angulaires. Les exemples 1 démontrent l'efficacité du procédé qui permet de faire apparaître des motifs imprimés non déformés après thermoformage. Les exemples 2 démontrent que l'anamorphose respecte les couleurs des décors d'origine dès lors que l'impression se fait par sublimation avant le thermoformage. L'objet final obtenu après transformation de forme peut être lisse ou texturé, de forme régulière ou irrégulière, convexe ou concave. REVENDICATIONS 1. Procédé d'impression mono ou polychromique de matières polymériques par sublimation à chaud et à sec de pigments à partir d'un papier transfert caractérisé par le fait que le transfert s'effectue sous une pression inférieure à la pression normale. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le transfert s'effectue à une pression inférieure à environ 0,8.105 Pa. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le transfert s'effectue en portant le matériau à une température comprise entre environ 140 degrés C et environ 300 degrés C pendant une durée de l'ordre de une minute. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le délaminage du papier transfert se fait après refroidissement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'impression se fait sur des matériaux semi-rigides sublimables en enroulant le matériau et le papier transfert en bobine que l'on étuve à ladite pression inférieure à la pression normale. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on effectue après l'impression une transformation de forme telle que thermoformage ou estampage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les motifs à faire apparaître sur les matériaux à thermoformer subissent une transformation de forme. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les transformations de forme sont obtenues par orthophotographie et détermination numérique des déformations. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, mise en oeuvre a la sortie de la machine à extruder le matériau polymérique pendant que le matériau est chaud. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, mise en oeuvre à l'entrée d'une machine à thermoformer. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel on réalise sur le matériau à thermoformer l'impression d'un maillage millimétrique, on procède au thermoformage du matériau, on réalise une prise de vue photographique de l'objet ainsi obtenu, on crée par orthophotographie une grille ayant subi la transformation inverse, on déforme conformément à cette grille le motif à imprimer, on imprime le motif ainsi déformé sur un matériau plan et on procède au thermoformage de ce matériau.