Brevet FR2730662A1 — publié le 19960823

Procédé et dispositif pour la fabrication de pièces moulées en matière synthétique. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la fabrication de pièces, de préférence complexes, en particulier riches en contre-dépouilles marquées. Les procédés de fabrication actuels, en particulier les procédés de moulage par injection, ne peuvent être envisagés, en raison du prix des moules, que pour des pièces fabriquées en quantité suffisante correspondant à des moyennes ou à des grandes séries. De même, les procédés d'usinage ne peuvent être retenus qu'à partir du moment où la pièce à fabriquer présente une forte valeur ajoutée. Il existe donc aujourd'hui une large place sur le marché pour le développement d'un procédé et d'un dispositif qui permettraient de réaliser, à partir d'une pièce originale, des petites ou moyennes séries, à moindre coût. Le problème mentionné ci-dessus devient insoluble lorsque la pièce à fabriquer est une pièce complexe, en particulier riche en contre-dépouilles marquées. En effet, aujourd'hui, l'injection plastique est systématiquement rejetée dans le cas de fabrication de pièces complexes en raison du coût du moule. Quant au procédé d'usinage, il demeure particulièrement onéreux. Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précités en proposant un dispositif et un procédé pour la fabrication de pièces en matière synthétique, de préférence complexes, en particulier riches en contre-dépouilles marquées, qui permettent à partir d'une pièce originale la réalisation de petites ou moyennes séries à un coût moindre tout en assurant une précision de reproduction des pièces de l'ordre du millième ou du centième de millimètre. L'invention concerne à cet effet un dispositif pour la fabrication de pièces en matière synthétique de préférence complexes, en particulier riches en contre-dépouilles marquées, du type comportant au moins un moule délimitant au moins une cavité de moulage susceptible d'être, au cours d'une même opération de moulage, mise sous vide puis alimentée, dans une phase dite d'injection, en produits de moulage sous pression, caractérisé en ce que le moule est déformable et enfermé à l'intérieur d'une boite à moule susceptible d'être ouverte ou fermée, le moule et/ou la boîte à moule étant équipés de moyens de contrôle du retour du moule à sa forme initiale après qu'il ait subit une déformation liée à sa mise sous vide pour déterminer la fin de la phase d'injection de la matière de moulage. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le moule est logé sans jeu à l'intérieur de la boîte à moule rigide qui, lors de la phase d'injection, limite la déformation du moule. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication par moulage de pièces complexes en matière synthétique, caractérisé en ce qu'on met sous vide la cavité de moulage d'un moule déformable logé à l'intérieur d'une boîte à moule fermée, en ce qu'on interrompt la mise sous vide, en ce qu'on injecte dans la cavité de moulage une matière de moulage sous pression, en ce qu'on contrôle en continu la déformation du moule et en ce qu'on stoppe l'injection lorsque le moule a repris sa forme initiale correspondant à celle antérieure à la mise sous vide. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue schématique simplifiée de l'ensemble d'un dispositif conforme à l'invention ; la figure 2 représente la boîte à moule logeant un moule conforme à l'invention la figure 3 représente une vue en perspective éclatée des différents éléments constitutifs d'une boîte à moule conforme à l'invention et les figures 4A à 4F représentent des vues schématiques simplifiées des différentes phases du procédé. Conformément à l'invention, ce dispositif est destiné à la fabrication de pièces en matière synthétique, de préférence complexes, en particulier riches en contre-dépouille marquées. A titre d'exemples, on peut ainsi citer des produits tels que des boutons destinés à la haute couture, des statuettes, des pièces techniques utilisées en particulier dans l'automobile, etc. La fabrication de ces pièces est toujours réalisée à partir d'un modèle qui peut être en un matériau quelconque. Ce dispositif comporte au moins un moule 2A, 2B réalisé en au moins deux parties indépendantes ou cinématiquement solidaires par l'intermédiaire d'une charnière. Ce moule délimite au moins une cavité 3 de moulage, susceptible d'être, au cours des différentes étapes de fabrication, mise sous vide puis alimentée dans une phase dite d'injection en produits de moulage sous pression. Le produit de moulage constitutif de la pièce à réaliser peut être quelconque. Les exemples donnés ci-après ont été réalisés à partir d'une résine polyuréthanne bi-cqmposante. Toutefois, toute autre matière synthétique, composite ou non, peut être utilisée. Le dispositif comporte en outre une boîte à moule 1 à l'intérieur de laquelle est susceptible d'être logé le moule 2A, 2B. Une des caractéristiques essentielles de ce dispositif est que le moule 2A, 2B est déformable. Ce moule est donc réalisé en un matériau déformable, tel qu'un élastomère, un silicone, un caoutchouc naturel ou synthétique ou similaire. Ce moule est généralement réalisé à partir de la boîte à moule 1 à l'intérieur duquel il est logé au cours de la fabrication des pièces. Dans ce cas, la boîte à moule 1 forme l'empreinte du moule 2A, 2B. De ce fait, une telle technique de fabrication du moule garantit que le moule sera par la suite logé sans jeu à l'intérieur de la boîte à moule 1 rigide, cette boîte à moule étant susceptible, lors de la phase d'injection, de limiter la déformation du moule 2A, 2B. Cette boîte à moule 1, qui constitue éventuellement l'empreinte du moule 2A, 2B, peut affecter une forme quelconque. Dans l'exemple représenté à la figure 3, elle affecte une forme parallélépipédique. Dans cet exemple, la boîte à moule 1 est formée d'au moins deux demi-boîtes 14, 15 dont l'une des demi-boîtes 14 est équipée d'un fond 13 amovible. De même, au moins l'une des demi-boîtes 14, 15 est équipée d'orifices de coulée. Dans l'exemple représenté, chaque demi-boîte 14, 15 est équipée respectivement d'orifices de coulée 11, 12. Ces orifices de coulée 11, 12 permettent l'introduction de la matière constitutive du moule 2A, 2B. Enfin, cette boîte à moule est équipée d'une articulation qui permet le passage de la boîte d'une position ouverte à une position fermée et inversement. La boîte est en outre maintenue en position fermée au moyen d'organes de fermeture appropriés. Dans l'exemple représenté à la figure 3, l'opération de fabrication du moule est réalisée en deux temps. Toutefois, il est également possible de mettre en oeuvre des procédés de fabrication dans lesquels le moule est réalisé en un seul temps, le plan de joint du moule étant dans ce cas sculpté, par la suite, au moyen d'un dispositif de coupe approprié tel qu'un scalpel. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le procédé de fabrication du moule est le suivant : on remplit l'une des demi-boîtes de la boîte à moule 1, généralement la demiboîte 14 équipée du fond 13 amovible au moyen d'une pâte à modeler. On dispose à la surface de cette demi-boîte 14 le ou les modèles à reproduire que l'on introduit partiellement dans la pâte à modeler. On sculpte ensuite d'une part le joint d'étanchéité qui pourra éventuellement être remplacé par un tube de silicone souple, d'autre part les orifices d'entrée et de sortie de matière. On ferme la boîte à moule de manière étanche au moyen du couvercle 15 puis on coule, à l'intérieur de ladite boîte 1, dans la partie du couvercle 15, par un des orifices de coulée 11, une matière élastiquement déformable tel que du silicone que l'on dégaze ultérieurement. Une fois ce matériau polymérisé, la boîte à moule 1 est retournée, le fond 13 amovible est enlevé, la pâte à modeler est également enlevée du cadre 14 tout en laissant les modèles à reproduire en prise dans la partie supérieure du moule qui vient d'être coulée. On traite alors la surface du moule correspondant au futur plan de joint du moule pour empêcher l'adhérence de la matière constitutive du moule lorsque la deuxième partie de ce moule va être réalisée. Le fond 13 de la boîte à moule 1 est réajusté au cadre 14 puis, après application d'un agent de démoulage, le silicone est coulé par l'intermédiaire de l'orifice de coulée 12 et dégazé par l'intermédiaire de ce même orifice. La deuxième partie du moule est alors terminée. Une fois la matière constitutive du moule polymérisée, on procède au démoulage de l'ensemble.Le moule obtenu est donc un moule déformable en raison de la matière constitutive du moule. On notera que, si le moule délimite plusieurs cavités de moulage 3, comme c'est le cas dans l'exemple représenté à la figure 2, les différentes cavités 3 sont reliées entre elles au moyen d'un réseau 4 de canalisations de coulée lui-même relié d'une part à un conduit 10 d'injection de la matière de moulage constitutive des pièces, d'autre part à un conduit 5 de mise sous vide desdites cavités 3. Ces conduits 5 et 10 peuvent déboucher soit directement dans une cavité de moulage 3, soit dans le réseau 4 de canalisations de coulée.Une fois le moule 2A, 2B logé sans jeu à l'intérieur de la boîte à moule 1, l'ensemble est raccordé d'une part par le conduit 10 à un dispositif d'injection du type par exemple de celui représenté à la figure 1, d'autre part par le conduit 5 à un dispositif de mise sous vide. Le dispositif d'injection représenté à la figure 1 est un dispositif plus particulièrement adapté pour l'injection d'une matière bi-composante telle qu'une résine polyuréthanne bi-composante A, B. Ce dispositif d'injection comporte dans ce cas au moins deux réservoirs 19 dont le contenu respectif A, B est mélangé au moyen d'un agitateur 20 à vitesse lente. Chaque réservoir 19 est en outre relié à un moyen de mise sous vide constitué par exemple par une pompe à vide 6 qui pourra être réutilisée pour la mise sous vide de la cavité de moulage 3. Cette pompe à vide 6 permet de dégazer les éléments A, B constitutifs de la matière de mélange. Ces réservoirs comportent en outre un moyen d'alimentation 22 en air comprimé réglable au moyen d'un dispositif 21 de manière à assurer une alimentation sous pression de la matière de moulage dans le moule.Cette pression est généralement une basse pression. Ces réservoirs 19 sont équipés en aval de leur orifice de sortie d'un dispositif de mesure de débit tel qu'un volucompteur 18 qui autorise l'introduction d'une quantité définie de matière du réservoir 19 dans une tête de mélange statique 16 reliée par le conduit d'injection 10, obturable, au moule 2A, 2B. Le dispositif d'obturation du conduit d'injection 10 est par exemple constitué par une électrovanne 9. Grâce à un tel dispositif d'injection, on obtient d'une part un mélange parfait des composants A et B de la matière de moulage, d'autre part la délivrance d'une quantité précise de matière de moulage à l'intérieur du moule.Pour parfaire le dispositif, il peut être prévu un dispositif qui gère automatiquement l'ouverture et la fermeture des électrovannes 17 disposées entre les volucompteurs et la tête de mélange statique 16, l'ouverture et la fermeture 9 du conduit d'injection 10 de la matière de moulage sous pression à l'intérieur du moule, l'ouverture et la fermeture 7 du conduit 5 de mise sous vide en fonction notamment de données obtenues à partir de moyens 8 de contrôle de retour du moule à sa forme initiale qui seront décrits ci-après. Ce dispositif de gestion peut être constitué par toute installation informatique appropriée. Cette installation comporte encore une pompe à vide 6 reliée, par un conduit 5 à obturateur 7, au moule pour permettre la mise sous vide de la cavité de moulage 3 du moule 1. Le moule 2A, 2B et/ou la boîte à moule 1 sont équipés de moyens 8 de contrôle du retour du moule 2A, 2B à sa forme initiale après qu'il ait subi une déformation liée à sa mise sous vide pour déterminer la fin de la phase d'injection de la matière de moulage. Ces moyens 8 de contrôle du retour du moule à sa forme initiale sont constitués par des palpeurs-comparateurs de position ou des capteurs-comparateurs de pression et/ou de précision. Dans l'exemple de la figure 4, il est représenté des palpeurscomparateurs de position constitués par un plongeur susceptible de pénétrer à l'intérieur de la boîte à moule, ce plongeur suivant en permanence les modifications de position de la paroi externe du moule.Ce palpeurcomparateur 8 est équipé de moyens d'affichage qui permettent à l'utilisateur de visualiser le retour du moule à sa forme initiale et donc d'interrompre la phase d'injection du moule. Ces moyens de visualisation peuvent être supprimés lorsque la gestion de la phase d'injection est réalisée de manière automatique. Bien évidemment, d'autres modes de réalisation du palpeurcomparateur peuvent être retenus. Ces palpeurs-comparateurs sont généralement disposés au voisinage de la cavité de moulage, au droit de son plan de joint, et sont disposés en nombre suffisant pour déterminer de manière précise le retour du moule 2A, 2B à sa forme initiale. Le principe de fonctionnement d'une telle installation est le suivant : le moule 2A, 2B déformable est tout d'abord introduit à l'intérieur de la boîte à moule 1 où il y est logé sans jeu. L'ensemble est par la suite relié, au moyen de conduits 10 et 5 appropriés, d'une part à une pompe à vide 6, d'autre part, à un dispositif d'injection du type de celui représenté à la figure 1. Par la suite, le moule est soumis aux étapes représentées aux figures 4A à 4F. Dans un premier temps, correspondant à la figure 4A, la cavité de moulage 3 est à la pression atmosphérique, les conduits 5 et 10 respectifs de mise sous vide et d'alimentation sous pression en matière de moulage de la cavité de moulage sont ouverts. La cavité de moulage 3 affecte une forme correspondant à sa forme initiale. Les palpeurs-comparateurs 8 sont initialisés. Dans une deuxième étape, correspondant à la figure 4B, le conduit 10 d'injection de la matière de moulage sous pression dans la cavité de moulage 3 est fermé. Dans l'étape suivante correspondant à la figure 4C, la ou les cavités de moulage 3 du moule 2A, 2B sont mises sous vide par actionnement de la pompe à vide 6. Dans ce cas, les cavités de moulage se déforment en particulier en se contractant et en diminuant de volume, ce qui entraîne un éloignement de la paroi du moule de la paroi de la boîte à moule 1, cet éloignement étant visualisé au moyen du palpeur-comparateur 8 qui tend alors à pénétrer à l'intérieur de la boîte à moule 1. Dans une étape ultérieure, correspondant à la figure 4D, la mise sous vide est interrompue par fermeture du conduit 5. Parallèlement, le conduit 10 d'injection sous pression de la matière de moulage dans la ou les cavités de moulage 3 du moule 2A, 2B est ouvert. La figure 4E représente cette phase d'injection de la matière de moulage à l'intérieur des cavités de moulage. Au cours de l'opération de remplissage, les cavités 3 du moule tendent à revenir à leur forme initiale. Lorsque le retour à la forme initiale est constaté, comme le montre la figure 4F, le conduit 10 d'injection sous pression de la matière de moulage est fermé, la fabrication des pièces est terminée. I1 suffit alors d'attendre, pendant un temps déterminé, la prise de la matière à l'intérieur de la cavité de moulage 3 avant de démouler l'ensemble. Le démoulage s'effectue par ouverture de la boîte à moule 1, extraction du moule 2A, 2B, voire même simple enlèvement de la partie supérieure 2A du moule, puis extraction hors de la cavité de moulage 3 de la pièce à mouler. En raison de l'aptitude à la déformation du moule, il est possible de reproduire de manière particulièrement précise le profil complexe d'une pièce, en particulier d'une pièce pourvue de contre-dépouilles marquées. En outre, en raison d'une injection sous pression, il est garanti que l'ensemble des parties constitutives de cette cavité seront remplies lors de la phase d'injection. Ce procédé de fabrication s'avère reproductible puisque la précision dimensionnelle obtenue est de l'ordre du dixième ou du centième de millimètre. Enfin, du fait du contrôle du retour du moule à sa forme initiale, il est possible de réutiliser plusieurs fois le moule et de prendre en compte des déformations éventuelles de ce moule liées à son usure. Un tel dispositif se révèle particulièrement intéressant dans le cas de réalisations de prototypes de pièces complexes, en particulier de pièces mécaniques destinées au domaine de l'automobile, car il permet de fabriquer rapidement à un coût très faible une pièce complexe en au moins un exemplaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la fabrication de pièces en matière synthétique, de préférence complexes, en particulier riches en contre-dépouilles marquées, du type comportant au moins un moule (2A, 2B) délimitant au moins une cavité (3) de moulage susceptible d'être, au cours d'une même opération de moulage, mise sous vide puis alimentée, dans une phase dite d'injection, en produits de moulage sous pression, caractérisé en ce que le moule (2A, 2B) est déformable et enfermé à l'intérieur d'une boîte à moule (1) susceptible d'être ouverte ou fermée, le moule (2A, 2B) et/ou la boîte à moule (1) étant équipés de moyens (8) de contrôle du retour du moule (2A, 2B) à sa forme initiale après qu'il ait subit une déformation liée à sa mise sous vide pour déterminer la fin de la phase d'injection de la matière de moulage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (2A, 2B) est logé sans jeu à l'intérieur de la boîte à moule (1) rigide qui, lors de la phase d'injection, limite la déformation du moule. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (8) de contrôle de retour du moule à sa forme initiale sont constitués par des palpeurs-comparateurs de position ou des capteurscomparateurs de pression et/ou de précision. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la boîte à moule (1) constitue l'empreinte du moule lors de sa fabrication, cette boîte à moule (1) étant formée d'au moins deux demi-boîtes (14, 15) dont au moins une est équipée d'orifices de coulée (11, 12) qui permettent l'introduction de la matière constitutive du moule (2A, 2B). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux demi-boîtes de la boîte à moule est équipée d'un fond (13) amovible. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 4 et 5, caractérisé en ce que le moule est réalisé en un matériau déformable tel qu'un élastomère, un silicone, un caoutchouc naturel ou synthétique. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'injection sous pression de la matière de moulage dans la cavité de moulage (3) du moule (2A, 2B) est disposé à l'extérieur de la boîte à moule (1) et est constitué d'au moins deux réservoirs (19) équipés respectivement d'un agitateur (20) à vitesse lente, lesdits réservoirs comportant d'une part un moyen (6) de mise sous vide pour dégazer les constituants de la matière de mélange, d'autre part, un moyen d'alimentation en air comprimé de manière à assurer une alimentation sous pression du moule, ces réservoirs étant équipés, en aval de leur orifice de sortie, d'un dispositif de mesure (18) de débit qui autorise l'introduction d'une quantité définie de matière dans une tête de mélange statique (16) reliée, par un conduit d'injection (10) à obturateur (9), au moule (2A, 2B). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de gestion automatique des phases, telles que les phases de mise sous vide et les phases d'injection. 9. Procédé de fabrication de pièces complexes au moyen d'un dispositif du type comportant un moule conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met sous vide la cavité de moulage (3) du moule (1) logé à l'intérieur d'une boîte à moule (1) fermée, en ce qu'on interrompt la mise sous vide, en ce qu'on injecte dans la cavité de moulage (3) la matière de moulage sous pression, en ce qu'on contrôle en continu la déformation du moule (2A, 2B) et en ce qu'on stoppe l'injection lorsque le moule (2A, 2B) a repris sa forme initiale correspondant à celle antérieure à la mise sous vide.