Brevet FR2748683A1 — publié le 19971121

PERFECTIONNEKENT AUX DISPOSITIFS DE REALISATION PAR INJECTION DE MODELES EN MATIERES THERMOPLASTIQUES. La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux dispositifs de réalisation de modèles en matières thermoplastiques notamment en cire. Ce perfectionnement porte plus particulièrement sur le bloc injecteur, pièce essentielle de ces types de dispositifs utilisés en orfèvrerie. L'invention concerne le domaine du moulage de précision de pièces telles qu'aubes et ailettes de turbines à gaz. Le procédé généralement utilisé est le procédé dit "à la cire perdue" consistant à fabriquer un modèle d'un objet que l'on désire fabriquer en métal. Ce modèle réalisé en matières thermoplastiques telle que la cire sert à obtenir le moule, la cire est ensuite fondue hors du moule pour fabriquer l'objet métallique désiré. La précision de l'objet fabriqué dépend essentiellement de la précision du modèle et du moule obtenu avec ce modèle. La formation des modèles est donc une des phases les plus délicates du procédé mis en oeuvre. Pour ce faire à partir de la cire fondue ou en fusion, soit on verse cette cire dans une matrice creuse, soit on l'injecte sous-pression. Le modèle solidifié est ensuite sorti de la matrice. Selon le procédé retenu les inconvénients susceptibles d'influer sur la qualité et la précision du modèle obtenu sont, le retrait de la cire lors du passage de la phase liquide à la phase solide, l'emprisonnement d'air dans la cire influant sur l'homogénéité des températures, le coût de fabrication des matrices dans le cas d'une production de série. Nous ne retiendrons que le moulage par injection, domaine particulièrement adapté à orfèvrerie qui requiert une grande précision et une finition soignée. Afin de remplir les cavités les plus petites de la matrice il est nécessaire de procéder à l'injection sous des pressions élevées et dans des temps très courts pour maîtriser la température de la cire qui doit rester homogène au cours de l'injection. Généralement les deux parties de la matrice sont maintenues pressées l'une contre l'autre. Dans certains cas la cavité de la matrice est maintenue en dépression pour faciliter le remplissage. De toute façon l'air emprisonné dans la cavité doit être évacué au cours de l'injection au besoin en réalisant des évents. Les divers procédés de fabrication par moulage en cire perdue, les installations mettant en oeuvre ces procédés ont fait l'objet de nombreux brevets émanant notamment de sociétés aéronautiques essentiellement pour réaliser des aubes de turbines à gaz dans le cadre de productions de série. Dans ce domaine on peut citer les brevets ci-dessous relatifs à la réalisation de modèles en cire pour un moulage de précision. Le brevet BRITISH LEYLAND FR.A.2.213.157 protège le procédé et l'installation pour la production de ces modèles. Cette installation est adaptée à une production de série nécessitant des billettes de cire de longueurs prédéterminées engagées à tour de rôle dans une presse pour produire des modèles successifs dans sa matrice. Le brevet UNITED TECHNOLOGIES Corp FR.A.2.479.717 décrit le procédé et l'appareil utilisés pour la réalisation de modèles servant à la fabrication, par moulage en cire perdue, d'aubes et ailettes creuses de moteurs à turbine à gaz. La matrice comporte un noyau et l'injection de matières thermoplastiques est opérée à l'aide d'au moins deux goulots à partir d'un seul manchon d'emboîtement entre la matrice et la tête d'injection. Bien que comportant les différents constituants d'un dispositif de réalisation de modèles par injection de matières thermoplastiques ce procédé et cet appareil sont adaptés à la production de modèles comportant un noyau. Dans le domaine de orfèvrerie le brevet BOUDER FR.A.2.623.981 protège un procédé de fabrication d'articles de bijouterie en deux métaux différents à partir de deux ébauches métalliques identiques destinées à mettre en oeuvre le procédé dit "à cire perdue" en opérant deux coulées successives. Le brevet YAMAMOTO, FR.A.2.511.273 décrit un moule et le procédé correspondant destiné à la fabrication d'objets articulés tel qu'un bracelet ou un coffret à couvercle. Le brevet GAY, FR.A.2.164.547 concerne un procédé d'obtention de bijoux tels que des plaques d'identité réalisées par coulée dans un moulage continu à partir de caractères d'origine ajourés juxtaposés ou solidarisés les uns des autres. En matière orfèvrerie si la fabrication de bijoux par moulage en cire perdue est largement utilisée, peu de perfectionnements ont été apportés soit au procédé soit aux dispositifs mis en oeuvre. Les antériorités citées ci-dessus concernent essentiellement des dispositifs réalisés pour résoudre un problème spécifique : articles de bijouteries comportant deux métaux différents, objets articulés du type bracelets, caractères ajourés formant plaque d'identité. La présente invention se propose d'apporter des perfectionnements aux dispositifs existant et combler les lacunes de l'art antérieur de façon à permettre une meilleure précision et faciliter la réalisation de modèles selon le procédé en cire perdue. Selon l'invention le dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques destinés au moulage de précision par injection dans une matrice creuse, selon le procédé "à la cire perdue" comprenant, un récipient mis en pression contenant les matières thermoplastiques fondues, chauffées et régulées en température, destinées à alimenter à l'aide d'un bloc injecteur la matrice mise sous vide et maintenue en position par un mécanisme de pressage, se caractérise en ce que le bloc injecteur comprenant trois parties comporte des moyens de chauffage, de contrôle et de régulation de la température, un circuit d'alimentation de la matrice en matières thermoplastiques, un circuit de mise sous vide de ladite matrice et de récupération des matières thermoplastiques, des moyens de commande, une tête d'injection. De préférence le moyen de chauffage du bloc injecteur est constitué par une résistance chauffante isolée introduite longitudinalement dans le corps du bloc injecteur. Avantageusement le contrôle de la température interne du bloc injecteur est obtenu à l'aide d'un thermocouple introduit longitudinalement dans le corps du bloc injecteur. Selon une réalisation préférentielle les moyens de régulation passive de la température du bloc injecteur sont constitués par les inerties thermiques, de la masse métallique formant le bloc injecteur lui-même et de la masse de matières thermoplastiques circulant dans le bloc injecteur. Selon une autre caractéristique, les moyens de contrôle et de régulation active de la température du bloc injecteur sont constitués par la combinaison du contrôle de la température interne du bloc injecteur et d'un système de régulation à programmation agissant sur la résistance chauffante tenant compte de l'inertie thermique de l'ensemble bloc injecteurmatières thermoplastiques, du niveau et du gradient de température, de la précision souhaitée. Ainsi selon l'invention, l'impératif d'avoir une température précise et constante pendant le laps de temps que dure l'injection de matières thermoplastiques, est réalisé par la combinaison d'une inertie thermique importante constituée par le bloc injecteur et la masse de matières thermoplastiques circulante et d'une régulation programmée agissant essentiellement sur le chauffage du bloc injecteur. Cette régulation prend en compte divers paramètres tels que l'inertie thermique, la température du bloc mais aussi celles des matières thermoplastiques, le gradient de ces températures, la nature des matières thermoplastiques, la précision souhaitée. De sorte que la température de ces matières est parfaitement contrôlée pendant la durée de l'injection. De préférence la masse de matières thermoplastiques circulant dans le bloc injecteur parcourt un circuit, réalisé dans le bloc injecteur lui-même, entourant la résistance chauffante formant serpentin. Selon une réalisation préférentielle le bloc injecteur est composé de trois parties, un corps central percé de canaux longitudinaux, les uns fermés pour recevoir la résistance chauffante isolée et le thermocouple les autres débouchant pour constituer, le circuit de circulation des matières thermoplastiques fondues, ledit corps central est obturé de chaque côté par un flasque dans lequel sont usinées des chambres destinées à établir les connexions entre les différents canaux de façon à réaliser le circuit formant serpentin. Selon une autre caractéristique l'un des flasques obturant le corps central comporte sur sa face externe la tête d'injection de façon à assurer avec l'embout conique correspondant de la matrice la jonction entre ladite matrice et, tour à tour, le circuit de mise sous vide et le circuit d'injection des matières thermoplastiques, la connexion étant réalisée à l'aide d'une vanne trois voies actionnée par un dispositif électromécanique disposé sur la face externe de l'autre flasque. Avantageusement le corps central comporte les connexions, avec le récipient mis en pression contenant les matières thermoplastiques fondues, avec l'ensemble chambre-pompe de mise sous vide. De préférence le bloc injecteur est réalisé en alliage léger. Selon l'invention le bloc injecteur est constitué de trois parties dont le corps central constitue la partie principale. Pour réaliser un circuit formant serpentin le bloc central est percé de canaux longitudinaux de façon à augmenter la masse de matières thermoplastiques circulantes. Par ailleurs le corps central est également percé longitudinalement pour recevoir la résistance chauffante, le thermocouple ainsi que pour réaliser le circuit de mise sous vide et de récupération des matières thermoplastiques constituant les déchets après injection. Pour faciliter la connexion des canaux deux à deux, des flasques comportant des chambres usinées sont fixés de façon étanche sur chacune des extrémités du bloc central. Ces flasques comportent en outre, pour l'un, l'embout conique permettant la jonction avec la matrice au moment de l'injection, la vanne trois voies destinées à mettre en communication cet embout soit avec le circuit de mise sous vide soit avec le circuit de matières thermoplastiques, tandis que le flasque de l'autre extrémité, permet l'introduction de la résistance chauffante et du thermocouple dans le bloc injecteur et comporte un dispositif généralement électromécanique lequel actionne, à laide dune tringle traversante, la vanne trois voies insérée dans le flasque précédent. Le bloc injecteur est généralement réalisé en alliage léger facile à usiner, excellent conducteur thermique ce qui facilite sa mise en température et sa régulation. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif illustrant un mode de réalisation du dispositif selon l'invention et dans lequel - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de réalisation de modèles en matières thermoplastiques, - la figure 2 est une vue schématique en perspective cavalière du bloc injecteur selon l'invention On a représenté sur la figure 1 une vue schématique d'une installation de réalisation de modèles mettant en oeuvre le procédé "à la cire perdue". Le modèle 1 est imprimé en creux dans une matrice 2 en deux parties réalisées en élastomère. Un mécanisme du pressage 7 maintient les deux parties de la matrice l'une contre l'autre. Un récipient 3 est maintenu à une pression d'environ 2 bars à l'aide d'un compresseur A. Des matières thermoplastiques 4 fondues sont chauffées et régulées en température par des moyens 5 comprenant notamment une résistance chauffante 5a ceinturant le récipient 3. La température régulée est de l'ordre de 75 . Cette température varie en fonction de la nature des matières thermoplastiques 4 utilisées. Le réservoir 3 est connecté au bloc injecteur 6. Des moyens de chauffage et de régulation en température 8 introduits dans le bloc injecteur 6 sont représentés en traits mixtes. Les matières thermoplastiques 4 effectuent un circuit 9 représenté en trait plein formant serpentin à l'intérieur du bloc injecteur pour aboutir à la tête d'injection 12. Un circuit 10 de mise sous vide représenté en traits pointillés aboutit également à cette tête d'injection, ce circuit passe à l'intérieur des matières thermoplastiques 4 dans le récipient 3. La mise sous vide étant assurée par une pompe à vide B. Un robinet trois voies 13 est actionné par un mécanisme électromécanique 11 commandé manuellement. Ce robinet 13 comporte trois positions successives : fermée / mise sous vide / injection. Ces positions correspondent aux différentes phases de mise en oeuvre du procédé. En position fermée, aucun des circuits n'est connecté à la tête d'injection 12. En position mise sous vide, le circuit de mise sous vide 10 est connecté à la tête d'injection 12, le vide est réalisé dans l'empreinte 1 de la matrice 2. La manoeuvre de robinet 13 pour connecter le circuit 9 de matières thermoplastiques repasse par la position fermée de façon que le vide obtenu dans la matrice soit maintenu au moment de l'injection. Juste avant l'injection le robinet 13 connecté au circuit 10 de mise sous vide récupère dans une chambre 14 les matières thermoplastiques restant entre la tête d'injection 12 et le robinet 13. A l'issue de l'injection le mécanisme de pressage 7 libère les deux parties de la matrice 2 le modèle 1 est retiré. Le dispositif est prêt pour une nouvelle injection. Sur la figure 2 on a représenté schématiquement en perspective cavalière le bloc injecteur selon l'invention. Cette figure montre les détails des différents circuits dans le corps central 6 ainsi que les connexions réalisées dans les flasques 6a, 6b. Les matières thermoplastiques 4 sont introduites dans un embout 9a assurant la connexion entre le récipient 3 et le circuit 9 représenté en traits pleins. Un robinet 15 permet d'isoler ce circuit en cas de nécessité. Ce circuit effectue cinq passages dans le corps central 6 de façon à réaliser un serpentin. Ces passages sont suffisants pour obtenir une température stable à l'intérieur du bloc injecteur. I1 est évidemment possible de réaliser, si nécessaire, deux passages supplémentaires en perçant le corps central à cet effet. Cependant les dimensions du bloc injecteur réalisé selon l'invention ne le permettraient pas, il faudrait alors augmenter le volume du bloc. Les connexions de ces différents passages sont obtenues deux par deux par des chambres usinées sur les faces internes des flasques 6a,b. Les faces internes planes de ces flasques 6a,b sont appliquées contre les extrémités du corps central 6. Elles sont enduites de pâte silicone d'étanchéité pour assurer l'étanchéité et maintenues en place par des vis ou des boulons traversant. Le circuit de mise sous vide 10 est connecté par un embout 10a. La liaison entre cet embout et la pompe à vide B passe à l'intérieur du récipient 3 de façon que les matières thermoplastiques accumulées entre l'embout 12 et le robinet 13 soient maintenues en température avant d'être stockée dans une chambre 14. Ces matières ainsi stockees sont réinjectées dans le récipient 3 le plus rapidement possible ce qui n'est pas représenté dans le schéma de la figure 1 comportant symboliquement cette chambre 14 de stockage. La résistance chauffante 8a et le thermocouple 8b représentés en traits mixtes sont placés à proximité de l'axe longitudinal du corps central. La régulation de la température du bloc injecteur est faite à l'aide d'un programmateur digital de marque TECNOLOGIC ou toute autre prenant en compte un grand nombre de paramètres dont la précision souhaitée, la nature des matières thermoplastiques, la température désirée, le gradient de température. Ce programmateur permet de maintenir constante la température des matières thermoplastiques pendant l'injection avec une précision de l'ordre de 1/10 de degré centigrade. Ce programmateur prend également en compte le contrôle et la régulation de la température des matières thermoplastiques 4 introduites dans le récipient 3 en agissant sur la résistance 5a entourant ledit récipient. L'emploi du robinet trois voies 13 est précisé ci-dessus. Ce robinet trois voies est constitué d'une sphère métallique insérée dans la flasque avant 6a. Le fonctionnement de ce robinet est actionné par une tringle traversante représentée par un double trait continu aboutissant sur la face externe de la flasque arrière 6b à un mécanisme électromécanique 11 représenté symboliquement. Ce mécanisme peut être avantageusement constitué de deux vérins montés en série permettant d'obtenir les trois positions nécessaires à la connexion des circuits. Le dispositif selon l'invention est simple dans sa conception complexe dans sa réalisation. I1 permet d'obtenir des modèles adaptés aux besoins de la bijouterie et de orfèvrerie. I1 peut également être facilement adapté à d'autres domaines tels que l'aéronautique lorsqu'il s'agit de réaliser des petites pièces exigeant une grande précision au moulage. D'autres domaines peuvent être concernés mais entrent également dans le cadre de la présente invention les modifications ou substitutions susceptibles d'être apportées, par l'homme de l'art, au dispositif décrit et qui, sans en altérer les dispositions originales n'en seraient que de simples équivalents techniques. REVENDICATIONS 1). Dispositif de réalisation de modèles (1) en matières thermoplastiques destinés au moulage de précision par injection dans une matrice creuse (2), selon le procédé "à la cire perdue" comprenant, un récipient (3) mis en pression contenant les matières thermoplastiques fondues (4), chauffées et régulées en température, destinées à alimenter à l'aide d'un bloc injecteur (6), la matrice (2), mise sous vide et maintenue en position par un mécanisme de pressage (7), caractérisé en ce que le bloc injecteur (6) comprenant trois parties comporte des moyens (8) de chauffage, de contrôle et de régulation de la température, un circuit d'alimentation (9) de la matrice en matières thermoplastiques, un circuit de mise sous vide (10) de ladite matrice et de récupération des matières thermoplastiques, des moyens de commande (11), une tête d'injection (12). 2) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen (8) de chauffage du bloc injecteur est constitué par une résistance (8a) chauffante isolée introduite longitudinalement dans le corps du bloc injecteur. 3) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le contrôle de la température interne du bloc injecteur est obtenu à l'aide d'un thermocouple (8b) introduit longitudinalement dans le corps du bloc injecteur. 4) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de régulation passive de la température du bloc injecteur (6) sont constitués par les inerties thermiques, de la masse métallique formant le bloc injecteur lui-même et de la masse de matières thermoplastiques circulant dans le bloc injecteur. 5) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de régulation active de la température du bloc injecteur sont constitués par la combinaison du contrôle de la température (8b) interne du bloc injecteur et d'un système de régulation à programmation agissant sur la résistance chauffante (8a) tenant compte de l'inertie thermique de l'ensemble bloc injecteur (6) - matières thermoplastiques (4), du niveau et du gradient de température, de la précision souhaitée. 6) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon la revendication 4 caractérisé en ce que la masse de matières thermoplastiques (4) circulant dans le bloc injecteur (6) parcourt un circuit (9), réalisé dans le bloc injecteur (6) lui-même, entourant la résistance chauffante (8a) formant serpentin. 7) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc injecteur (6) est composé de trois parties, un corps central (6) percé de canaux longitudinaux, les uns fermés pour recevoir la résistance chauffante (8a) isolée et le thermocouple (8b) les autres débouchant pour constituer, le circuit de circulation des matières thermoplastiques fondues, ledit corps central est obturé de chaque côté par un flasque (6a - 6b) dans lequel sont usinées des chambres destinées à établir les connexions entre les différents canaux de façon à réaliser le circuit formant serpentin. 8) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'un des flasques (6a) obturant le corps central (6) comporte sur sa face externe la tête d'injection (12) de façon à assurer, avec l'embout conique correspondant de la matrice (2), la jonction entre ladite matrice et, tour à tour, le circuit de mise sous vide (10) et le circuit d'injection (9) des matières thermoplastiques (4), la connexion étant réalisée à l'aide d'une vanne (13) trois voies actionnée par un dispositif électromécanique (11) disposé sur la face externe de l'autre flasque (6b). 9) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon la revendication 7 caractérisé en ce que le corps central (6) comporte les connexions, avec le récipient (3) mis en pression contenant les matières thermoplastiques (4) fondues, avec l'ensemble chambre-pompe de mise sous vide (A). 10) Dispositif de réalisation de modèles en matières thermoplastiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc injecteur (6) est réalisé en alliage léger.