Brevet FR2781407A1 — publié le 20000128

Procédé et dispositif de fabrication de pièces en matière plastique. La présente invention concerne le domaine de la fabrication de pièces en matière plastique, plus particulièrement en matière thermoplastique. Elle concerne plus précisément la fabrication de pièces par un procédé de moulage du type selon lequel la matière première est mise en forme par recouvrement d'un moule, alors que d'autres procédés connus sont par exemple les procédés de moulage par remplissage d'un moule, tel que les procédés d'injection, ou encore les procédés de fabrication par passage dans une filière, tels que les procédés d'extrusion. Dans les procédés du type désignés ci-dessus, c'est à dire les procédés par recouvrement d'un moule, une première famille classiquement appelée thermoformage consiste à plaquer sur un moule une plaque ou feuille de matière plastique chauffée préalablement pour la rendre malléable. Le plaquage de la feuille sur le moule peut être réalisé soit par aspiration vers le moule, soit par pression exercée sur la face opposée de la feuille. Le refroidissement de la matière plastique au contact du moule froid ou refroidi provoque la rigidification de la pièce fabriquée. Ce procédé classique peut toutefois poser des problèmes, par exemple dans le cas de pièces avec des reliefs importants ou abrupts provoquant des étirement localisés de la matière, et donc des diminutions d'épaisseur excessives sinon même des déchirements. Une deuxième famille englobe les procédés ou le moule, chauffé, est recouvert de matière plastique granulée ou pulvérulente qui se dépose sur le moule, ou sur la couche déjà formée, et y adhère, les grains fondant sous l'effet de la température du moule et s'agglomérant sur la surface du moule jusqu'à ce que la paroi de la pièce soit formée. L'objet moulé est ensuite démoulé après refroidissement. La granulométrie courante de la poudre utilisée dans ces procédés est classiquement inférieure à 0.5 mm, typiquement de l'ordre de 150 à 200 microns. Dans cette famille on connaît en particulier la technique de l'embouage, couramment désignée par le terme anglais "slush moulding". Cette technique consiste à recouvrir le moule chaud avec la matière plastique en poudre, en quantité excédant la quantité requise pour la pièce fabriquée, et à laisser ainsi la poudre fondre et s'agglomérer pendant un temps prédéterminé suffisant pour obtenir l'épaisseur du produit souhaitée. A l'issu de cette période, le surplus de matière est évacué, habituellement par un simple retournement du moule, puis la pièce est détachée du moule après refroidissement. Un inconvénient de cette technique est qu'il est nécessaire d'évacuer le surplus de matière en poudre à chaque pièce réalisée, ce qui rend l'opération et les équipements assez compliqués, notamment lorsqu'il y a de nombreux changements de matière ou de couleurs, et ceci d'autant plus qu'il peut être malaisé de séparer des grains de plastique ayant commencé à fondre mais pas suffisamment pour rester adhérent à la pièce, et se retrouvant donc dans le surplus de matière. Dans tous les cas, il est nécessaire de stocker la poudre en attente de la production suivante, alors même que cette poudre a déjà pu commencer à subir des transformations lors de la réalisation de la pièce précédente. De plus, il s'agit d'un procédé quasiment statique, ni le moule ni la matière n'étant en mouvement, ce qui peut rendre difficile le formage correct de certaines parties de la pièece. Une technique similaire à lembouage est la réalisation de la pièce par trempage du moule chauffé dans un lit fluidisé de matière plastique en poudre. Une différence de cette technique par rapport à l'embouage réside en particulier dans le fait que ici la poudre vient au contact du moule, et s'y dépose et fond, parce qu'elle est maintenue en suspension dans le lit fluidisé, alors que dans l'embouage la poudre est en quelque sorte pressée contre le moule. Il n'y a pas malgré cela de réel mouvement, et les inconvénients de ce procédé de ce point de vue sont sensiblement identiques à ceux de l'embouage. Ce procédé ne fonctionne que pour des pièces ayant des formes très simples, faute de quoi le dépôt de poudre, et donc les épaisseurs, risque de ne pas être suffisamment uniforme. Une autre technique encore est le rotomoulage, particulièrement destiné à la fabrication de pièces creuses, selon lequel la matière en poudre est introduite dans un moule creux qui est ensuite chauffé et mis en rotation lente selon deux axes perpendiculaires, de façon que la poudre se répartisse par gravité sur toute la surface du moule. Les applications de ce procédé sont assez spécifiques, et il ne convient pas pour des pièces n'ayant pas une forme générale en creux. On notera encore qu'il est connu par ailleurs diverses méthodes de revêtement de pièces par de la matière plastique amenée à se déposer sur leur surface, par exemple par projection. La présente invention a pour but de proposer un nouveau procédé et dispositif de la deuxième famille indiquée ci-dessus, qui permettent notamment de s'affranchir des inconvénients précités. Elle vise en particulier a fournir un procédé et un dispositif de fabrication de pièces en matière plastique permettant autant la réalisation de pièces ayant des formes simples que de pièces ayant des reliefs prononcés. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces en matière plastique, du type selon lequel on met de la matière plastique en poudre au contact de la surface d'un moule porté à une température suffisante pour provoquer la fusion/plastification des grains de poudre et la liaison des grains entre eux de manière à former la pièce puis on détache la pièce du moule après refroidissement et solidification. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que les grains de poudre plastique sont amenés au contact du moule par un déplacement de gaz, généralement de l'air, tourbillonnaire et/ou turbulent généré dans un caisson comportant le moule et provoquant la mise en mouvement des grains de poudre et leur projection sur le moule. Le coeur de l'invention consiste donc à mettre en mouvement, avec une vitesse relativement importante, de l'ordre de plusieurs dizaines de m/s par exemple, les particules de poudre de matière plastique dans une enceinte coopérant avec la surface du moule à recouvrir. Le moule est porté et maintenu à une température suffisante, de l'ordre de 200 à 300 C, pour assurer la fusion des grains de plastique qui arrive à son contact et se collent sur la surface du moule, et des grains qui arrivent ensuite au contact de la couche de plastique déjà formée sur le moule. La poudre introduite et mise en mouvement dans le caisson est elle même sensiblement à température ambiante, ou en tous cas inférieure à la température de fusion. Par rapport à lembouage et aux procédé utilisant les lits fluidisés, le mouvement et le brassage des particules est donc favorable à un dépôt sur route la surface du moule même dans des zones de surface en creux. Grâce au mouvement turbulent des particules de plastique, on peut obtenir une répartition la plus homogène possible de la matière qui se dépose sur le moule. Toutefois, comme on le verra par la suite, on pourra aussi profiter de ces mouvements pour favoriser le dépôt de poudre de plastique sur certaines zones du moule. Dans le procédé selon l'invention, la mise en mouvement des particules ou grains de la poudre de matière plastique provoque en quelque sorte des chocs entre les particules et la surface du moule ou la couche de plastique déjà déposée sur cette surface. Par rapport aux procédés d'embouage, ou ceux utilisant les lits fluidisés, il y a dans le procédé selon l'invention une projection des grains de plastique sur la surface chaude du moule, cette projection avec une vitesse non négligeable permet une plastification dense. De plus, cette plastification dense permet de limiter l'inclusion de bulles d'air, qui se produit fréquemment dans les procédés de type rotomoulage. Un autre avantage encore, par rapport au thermoformage, est l'économie réalisée au niveau de la matière première, la matière plastique sous forme de poudre étant environ 40% moins chère que les feuilles ou plaques utilisées dans le thermoformage. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, pour fabriquer une pièce, on introduit dans le caisson une quantité de poudre sensiblement égale en poids au poids final de la dite pièce, ce qui peut se faire très facilement par l'intermédiaire d'un système de dosage classique. Ainsi, et profitant de l'homogénéité de répartition obtenue grâce à l'invention, il est particulièrement aisé de contrôler l'opération de moulage et l'épaisseur de la pièce moulée, par la simple constatation que toute la matière introduite dans le caisson s'est déposée sur le moule. Par rapport à lembouage, ce procédé permet d'éviter de devoir récupérer le surplus de matière subsistant dans l'enceinte utilisée après la réalisation de la pièce. Ceci est particulièrement avantageux dans les cas o on souhaite changer de matière ou de couleur par exemple d'une pièce à l'autre, ou même pour réaliser des couches différentes pour un même pièce. On peut en particulier, grâce au procédé selon l'invention, réaliser un objet avec plusieurs strates de plastiques ayant des propriétés différentes, en renouvelant simplement l'opération de dépôt avec des poudres différentes amenées successivement dans le caisson, avec un dosage programmé des différentes matières, et sans nécessiter l'intervention d'un opérateur. Le procédé peut aussi être mis en oeuvre en y combinant une méthode de type électrostatique de type connu en soi. La poudre est alors chargée électrostatiquement à une polarité opposée à celle du moule, ce qui peut permettre d'améliorer encore et/ou de contrôler la répartition de matière sur la surface du moule et d'accélérer le processus de plastification. Préférentiellement, le déplacement de gaz est généré par une pluralité de ventilateurs répartis dans le caisson. Les caractéristiques des ventilateurs pourront être déterminées de manière à obtenir le meilleur brassage et la meilleure répartition possible de la poudre, en jouant par exemple sur le sens ou la vitesse de rotation, ou encore l'inclinaison des ailettes, ou toute autre caractéristique aérodynamique. On pourra aussi éventuellement utiliser des déflecteurs ou dispositifs similaires pour contrôler le mouvement tourbillonnaire des particules. Les ventilateurs pourront par exemple être disposés sous forme d'un lit situé contre le fond du caisson, le moule étant alors placé dans une paroi supérieure du caisson, face au lit de ventilateurs. Tous les ventilateurs peuvent être mis en route simultanément, mais ils peuvent aussi être mis en route de manière aléatoire, par groupes ou totalement indépendamment l'un de l'autre. En variante, les ventilateurs peuvent être mis en route cycliquement, selon des cycles prédéterminés, adaptés en fonction du moule. Cette variante peut en particulier permettre de favoriser le dépôt de poudre sur certaines zones de la pièces, pour par exemple accroître l'épaisseur et donc la résistance de la pièce dans ces zones, ou compenser un dépôt qui serait sinon insuffisant du fait par exemple d'un relief spécifique du moule provoquant lui même des turbulences néfastes à l'homogénéité souhaitée. On utilisera plutôt un nombre important de ventilateurs de taille réduite, de préférence à un nombre plus réduit de ventilateurs plus puissants, pour accroître la souplesse d'utilisation en favorisant la génération de turbulences d'air très variées, résultant de la combinaison des effets de chaque ventilateur. Selon une disposition particulière de l'invention, le moule est chauffé pendant la réalisation de la pièce. Le moule est généralement réalisé en métal, par exemple en tôle d'acier ou aluminium. Il est chauffé par exemple par rayonnement infrarouge, à une température supérieure à celle de la fusion de la poudre de matière plastique. Comme le moule est chauffé du côté de sa face opposée à la surface sur laquelle se dépose la matière plastique, on le réalisera en un matériau thermiquement conducteur, ayant une bonne capacité de réception des ondes infrarouges, avec une faible chaleur massique pour pouvoir s'échauffer et être refroidi rapidement, et avoir bien sûr une bonne tenue à des températures de quelques centaines de degrés. L'invention a aussi pour objet un dispositif de fabrication de pièces en matière plastique, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson agencé pour pouvoir y introduire de la matière plastique en poudre et dont une paroi comporte une ouverture aménagée pour y placer un moule, et des moyens pour générer dans le caisson un mouvement tourbillonnaire turbulent des grains de matière plastique, de manière à projeter les dits grains contre le moule. Les moyens pour générer le mouvement des grains de poudre sont préférentiellement constitués par des ventilateurs répartis dans le caisson, au moins une partie des ventilateurs étant placée sur la paroi de fond du caisson, opposée à la paroi comportant l'ouverture destinée à recevoir le moule. L'invention a aussi pour objet une installation de fabrication de pièces en matière plastique, caractérisée en ce qu'elle comporte: - une station de moulage, comportant le dispositif mentionné ci-dessus, - une station de refroidissement, comportant des moyens de refroidissement pour refroidir la pièce moulée après que le moule ait été retiré de la station de moulage, - une station de démoulage comportant des moyens pour séparer la pièce fabriquée du moule, - une station de préchauffage, pour préchauffer le moule avant qu'il soit remis en place dans le dispositif de la station de moulage. Une telle installation peut être réalisée sous forme d'une machine de type carrousel dans laquelle le moule est déplacé d'une station à l'autre par un moyen de transport automatisé quelconque, tel que bras articulé, transporteur à bande ou chaîne, rails, etc. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'un dispositif conforme à l'invention et de son mode d'utilisation. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective et éclaté du dispositif, - la figure 2 est une vue du dispositif en coupe selon un plan médian transversal, - les figures 3 à 7 illustrent les différentes phases d'un processus de fabrication type, chaque phase pouvant être réalisée dans une station respective d'une installation de fabrication automatisée. Le dessin de la figure 1 montre un dispositif conforme à l'invention, pour la fabrication d'une pièce 1 en matière thermoplastique. La pièce 1 donnée en exemple dans la présente description a une forme de cuvette, comme on peut le voir figure 6, cette forme n'étant nullement limitative. Le dispositif comporte un caisson 10, par exemple en tôle métallique, dont au moins une paroi latérale peut comporter une fenêtre 11 obturée par une vitre transparente permettant un contrôle visuel du processus. La dimension des cotés du caisson est de l'ordre du mètre, et sa profondeur interne de quelques décimètres. Ces valeurs sont données à titre indicatif et ne sont nullement limitatives. Le caisson comporte une paroi de fond 12, sensiblement horizontale, sur laquelle sont montés plusieurs ventilateurs 20. Les ventilateurs sont entraînés par des moteurs électriques 21, situés sous le fond 12, c'est à dire en dehors du caisson 10. Les axes des ventilateurs sont disposés verticalement et traversent la paroi de fond 12 de manière étanche. Les pales 22 des ventilateurs s'étendent donc sensiblement dans un plan horizontal. On pourrait également prévoir des ventilateurs montés sur d'autres parois du caisson, par exemple sur les parois latérales, ou bien encore avec leurs axes obliques par rapport au plan général de la paroi. Le moule 3 est réalisé par exemple en aluminium et sa face inférieure 31 est conformée selon la forme souhaitée de la surface intérieure de la pièce 1. Il comporte un rebord 32 périphérique, prévu pour venir reposer sur le pourtour d'une ouverture 43 ménagée dans un plateau porte-moule 40. Le plateau porte-moule 40 a des dimensions externes adaptées pour qu'il puisse s'insérer dans le caisson de manière étanche, entre les parois latérales de celui-ci. Il comporte quatre pattes 41 pourvues de moyens de réglage en hauteur, tels que des vis 42 ou similaires, qui viennent s'appuyer sur les bords renforcés 13 du caisson. Le caisson est par ailleurs équipé de moyens de chauffage 50 agencés de manière à pouvoir chauffer le moule par sa face 33 opposée à la face de moulage 31, ou au moins pour le maintenir en température pendant l'opération de moulage. Ces moyens sont constitués par un système de potences 51 montées sur le caisson et réglables en hauteur. Les potences portent un plateau de chauffage 52 coulissant horizontalement, selon les flèches de la figure 2, dans des glissières 53 montées sur les potences, de manière a pouvoir être dégagé sur le côté par rapport au caisson, pour permettre la mise en place et le retrait du moule et/ou du plateau porte- moule. Le plateau de chauffage porte des éléments de chauffage tels que des résistances électriques montées de manière à rayonner vers le bas, vers le moule 3. Pour améliorer le chauffage du moule, sa face supérieure 33 pourra être traitée spécialement pour absorber au maximum le rayonnement provenant des résistances chauffantes, par exemple recouverte d'un enduit noir. Le plateau porte-moule est quant à lui préférentiellement réalisé en un matériau peu conducteur de la chaleur, et par ailleurs il est recouvert d'un isolant thermique 44, pour éviter qu'il ne s'échauffe sous l'effet des résistances et que la poudre se dépose et adhère à sa surface. On pourra d'ailleurs prévoir en complément de le recouvrir, du côté intérieur, d'un revêtement anti-adhésif. Le dispositif qui vient d'être décrit peut être utilisé dans une installation à carrousel de type industriel, de type généralement connu en soi, comportant des moyens de déplacement pour passer le moule d'un poste à l'autre. L'homme du métier pourra sans difficultés modifier le dispositif pour l'adapter à tout autre type d'installation industrielle. On a représenté schématiquement aux figures 3 à 7 les différentes opérations réalisées à chacun des postes d'une telle installation. A la figure 3 est schématisée une station de préchauffage du moule, o le moule 3 peut être chauffé par tout moyen adapté, par exemple infrarouge, convection, induction, etc. On notera que à ce poste le chauffage peut s'effectuer sur les deux faces du moule. La figure 4 illustre le caisson prêt à recevoir le moule préchauffé, et dans lequel on a déjà introduit la quantité requise de poudre de matière plastique 91, par exemple par un système de dosage 92 alimenté à partir d'un stock de matière première 93. La quantité de poudre 91 introduite dans le caisson est préférentiellement répartie sur son fond 12, ceci n'ayant cependant pas une très grande importance du fait qu'une répartition sensiblement homogène de poudre sera obtenue dès la mise en route des ventilateurs. Le moulage proprement dit est illustré figure 5. Après que le moule chaud soit placé sur le plateau porte- moule 40, réalisant ainsi la fermeture étanche du caisson, les ventilateurs sont mis en route tous en même temps, ou de manière aléatoire ou cyclique comme décrit préalablement. La commande des ventilateurs pourra en particulier être assurée par un automate programmable. La poudre 91 répandue au fond du caisson est soulevée et brassée avec force ce qui la projette contre la surface du moule 3 ou elle se dépose et fond, et forme petit à petit la pièce 1. On notera que le moule n'est pas forcément chauffé pendant cette étape, si il est suffisamment préchauffé et a une inertie thermique suffisante. Lorsque la pièce est terminée, le moule avec la pièce adhérant sur lui est enlevé du caisson est transporté à une station de refroidissement schématisée figure 6, o le moule et la pièce sont refroidis par brassage d'air, pulvérisation d'eau, arrosage, etc. ou plusieurs de ces méthodes combinées. Le moule et la pièce sont alors transportés à une station de démoulage, schématisée figure 7, o la pièce 1 est désolidarisée du moule, par exemple par un système mécanique d'éjecteurs, ou manuellement. Le moule est alors repris par les moyens de transport de l'installation pour le ramener à la station de préchauffage. L'invention n'est pas limitée au dispositif prototype ni à l'installation définie de manière générale, qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples. En particulier, on pourra notamment remplacer les ventilateurs par, ou y ajouter en complément, d'autres moyens susceptibles de mettre en mouvement et projeter les particules de poudre sous forme de tourbillons turbulents, par exemple des buses créant des jets d'air dans le caisson. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces (1) en matière plastique, du type selon lequel on met de la matière plastique en poudre (91) au contact de la surface (31) d'un moule (3) porté à une température suffisante pour provoquer la plastification des grains de poudre et la liaison des grains entre eux de manière à former la pièce puis on détache la pièce du moule après refroidissement et solidification, caractérisé en ce que les grains de poudre plastique (91) sont amenés au contact du moule (3) par un déplacement de gaz tourbillonnaire et/ou turbulent généré dans un caisson (10) comportant le moule, et provoquant la mise en mouvement des grains de poudre et leur projection sur le moule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour fabriquer une pièce (1), on introduit dans le caisson (10) une quantité de poudre (91) sensiblement égale en poids au poids de la dite pièce. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement de gaz est généré par une pluralité de ventilateurs (20) répartis dans le caisson (10). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ventilateurs (20) sont mis en route cycliquement, selon un cycle prédéterminé. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ventilateurs (20) sont mis en route de manière aléatoire. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (3) est chauffé pendant la réalisation de la pièce (1). 7. Dispositif de fabrication de pièces (1) en matière plastique, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson (10) agencé pour pouvoir y introduire de la matière plastique en poudre (91) et dont une paroi (40) comporte une ouverture (43) aménagée pour y placer un moule (3), et des moyens (20) pour générer dans le caisson un mouvement tourbillonnaire turbulent des grains de matière plastique, de manière à projeter les dits grains contre le moule. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens pour générer le mouvement des grains de poudre sont constitués par des ventilateurs (20) répartis dans le caisson. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que au moins une partie des ventilateurs (20) est placée sur la paroi de fond (12) du caisson, opposée à la paroi (40) comportant l'ouverture destinée à recevoir le moule. 10. Installation de fabrication de pièces en matière plastique, caractérisée en ce qu'elle comporte: - une station de moulage, comportant le dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, - une station de refroidissement, comportant des moyens de refroidissement pour refroidir la pièce moulée après que le moule ait été retiré de la station de moulage, - une station de démoulage comportant des moyens pour séparer la pièce fabriquée du moule, - une station de préchauffage, pour préchauffer le moule avant qu'il soit remis en place dans le dispositif de la station de moulage.