Brevet FR2780964A1 — publié le 20000114

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un article par moulage, à partir d'une matière thermofusible dans un moule en matériau réfractaire poreux. Ce procédé est particulièrement adapté à la fabrication d'articles en verre ou en cristal, tels que des médailles, par exemple des médailles commémoratives. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Une technique de moulage employée notamment pour fabriquer des objets de décoration en verre ou en cristal consiste à utiliser un moule en matériau réfractaire, en l'occurrence un moule à base de plâtre. Des morceaux de verre ou de cristal sont directement posés sur l'empreinte ou dans une rehausse placée au-dessus du moule. L'ensemble, placé dans un four, est alors soumis à un cycle de montée lente en température. Cette lente montée contribue à réaliser la cuisson de plâtre, de façon à donner au moule une meilleure cohésion. Elle contribue également à éviter les phénomé- nes de chocs thermiques qui interviendraient en cas de montée brute, ce qui se traduirait par la casse du moule et de l'article. Lorsque l'on a atteint la température de fusion ou, à tout le moins, de ramollissement de la matière dans le moule, celle-ci se répartit uniformément selon les contours de l'empreinte et on peut alors entamer un cycle lent de descente en température, pour les mêmes raisons que celles exposées ci-dessus. En tout état de cause, on prend soin de ne pas dépasser la température à laquelle le matériau réfractaire se décompose. A titre indicatif, la température de décompo- sition du plâtre est de l'ordre de 950-1 000 C. Dans l'ensemble de la présente demande, y compris les revendications, on entend par l'expression "température de décomposition", la température à laquelle le matériau se désagrège. Si cette température est atteinte, il s'opère alors des dégagements gazeux au sein du plâtre, ce qui se traduit par d'énormes défauts de surface, tels que des bulles, au niveau de l'article moulé. A titre indicatif, pour une pièce moulée rectangulaire de 10cm x 10cm x 4cm, le cycle de montée/descente en température est de l'ordre de centvingt heures. Bien entendu, un tel procédé est intéressant dès lors que l'on se propose de produire un nombre élevé de pièces. En effet, dans la mesure o les dimensions du four sont prévues à cet effet, c'est l'ensemble de la fabrication qui peut séjourner d'un seul coup dans le four. Cependant, un tel mode opératoire nécessite une main d'oeuvre spéciali- sée. De plus, elle n'est pas économique dès lors que l'on se propose de travailler en petites séries. Un autre inconvénient réside dans le fait que le matériau de départ est du verre ou du cristal froid. Il a donc fallu préalablement faire fondre les matériaux pour fabriquer cette matière première, la laisser refroidir, puis à nouveau la faire fondre en vue du moulage de l'article. Une solution plus économique consisterait bien entendu à couler directement la matière en fusion dans le moule, ce qui permettrait de réaliser à la fois un gain de temps et d'énergie. Cependant, comme on l'a vu plus haut, on se trouve confronté alors à un phénomène de choc thermique, de sorte que cette solution doit être exclue. Enfin, un dernier inconvénient de la technique détaillée plus haut réside dans le fait que lorsque l'empreinte du moule comporte un ensemble de détails très fins, notamment en relief, la fidélité de ces détails sur l'article n'est pas toujours parfaite. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. En d'autres termes, elle vise à fournir un procédé de moulage qui permette de couler directement de la matière en fusion dans un moule en matériau réfractaire poreux, sans problème de choc thermique et de décomposition dudit matériau, ni nécessité de recourir à un cycle long de refroidissement de l'article, avant de pouvoir le démouler. Elle vise également à fournir un procédé qui permette d'obtenir une parfaite fidélité de détails sur l'article obtenu. Ce procédé de fabrication d'articles par moulage, à partir d'une matière thermofusible dans un moule en matériau réfractaire poreux, se caractérise essentiellement par le fait qu'il consiste à: - couler directement dans le moule ladite matière en fusion; - au plus tard au début de ladite coulée et au moins pendant toute la durée de celle-ci, faire traverser le moule par un flux d'air, selon un débit suffisant pour que ledit matériau réfractaire demeure constamment en-dessous de sa température de décomposition; - laisser refroidir ledit article et le démouler. Comme on l'expliquera plus en détail plus loin dans la description, le flux d'air à l'intérieur du moule contribue à refroidir celui-ci en le maintenant à une tempéra- ture largement inférieure à la température de décomposition du matériau réfractaire. Ce faisant, la matière en fusion peut être coulée directement dans le moule, sans que l'on soit confronté à des problèmes de choc thermique. En conséquence, la période de refroidissement du moule, préalable à la récupération de l'article, peut être nettement raccourcie. Par ailleurs, selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé: - on fait traverser le flux d'air en soumettant ledit moule à une forte dépression, par le dessous de celui-ci; - ladite dépression est mise en oeuvre brusquement à l'intérieur du moule, de telle sorte que le débit d'air atteigne instantanément sa valeur maximale; - ledit matériau réfractaire poreux consiste en un matériau à base de plâtre; - le débit d'air est suffisant pour que la température du matériau à base de plâtre ne dépasse pas 2500C. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cette installation se caractérise essentiellement par le fait qu'elle comporte: - un moule en matériau réfractaire poreux; - des moyens pour faire traverser ledit moule par un flux d'air, selon un débit suffisant pour que ledit matériau réfractaire reste en-dessous de sa température de décomposition. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de cette installation: - lesdits moyens comprennent une pompe à vide connectée au-dessous dudit moule; - un joint d'étanchéité est intercalé entre le dessous du moule et un orifice d'admission d'air de la pompe à vide; - la face inférieure dudit moule comporte des rainures formant des canaux pour la circulation et l'évacuation de l'air; - des couloirs sont formés dans le corps du moule, qui entourent l'empreinte de l'article à mouler et qui communiquent avec lesdites rainures; - la face supérieure du joint comporte des rainures, formant des canaux pour la circulation et l'évacuation de l'air, ou des reliefs entre lesquels circule et s'évacue l'air. Enfin, l'invention concerne également un article obtenu par la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus ou à l'aide de l'installation précitée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre de certains modes de réalisation préférés. Cette description sera faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une partie de l'installation conforme à l'invention, comportant notamment un moule dans lequel est coulé un article en cristal; - la figure 2 est une vue en perspective du moule de la figure 1, en place sur un joint d'étanchéité; les figures 3 et 4 sont des schémas d'ensemble de deux variantes de réalisation de l'installation selon l'invention; - les figures 5 et 6 sont des vues, respectivement en coupe verticale selon un plan diamétral et de dessous, d'un moule de l'installation; - les figures 7 et 8 sont des vues analogues à la figure 5, de deux autres modes de réalisation du moule; les figures 9 et 10 sont des vues de dessus de deux variantes de réalisation d'un joint d'étanchéité utilisé avec le moule selon l'invention. En se reportant maintenant aux figures annexées, on va décrire la structure et le fonctionnement de l'installation conforme à l'invention, ainsi que la manière dont est mis en oeuvre le procédé de fabrication. Dans les exemples qui vont suivre, on se proposera de fabriquer une médaille, par exemple commémorative, en forme de disque épais réalisé en cristal. Toutefois, conformément à l'invention, le procédé et l'installation s'appliquent également à la fabrication de tout autre article réalisé en une matière thermofusible dans un moule en matériau réfractaire poreux. Il peut s'agir notamment d'un article en métal. L'installation représentée partiellement à la figure 1 comporte essentielle- ment un moule 1, un joint d'étanchéité 3, et une chambre à vide 4 reliée à une pompe non représentée. Le moule 1 a une forme circulaire. Il comporte un cerclage métallique 14 de forme cylindrique et d'axe X X' dans lequel a été coulé une forme en matériau à base de plâtre avec un fond 12 et une paroi annulaire latérale 11. Ce fond et cette paroi délimitent un volume libre 10, de forme cylindrique. A la surface supérieure du fond 12 sont formés des reliefs 13 qui, par exemple, représentent un décor que l'on souhaite retrouver sur la médaille à fabriquer. La technique de fabrication de l'empreinte est de type bien connu de l'homme du métier. Il s'agit par exemple de celle connue sous la terminologie de "technique à la cire perdue". Elle ne sera pas décrite ici plus en détails, car elle ne fait à proprement parler pas partie de l'invention. Comme matériau à base de plâtre, on peut utiliser par exemple ceux connus sous la marque HYDRACAST (marque déposée), et portant les références CR 29-80, ART et CRIST. Toutefois, d'autres types de matériaux réfractaires poreux peuvent être utilisés. Le moule 1 ainsi réalisé est donc un moule cru, ce qui signifie qu'il a été obtenu sans avoir fait subir au plâtre une quelconque cuisson. Le moule est posé sur la face supérieure d'une chambre à vide 4 qui comporte, en son centre, une ouverture 40. Entre le moule et la chambre est intercalé un joint d'étanchéité 3 en élastomère, tel que du caoutchouc. Ce joint a la forme d'un disque avec, en son centre, une ouverture 31 destinée à se superposer à celle 40 de la chambre 4. La surface supérieure de ce joint comporte une série d'ergots 30 destinés à faciliter le centrage du moule. Comme dit plus haut, la chambre à vide 4 est reliée à une pompe de forte puissance non représentée. On comprend que dès lors que la pompe est mise en marche il se crée, au travers de la matière poreuse du moule 1, un flux d'air référencé par les flèches A, qui traverse le moule par son fond 12 et s'évacue en direction de la pompe, via les ouvertures 31 et 40 du joint et de la chambre à vide. Conformément à la première étape du procédé selon l'invention, la fabrication de la médaille 2 s'opère par coulée directe dans le moule de la matière en fusion, en l'occurrence du cristal (flèches f, figure 2). Le matériau de la médaille occupe alors au moins en partie le volume 10. Cette coulée s'effectue alors que, au plus tard au début de celle-ci et au moins pendant toute sa durée, on fait traverser le moule 1 par le flux d'air A, selon un débit suffisant pour que le matériau réfractaire, à savoir le plâtre, reste en-dessous de sa température de décomposition. Le présent demandeur s'est en effet aperçu qu'en faisant circuler un tel flux d'air à travers le moule, selon un débit important, cela contribuait à refroidir nettement la température du moule en évitant que celui-ci n'atteigne sa température de décomposition. La mise en évidence de ce phénomène a été faite de la manière suivante. Après avoir creusé la face inférieure d'un moule en plâtre, le demandeur a intercalé entre ce moule et lejoint 3 une boulette de papier destinée à éviter que le fond du moule ne s'affaisse lors de la coulée du cristal. Après avoir réalisé cette coulée, sous un fort débit d'air, le demandeur a enlevé le moule du dessus du joint et a constaté que la boulette de papier était restée intacte. La température de fusion du cristal étant de l'ordre de 900 et la tempéra- ture d'inflammation spontanée du papier étant de l'ordre de 275 , cela signifiait donc que la température régnant à l'intérieur du moule en plâtre était inférieure à cette dernière température. Il s'opérait donc une réfrigération importante du moule en plâtre, malgré son contact direct avec la matière du cristal en fusion. De ce fait, les lentes montée et descente en température de la technique antérieure se trouvent évitées puisque, selon la présente invention, les phénomènes de chocs thermiques se trouvent évités. Une autre mise en évidence du phénomène de réfrigération réside dans le fait que, dès lors qu'on stoppe le flux d'air à travers le moule, le joint d'étanchéité 3 se met pratiquement instantanément à fondre au contact de ce dernier. En plus d'assurer le refroidissement du matériau réfractaire, le flux d'air aspire les gaz qui se dégagent lors de la coulée et fait appliquer parfaitement la matière en fusion contre les parois du moule. A titre indicatif, pour la coulée d'une médaille de 10cm de diamètre et de 2cm d'épaisseur, le débit d'air A est de l'ordre de 23m3 par heure. Bien entendu, l'homme du métier saura adapter la valeur de ce débit en fonction des dimensions de l'article à réaliser. Lorsque le matériau 2 moulé a commencé sa prise en masse, on procède au transfert du moule dans un four de recuit dont la température décroît progressivement jusqu'à la température ambiante. Lorsque cette dernière est atteinte, on interrompt le flux d'air et on peut alors procéder au démoulage de la médaille. Il est à noter que l'ensemble de la mise en oeuvre du procédé dure environ deux heures (coulée et période de recuit comprise), ce qui est à comparer à la centaine d'heures nécessaires à la mise en oeuvre de la technique antérieure décrite plus haut. Selon l'invention, il est particulièrement avantageux que le flux d'air soit mis en oeuvre de manière instantanée et à pleine puissance, au plus tard au moment de la coulée du cristal, afin d'opérer un refroidissement rapide du moule Les installations représentées aux figures 3 et 4 permettent également la mise en oeuvre de ce procédé. Ainsi, à la figure 3, une réserve R de grande dimension est branchée entre la chambre à vide 4 et une pompe d'aspiration P. Entre la chambre 4 et la réserve R est prévu un robinet 5. Celui-ci étant fermé, on commence à faire le vide dans la réserve R et, lorsque celui-ci est réalisé, on ouvre alors le robinet. De cette manière, il se crée instantanément un flux d'air de débit important dans le moule, la pompe P contribuant à le maintenir à sa valeur maximale. Dans la variante de la figure 4, une réserve R est également prévue et la canalisation qui la relie à la chambre à vide 4 est pourvue de deux robinets 5 et 5'. Entre ces robinets est prévue la pompe d'aspiration P. Dans une première étape préalable à la coulée du matériau, on ouvre le robinet 5' tandis que le robinet 5 est fermé et on fait le vide dans la réserve R au moyen de la pompe P. Dès que la réserve R est sous vide, on ferme le robinet 5' et on ouvre le robinet 5. Le moule 1 peut alors être mis en place et la matière en fusion coulée. On aura pris soin simultanément d'ouvrir le robinet 5' afin que l'aspiration d'air débute brutale- ment et instantanément. La réfrigération du matériau réfractaire poreux sera d'autant plus efficace que l'air A circule facilement et uniformément au travers du moule. Dans cette optique il peut être prévu, au niveau de la face inférieure du fond du moule, une série de rainures référencées 16 aux figures 5 et 6. Dans l'exemple représenté ici, les rainures s'organisent en cercles concentriques et en lignes droites, ce qui ménage un réseau de canaux convergents en direction du centre du moule. L'air A qui traverse l'épaisseur du moule est alors uniformément canalisé à la surface de celui-ci et efficacement évacué par son centre. Dans l'exemple de la figure 7, il est prévu, en plus des rainures 16, des couloirs 17 de circulation d'air dans le corps du moule. Ceux-ci s'étendent verticalement, tout autour de l'espace 10. Ce "réseau creux" autour de la pièce à mouler permet d'améliorer encore la réfrigération du moule, en facilitant l'écoulement d'air non seulement au niveau du dessous de la pièce, mais également sur ses côtés. Le moule de la figure 8 se distingue du précédent par le fait qu'il présente une hauteur plus importante et est destiné au moulage d'une pièce relativement massive et de forme quelconque, par exemple une statue animalière. Dans cet exemple, les couloirs 18 suivent approximativement la courbure de la pièce à mouler. Dans la variante des figures 9 et 10, ce sont les joints d'étanchéité 3 qui comportent des aménagements destinés à bien répartir et faciliter l'écoulement du flux d'air A. En référence à la figure 9, la surface du joint 3 est creusé d'une série de rainures 32 réparties, comme dans le cas précédent, en une série de cercles concentriques et de lignes droites, ce réseau débouchant en direction de l'ouverture centrale 31 du joint. Dans la forme de réalisation de la figure 10, ce sont des plots 33 circulaires qui sont formés en relief à la surface du joint, de sorte qu'ils ménagent entre eux un réseau de circulation 34, aptes à assurer une circulation du flux d'air selon des chemins aléatoires. Bien entendu, un tel joint peut être utilisé avec un moule tel que décrit en référence aux figures 5 à 8. Dans une forme de réalisation non représentée, le flux d'air au travers du moule peut être généré non pas par dépression, mais par surpression, par exemple en coiffant le moule d'un réceptacle en forme de cloche et en faisant circuler dans celui-ci un fort débit d'air. Comme cela apparaît de ce qui vient d'être décrit, le procédé et l'instal- lation selon l'invention permettent d'éviter les phases lentes de montée et de descente en température utilisées selon le mode opératoire de l'art antérieur. Cela permet également d'éviter les défauts d'état de surface sur le produit obtenu, qui seraient autrement dus au phénomène de décomposition du plâtre. En plus, cela évite d'avoir à acheter du matériel coûteux et encombrant tel que four et armoire de régulation. Conformément à l'invention, il est donc possible d'utiliser directement de la matière en fusion qui, bien entendu disponible en permanence dans une verrerie ou une cristallerie. Des fabrications de petites quantités peuvent être mise en oeuvre sans difficulté. Enfin, la réalisation de la coulée peut être réalisée sans compétence technique particulière lié à la connaissance et à l'observation de courbe de température et au suivi d'une montée et d'une descente lente en température. Bien que le premier secteur d'application de l'invention soit le domaine de la verrerie et de la cristallerie, on peut également réaliser des articles en métal par la même technique. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un article (2) par moulage, à partir d'une matière thermofusible dans un moule (1) en matériau réfractaire poreux, caractérisé par le fait qu'il consiste à: - couler directement dans le moule (1) ladite matière en fusion; - au plus tard au début de ladite coulée et au moins pendante toute la durée de celle-ci, faire traverser le moule par un flux d'air (A), selon un débit suffisant pour que ledit matériau réfractaire demeure constamment en-dessous de sa température de décomposition; - laisser refroidir ledit article et le démouler. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait traverser le flux d'air (A) en soumettant ledit moule (1) à une forte dépression, par le dessous de celui-ci. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite dépression est mise en oeuvre brusquement à l'intérieur du moule (1), de telle sorte que le débit d'air (A) atteigne instantanément sa valeur maximale. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit matériau réfractaire poreux consiste en un matériau à base de plâtre. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le débit d'air est suffisant pour la température du matériau à base de plâtre ne dépasse pas 250 C. 6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte: - un moule (1) en matériau réfractaire poreux; - des moyens (4; P) pour faire traverser ledit moule (1) par un flux d'air (A), selon un débit suffisant pour que ledit matériau réfractaire reste en- dessous de sa température de décomposition. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que lesdits moyens comprennent une pompe à vide connectée (P) au-dessous dudit moule (1). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'un joint d'étanchéité (3) est intercalé entre le dessous du moule (1) et un orifice d'admission d'air de la pompe à vide. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la face inférieure dudit moule (1) comporte des rainures (16) formant des canaux pour la circulation et l'évacuation de l'air. 1 0. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait que des couloirs (17, 18) sont formés dans le corps du moule (1), qui entourent l'empreinte de l'article à mouler et qui communiquent avec lesdites rainures. 1 1. Installation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée par le fait que la face supérieure du joint (3) comporte des rainures (32) formant des canaux pour la circulation et l'évacuation de l'air, ou des reliefs (33) entre lesquels circule et s'évacue l'air. 12. Article obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, ou à l'aide d'une installation conforme à l'une des revendications 6 i 11.