Brevet FR2917990A1 — publié le 20090102

Procédé pour fabrication des pièces moulées par coulées, dans un outillage, matrices et poinçons en polystyrène correspondants, et pièces obtenues, notamment en résine ou en matières plastiques. Secteur technique de l'invention : La présente invention concerne le secteur technique de la fabrication d'une ébauche moulée par coulée en résine ou matières plastiques (ci-après résine ) dans un moule à empreintes polystyrènes, notamment 10 pour le secteur des industries automobile, aéronautique, spatiale, ferroviaire, nautique, de loisir ( camping-cars , caravanes), ou domestiques, mobilier de jardin, plinthes, pièces pour fenêtres, sanitaires et analogues. Art antérieur : 15 On connaît une technique de fabrication d'une ébauche E sans moule dite par planches qui présente les inconvénients très sérieux de formation visible de joints de collage inesthétiques, ou encore par application de pâte sur une préforme en grillage ou support analogue. On obtient par ce dernier procédé des bulles, marbrures inesthétiques etc..., conduisant au 20 refus des pièces par le Client. On connaît également un procédé et outillage ( Cliff hangers ) plus récent, tels que représentés sur la fig. 1 annexée, qui se compose des figures 1A et 1B 25 Selon ce procédé, on emploie un moule M en acier qui va servir à réaliser une ébauche de pièce E (on sait qu'une ébauche est une pièce5 brute de coulée qui sera ensuite usinée et polie selon la finition souhaitée). La forme de ces ébauches E est fournie par les concepteurs ou designers des pièces en numérique CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Naturellement, il convient que l'ébauche soit aussi proche que possible de la forme de la pièce finie. Dans le procédé antérieur de la figure 1A, le fond du moule M comporte un très grand nombre de plots verticaux (1) (dont seul un petit nombre a été représenté) qui sont mobiles en translation verticale par l'action du même nombre de vérins (2) pilotés en hauteur par un logiciel L. Sur la figure 1B on a représenté deux de ces plots adjacents (1), dont la partie supérieure (3) est plane. Il peut exister des décrochements (4) entre des plots adjacents, afin de coller au maximum à la surface souhaitée de l'ébauche, et chaque surface (3) est très petite de manière à assurer une bonne résolution. D'où la nécessité de recourir à un très grand nombre de plots et donc de vérins et donc à un logiciel puissant. L'ensemble du moule M est extrêmement coûteux (sensiblement autour du million d'euros) et complexe, et nécessite une maintenance très importante, qui a aussi un coût élevé. Problème technique posé : Il existe donc un besoin important de mettre au point un procédé pour la réalisation des ébauches coulées, qui soit très nettement moins coûteux tant en investissement qu'en réalisation, le tout pour obtenir au moins la même qualité de finition et un délai de fabrication tout aussi court. Résumé de l'invention : Selon la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication de pièces moulées par coulée de résine, dans un système matrice / poinçon en polystyrène, caractérisé en ce que (cf figure 2 annexée) l'on découpe dans un bloc de polystyrène des planches d'épaisseur E (i) constante pour chaque planche mais variable et adaptée à la géométrie de l'ébauche E (pièce 5) à obtenir, laquelle peut prendre sensiblement toute forme y compris avec des formes compliquées (pentes variables, creux 6 ou 7), et en ce que chaque planche est découpée de manière à ne laisser subsister que la partie dénommée strate (S (i)) reproduisant (par juxtaposition des strates) l'ébauche E. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé est caractérisé en ce que l'on récupère l'autre partie, partie éliminée à la découpe, pour en faire le poinçon PN (i) du moule (cf Figure 3). On a représenté sur la figure 3 annexée, qui se compose des figures 3A à 3 D, à la fois le procédé selon l'invention et l'outillage employé. Le procédé est donc caractérisé en ce que : - dans un bloc (8) de polystyrène, on découpe des planches P(i) d'épaisseur e (i) constante pour chaque planche mais variable d'une planche à l'autre pour s'adapter à la géométrie souhaitée pour l'ébauche E, puis on découpe dans chaque planche P (i) (à nouveau de manière adaptée à la géométrie de l'ébauche) une partie de PN (i) - qui est enlevée - et une partie MAT (i) (ou encore strate S (i)) qui est conservée, la juxtaposition de toutes les parties MAT (i) étant destinée et adaptée à former l'ébauche E ; 3 - on dispose les parties MAT (i) juxtaposées dans un moule M , puis on superpose au regard de chaque partie MAT (i) (ou S(i)) un poinçon PN(i) adapté à l'épaisseur e(i) de la partie MAT(i) correspondante. L'assemblage MAT (i) et PN (i) laisse un évidement (9) adapté à la géométrie de la pièce brute. - on ménage dans les poinçons juxtaposés P(i) au moins un orifice o débouchant dans la cavité (9) et dans les parties juxtaposées MAT (i) au moins un orifice o' ; - on effectue le vide dans la cavité (9) par l'orifice o' et, le vide étant établi, on injecte ou on coule la résine R par l'orifice o ; - on démoule pour obtenir l'ébauche E en résine qui correspond au volume de la cavité (9), laquelle est ensuite usinée ; Selon un mode de réalisation préféré, la surface intérieure PN(i) de la cavité (9) est traitée (10) en surface par un traitement céramique ou analogue (plâtre, revêtement polymère, élastomère, etc...). Selon encore un mode de réalisation tout à fait préféré, on insère dans la cavité (9) MAT (i), c'est à dire au-dessus des strates S(i), dans le moule, une bâche plastique dans laquelle on effectuera l'opération de coulée, dans le but d'éviter de manière connue des effets de gel coat , afin de faciliter le démoulage et d'éviter le collage. La cavité (9) comporte de préférence un évidement adapté pour optimiser la quantité de résine à couler en fonction des propriétés mécaniques recherchées ; un tel évidement est représenté à titre non limitatif sur la figure 4 annexée, qui représente l'ébauche démoulée, et la figure 5 montre comment cet évidemment (11) peut être obtenu en modifiant la cavité (9) par une protubérance (12), ce qui à la coulée réduit nettement la quantité de résine et donc le poids et le coût de l'ébauche. Selon encore un mode de réalisation particulièrement préféré, les poinçons PN(i) sont constitués par les parties PN(i) dont l'enlèvement des planches P(i) avait permis la formation des parties MAT (i) (ou encore strates S(i)). On récupère donc les parties enlevées PN(i) et on les emploie comme poinçons PN(i) correspondant à chaque strate S(i). Le procédé de l'invention génère donc, sous sa forme tout à fait préférée, en une seule opération, la matrice MAT(i) et le poinçon correspondant PN(i), pour chaque planche P (i) , leur juxtaposition donnant dans le moule directement le poinçon et la matrice nécessaires à la coulée. Comme décrit ci-dessus, chaque poinçon PN(i) ainsi récupéré subit une découpe de la cavité (9) et peut subir un traitement de surface (10). A la découpe, on peut naturellement, de préférence, prévoir également la protubérance (12) destinée à optimiser le poids / coût / propriétés mécaniques de l'ébauche finale. Sur les figures annexées, les mêmes références ont les mêmes significations, qui sont les suivantes. Selon des variantes de l'invention (figures 6A et B) le poinçon peut de plus, recevoir sur sa surface interne de la cavité (9), un renfort mécanique tel que grille fine,, non tissé, matériau de fibres de renfort (métal, carbone, verre) et analogues (13) et/ou une grille ou métal déployé ou nappe de fibres de renfort (14) disposé dans la cavité (9) mais ancrés (15) au poinçon ainsi que des inserts (dans la masse) d'éléments de renfort tels que tiges métalliques, en carbone, matériaux composites etc... (16) disposées dans la cavité (9) mais également ancrés dans la masse de surface du poinçon. On peut combiner (figure 6 B) l'ensemble de ces éléments de renfort, cités à titre non limitatifs, afin d'alléger l'ébauche et de réduire son coût, tout en conservant ou augmentant ses propriétés mécaniques, selon le cahier des charges. On ménage également dans le poinçon, de manière connue, des évents w (figure 3 D) afin de permettre l'échappement de l'air de la cavité (9) (ou de la bâche correspondante) lors de l'opération de coulée de la résine R. On pourra employer comme résine toute matière adaptée à la coulée et à la pièce finale du cahier des charges, ou d'autres matières plastiques polymères aptes à donner un bon état de surface et les propriétés mécaniques requises, notamment le plâtre, la céramique, les mousses rigides, les mousses souples, etc...). L'invention concerne encore les strates S (i) et les poinçons PN(i) récupérés lors de l'opération de découpe des planches P(i) du procédé selon l'invention, car un grand avantage de l'invention est précisément, contrairement à l'art antérieur à plots notamment, d'obtenir en une seule découpe à la fois les strates S(i) et les poinçons PN(i) rigoureusement adaptés à chaque strate S (i). Dans l'art antérieur dit à plots , on forme la surface de l'ébauche à l'aide de la multitude de plots, mais on doit ensuite FABRIQUER un poinçon de manière séparée. L'invention concerne encore un caisson modulable (17) (exemple non limitatif sur la figure 7 annexée), c'est à dire dont les parois sont au moins en partie mobiles en translation grâce à des guides ou analogues, de manière à adapter les dimensions à celles recherchées pour le moule, ainsi qu'un cadre supérieur (18) (figure 8) également modulable et dont l'un des rôles sera de soutenir par suspension les poinçons PN(i) en position juxtaposée dans le moule, à la hauteur requise par rapport à l'ensemble des strates S(i) disposées au fond du caisson-moule. Dans tous les secteurs techniques concernés par la présente invention (industries autornobile, aéronautique, spatiale et analogues), la résine employée sera adaptée pour la bonne tenue aux températures rencontrées lors de son utilisation. L'invention couvre également tous les modes de réalisation et toutes les applications qui seront directement accessibles à l'homme de métier à la lecture de la présente demande, de ses connaissances propres, et éventuellement d'essais simples de routine. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces moulées par coulée de résine, dans un système matrice I poinçon, caractérisé en ce que on découpe dans un bloc en polystyrène des planches d'épaisseur E(i) constante pour chaque planche mais variable et adaptée à la géométrie de l'ébauche E (pièce 5) à obtenir, laquelle peut prendre sensiblement toute forme y compris avec des formes compliquées (pentes variables, creux (6) ou (7)), et en ce que chaque planche est découpée de manière à ne laisser subsister que la partie dénommée strate (S(i)) reproduisant (par juxtaposition des strates) l'ébauche E. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on récupère l'autre partie (partie éliminée à la découpe) , pour en faire le poinçon PN (i) du moule . 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que : dans un bloc (8) de polystryrène, on découpe des planches P(i) d'épaisseur e(i) constante pour chaque planche mais variable d'une planche à l'autre pour s'adapter à la géométrie souhaitée pour l'ébauche E, puis on découpe dans chaque planche P(i) (à nouveau de manière adaptée à la géométrie de l'ébauche) une partie PN(i) - qui est enlevée - et une partie MAT (i) (ou encore strate S(i)) qui est conservée, la juxtaposition de toutes les parties MAT (i) étant destinée et adaptée à former l'ébauche E ; - on dispose les parties MAT (i) juxtaposées dans un moule M , puis on dispose au dessus et au regard de chaque partie MAT (i) (ou S(i)) un poinçon PN(i) adapté à l'épaisseur e(i) de la partie MAT(i) correspondante, l'assemblage MAT(i) et PN(i) laisse un évidemment (9) adapté à la • géométrie de la pièce brute ;- on ménage dans les poinçons juxtaposés P(i) au moins un orifice o débouchant dans la cavité (9) et dans les parties juxtaposées MAT (i) au moins un orifice o' ; - on effectue le vide dans la cavité (9) par l'orifice o' et, le vide étant établi, on injecte ou on coule la résine R par l'orifice o ; - on démoule pour obtenir l'ébauche E en résine qui correspond au volume de la cavité (9), laquelle est ensuite usinée ; 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface intérieure PN(i) de la cavité (9) est traitée (10) en surface par un traitement céramique ou analogue (plâtre, revêtement polymère, élastomère). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que on insère dans la cavité (9), c'est-à-dire au- dessus des strates S(i), dans le moule, une bâche plastique dans laquelle on effectuera l'opération de coulée, dans le but d'éviter de manière connue des effets de gel coat , afin de faciliter le démoulage et d'éviter le collage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la cavité (9) comporte un évidement (11) adapté pour optimiser la quantité de résine à couler en fonction des propriétés mécaniques recherchées ; cet évidemment (11) pouvant être obtenu en modifiant la cavité (9) par une protubérance (12), ce qui à la coulée réduit nettement la quantité de résine et donc le poids et le coût de l'ébauche. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les poinçons PN(i) sont constitués par les parties PN(i) dont l'enlèvement des planches P(i) avait permis la formation des parties MAT (i) (ou encore strates S(i)) ; on récupère donc les parties enlevées PN(i) et on les emploie comme poinçons PN(i) correspondant à chaque strate S(i). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le poinçon peut de plus, recevoir sur sa surface interne de la cavité (9), un renfort mécanique tel que grille fine, non tissé, matériau de fibres de renfort (métal, carbone, verre) et analogues (13) et/ou une grille ou métal déployé ou nappe de fibres de renfort (14), disposés dans la cavité (9) mais ancrés (15) au poinçon ainsi que des inserts (dans la masse) d'éléments de renfort tels que notamment les tiges métalliques, en carbone, matériaux composites(16) disposés dans la cavité (9) mais également ancrés dans la masse de surface du poinçon. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que on combine l'ensemble de ces éléments de renfort, afin d'alléger l'ébauche et de réduire son coût, tout en conservant ou augmentant ses propriétés mécaniques, selon le cahier des charges. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que on ménage également dans le poinçon, des évents w afin de permettre l'échappement de l'air de la cavité (9) (ou de la bâche correspondante) lors de l'opération de coulée de la résine R. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que on emploie comme résine d'autres matières telles que le plâtre, céramique, mousse rigide, mousse souple. 12. Strates S(i) récupérés lors de l'opération de découpe des planches P(i) du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisés en ce qu'ils sont obtenus en une seule découpe. 13. Poinçons PN(i) récupérés lors de l'opération de découpe des planches P(i) du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'ils sont obtenus également en une seule découpe, avec les strates S(i), et qu'ils rigoureusement adaptés à chaque strate S(i). 14. Caisson modulable (17), utilisé pour la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les parois dudit caisson sont au moins en partie mobiles en translation grâce à des guides ou analogues, de manière à adapter les dimensions à celles recherchées pour le moule, ainsi qu'un cadre supérieur (18) également modulable et dont l'un des rôles sera de soutenir par suspension les poinçons PN(i) en position juxtaposée dans le moule, à la hauteur requise par rapport à l'ensemble des strates S(i) disposées au fond du caisson-moule.10