Brevet FR2937898A1 — publié le 20100507

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION DE SAC DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication rapide et sûr de sacs souples, ou plus généralement à un procédé de fabrication de contenant souples, et un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé de fabrication. Les sacs en question sont par exemple utilisés pour contenir des objets devant être isolés de l'environnement extérieur. Ces objets peuvent être des composants stériles, par exemple des bouchons, des bouteilles, des seringues, destinés à être déchargés sur une ligne de fabrication pour l'industrie pharmaceutique ou agroalimentaire, ou des déchets issus d'un procédé de fabrication de l'industrie pharmaceutique agro-alimentaire ou nucléaire. Les sacs doivent donc présenter une grande qualité de réalisation, tout en ayant un coût de revient réduit. Ces sacs sont réalisés par assemblage de deux films en plastique souple au moyen d'une soudeuse haute fréquence. Un procédé de réalisation de tels sacs largement connu comporte les étapes suivantes. - découpe de deux films à partir d'une gaine de film avec un outil tranchant, type cutter, à l'aide d'un patron, ceci manuellement, 2 - solidarisation des deux films à l'aide d'une soudeuse haute fréquence manuellement et coup par coup. Le procédé actuel ne permet pas la réalisation de forme complexe. En outre, le procédé actuel ne permet pas de garantir une régularité des soudures sur toute la périphérie des sacs, ce qui détériore l'aspect visuel et peut faire croire que les sacs sont de mauvaise qualité, alors que ceux-ci sont parfaitement étanches. En effet, l'opérateur doit déplacer manuellement la soudeuse ou les deux films pour effectuer la soudure sur tout le pourtour du sac. Le soudage étant effectué manuellement, sa qualité dépend de l'expérience de l'opérateur. En outre, les temps de cycle sont longs et les conditions de travail sont difficiles. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un procédé de fabrication de sacs souples rapide, simple et offrant des sacs dont l'aspect visuel est amélioré. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but précédemment énoncé est atteint par un procédé de fabrication dans lequel la solidarisation des deux films en une même matière est obtenue par soudure laser. La fabrication est alors rapide, les soudures sont régulières. En effet, la soudure laser permet de réaliser une soudure continue. De manière particulièrement avantageuse, la 30 matière des films est soit un mélange de polyéthylène 3 (PE) et d'éthylène-acétate de vinyle (Ethyl Vinyl Acetate ou EVA en terminologie anglo-saxonne) avec une proportion en EVA comprise entre 13,5% et 18% en masse, soit du polyurétane (PU). La présente invention a également pour objet un dispositif pour la réalisation de sac comportant une station de soudure laser, la source laser se déplaçant automatiquement suivant un programme donné. De manière avantageuse, une station de découpe automatique est également prévue, pour découper la gaine suivant la forme du sac voulu après la soudure. La présente invention a alors pour avantage d'éviter de recourir à un patron pour la découpe. Par conséquent, la présente invention a principalement pour objet l'utilisation d'une source laser pour souder deux films superposés, lesdits films étant réalisés avec le même matériau plastique, pour fabriquer des sacs souples étanches. L'épaisseur de chacun des films est par exemple comprise entre 200 pm et 300 pm. Les deux films sont avantageusement issus d'une gaine, ce qui facilite la mise en place puisque les deux films sont solidarisés l'un à autre par leurs bords latéraux. En outre, les deux films sont légèrement collés ce qui améliore le soudage. Par ailleurs, cette légère adhérence est suffisante pour éviter l'insertion de particules entre les deux films, les risques de contamination sont donc réduits. La présente invention a également pour objet un dispositif de fabrication de sacs souples 4 comportant une table, sur laquelle sont destinés à être superposés deux films en matériau souple aptes à être soudés au moyen d'un faisceau laser, une source laser, des moyens aptes à produire un déplacement relatif de la source laser et de la table et une unité de commande destinée à piloter lesdits moyens de déplacement pour effectuer une soudure selon une forme préprogrammée. Par exemple, les moyens de déplacement déplacent la source laser par rapport à la table dans un plan parallèle à la table, ce qui simplifie le dispositif. L'unité de commande comporte avantageusement des moyens pour modifier l'intensité du faisceau laser émis par la source laser en fonction de la géométrie de la soudure à réaliser, ce qui permet la réalisation d'une soudure homogène. Le dispositif selon l'invention, peut, de manière avantageuse, comporter des moyens de découpe, et des moyens aptes à produire un déplacement relatif entre les moyens de découpe et la table, lesdits moyens de déplacement étant pilotés par l'unité de commande pour découper dans la soudure, ou le long de la soudure à l'extérieur de celle-ci. On peut prévoir que les moyens de déplacement de la source laser sont également destinés à déplacer les moyens de découpe. Le dispositif peut comporter un dévidoir de films, et un tapis roulant pour disposer les films sur la table, l'actionnement du tapis roulant provoquant une distribution automatique des films sur la table. Le dispositif de fabrication de sacs selon l'invention peut également comporter des moyens d'immobilisation des films sur le tapis, par exemple par aspiration. 5 La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de sacs souples mettant en oeuvre le dispositif de fabrication selon la présente invention, comportant les étapes : - programmation de l'unité de commande en fonction de la forme du sac pour le déplacement de la source laser, - mise en place de deux épaisseurs de film sur la table, - actionnement des moyens de déplacement de la source laser et allumage du faisceau laser, - déplacement de la source laser suivant la forme programmée, - extinction du faisceau laser et arrêt des moyens de déplacement de la source laser, - découpe du sac dans la soudure ou à l'extérieur de celle-ci. De manière avantageuse, l'allumage du faisceau laser a lieu après que la source laser a commencé à se déplacer. Le procédé de fabrication selon l'invention peut comporter l'étape préalable de focalisation du faisceau laser sur le film en contact avec la table, ce qui améliore la soudure. Le procédé de fabrication selon l'invention 30 peut comporter l'étape de programmation de l'unité de commande pour le déplacement des moyens de découpe. 6 Le procédé de fabrication selon l'invention peut comporter l'étape après la découpe, d'évacuation du sac par expulsion d'air à travers la table. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et de la figure unique en annexe qui est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un dispositif de fabrication de sac selon la présente invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure unique, on peut voir une représentation schématique d'un dispositif de fabrication de sac selon la présente invention. Le dispositif comporte une table 2 sur laquelle les deux films à souder sont destinés à être disposés. Sur la figure, les films ne sont pas disposés sur la table. Dans la suite de la description, nous désignerons par film inférieur, le film en contact avec la table 2, et, par film supérieur, le film qui n'est pas en contact avec la table 2. On définit un repère XYZ, X et Y étant deux axes orthogonaux définissant un plan parallèle à la table et Z étant un axe orthogonal à la table. Par exemple, on utilise une gaine 4 aplatie, formée par un film tubulaire, de sorte qu'elle soit formée de deux films superposés raccordés par leurs extrémités latérales. La gaine est enroulée et forme une bobine, la longueur de film nécessaire étant 7 obtenue en déroulant la gaine 4. La bobine est disposée sur un dévidoir 6. La gaine 4 est réalisée par extrusion. De manière avantageuse, le dispositif comporte un tapis roulant 8 pour amener la partie de la gaine 4 dans laquelle le sac va être réalisé, jusqu'à l'endroit du soudage. Le tapis roulant 8 peut former toute la surface de la table 2, le soudage et la découpe éventuelle étant effectués sur ce tapis 8. Ceci permet d'amener facilement la partie à souder et d'évacuer rapidement le sac terminé. De manière avantageuse, la table 2 comporte des moyens d'immobilisation des films. Par exemple, il s'agit des moyens d'aspiration assurant un plaquage de la gaine sur la table. Pour cela, la table, plus particulièrement le tapis roulant 8, comporte une pluralité d'orifices 9 connectée à un système d'aspiration ; la gaine est alors maintenue au niveau de chacun des orifices 9. Les moyens d'aspiration peuvent former également des moyens d'expulsion d'air pour provoquer un décollement du sac une fois celui-ci terminé. Les deux films sont légèrement collés l'un à l'autre du fait des forces électrostatiques, ainsi une immobilisation du film inférieur suffit à immobiliser les deux films par rapport à la table, et évite de devoir recourir à des moyens pour immobiliser le film supérieur Selon l'invention, le dispositif comporte 30 des moyens de soudage laser 10. 8 Les moyens de soudage 10 comportent une source laser, par exemple de type laser CO2 de puissance comprise entre 40W et 100W. La source laser 10 est avantageusement focalisée sur le film inférieur. Ainsi, le faisceau laser traverse le film supérieur, provoque l'échauffement du film inférieur et la fusion des films. Ceux-ci sont alors la solidarisés au moyen d'une soudure. La focalisation sur le film inférieur permet de limiter les pertes thermiques. En effet dans ce cas l'échauffement est confiné entre la table 2 et le film supérieur. Dans le cas d'une focalisation sur le film supérieur, l'échauffement ne serait pas confiné, une partie de l'échauffement ne participerait pas à réaliser la soudure, la soudure serait alors plus longue à obtenir. Les moyens de soudage 10 sont motorisés pour pouvoir être déplacés selon les directions X et Y et permettre la réalisation de sac de toute forme. Les moyens de soudage 10 sont pilotés par une unité de commande (non représentée) au moyen d'un logiciel. Le logiciel est paramétré suivant la forme du sac à fabriquer. De manière particulièrement avantageuse, l'unité de commande, en plus de commander le déplacement de la source lacer 10, gère également l'intensité du faisceau laser, ceci en fonction de la trajectoire du faisceau. Par exemple, lorsque le faisceau laser parcourt une courbe, son intensité est diminuée pour éviter un échauffement excessif. En effet, un tel échauffement excessif provoquerait une 9 inhomogénéité de la soudure tout au long du contour du sac. L'unité de commande fait donc correspondre l'intensité du laser avec la géométrie de la soudure. Ainsi, plus le rayon de courbure de la courbe est petit, plus l'intensité du faisceau laser est réduite. La soudure ainsi obtenue est sensiblement identique sur tout le contour, quelles que soient les formes successives courbes et rectilignes, composant le contour. Il est prévu que le faisceau laser ne déborde pas de la gaine, afin d'éviter une brûlure de la table. Pour cela, on programme par exemple l'unité de commande en fonction des dimensions de la gaine, notamment sa largeur. Lors du démarrage de l'étape de soudage, le faisceau laser est avantageusement activé après mise en mouvement de la source laser 10, afin d'éviter de surchauffer la zone où démarre la soudure. Nous avons mentionné précédemment que les deux films sont légèrement collés l'un à l'autre du fait des forces électrostatique, ce léger collage permet d'éviter la présence d'air entre les deux films, la qualité de la soudure en est améliorée. Par ailleurs, cela permet de réduire l'intensité du faisceau laser nécessaire. De manière avantageuse, le dispositif comporte des moyens de découpe 12 de la gaine. Les moyens de découpe 12 comportent un couteau. Le couteau est déplacé automatiquement suivant un programme défini en fonction de la forme du sac. 10 Le couteau 12 est piloté par l'unité de commande qui fait parcourir au couteau soit un trajet identique à celui du faisceau laser, le couteau découpera la gaine dans la soudure, soit un trajet bordant la soudure à l'extérieur de celle-ci. Le couteau, lors de la découpe des deux films simultanément, frotte légèrement sur la table, sans la détériorer. Les moyens de découpe sont mobiles le long de l'axe Z pour amener le couteau 12 en contact avec la gaine et ensuite est mobile le long des axes X et Y, pour découper la gaine 4 suivant toute forme. A titre d'exemple, le dispositif comporte un portique 14 s'étendant le long de l'axe Y, celui-ci est mobile le long de l'axe X, et un chariot 16 mobile sur le portique le long de l'axe Y. Ce chariot porte à la fois le couteau 12 et la source laser 10. A la fois le portique 14 et le chariot 16 sont motorisés. Ainsi, en déplaçant simultanément le chariot 16 et le portique 14, on peut faire parcourir à la source laser 10 et au couteau 12 toutes formes dans un plan parallèle au plan de la table. On peut prévoir d'articuler le couteau 12 pour que, une fois la soudure réalisée, celui-ci vienne en contact avec la gaine 4. La position de la source laser 10 est ajustable le long de l'axe Z pour permettre la focalisation du faisceau laser. Cet ajustement peut être manuel puisqu'il est effectué au début de la fabrication d'une série de sacs à partir d'un type de gaine. 11 On peut utiliser comme matériau pour réaliser les films, par exemple du polyuréthane. De manière particulièrement avantageuse, on utilise du polyéthylène chargé en EVA (éthylène-acétate de vinyle), la charge en EVA étant entre 13,5% et 18% en masse. Par exemple, chacun des films présente une épaisseur comprise entre 200 pm et 300 pm. Les inventeurs ont constaté que l'intervalle [13,5%, 18%] pour la proportion en masse d'EVA permettait de réaliser la soudure de films de polyéthylène chargé en EVA au moyen d'un laser. En effet, pour une proportion en EVA inférieure à 13,5%, le faisceau laser traverse les films sans transmettre suffisamment d'énergie thermique pour fondre les films et les solidariser. Pour une proportion en EVA supérieure à 18 %, l'absorption d'énergie thermique est au contraire trop élevée, le faisceau � troue � les films. Grâce à ce procédé de fabrication de soudure par laser, en utilisant des gaines en polyéthylène chargé EVA dans une proportion particulière, le temps de fabrication d'un sac est compris entre trois à quatre minutes, alors que la fabrication par soudure haute fréquence nécessite 15 minutes. En outre, la soudure obtenue est continue sur tout le contour du sac, puisque le faisceau laser reste en contact avec le film pendant toute l'étape de soudage. Par ailleurs, du fait de la gestion de l'intensité du faisceau laser en fonction du profil de la soudure, celle-ci reste homogène. 12 Nous allons maintenant décrire les différentes étapes de réalisation d'un sac par le procédé selon l'invention. La gaine 4 est déroulée par actionnement du tapis roulant, les moyens d'aspiration étant également en fonction pour assurer une immobilisation de la gaine 4 sur le tapis 8, ce qui lui permet de suivre le tapis 8. Lorsqu'une longueur suffisante de gaine 4 est déroulée et est en place sur le tapis roulant 8, le déplacement du tapis 8 est arrêté. Les moyens de soudage laser 10 sont ensuite activés. Plus particulièrement, la source laser 10 est mise en mouvement, puis le faisceau laser est allumé. Préalablement, la position verticale de la source laser 40 a été réglée pour que le faisceau laser soit focalisé sur le film inférieur. L'unité de commande pilote le déplacement du faisceau laser dans le plan XY sur la base d'une forme de sac programmé, en commandant les déplacements du portique 14 et du chariot 16. Comme décrit précédemment, l'intensité du faisceau laser est adaptée en fonction de la courbure du contour du sac. Lorsque le faisceau laser a parcouru tout le contour, le faisceau laser est éteint. Dans une étape ultérieure, le sac est découpé dans la soudure ou à l'extérieur de celle-ci. Cette découpe peut être effectuée manuellement ou directement par le dispositif, le couteau 12 porté par le chariot 16 effectuant la 13 découpe, le déplacement du couteau 12 étant commandé par l'unité de commande. Il est avantageux de découper les films après avoir effectuer la soudure, puisque cela limite la manipulation des films et permet d'assurer qu'il existe une bonne adhérence entre le deux films, cette adhérence étant favorable pour le bon fonctionnement de la soudure laser. Par ailleurs, cette adhérence réduit les risques de contamination des faces des films destinés à former l'intérieur du sac, le décollement des films ayant pour effet d'augmenter ce risque de contamination. Ce dispositif présente l'avantage de réaliser une soudure unique et continue, ce qui améliore l'aspect visuel du sac et conforte l'utilisateur dans la qualité de celui-ci, notamment dans la qualité de son étanchéité. Par ailleurs, le procédé de fabrication est en grande partie automatique, ce qui réduit les interventions humaines. En effet, grâce au dispositif selon l'invention, l'opérateur n'a qu'a actionner le tapis roulant pour mettre en place la gaine sur la table, puis mettre en route les moyens de soudage par laser, mettre ensuite en route les moyens de découpe et évacuer le sac. Ces actions peuvent être obtenues par une simple pression de boutons distincts. La qualité de la soudure et le temps requis pour la fabrication d'un sac sont alors quasi-indépendants de l'opérateur. Par ailleurs, le risque de contamination particulaire des faces intérieures des films est 14 réduit, puisque la manipulation des films est limitée, ceux-ci adhèrent l'un à l'autre empêchant l'introduction de particules entre les deux films.5 REVENDICATIONS1. Utilisation d'une source laser pour souder deux films superposés, lesdits films étant réalisés avec le même matériau plastique, pour fabriquer des sacs souples étanches. 2. Utilisation d'une source laser selon la revendication 2, dans laquelle le matériau des films est soit du polyéthylène chargé en éthylène- acétate de vinyle (EVA), soit du polyuréthane. 3. Utilisation selon la revendication 2, dans laquelle la charge en EVA est comprise entre 13,5% et 18% en masse. 4. Utilisation d'une source laser selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle l'épaisseur de chacun des films est comprise entre 200 pm et 300 pm. 5. Utilisation d'une source laser selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deux films sont issus d'une gaine. 6. Dispositif de fabrication de sacs souples comportant une table (2) sur laquelle sont destinés à être superposés deux films en matériau souple aptes à être soudés au moyen d'un faisceau laser, une source laser (10), des moyens apte à produire un déplacement relatif de la source laser et 16 de la table et une unité de commande destinée à piloter lesdits moyens de déplacement pour effectuer une soudure selon une forme préprogrammée. 7. Dispositif de fabrication de sacs selon a revendication 6, dans lequel les moyens de déplacement déplacent la source laser par rapport à la table dans un plan (XY) parallèle à la table. 8. Dispositif de fabrication de sacs selon la revendication précédente, dans lequel l'unité de commande comporte des moyens pour modifier l'intensité du faisceau laser émis par la source laser (10) en fonction de la géométrie de la soudure à réaliser. 15 9. Dispositif de fabrication de sacs selon la revendication 6, 7 ou 8, comportant des moyens de découpe (12), et des moyens aptes à produire un déplacement relatif entre les moyens de découpe et la 20 table, lesdits moyens de déplacement étant pilotés par l'unité de commande pour découper dans la soudure ou le long de la soudure à l'extérieur de celle-ci. 10. Dispositif de fabrication de sacs 25 selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel les moyens de déplacement de la source laser sont également destinés à déplacer les moyens de découpe. 11. Dispositif de fabrication de sacs selon 30 l'une des revendications 6 à 10, comportant un dévidoir (6) de films, et un tapis roulant (8) pour disposer les 10 17 films sur la table, l'actionnement du tapis roulant provoquant une distribution automatique des films sur la table. 12. Dispositif de fabrication de sacs selon la revendication précédente, comportant des moyens d'immobilisation des films sur le tapis, par exemple par aspiration. 13. Procédé de fabrication de sacs souples mettant en oeuvre le dispositif de fabrication selon l'une des revendications 6 à 12, comportant les étapes . - programmation de l'unité de commande en fonction de la forme du sac pour le déplacement de la source laser (10), - mise en place de deux épaisseurs de film sur la table (2), - actionnement des moyens de déplacement de la source laser (10) et allumage du faisceau laser, - déplacement de la source laser (10) suivant la forme programmée, - extinction du faisceau laser et arrêt des moyens de déplacement de la source laser (10), - découpe du sac dans la soudure ou à l'extérieur de celle-ci. 14. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l'allumage du faisceau laser a lieu après que la source laser a commencé à se déplacer. 518 15. Procédé de fabrication selon la revendication 13 ou 14, comportant l'étape préalable de focalisation du faisceau laser sur le film en contact avec la table. 16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 13 à 15, comportant l'étape de programmation de l'unité de commande pour le déplacement des moyens de découpe (12). 10 17. Procédé de fabrication selon la revendication 16, comportant l'étape après la découpe, d'évacuation du sac par expulsion d'air à travers la table. 15