Brevet FR2961127A1 — publié le 20111216

MACHINE D'IMPRESSION SUR OBJETS DE FORME GENERALE CYLINDRIQUE Domaine technique de l'invention L'invention est relative aux techniques d'impression par jet d'encre de motifs sur 5 des articles de forme générale cylindrique, notamment des flacons ou pièces en matière plastique. État de la technique Les flacons qu'on utilise pour l'impression par jet d'encre sont généralement en matière plastique, car ils sont notamment peu onéreux, incassables, légers, et 1 o colorisables. Afin d'imprimer un motif couleur sur un article en matière plastique, on commence par soumettre la surface à imprimer à un traitement, par exemple par effet corona, flammage, plasma, ou tout traitement de surface approprié, afin de conférer à la surface une meilleure adhérence de l'encre. On imprime 15 éventuellement ensuite un fond blanc que l'on fait sécher, par exemple aux rayonnements ultraviolets, avant d'imprimer un motif en quadrichromie (noir, magenta, cyan, jaune). Dans le cadre de processus industriels, chaque couleur est imprimée par une tête d'impression distincte, et ces têtes balayent à tour de rôle la surface à 20 imprimer. La demande de brevet EP2179853 décrit une machine permettant d'imprimer en série des gobelets coniques. Elle comprend un plateau tournant horizontal muni en périphérie d'une série de supports recevant radialement des gobelets respectifs. Chaque support est apte à faire tourner son gobelet autour de son 25 axe. Chaque support est en outre inclinable de manière que la génératrice supérieure du gobelet, conique, puisse être réglée à l'horizontale. Le plateau, par des rotations indexées successives, amène chaque gobelet dans des postes de traitement successifs. Certains des postes comprennent une tête d'impression orientée pour projeter de l'encre sur la génératrice horizontale des 30 gobelets. Les têtes d'impression sont portées par un cadre unique réglable en hauteur, de sorte à pouvoir adapter la machine à différents diamètres des gobelets. Malgré ses possibilités de réglage, cette machine n'accepte pas des variations importantes des dimensions des gobelets. Par ailleurs, la hauteur du motif imprimé sur les gobelets est limitée à la longueur de la rangée de buses des têtes d'impression. La demande de brevet GB2376920 décrit un procédé permettant d'imprimer un motif sur un cylindre (ou cône) de dimension quelconque à l'aide d'une tête d'impression unique. Le cylindre est entraîné en rotation autour de son axe tandis que la tête d'impression parcourt une génératrice du cylindre. En d'autres termes, la trajectoire relative de la tête d'impression par rapport au cylindre est io hélicoïdale. Le logiciel gérant l'impression tient compte des paramètres de l'hélice pour corriger l'image imprimée. Bien que les dimensions de l'article à imprimer puissent varier dans de grandes proportions, ce procédé est inadapté à un processus industriel où on souhaite imprimer des articles à cadence élevée. 15 Résumé de l'invention On constate qu'on a besoin d'une machine à imprimer des articles cylindriques pouvant traiter des articles de dimensions variables dans des proportions importantes tout en offrant une cadence d'impression élevée. On tend à satisfaire ce besoin en prévoyant une machine à imprimer des 20 articles de forme générale cylindrique de diamètres variables, comprenant : plusieurs têtes d'impression à jet d'encre réparties radialement et de manière régulière autour d'une zone de traitement apte à être traversée axialement par chaque article ; un mécanisme pour entraîner chaque article avec un mouvement hélicoïdal relativement aux têtes d'impression ; et des moyens pour 25 régler la position radiale des têtes en fonction du rayon de l'article traversant la zone de traitement. Les têtes d'impression sont de préférence décalées de l'une à la suivante dans le sens axial des articles, en suivant une hélice définie par ledit mouvement hélicoïdal. 30 Selon un mode de réalisation, le mécanisme d'entraînement comprend : une tige dont une extrémité est prévue pour recevoir coaxialement l'article à imprimer, et agencée pour faire passer l'article axialement à travers la zone de traitement à partir d'une position escamotée autorisant un déplacement latéral de l'article sans interférence avec les têtes d'impression ; des moyens d'entraînement en rotation axiale de la tige à une vitesse fonction du diamètre de l'article, de manière à assurer une vitesse tangentielle de l'article qui soit compatible avec la vitesse d'impression des têtes ; et des moyens d'entraînement en translation axiale de la tige à une vitesse fonction de la vitesse de rotation de la tige, de manière à conformer le pas du mouvement hélicoïdal à la configuration des têtes d'impression. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue de dessus schématique d'un mode de 15 réalisation de machine à imprimer des articles cylindriques ; les figures 2A et 2B représentent deux étapes dans une impression d'un article à section elliptique, réalisable à l'aide de la machine de la figure 1 ; la figure 3 représente une vue de côté de la machine de la figure 1 et la figure 4 représente une variante d'un poste d'impression de la machine 20 de la figure 3, permettant à la machine d'imprimer sur des articles coniques. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention La figure 1 représente schématiquement, en vue de dessus, un mode de réalisation de machine à imprimer, permettant d'assurer une impression à cadence élevée d'articles de dimensions variables dans des proportions 25 importantes. Les articles sont de forme générale cylindrique (ex. des flacons, des bouteilles, des pots, etc...). Leur forme peut dévier légèrement de celle d'un cylindre ; elle peut être légèrement conique (par exemple des gobelets), concave, ou convexe. Elle peut aussi avoir une section elliptique ou ovoïde. La machine comprend un plateau tournant 10 muni à sa périphérie d'une série 30 de supports 12 agencés pour recevoir axialement des articles respectifs. Par « axialement » on entend que les articles sont disposés sur le plateau avec leur axe orienté perpendiculairement au plan du plateau. Les supports 12 sont prévus pour assurer un maintien stable et suffisamment précis des articles 34 au cours des divers traitements. Par exemple, dans le cas où les articles sont en forme de pot, les supports 12 peuvent avoir une forme qui épouse l'intérieur des pots, les pots étant disposés sur les supports 12 avec leur ouverture tournée vers le plateau 10. Dans le cas où les articles sont des bouteilles, les supports 12 peuvent avoir une forme cylindrique au diamètre de l'intérieur des goulots des bouteilles. Les supports peuvent être munis d'un système à expansion qui permet d'épouser la forme intérieure des goulots. Une contre pointe (non représentée) prenant appui dans le fond du flacon peut être prévue pour parfaire l'alignement axial du flacon. Le plateau 10 est agencé pour transporter chaque article d'un poste de chargement 14 vers un poste de déchargement 16 en passant par une série de 15 postes de traitement. Parmi ces postes de traitement, on a notamment un poste d'impression couleur 18. Ce poste comprend plusieurs têtes d'impression 20 réparties radialement, de manière régulière, autour d'une zone de traitement d'axe perpendiculaire au plateau 10. Ces têtes d'impression sont orientées pour projeter leur encre vers 20 cette zone de traitement, les buses de chaque tête étant dans un plan perpendiculaire au plateau. Dans le cas d'une impression en quadrichromie, on prévoit, comme cela est représenté, quatre têtes d'impression à 90°. Cette disposition radiale des têtes d'impression couleur permet d'imprimer les couleurs successives avec un délai minimal d'une couleur à l'autre, assurant 25 que les mélanges des encres soient obtenus dans les conditions optimales. En effet, ces conditions de mélange sont habituellement définies pour une impression sur un support plat défilant devant des têtes alignées dans le sens de défilement, et où les têtes adjacentes peuvent être montées pratiquement en contact l'une avec l'autre. 30 Un mécanisme associé à chaque support 12, décrit plus en détail ultérieurement, est conçu pour, à partir d'une position escamotée, introduire axialement l'article dans la zone de traitement du poste d'impression 18 avec un mouvement hélicoïdal, de sorte que chaque tête 20 balaye l'ensemble de la surface à imprimer. Après impression, le mécanisme extrait l'article de la zone de traitement vers une position escamotée, à partir de laquelle le plateau 10 peut transporter l'article vers le poste suivant sans interférence avec les têtes d'impression. Parmi les autres postes, on peut trouver successivement, à partir du poste de chargement 14, un poste de traitement antistatique 22, un poste de traitement de surface 24 (corona, flammage, ou plasma), un poste d'impression de blanc 26, et un poste de séchage par rayonnement ultraviolet 28. Le poste d'impression couleur 18 est également suivi d'un poste de séchage par rayonnement ultraviolet 30. La configuration du poste d'impression de blanc 26 est similaire à celle du poste d'impression couleur 18, sauf qu'il ne comprend qu'une seule tête d'impression, ou éventuellement deux pour augmenter le pouvoir couvrant du blanc sur des pièces très foncées. Par ailleurs, la position radiale de chaque tête d'impression 20 est réglable de manière indépendante afin que celle-ci puisse suivre à une distance optimale une surface de rayon variable de l'article en cours d'impression. La position radiale de chaque tête est réglée, par exemple, par une vis entraînée par un moteur asservi 32. Cette possibilité de réglage radial des têtes, combinée à la répartition régulière des têtes autour de la zone de traitement, permet l'adaptation du poste d'impression à des articles dont le diamètre peut varier dans de grandes proportions. Les articles peuvent notamment avoir un diamètre si petit qu'il est inscrit au polygone (un carré dans l'exemple) défini par la largeur des têtes d'impression, dans une position radiale minimale où les têtes viennent en contact les unes avec les autres. Les figures 2A et 2B illustrent le mouvement radial des têtes d'impression 20 au niveau du poste 18, dans le cadre d'un article 34 de section elliptique. L'ellipse est représentée de manière exagérément aplatie afin de mieux illustrer le fonctionnement. A la figure 2A l'article 34 est à une position telle que le grand axe de l'ellipse est orienté est-ouest, en alignement avec les têtes d'impression est et ouest. Les moteurs 32 est et ouest ont rétracté leurs têtes 20 à la position maximale de la course définie pour l'article, tandis que les moteurs 32 nord et sud ont rapproché leurs têtes 20 à la position minimale de cette course. A la figure 2B l'article 34 a tourné de 90°. Il est à une position telle que le grand axe de l'ellipse est orienté nord-sud, en alignement avec les têtes d'impression nord et sud. Les moteurs 32 est et ouest ont rapproché leurs têtes 20 à la position minimale de la course, tandis que les moteurs 32 nord et sud ont rétracté leurs têtes 20 à la position maximale de la course. La figure 3 représente une vue schématique de côté de la machine, montrant le poste d'impression 18 et un mode de réalisation du mécanisme d'introduction 1 o axiale des articles 34. Le plateau tournant 10, disposé à l'horizontale dans cet exemple, est entraîné en rotation par un moteur monté dans une colonne support 36. Comme cela est représenté, l'écart entre le plateau 10 et le poste d'impression 18 est tel que les articles 34 portés par le plateau n'interfèrent pas avec des éléments du poste 15 18 (et des autres postes), notamment les têtes d'impression 20, lorsque le plateau transporte les articles d'un poste à l'autre par rotation. Chaque support d'article 12 disposé sur le plateau tournant 10 est monté à l'extrémité d'une tige verticale 38. Chaque tige 38 est guidée par une portée 40 fixée sous le plateau 10, permettant un coulissement axial de la tige et une 20 rotation de la tige autour de son axe. L'extrémité inférieure de chaque tige 38 est munie d'un dispositif d'entraînement en rotation, tel qu'une goupille faisant saillie perpendiculairement à l'axe de la tige. Au niveau de chaque poste nécessitant que l'article soit introduit axialement, notamment le poste 18, la colonne 36 est munie d'une tige filetée verticale 42 25 entraînée en rotation axiale par un moteur 44. La tige filetée 42 entraîne un chariot 46 portant un moteur 48. Le moteur 48 entraîne en rotation autour d'un axe vertical un manchon 50 agencé pour s'accoupler à l'extrémité inférieure de la tige 38 lorsque le chariot 46 monte sous l'action de la tige filetée 42. A la position de repos représentée, le chariot 46 est à sa position la plus basse 30 et le manchon tournant 50 est désengagé de la tige 38. La tige 38 est dans sa position escamotée, permettant à l'article 34 qu'elle porte d'être déplacé latéralement par le plateau 10 sans interférence avec des éléments des postes de traitement. Lorsqu'on souhaite traiter l'article 34 dans le poste d'impression 18 (ou 26, le cas échéant), la tige filetée 42 est actionnée par le moteur 44, ce qui entraîne la remontée du chariot 46. Le manchon 50 s'engage avec la tige 38 et la pousse vers le haut avec le chariot. La position radiale des têtes 20 est réglée en fonction du diamètre de l'article (ou, dans le cas d'un article de section non circulaire, en fonction des différents rayons en correspondance avec les têtes au moment où l'article atteint les têtes). Lorsque le manchon 50 est engagé avec la tige 38, le moteur 48 est actionné pour entraîner l'article 34 en rotation. Dès lors, la vitesse de rotation du moteur 10 48 est réglée pour que la vitesse tangentielle de l'article 34 soit conforme à la vitesse d'impression préconisée pour les têtes d'impression (dans le cas d'un article à section non circulaire, le moteur est réglé, par exemple, pour que la vitesse tangentielle moyenne corresponde à la vitesse préconisée). En même temps, la vitesse de rotation du moteur 44 est réglée pour que le déplacement 15 axial du chariot 46 soit, sur un tour de la tige 38 (ou de l'article 34), égal à la largeur de la bande imprimable par chaque tête 20, par exemple 70 mm pour des têtes d'impression industrielles courantes. En d'autres termes, l'article 34 est entraîné selon une hélice de pas constant égal à la largeur de la bande imprimable, à une vitesse de rotation inversement proportionnelle au diamètre 20 de l'article. La figure 3 montre également un exemple de réalisation détaillé du poste d'impression 18. Chaque tête d'impression 20 est fixée sur un coulisseau 52 qui est monté dans une glissière 54 permettant une translation du coulisseau dans le sens radial de la tête d'impression. Chaque moteur 32 entraîne son 25 coulisseau 52 par l'intermédiaire d'une vis 56. Les moteurs 32 et les glissières 54 sont fixés au même bâti, non représenté, que la colonne 36. Comme cela est représenté, les têtes d'impression 20 sont de préférence décalées l'une par rapport à l'autre dans le sens vertical, c'est-à-dire dans le sens axial de l'article 34 et de la tige 38, de sorte à suivre l'hélice décrite par un 30 même point de l'article 34. Ainsi, si le pas de l'hélice est de 70 mm pour une tête d'impression industrielle classique, les deuxième, troisième et quatrième têtes, dans le sens de rotation de l'article, sont décalées par rapport à la première tête de, respectivement, 17,5 mm, 35 mm et 52,5 mm. Avec cette configuration, les têtes balayent à tour de rôle la même bande hélicoïdale, avec un retard de 3/4 de tour pour la dernière tête par rapport à la première - en d'autres termes, toutes les têtes auront balayé un tour de bande commencée par la première tête en 1,75 tours. II en résulte que les têtes d'impression peuvent être gérées de manière classique, comme pour une impression sur un support défilant de manière rectiligne, sauf que les images fournies aux têtes correspondront à une bande hélicoïdale au lieu de correspondre à une bande rectiligne. Si les têtes étaient dans un même plan vertical, les bandes balayées par les 10 têtes se chevaucheraient d'un quart de pas de l'hélice cela est gérable, mais le logiciel d'impression serait notablement plus complexe. La figure 4 représente une variante du poste d'impression 18, en vue de côté, permettant l'impression sur des articles 34 comportant des parties coniques. Chaque tête d'impression 20 est articulée en 58 sur son coulisseau 52, de 15 manière à pouvoir s'incliner dans un plan contenant l'axe de l'article 34. Avec cette configuration, la face d'impression de la tête peut être rendue parallèle à la surface en cours d'impression de l'article 34, pour que chaque buse se trouve à la distance optimale de cette surface. Le réglage de l'inclinaison de chaque tête peut être assuré par un vérin électrique, non représenté, agissant entre le 20 coulisseau 52, et la tête 20. Lorsque l'article 34 passe entre les têtes 20, celles-ci sont écartées progressivement par leurs moteurs 32 pour maintenir la distance optimale entre les têtes et l'article. Les modes de réalisation décrits de la machine d'impression permettent d'imprimer à cadence élevée des articles de forme générale cylindrique. On 25 entend par là que la section des articles peut ne pas être tout à fait circulaire ou que les génératrices de l'article peuvent ne pas être tout à fait droites ou parallèles. La position radiale de chaque tête, et l'inclinaison de chaque tête avec le mode de réalisation de la figure 4, peuvent être réglées de manière indépendante et en continu pour se conformer à la partie de la surface de 30 l'article 34 en regard de la tête. Bien entendu, lorsqu'on s'écarte de la forme cylindrique, il convient de paramétrer le logiciel qui gère les moteurs avec la forme des articles à imprimer. En outre, il convient d'indexer les articles en rotation par rapport à leurs supports 12 dans le cas où ils sont à section non circulaire, de manière que le profil d'évolution du rayon par rapport à la position en rotation soit le même pour chaque article et connu du logiciel de gestion. De nombreuses variantes et modifications de la machine décrite ici apparaîtront à l'homme du métier. Bien que la machine ait été décrite en relation avec un poste d'impression à quatre têtes, l'homme du métier saura, à partir des enseignements décrits, réaliser une machine utilisant des postes d'impression avec un nombre différent de têtes. Afin de déplacer axialement les articles dans les postes de traitement, au lieu d'utiliser des tiges de levage 38 indépendantes, on peut prévoir un système qui io lève le plateau 10. Les supports d'article 12 sont alors entraînés en rotation par des moteurs indépendants ou bien en même temps par une courroie crantée mue par un moteur unique. REVENDICATIONS1. Machine à imprimer des articles de forme générale cylindrique (34) de diamètres variables, comprenant : - une première tête d'impression à jet d'encre (20) ; - un mécanisme (42, 50) pour entraîner chaque article avec un mouvement hélicoïdal relativement à la tête d'impression ; caractérisée en ce qu'elle comprend : - plusieurs têtes d'impression à jet d'encre (20), dont la première tête, réparties radialement et de manière régulière autour d'une zone de 10 traitement apte à être traversée axialement par l'article (34) ; et - des moyens (52, 56) pour régler la position radiale des têtes en fonction du rayon de l'article traversant la zone de traitement. 2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle les têtes d'impression (20) sont décalées de l'une à la suivante dans le sens axial des articles, en 15 suivant une hélice définie par ledit mouvement hélicoïdal. 3. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le mécanisme d'entraînement comprend : - une tige (38) dont une extrémité est prévue pour recevoir coaxialement l'article (34) à imprimer, et agencée pour faire passer l'article axialement 20 à travers la zone de traitement à partir d'une position escamotée autorisant un déplacement latéral de l'article sans interférence avec les têtes d'impression ; - des moyens (48, 50) d'entraînement en rotation axiale de la tige à une vitesse fonction du diamètre de l'article, de manière à assurer une 25 vitesse tangentielle de l'article qui soit compatible avec la vitesse d'impression des têtes ; et - des moyens (42, 46) d'entraînement en translation axiale de la tige à une vitesse fonction de la vitesse de rotation de la tige, de manière à conformer le pas du mouvement hélicoïdal à la configuration des têtes 30 d'impression. 10 4. Machine selon la revendication 3, comprenant un plateau rotatif (10) ayant une pluralité de tiges (38) régulièrement réparties sur sa périphérie, chacune destinée à recevoir un article respectif (34) à imprimer dans ladite zone de traitement. 5. Machine selon la revendication 4, comprenant plusieurs postes de traitement, dont ladite zone de traitement, correspondant aux positions des articles sur le plateau rotatif. 6. Machine selon la revendication 5, comprenant successivement un poste de traitement de surface (24), un poste d'impression à l'encre blanche (26), un 10 poste de séchage par rayonnement ultraviolet (28), un poste d'impression multicolore (18) comprenant lesdites têtes d'impression, et un autre poste de séchage par rayonnement ultraviolet (30). 7. Machine selon la revendication 1, comprenant des moyens (58) pour régler l'inclinaison de chaque tête d'impression (20) dans un plan contenant l'axe 15 des articles dans la zone de traitement.