Brevet FR3032649A1 — publié le 20160819

Fabrication d'une pièce optique injectée utilisant un fil chaud pour la découpe des résidus d'injection Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé et une machine de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile. État de la technique Classiquement, la fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, passe par l'obtention préalable d'une pièce intermédiaire par une technique d'injection de la matière plastique dans un moule. Il en résulte la formation de résidus d'injection qui doivent être supprimés pour obtenir la pièce optique finale. Ces résidus d'injection, qui présentent des volumes fréquemment compris dans une plage de l'ordre de 1 mm3 à 1cm3, sont formés au moment de l'injection, après refroidissement de la matière plastique suite à son injection. Il s'agit particulièrement de carottes périphériques correspondant aux conduits d'alimentation du moule en matière plastique injectée ou encore de bavures de plan de joint. Il existe un besoin de retirer ces résidus d'injection d'une manière fiable et simple. Actuellement, les techniques connues de suppression des résidus prévoient un sciage ou un poinçonnage ou un pliage manuel ou une 30 découpe laser ou à eau. 3032649 2 Mais ces techniques restent problématiques. Au niveau de la zone de transition entre les résidus d'injection et le reste de la pièce intermédiaire (correspondant au négatif de l'empreinte du moule), il existe de très fortes contraintes mécaniques internes au matériau du fait de l'injection 5 et du refroidissement de la matière. Il peut aussi y avoir la présence de défauts de la pièce, classiques dans la technique de moulage. Par conséquent, il existe un risque élevé de casse de la pièce ou d'une détérioration de celle-ci. D'autre part, ces techniques actuellement utilisées génèrent des contraintes internes en surface de découpe 10 susceptibles d'engendrer une fissuration de la pièce non seulement au moment de la découpe des résidus mais également durant la durée de vie du produit. La technique de découpe par laser est également susceptible de générer 15 une couleur brune sur le produit ainsi qu'un bourrelet relativement important, notamment lorsqu'il est formé en polycarbonate. Il est évident que cela n'est pas tolérable dans le cadre d'une fonction optique. Bien que les problèmes présentés ci-dessus concernent particulièrement 20 le domaine technique associé à une lentille injectée d'un dispositif optique pour véhicule automobile, ces problèmes sont susceptibles de se présenter pour d'autres types de pièces d'un dispositif optique pour véhicule automobile, tel qu'un guide de lumière ou un barreau optique. 25 Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer un procédé et une machine de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, qui remédient aux inconvénients listés ci-dessus. 3032649 3 Ainsi, un procédé de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, peut comprendre : une étape de fourniture d'une pièce initiale, 5 puis une étape de modification de la pièce initiale utilisant un fil chaud pour modifier la forme de la pièce initiale d'une manière permettant d'obtenir la pièce finale. Selon un mode de réalisation particulier, l'étape de fourniture comprend 10 une étape d'injection de ladite matière plastique dans un moule, mise en oeuvre de sorte à obtenir la pièce initiale après refroidissement de la matière plastique injectée dans le moule. L'étape de modification peut comprendre une étape de découpe, à l'aide 15 du fil chaud, de zones de la pièce initiale formées par les résidus d'injection résultant de l'étape d'injection. Les volumes des résidus d'injection peuvent être compris entre 1 mm3 et 1 cm3. 20 Les résidus d'injection comprennent de préférence des carottes périphériques constitués, après ledit refroidissement, par les canaux d'alimentation du moule en matière plastique, et/ou des bavures de plan de joint. 25 Selon un mode de réalisation particulier, ladite matière plastique est du polycarbonate ou du polyméthacrylate de méthyle. L'étape de modification peut comprendre une étape de chauffe du fil 30 chaud à une température fonctionnelle configurée de sorte qu'au moment et dans la zone du contact entre la matière plastique et le fil chaud, la 3032649 4 température de la matière plastique devient localement supérieure à la température de transition vitreuse de la matière plastique. La température fonctionnelle peut être telle que la température de la 5 matière plastique devienne localement supérieure à 350°C. Un autre aspect concerne une machine de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, comprenant les éléments logiciels et 10 matériels mettant en oeuvre le procédé de fabrication précédemment défini. La machine de fabrication peut comprendre des éléments de déplacement relatif entre le fil chaud et la pièce initiale configurés de 15 sorte à assurer un déplacement relatif selon une trajectoire prédéterminée adaptée de sorte à modifier la pièce initiale d'une manière obtenant la pièce optique finale. Ces éléments de déplacement relatif peuvent comprendre un robot et la 20 machine de fabrication peut comprendre une interface de montage entre ledit robot et le fil chaud. Un autre aspect concerne une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, 25 obtenue par la mise en oeuvre du procédé de fabrication précédemment défini. Description sommaire des dessins 30 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de 3032649 5 l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur la figure unique annexée qui illustre schématiquement un exemple de machine de fabrication selon un aspect de l'invention. 5 Description de modes préférentiels de l'invention L'invention qui va maintenant être décrite, en référence à la figure unique annexée, concerne un procédé et une machine de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique. Il peut notamment s'agir d'une lentille 10 pour dispositif optique d'un véhicule automobile, bien que d'autres types de pièces optiques puissent être concernés, comme par exemple un guide de lumière ou un barreau optique. Un barreau optique correspond à une lentille allongée de forme spécifique, cylindrique à l'avant et prolongée par une lame de section rectangulaire sur l'arrière. 15 Selon une caractéristique importante, le procédé de fabrication comprend : - une étape de fourniture d'une pièce initiale, - puis une étape de modification de la pièce initiale utilisant un fil 20 chaud 10 pour modifier la forme de la pièce initiale d'une manière permettant d'obtenir la pièce finale. La machine de fabrication comprendra les éléments logiciels et matériels mettant en oeuvre tout mode de réalisation du procédé de fabrication 25 dont plusieurs modes seront décrits plus loin. Les éléments logiciels et matériels, qui pourront comprendre tous les actionneurs et capteurs nécessaires aux fonctions recherchées, peuvent notamment comprendre : 30 - des éléments de fourniture de la pièce initiale, 3032649 6 des éléments de modification de la pièce initiale utilisant le fil chaud 10 pour modifier la forme de la pièce initiale d'une manière permettant d'obtenir la pièce finale. 5 Par « fil chaud », il est de préférence entendu dans ce document qu'il s'agit d'un fil subissant une action de chauffe par un actionneur dédié à cette action, permettant d'obtenir une température du fil très élevée par rapport à la température ambiante, notamment de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius. 10 Selon un mode de réalisation, l'étape de fourniture comprend une étape d'injection de la matière plastique dans un moule, mise en oeuvre de sorte à obtenir la pièce initiale après refroidissement de la matière plastique injectée dans le moule. 15 De préférence, la matière plastique dans laquelle la pièce est formée, notamment par injection, est du polycarbonate ou du polyméthacrylate de méthyle aussi connu sous l'acronyme « PMMA ». Il s'agit de deux types de matière particulièrement concernés par les problèmes listés 20 précédemment et dans lesquelles il y a beaucoup d'avantages de former une lentille épaisse optique pour un dispositif optique d'un véhicule automobile. A cet effet, les éléments de fourniture de la pièce initiale comprennent de 25 préférence des éléments d'obtention de la pièce initiale par moulage, incluant des éléments d'injection de cette matière plastique dans un moule adapté et permettant d'obtenir la pièce initiale après refroidissement de la matière plastique injectée dans le moule. 30 Par « initiale », il est compris qu'il s'agit d'une pièce temporairement obtenue préalablement à la pièce finale, qui pour sa part résulte de la 3032649 7 modification de la pièce temporaire initiale. Le terme « finale » n'omet pas que des opérations supplémentaires soient éventuellement réalisées sur la pièce finale à l'issue de l'étape de modification. 5 Selon un mode de réalisation particulier, l'étape de modification comprend une étape de découpe, à l'aide du fil chaud 10, de zones de la pièce initiale formées par les résidus d'injection résultant de l'étape d'injection. Les volumes des résidus d'injection sont de préférence comprises entre 1 mm3 et 1 cm3. Les résidus d'injection peuvent 10 notamment comprendre, dans le cadre d'une obtention de la pièce initiale par injection, des carottes périphériques constitués, après le refroidissement, par les canaux d'alimentation du moule en matière plastique, et/ou des bavures de plan de joint. 15 A cet effet, les éléments de modification comprennent des éléments de découpe, à l'aide du fil chaud 10, de zones de la pièce initiale formées par ces résidus d'injection résultant de l'injection. L'utilisation du fil chaud 10 pour la suppression des résidus d'injection 20 entraine la formation d'un bourrelet au niveau de la zone de sortie du fil chaud 10, mais ce bourrelet présente des dimensions très faibles, de l'ordre de 0,1 mm d'épaisseur, nettement inférieures au bourrelet généré par l'utilisation d'un laser selon l'art antérieur. Il en résulte un très bon état de surface. 25 Selon un mode de réalisation particulier, l'étape de modification comprend une étape de chauffe du fil chaud 10 à une température fonctionnelle configurée de sorte qu'au moment et dans la zone du contact entre la matière plastique et le fil chaud 10, la température de la 30 matière plastique devient localement supérieure à la température de transition vitreuse de la matière plastique. A titre d'exemple, la 3032649 8 température fonctionnelle est telle que la température de la matière plastique devient localement supérieure à 350°C. Il est à noter toutefois que la température de transition vitreuse dépend directement de la nature de la matière plastique utilisée pour la fabrication de la pièce optique, et 5 la température fonctionnelle pourra être modulée en fonction de ces paramètres. La température maximale devra toutefois rester suffisamment faible pour s'affranchir de tout risque de génération de fumée durant la découpe, qui sinon risqueraient de polluer la pièce. 10 L'utilisation d'un fil chaud 10 permet ainsi d'obtenir une température de la matière plastique, durant l'étape de modification, au-dessus de la température de transition vitreuse de la matière, souvent notée « Tg ». La matière plastique passe localement de l'état solide à l'état visqueux, ce qui facilite la découpe des résidus d'injection, sans formation de 15 contraintes mécaniques. Elle permet aussi de diminuer les efforts nécessaires à la séparation des résidus d'injection par rapport au reste de la pièce, par rapport aux solutions de l'art antérieur utilisant une opération de sciage. 20 La machine de fabrication comprend pour cela un élément de chauffe du fil chaud 10 à une température fonctionnelle configurée de sorte qu'au moment et dans la zone du contact entre la matière plastique et le fil chaud 10, la température de la matière plastique devient localement supérieure à la température de transition vitreuse de la matière plastique. 25 Il convient de préférence de prendre soin, durant la fabrication, de ne pas chauffer la matière plastique de manière excessive, afin d'éviter toute détérioration de la pièce optique finale, notamment par des effets de noircissement. 30 3032649 9 L'exemple illustré comprend ainsi une unité de régulation 14 assurant une régulation de l'intensité électrique qui parcourt le fil chaud 10. Il est aussi prévu un élément de réglage 16 assurant un réglage de la tension mécanique appliquée au fil chaud 10. La machine de fabrication peut 5 aussi comprendre un thermocouple 15 pour déterminer et surveiller la température du fil chaud 10, pour en retour permettre de piloter l'unité de régulation 14. La machine de fabrication comprend des éléments de déplacement relatif 10 entre le fil chaud 10 et la pièce initiale configurés de sorte à assurer un déplacement relatif entre ces deux éléments selon une trajectoire prédéterminée adaptée de sorte à modifier la pièce initiale d'une manière obtenant la pièce optique finale. La trajectoire prédéterminée doit notamment être choisie de sorte à assurer la découpe des résidus 15 d'injection par l'intermédiaire du fil chaud subissant à la fois l'étape de chauffe et l'étape de déplacement relatif. Dans une variante particulière, les éléments de déplacement relatif assurent un déplacement adapté de la pièce optique durant la découpe tandis que le fil chaud 10 reste fixe. Alternativement, les éléments de déplacement relatif peuvent assurer un 20 déplacement adapté du fil chaud 10 durant la découpe tandis que la pièce reste fixe. Un mouvement combiné de ces deux éléments peut aussi être prévu. Dans l'exemple illustré en aucun limitatif des possibilités de mise en 25 oeuvre du déplacement relatif, les éléments de déplacement relatif comprennent un robot 13 et la machine de fabrication comprend une interface 12 de montage entre ce robot 13 et le fil chaud 10. En particulier, le fil chaud 10 est monté sur un support 11, notamment entre deux extrémités de celui-ci. L'interface 12 permet le montage, ou pour le 30 moins la liaison mécanique, entre le support 11 et le robot 13. Il peut 3032649 10 s'agir d'un robot 13 à deux déplacements combinés en deux dimensions ou à trois déplacements combinés ou plus dans les trois dimensions. Le diamètre du fil chaud 10 utilisé est adapté au cas par cas, notamment 5 en fonction de la nature et de l'épaisseur de la matière plastique à découper via le fil chaud 10. Il convient de remarquer que le choix du diamètre peut résulter d'un compromis entre d'une part l'utilisation d'un gros diamètre qui a pour avantage de présenter une grande inertie thermique (celle-ci croissant en même temps que le diamètre) mais qui a 10 par contre tendance à augmenter la dimension du bourrelet de sortie et à dégrader l'état de surface au niveau de la découpe et d'autre part l'utilisation d'un plus petit diamètre qui a tendance à augmenter les risques de casse du fil chaud 10 durant la découpe. A titre d'exemple donnant de bons résultats après expérimentation, le diamètre du fil chaud 15 10 pourra être compris entre 0,3 et 0,5 mm, et sera de préférence de l'ordre de 0,4 mm. La nature de l'alliage utilisé pour la constitution du fil chaud 10 peut être quelconque dès lors qu'elle est adaptée à la fonction recherchée. 20 L'ajustement de la vitesse de défilement relatif entre le fil chaud 10 et la pièce optique dépend également de la nature et de l'épaisseur de la matière plastique à découper via le fil chaud 10. La course de déplacement relatif entre le fil chaud 10 et la pièce à modifier est de préférence limitée à quelques millimètres, pour limiter l'encrassement, 25 l'échauffement et les risques de détérioration de la pièce optique et/ou du fil chaud. Un premier avantage de la solution présentée précédemment repose sur la précision de la découpe obtenue et un très bon état de surface. La 30 tolérance pour une pièce optique est couramment de l'ordre de quelques 3032649 11 dixièmes de millimètres. Un bon positionnement du fil chaud 10 suffit à garantir le respect d'une telle tolérance. Un avantage supplémentaire est un ajustement précis de la température, 5 notamment permettant de rester de manière certaine à la fois au-dessus de la température de transition vitreuse et en dessous de la température de détérioration de la matière plastique, notamment à partir de laquelle des effets de noircissement de la matière sont susceptibles d'apparaitre. 10 Un autre avantage de la solution précédemment présentée est que l'utilisation du fil chaud, par son action de chauffage au niveau des résidus d'injection, permet un effet de libération des contraintes mécaniques (par retour élastique de la matière) présentes dans le matériau, au niveau des zones de raccordement entre ces résidus et le 15 reste de la pièce à l'issue de l'injection de la pièce initiale. Enfin, l'esthétique de la pièce optique est totalement conservée. Il est possible de réaliser des découpes de toutes les formes, ce qui n'est pas le cas avec une découpe par sciage. Le fonctionnement, répétable et 20 fiable, est garanti quelle que soit la configuration de la pièce optique. Il est précisé ici que l'utilisation d'un fil chaud pour une opération de découpe est connue dans l'art antérieur dans le domaine des mousses thermoplastiques. Mais dans ce domaine technique, très éloigné de celui 25 des pièces optiques, la matière des mousses thermoplastiques ne présente des contraintes mécanique internes très faibles. Par conséquent, le but et l'avantage de l'utilisation d'un fil chaud dans le domaine des mousses thermoplastiques sont très différents de ceux résolus dans le cadre de la présente invention. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, comprenant : - une étape de fourniture d'une pièce initiale, - puis une étape de modification de la pièce initiale utilisant un fil chaud (10) pour modifier la forme de la pièce initiale d'une manière permettant d'obtenir la pièce finale. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de fourniture comprend une étape d'injection de ladite matière plastique dans un moule, mise en oeuvre de sorte à obtenir la pièce initiale après refroidissement de la matière plastique injectée dans le moule. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de modification comprend une étape de découpe, à l'aide du fil chaud (10), de zones de la pièce initiale formées par les résidus d'injection résultant de l'étape d'injection. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que les volumes des résidus d'injection sont compris entre 1 mm3 et 1 CM3 . 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les résidus d'injection comprennent des carottes 3032649 13 périphériques constitués, après ledit refroidissement, par les canaux d'alimentation du moule en matière plastique, et/ou des bavures de plan de joint. 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, 5 caractérisé en ce que ladite matière plastique est du polycarbonate ou du polyméthacrylate de méthyle. 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape de modification comprend une étape de chauffe du fil chaud (10) à une température fonctionnelle configurée de 10 sorte qu'au moment et dans la zone du contact entre la matière plastique et le fil chaud (10), la température de la matière plastique devient localement supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) de la matière plastique. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce 15 que la température fonctionnelle est telle que la température de la matière plastique devient localement supérieure à 350°C. 9. Machine de fabrication d'une pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, comprenant les éléments logiciels et matériels mettant en 20 oeuvre le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Machine de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'elle comprend des éléments de déplacement relatif entre le fil chaud et la pièce initiale configurés de sorte à assurer un déplacement relatif 3032649 14 selon une trajectoire prédéterminée adaptée de sorte à modifier la pièce initiale d'une manière obtenant la pièce optique finale. 11. Machine de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments de déplacement relatif comprennent un robot (13) et en 5 ce que la machine de fabrication comprend une interface (12) de montage entre ledit robot et le fil chaud. 12. Pièce optique finale en matière plastique, notamment une lentille pour dispositif optique d'un véhicule automobile, obtenue par la mise en oeuvre du procédé de fabrication selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 8.