Brevet FR3064521A1 — publié le 20181005

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne une extrudeuse comprenant une filière d'extrusion permettant l'obtention d'un bloc de matière présentant un ou plusieurs canaux internes. La mise en oeuvre d'une technique d'extrusion permet d'obtenir des blocs de formes diverses. Dans cette technique, un matériau, en général à l'état pâteux, est transporté au travers d'une filière d'extrusion laquelle va conférer sa forme au bloc extrudé. Il peut toutefois être relativement difficile de réaliser par extrusion des blocs 1 ayant la forme schématisée à la figure 1 qui présentent un ou plusieurs canaux internes 11. Des blocs ayant cette structure peuvent être utiles dans des applications variées comme dans le domaine des matériaux énergétiques ou dans le domaine alimentaire. Il peut, en effet, être difficile de contrôler précisément le positionnement et la forme du ou des canaux internes 11 en utilisant les techniques d'extrusion classiques. Il existe donc un besoin pour permettre de réaliser par extrusion, de manière contrôlée, des blocs de matière présentant un ou plusieurs canaux internes. Objet et résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, une extrudeuse comprenant une filière d'extrusion définissant un orifice de sortie au travers duquel un matériau est destiné à être extrudé, la filière étant munie d'au moins une broche s'étendant à l'intérieur de celle-ci, ladite au moins une broche étant maintenue en position par un premier organe de maintien présent à l'intérieur de l'extrudeuse et maintenant une première extrémité de chaque broche, et par un deuxième organe de maintien formant un bouchon obturant l'orifice de sortie et maintenant une deuxième extrémité de chaque broche, opposée à la première extrémité. 3064521 2 La structure de l'extrudeuse qui vient d'être évoquée correspond à sa structure avant le début de l'extrusion dans laquelle l'orifice de sortie est encore obturé par le deuxième organe de maintien. Chaque broche permet de former un canal interne dans le bloc de matière 5 extrudé. Dans l'invention, chaque broche est maintenue à ses deux extrémités afin que sa position et sa forme ne soient pas modifiées lors de l'arrivée du matériau à extruder dans la filière d'extrusion. Ce maintien est réalisé par les premier et deuxième organes de maintien. Le premier organe de maintien est configuré pour laisser passer le matériau à 10 extruder en direction de l'orifice de sortie. Le deuxième organe de maintien est dégagé de l'orifice de sortie sous l'effet de la pression appliquée par le matériau à extruder au début de l'extrusion, permettant ainsi l'extrusion du bloc. Le maintien des broches réalisé dans l'invention permet d'obtenir un bloc de matière extrudé présentant un ou plusieurs 15 canaux internes dont la position et la forme sont contrôlées. Dans un exemple de réalisation, le deuxième organe de maintien est en matériau polymérique, par exemple en matériau élastomérique ou thermoplastique. Dans un exemple de réalisation, le premier et le deuxième 20 organes de maintien définissent chacun au moins un logement dans lequel est présente une extrémité de chaque broche. Dans un exemple de réalisation, le premier organe de maintien présente une pluralité d'ajours traversants régulièrement répartis autour d'un axe de coulée du matériau à extruder et destinés à être traversés par 25 le matériau. La présente invention vise également un procédé d'extrusion mettant en oeuvre une extrudeuse telle que décrite plus haut, le procédé comportant au moins une étape d'extrusion du matériau au travers de la filière d'extrusion, le deuxième organe de maintien étant dégagé de 30 l'orifice de sortie sous l'effet de la pression appliquée par le matériau extrudé afin de permettre la distribution du matériau extrudé à l'extérieur de la filière. Dans un exemple de réalisation, le matériau extrudé comprend un liant et une ou plusieurs charges énergétiques. En variante, le matériau 35 extrudé est un matériau alimentaire. 3064 52 1 3 La présente invention vise encore un procédé de fabrication d'une extrudeuse telle que décrite plus haut, le procédé comprenant au moins le positionnement du deuxième organe de maintien sur la filière munie de ladite au moins une broche maintenue par le premier organe de 5 maintien, afin d'obturer l'orifice de sortie de la filière et maintenir la deuxième extrémité de chaque broche. Dans un exemple de réalisation, le deuxième organe de maintien est en matériau polymérique et le positionnement du deuxième organe de maintien est effectué par coulée du matériau polynnérique au 10 niveau de la deuxième extrémité de chaque broche et solidification du matériau coulé. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 15 de la description suivante, donnée à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre un bloc d'un matériau présentant une pluralité de canaux internes, la figure 2 illustre, de manière schématique, un premier 20 exemple de filière d'extrusion utilisable dans le cadre de l'invention, la figure 3 illustre, de manière schématique, une extrudeuse à piston munie de la filière d'extrusion de la figure 2, la figure 4 illustre, de manière schématique, la formation du 25 deuxième organe de maintien dans la filière illustrée aux figures 2 et 3, et la figure 5 illustre, de manière schématique, un deuxième exemple de filière d'extrusion utilisable dans le cadre de l'invention. 30 Description détaillée de modes de réalisation L'extrudeuse 10 illustrée à la figure 3 comprend un corps 21 qui définit un canal interne C destiné à être traversé par le matériau M à extruder. Le corps 21 comprend une filière d'extrusion 20 (voir aussi figure 35 2). La filière d'extrusion 20 permet l'obtention du bloc 1 de matière schématisé à la figure 1. 3064521 4 La filière 20 définit un orifice de sortie 22 au travers duquel un matériau M est destiné à être extrudé à l'extérieur E de l'extrudeuse 10. L'orifice de sortie 22 donne sa forme au matériau extrudé M. L'orifice de sortie 22 présente ici une forme circulaire. Bien entendu, on ne sort pas 5 du cadre de l'invention lorsque l'orifice de sortie 22 a une forme différente comme une forme polygonale, par exemple rectangulaire ou carrée, ou oblongue, comme une forme elliptique. L'extrudeuse 10 comprend en outre un piston 35 monté coulissant dans un réservoir 29 situé à l'intérieur du corps 21. Le réservoir 10 29 est situé en amont de la filière 20. Le terme « amont » est ici utilisé en référence au sens d'écoulement du matériau M au travers du canal interne C. Le ou les constituants destinés à former le matériau M sont introduits dans le réservoir 29, par exemple sous forme de granulés, de poudre ou sous une forme pâteuse. Le réservoir 29 est muni d'un ou plusieurs 15 organes de chauffage permettant de porter le matériau M à la température souhaitée pour l'extrusion. Le matériau M à extruder peut être sous forme pâteuse. Le piston 35 coulisse dans le réservoir 29 afin de pousser le matériau M au travers du canal interne C. La poussée du piston 35 est matérialisée par les flèches P à la figure 3. Le piston 35 permet 20 ainsi de transporter le matériau M le long d'un axe X de coulée en direction de l'orifice de sortie 22. On pourrait en variante munir l'extrudeuse d'une vis sans fin entraînée en rotation à la place du piston afin de transporter le matériau M vers l'orifice de sortie 22. Dans l'exemple illustré, une pluralité de broches 24 s'étendent à 25 l'intérieur de la filière d'extrusion 20. Chaque broche 24 est sous la forme d'une tige. Les broches 24 s'étendent le long de l'axe X de coulée. Les broches 24 peuvent par exemple avoir un diamètre compris entre 0,3 mm et 0,5 mm. Le diamètre des broches correspond à leur plus grande dimension mesurée perpendiculairement à l'axe X de coulée. Les broches 30 24 permettent la formation des canaux internes 11 dans le bloc 1 de matériau. Les broches 24 sont maintenues à leurs extrémités par le premier 26 et le deuxième 28 organes de maintien. Un tel maintien permet d'éviter de modifier la position ou la forme de ces broches 24 à 35 l'arrivée du matériau M au début de l'extrusion et donc d'obtenir, de manière fiable, la forme et la position souhaitée pour les canaux 11 dans 3064521 5 le bloc 1. Ce maintien peut, en particulier, permettre de maintenir les broches 24 en position horizontale à l'arrivée du matériau M. Le premier organe de maintien 26 est positionné à l'intérieur du canal interne C. Le premier organe de maintien 26 peut être présent dans 5 le réservoir 29. Le premier organe de maintien 26 est, dans l'exemple illustré, sous la forme d'un disque 260 positionné transversalement, voire perpendiculairement, à l'axe X de coulée. Le premier organe de maintien 26 est muni d'un élément de fixation 266 qui coopère avec un relief de positionnement 210 présent sur la paroi interne du corps 21 afin d'assurer 10 sa fixation à l'intérieur de l'extrudeuse 10. L'élément de fixation 266 peut être sous la forme d'une bague élastique annulaire et le relief de positionnement 210 sous la forme d'une gorge. Le premier organe de maintien 26 est, en outre, positionné au niveau d'un épaulement 23 du corps 21. L'épaulement 23 est situé entre le réservoir 29 qui présente une 15 première section et la filière 20 qui présente une deuxième section inférieure à la première section. En d'autres termes, dans l'exemple illustré, il y a rétrécissement de la section du canal interne C lorsque l'on se déplace en direction de l'orifice de sortie 22. Le premier organe de maintien 26 définit ici une pluralité de 20 logements 264 dans lesquels sont insérées les premières extrémités 24a des broches 24. Les premières extrémités 24a sont donc présentes à l'intérieur des logements 264. Les premières extrémités 24a peuvent être insérées en force dans les logements 264. Les logements 264 peuvent s'étendre le long de l'axe X. Les logements 264 peuvent être réalisés dans 25 l'épaisseur (plus petite dimension) du premier organe de maintien 26. Les logements 264 sont ici formés par des canaux traversants ménagés dans le premier organe de maintien 26. En variante, les logements sont formés par des canaux borgnes ménagés dans le premier organe de maintien, ces canaux borgnes débouchant du côté du deuxième organe de maintien. 30 Chaque broche 24 peut être insérée dans un logement 264 sur une longueur au moins égale à 5% de la longueur de la broche. Sauf indication contraire, la longueur des broches est mesurée le long de l'axe X. Le premier organe de maintien 26 participe au maintien en position des broches 24 en assurant le maintien de leur première extrémité 24a. On ne 35 sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsque les broches 24 sont maintenues par le premier organe de maintien 26 d'une manière différente 3064 52 1 6 que celle illustrée, par exemple par soudure de la première extrémité 24a de chaque broche au premier organe de maintien 26 ou réalisation des broches 24 d'un seul tenant (de manière monolithique) avec le premier organe de maintien 26. 5 Le premier organe de maintien 26 présente en outre une pluralité d'ajours traversant 262. Le matériau M à extruder est destiné à traverser le premier organe de maintien 26 au niveau des ajours 262. Dans l'exemple illustré, les ajours 262 sont régulièrement répartis autour de l'axe X de coulée. En d'autres termes, l'espacement angulaire mesuré 10 autour de l'axe X entre deux ajours 262 adjacents est constant. Dans l'exemple illustré, les ajours 262 sont répartis de manière symétrique par rapport à l'axe X. Le premier organe de maintien 26 peut rester fixe durant l'extrusion du matériau M. D'autres formes peuvent être envisagées pour le premier organe de maintien tant que ce dernier permet 15 le passage du matériau M et de maintenir en position les broches au niveau de leur première extrémité. Le deuxième organe de maintien 28 assure le maintien de la deuxième extrémité 24b de chaque broche 24 avant le début de l'extrusion du matériau M au travers de l'orifice de sortie 22. La deuxième 20 extrémité 24b de chaque broche 24 est présente à l'intérieur du deuxième organe de maintien 28. Les deuxièmes extrémités 24b sont présentes à l'intérieur de canaux internes 280 du deuxième organe de maintien 28. Chaque broche 24 peut être présente dans le deuxième organe de maintien 28 sur une longueur au moins égale à 5°/o de la longueur de la 25 broche, voire au moins égale à 10% de cette longueur. Selon une variante, chaque broche 24 peut être présente dans le deuxième organe de maintien 28 sur une longueur au plus égale à 10% de la longueur de la broche, voire sur une longueur comprise entre 5°/o et 101Y0 de la longueur de la broche. Le deuxième organe de maintien 28 peut par exemple avoir 30 un diamètre compris entre 8 mm et 20 mm. Le diamètre de cet organe de maintien correspond à sa plus grande dimension mesurée perpendiculairement à l'axe X de coulée. Le deuxième organe de maintien 28 forme un bouchon obturant l'orifice de sortie 22 avant le début de l'extrusion. Le deuxième 35 organe de maintien 28 est configuré pour être dégagé de l'orifice de sortie 22 sous l'effet de la pression du matériau M extrudé. La pression 3064 52 1 7 appliquée par le matériau M sur le deuxième organe de maintien 28 est suffisante pour permettre son dégagement de l'orifice de sortie 22. La pression appliquée par le matériau M est matérialisée par les flèches P1 et le dégagement du deuxième organe de maintien 28 par la flèche D. La 5 pression appliquée par le matériau M sur le deuxième organe de maintien 28 peut typiquement être supérieure ou égale à 100 bars, voire être d'environ 150 bars. Le deuxième organe de maintien 28 glisse le long des broches 24 lors de son dégagement. Le deuxième organe de maintien 28 continue de maintenir en place les deuxièmes extrémités 24b lors de son 10 glissement. Après dégagement du deuxième organe de maintien 28, les broches 24 continuent d'être maintenues en place du fait du passage du matériau visqueux M qui s'écoule autour des broches. En plus de permettre le maintien de la deuxième extrémité des broches, un avantage supplémentaire du deuxième organe de maintien 28 15 est qu'il permet de protéger les broches 24 lors du stockage et du transport de la filière 20 avant son placement sur l'extrudeuse. Après extrusion du matériau à l'extérieur E de la filière 20, le matériau extrudé peut être refroidi et coupé par un dispositif de coupe (non représenté) afin de former un bloc 1 de matière de longueur 20 souhaitée ayant les canaux internes 11. Ces canaux internes 11 peuvent être des canaux traversants. Différents types de matériaux M peuvent être extrudés par l'extrudeuse selon l'invention. On peut par exemple extruder des matériaux pyrotechniques qui comprennent un liant ainsi qu'une ou 25 plusieurs charges énergétiques, comme du RDX ou du perchlorate d'ammonium. Dans ce cas, la présence des canaux 11 est recherchée afin de conférer au bloc 1 les propriétés de combustion souhaitées. D'autres types de matériaux sont extrudables par l'extrudeuse selon l'invention, comme par exemple des matériaux alimentaires. 30 Dans l'exemple de filière considéré aux figures 2 à 4, le deuxième organe de maintien 28 est en matériau polymérique. La figure 4 montre la réalisation de ce deuxième organe de maintien 28 autour des broches 24. Dans cette figure, il a été illustré la coulée d'un polymère à 35 l'état fluide dans la filière d'extrusion 20 afin de former le deuxième 3064 52 1 8 organe de maintien 28. La coulée a, dans ce cas, été réalisée par injection du polymère à l'état fluide au moyen du dispositif d'injection 40. Préalablement à la coulée, l'orifice de sortie 22 a été positionné en regard du fond d'un support 42. Le polymère à l'état fluide a été coulé 5 au niveau du fond du support 42 autour des deuxièmes extrémités 24b des broches 24. Le polymère ainsi coulé est ensuite solidifié afin de former le bouchon 28. Lorsque le matériau polymère est un matériau thermoplastique, la solidification peut être réalisée par simple 10 refroidissement du matériau coulé. Lorsque le matériau polymère est élastomérique, la solidification peut être réalisée par réticulation du matériau coulé. On peut par exemple utiliser une silicone ou un élastomère polyuréthane pour constituer le bouchon 28. Une fois le deuxième organe de maintien 28 formé, les 15 deuxièmes extrémités 24b sont prises dans ce dernier et sont ainsi maintenues en place. La filière d'extrusion 20 munie du deuxième organe de maintien 28 ainsi formé est ensuite positionnée sur l'extrudeuse afin de pouvoir procéder à l'extrusion du matériau M. Il est avantageux d'utiliser un deuxième organe de maintien en 20 matériau polymérique car il est particulièrement simple et peu coûteux à former en mettant en oeuvre ce type de procédé de coulée suivie d'une solidification. L'emploi d'un deuxième organe de maintien polymérique peut aussi être préféré dans le cas où un matériau pyrotechnique est extrudé 25 car cela permet d'éviter un frottement métal / métal lors du dégagement du deuxième organe de maintien et donc un risque d'initiation du matériau extrudé. L'exemple illustré montre la présence d'une pluralité de broches 24. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsqu'une unique 30 broche est présente dans la filière. Le nombre, la forme et la répartition des broches 24 est fonction de l'application souhaitée pour le bloc 1 et pourra être adaptée par l'homme du métier en fonction du besoin recherché. On a représenté à la figure 5 une variante de réalisation dans 35 laquelle le deuxième organe de maintien 38 n'est pas en matériau polymère mais en matériau métallique. Dans ce cas, la deuxième 3064521 9 extrémité 24b des broches 24 est insérée dans des logements 380 présents dans le deuxième organe de maintien 38 afin d'assurer leur maintien. La filière d'extrusion 200 de la figure 5 est aussi adaptée à l'obtention d'un bloc 1 de matière tel qu'illustré à la figure 1. Quelle que 5 soit la nature du deuxième organe de maintien utilisé, on peut adapter sur la surface interne du corps au niveau de l'orifice de sortie une couche d'un matériau favorisant le glissement du bouchon afin d'aider le dégagement de ce dernier au début de l'extrusion. 10 L'expression « compris(e) entre ... et ...» doit se comprendre comme incluant les bornes. REVENDICATIONS1. Extrudeuse (10) comprenant une filière d'extrusion (20; 200) définissant un orifice de sortie (22) au travers duquel un matériau (M) est destiné à être extrudé, la filière (20 ; 200) étant munie d'au moins une broche (24) s'étendant à l'intérieur de celle-ci, ladite au moins une broche (24) étant maintenue en position par un premier organe de maintien (26) présent à l'intérieur de l'extrudeuse et maintenant une première extrémité (24a) de chaque broche (24), et par un deuxième organe de maintien (28; 38) formant un bouchon obturant l'orifice de sortie (22) et maintenant une deuxième extrémité (24b) de chaque broche (24), opposée à la première extrémité. 2. Extrudeuse selon la revendication 1, dans laquelle le deuxième organe de maintien (28) est en matériau polymérique. 3. Extrudeuse selon la revendication 1, dans laquelle le deuxième organe de maintien (38) est en matériau métallique. 4. Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le premier et le deuxième organes de maintien définissent chacun au moins un logement dans lequel est présente une extrémité de chaque broche. 5. Extrudeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le premier organe de maintien (26) présente une pluralité d'ajours traversants (262) régulièrement répartis autour d'un axe (X) de coulée du matériau à extruder et destinés à être traversés par le matériau (M). 6. Procédé d'extrusion mettant en oeuvre une extrudeuse (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le procédé comportant au moins une étape d'extrusion du matériau (M) au travers de la filière d'extrusion (20; 200), le deuxième organe de maintien (28; 38) étant dégagé de l'orifice de sortie (22) sous l'effet de la pression appliquée par 3064521 11 le matériau extrudé afin de permettre la distribution du matériau extrudé à l'extérieur (E) de la filière (20 ; 200). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le matériau extrudé 5 comprend un liant et une ou plusieurs charges énergétiques. 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le matériau extrudé est un matériau alimentaire. 10 9. Procédé de fabrication d'une extrudeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le procédé comprenant au moins le positionnement du deuxième organe de maintien (28 ; 38) sur la filière (20; 200) munie de ladite au moins une broche (24) maintenue par le premier organe de maintien (26), afin d'obturer l'orifice de sortie (22) de 15 la filière et maintenir la deuxième extrémité (24b) de chaque broche. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le deuxième organe de maintien (28) est en matériau polymérique et le positionnement du deuxième organe de maintien (28) est effectué par coulée du matériau 20 polymérique au niveau de la deuxième extrémité (24b) de chaque broche (24) et solidification du matériau coulé.