Brevet FR3068289A1 — publié le 20190104

INSTALLATION POUR LA REALISATION D'UN PRODUIT A PARTIR D'UN OU PLUSIEURS MATERIAUX PULVERULENTS DOMAINE DE L'INVENTION L'invention vise une installation permettant de réaliser, à partir d'un ou plusieurs matériaux pulvérulents, un produit solide, monocouche ou multicouche. Elle s'inscrit plus spécifiquement dans les domaines pharmaceutiques et chimiques, dans le cadre de la fabrication automatisée de tablettes, comprimés et autres doses, susceptibles d'intégrer un ou plusieurs principes actifs. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE La réalisation de produits solides à partir de matériaux pulvérulents passe traditionnellement par la compression d'un matériau pulvérulent de base au niveau d'une matrice, cette compression étant réalisée au moyen de poinçons coulissant au niveau de ladite matrice, cette dernière conférant la forme souhaitée au produit solide fini. Chacun desdits poinçons, respectivement inférieur et supérieur, est déplacé tel que par exemple au moyen d'un organe bielle-manivelle, d'un vérin hydraulique ou pneumatique, d'un système vis/écrou, d'une vis à bille ou à rouleaux, permettant de faire varier la hauteur de translation desdits poinçons, et corolairement, le taux de compression. Pour les besoins de la recherche et du développement, tendant à mettre au point des presses de simulation des presses industrielles ou pour certaines applications spécifiques, des presses mono-poinçons fonctionnant lentement et utilisant une faible quantité de poudre ont été développées. Dans de telles installations, le remplissage de la matrice en poudre s'effectue par positionnement spécifique du poinçon inférieur, et la compression est réalisée en actionnant le poinçon supérieur de telle sorte à le faire descendre au sein de ladite 35 matrice. 2 Les différents paramètres ajustables du cycle, tels que le nombre de compressions ou de pré-compressions successives appliquées, la durée d'application de l'effort, la symétrie ou l'asymétrie des mouvements, permettent d'optimiser les différents paramètres physico-chimiques, tels que la résistance à la rupture des comprimés ainsi 5 réalisés, qu'ils soient monocouche ou multicouche. On observe cependant des problèmes de fiabilité au niveau de la cohésion du produit solide en résultant, dans la mesure où l'on observe fréquemment soit un éclatement ou un délitement dudit produit, soit un manque de cohésion de ce dernier, se traduisant 10 par un retour à la forme pulvérulente. Afin de s'affranchir de ces inconvénients, certaines machines, comme dans le document FR-A-2 791 602, proposent par exemple, afin de remplacer le déplacement sinusoïdal des poinçons par un déplacement linéaire, un dispositif comprenant des 15 moyens d' entrainement respectifs des poinçons supérieur et inférieur, en mettant en oeuvre des moyens de transmission intégrant chacun une came. La phase de compression se retrouve par ailleurs favorisée. De plus, l'utilisation de cames permet de modifier de façon simple l'allure de la course des poinçons en fonction de la nature des produits pulvérulents utilisés, favorisant l'adaptabilité du dispositif 20 Par ailleurs, le document FR-A-2 855 094 propose un perfectionnement de cet état antérieur de la technique. Ce perfectionnement consiste à munir au moins l'une des deux cames du dispositif précédent d'un profil extérieur deformable. Ce profil est destiné à induire des actions particulières du poinçon inférieur au niveau de la matrice, 25 et permet notamment de favoriser l'éjection du produit hors de la matrice après sa réalisation. Ces perfectionnements, bien que constituant une amélioration indéniable par rapport aux dispositifs de l'état antérieur de la technique, s'avèrent toutefois complexes et 30 coûteux à produire. Par ailleurs, même avec ces perfectionnements, on persiste à observer des délitements ou le retour à la forme pulvérulente des produits ainsi obtenus. L'objectif visé par la présente invention est de proposer une amélioration de ce type de dispositif en termes de stabilité physique des produits finis ou comprimés obtenus, et notamment à améliorer leur résistance à la rupture ou au délitement. EXPOSE DE L'INVENTION Aussi l'invention propose une installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents, qui comprend : 5 - des moyens d'alimentation en matériau(x) pulvérulent(s) ; - une matrice de réception dudit ou desdits matériaux pulvérulents, et de conformation du produit solide à réaliser, positionnée au sein d'une table porte-matrice solidaire du bâti de l'installation ; - un poinçon supérieur et un poinçon inférieur, aptes à coopérer entre eux au 10 niveau de ladite matrice afin d'assurer la compression du ou des matériaux pulvérulents et la réalisation du produit solide. Selon l'invention, le poinçon inférieur et/ou le poinçon supérieur sont associés à des moyens aptes à générer leur vibration, lesdites vibrations étant d'amplitude, de 15 fréquence et de force variables. En d'autres termes, l'invention consiste à soumettre au moins le poinçon inférieur à des vibrations, appelées à être transmises au(x) matériau(x) pulvérulents reçu(s) dans la matrice, préalablement à la compression résultant de l'action simultanée desdits 20 poinçons. L'expérience démontre qu'en initiant une telle vibration, les particulaires granulaires se réarrangent, engendrant un tassement desdites particules notamment lors de la phase de compression. Ce réarrangement induit en effet l'évacuation à tout le moins partielle 25 de l'air présent entre lesdites particules granulaires. En l'espèce, le poinçon en mouvement est donc animé simultanément d'un mouvement de translation ascendant ou descendant, directement par des moyens agissant en prise directe sur ledit poinçon, et d'un mouvement vibratoire. 30 Selon l'invention, le poinçon inférieur et/ou le poinçon supérieur sont chacun associés à un second bâti, indépendant du bâti de l'installation, ledit second bâti étant muni d'un moyen apte à générer des vibrations, ledit second bâti transmettant les vibrations au(x) poinçon(s). 3 35 4 Typiquement, ces vibrations peuvent s'étendre sur une large plage de fréquences, avantageusement au-dessus de 5 Hz. En effet, l'expérience démontre qu'aucun résultat n'est observé en-dessous de 5 Hz 5 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens aptes à générer des vibrations audit second bâti sont constitués d'un moteur électrique, entrainant en rotation une masselotte Avantageusement, la masselotte n'est pas centrée sur son axe de rotation, lui-même colinéaire avec l'axe moteur. 10 Selon l'invention, l'amplitude des oscillations ou vibrations du poinçon, résultant des vibrations qui lui sont transmises est déterminée par le jeu mécanique présent entre le poinçon et son guide ou adaptateur au sein de la matrice. Ces vibrations peuvent être engendrées lors des différentes phases du cycle de 15 fabrication du produit fini ou comprimé, telles que le remplissage, la ou les compressions. Comme déjà indiqué, ces vibrations permettent d'améliorer entre autres l'arrangement particulaire et la désaération du ou des matériaux pulvérulents, ce afin d'augmenter la 20 cohésion générée par le seul évènement de compression. Cette augmentation de cohésion améliore notamment la résistance à la rupture du produit fini ou comprimé ainsi réalisé. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 25 La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. 30 La figure 1 est une vue schématique en section transversale d'une installation pour la réalisation d'un produit ou comprimé à partir d'un ou plusieurs matériaux pulvérulents selon l'état antérieur de la technique. La figure 2 est une représentation schématique en section transversale d'un détail de l'installation de la figure 1. 35 La figure 3 est une représentation schématique illustrant la coopération des poinçons inférieur et supérieur avec la matrice. 5 La figure 4 est une représentation schématique latérale du poinçon inférieur associé au dispositif de génération de vibrations conforme à l'invention. La figure 5 est une représentation schématique analogue à la figure 4, illustrant en transparence le poinçon. 5 La figure 6 est une représentation schématique d'une vue en section sagittale des éléments décrits au sein des figures 4 et 5. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 10 La description qui suit est plus particulièrement orientée vers la réalisation de comprimés à usage médical. Il est cependant bien entendu que l'invention ne saurait se limiter à cette seule application. Le fonctionnement d'une installation pour la réalisation de produits solides à partir de 15 matériaux pulvérulents est bien connu et est décrit par exemple dans le document référencé FR 2 951 989. Ses différents éléments, outre son fonctionnement vont néanmoins être rappelés succinctement ci-après. Cette installation comporte un bâti (1), typiquement métallique, reposant sur le sol. Ce 20 bâti (1) est muni d'un système de guidage vertical qui assure le déplacement des poinçons décrits ci-après. En l'espèce, ce système comporte deux colonnes verticales évidées permettant de loger les moyens de guidage des principaux organes mobiles de l'installation. Celles-ci sont 25 disposées de part et d'autre d'une table (2), dont la principale fonction est de garantir la fixation de la matrice (3) dans laquelle seront réalisés les produits solides ou comprimés. Cette installation comporte un poinçon inférieur (4) et un poinçon supérieur (5) 30 destinés à coopérer l'un avec l'autre au sein de la matrice (3), ce afin d'assurer la compression du ou des matériaux pulvérulents préalablement introduit(s) au sein de la matrice et ainsi permettre la réalisation d'un produit solide. Pour ce faire, le poinçon inférieur (4) est monté sur un chariot mobile (12) se déplaçant 35 verticalement entre les colonnes du bâti. Le mouvement vertical de ce chariot est guidé par la coopération entre les guides à billes (13) situés aux extrémités du chariot mobile (12) et les colonnes de guidage (14) parallèles fixées au sein des colonnes. 6 La translation verticale, ascendante ou descendante du chariot mobile (12) est assurée par une vis à bille ou à rouleaux satellites (15), elle-même mue en rotation par un moteur électrique de type brushless. La vis à bille (13) est de fait solidarisée au niveau de son extrémité inférieure à une poulie (16) entrainée, via une courroie crantée (non 5 représentée ici), par le moteur. Cependant, tout autre moyen pourrait être envisagé pour assurer cette translation. Par ailleurs, la course du poinçon, en l'espèce inférieur, est limitée par la coopération de la base dudit poinçon avec un adaptateur (7) destiné à permettre l'interchangeabilité 10 du poinçon en fonction de la matrice mise en oeuvre, ledit adaptateur étant lui-même fixé sur le bâti (1). La force exercée par le poinçon peut être régulée grâce à l'intégration d'un capteur de force (17) dans le chariot mobile. 15 Dans l'exemple décrit, le poinçon supérieur (5) n'assure que la fonction de contre-réaction en coopérant avec le poinçon inférieur (4) au sein de la matrice (3). Il n'est donc animé d'un mouvement ascendant uniquement que pour permettre le remplissage de la matrice en matériau(x) pulvérulent(s) d'une part, et l'éjection du produit fini 20 d'autre part. Le mouvement descendant qui l'anime lui permet de se mettre en position sans exercer de force. Un système bielle-manivelle (18) entrainé par un moteur électrique et agissant sur le chariot mobile associé (19) qui est guidé de manière identique au 25 chariot inferieur (12), à l'aide de colonnes de guidage (20), permet un fonctionnement en principe tout ou rien. Une variante de l'installation (non représentée) consiste à assurer le déplacement du poinçon supérieur (5) de façon identique au poinçon inférieur (4), à l'aide d'une vis à billes ou à rouleaux satellites ou tout autre système équivalent. Le mouvement de la vis est alors assuré de la même manière que 30 précédemment. Les mouvements du poinçon inferieur seul (dans le cas où le poinçon supérieur n'est pas équipé de vis) ou des deux poinçons permet d'assurer les phases de remplissage/dosage et de compression. 35 7 On a représenté en relation avec la figure 3 la coopération des poinçons inférieur (4) et supérieur (5) avec la matrice (3). La matrice est amovible, et est reçu dans un outil porte-matrice (10) solidarisé à la table (2). Les poinçons, respectivement inférieur (4) et supérieur (5) sont quant à eux reçus chacun dans un adaptateur, respectivement 5 inférieur (7) et supérieur (8), permettant leur interchangeabilité en fonction des dimensions de la matrice mise en oeuvre. Un système, non détaillé ici, permet d'assurer l'alimentation en matériau pulvérulent de la matrice. Après la confection du produit, un organe sélectionne et évacue les 10 produits finis ou comprimés. On a représenté en relation avec les figures 4, 5 et 6 les moyens mis en oeuvre pour assurer la vibration, en l'espèce du poinçon inférieur (4), conforme à l'invention. 15 Ainsi, le poinçon inférieur (4) est solidaire d'un second bâti (21), orienté sensiblement perpendiculairement à la direction de translation dudit poinçon. Ce second bâti (21) accueille un moteur, en l'espèce électrique (23). Cependant, ce moteur pourrait être de fonctionnement pneumatique. Ce moteur est positionné au 20 voisinage de l'une des extrémités du bâti (21). Le moteur électrique (23) entraine, lors de sa rotation, une masselotte (22), excentrée par rapport à son axe de rotation. Cette excentration amplifie les vibrations. Les mouvements d'oscillation de la masselotte (22) génèrent des vibrations au bâti 25 (21), transmises alors au poinçon inférieur (4). La vitesse de rotation du moteur (23), outre les caractéristiques de la masselotte (excentration et masse) déterminent la fréquence des vibrations. 30 Le jeu mécanique présent entre l'adaptateur du poinçon (7) et le poinçon inférieur (4) lui-même permet de définir l'amplitude des oscillations dudit poinçon (4). Le jeu en translation nécessaire est fonction de la taille du comprimé ou du produit fini à réaliser, et de la densité du ou des matériaux pulvérulents. Typiquement, ce jeu est compris entre 0.1 et 4 millimètres dans le cas de comprimés plus importants. 35 8 La mise en place de masselottes (22) de masses et de géométries différentes permet d'ajuster la force appliquée sur le lit de matériau(x) pulvérulent(s) par le mouvement oscillatoire. Par force, on entend la force appliquée par le mouvement ascendant et descendant du poinçon sur le lit de matériau(x) pulvérulent(s). 5 Le moteur (23) est avantageusement piloté par l'automatisme de l'installation, ou par tout autre système de pilotage permettant de générer les vibrations au moment voulu dans le cycle de fabrication du produit fini ou comprimé. Les vibrations peuvent donc être appliquées avec bénéfice lors de phases de remplissage et/ou de compression et/ou 10 de relaxation entre plusieurs évènements de compression. Les expérimentations réalisées en mettant en oeuvre le dispositif de l'invention montrent une plus grande homogénéité des produits solides obtenus en suite de la compression. Par ailleurs, en raison même de cette vibration, les forces de compression 15 à envisager peuvent être amoindries par rapport aux dispositifs de l'état antérieur de la technique, sans affecter la cohésion finale du produit obtenu (à REVENDICATIONS1. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents, comprenant : - des moyens d'alimentation en matériau(x) pulvérulent(s) ; - une matrice (3) de réception dudit ou desdits matériaux pulvérulents, et de conformation du produit solide à réaliser, solidaire d'un premier bâti portant l'installation; - un poinçon supérieur (4) et un poinçon inférieur (5), animés d'un mouvement en translation, aptes à coopérer entre eux au niveau de ladite matrice (3) afin d'assurer la compression du ou des matériaux pulvérulents et la réalisation du produit solide ; caractérisée en ce que l'un et/ou l'autre des poinçons inférieur (4) et supérieur (5) sont associés à des moyens (21, 22, 23) aptes à générer des vibrations. 2. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vibrations auxquelles sont soumis le poinçon inférieur (4) et/ou supérieur (5) sont d'amplitude, de fréquence et de force variables. 3. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les vibrations générées et transmises au(x) poinçon(s) sont supérieures à 5 Hz. 4. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le poinçon inférieur (4) et/ou le poinçon supérieur (5) sont chacun associés à un second bâti (21), indépendant du bâti de l'installation, ledit second bâti étant muni d'un moyen (22, 23) apte à générer des vibrations, ledit second bâti transmettant les vibrations au(x) poinçon(s). 5. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second bâti (21) accueille un moteur électrique (23) entrainant une masselotte (22) en rotation, ladite masselotte créant, par ses mouvements d'oscillation des vibrations transmises au poinçon (4) par l'intermédiaire du second bâti (21). 10 6. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon la revendication 5, caractérisée en ce que la masselotte (22) est excentrée par rapport à son axe de rotation. 5 7. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce la fréquence de vibration du poinçon (4) est déterminée par la vitesse de rotation du moteur (23). 10 8. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'amplitude des vibrations du poinçon (4) est définie par le jeu mécanique dudit poinçon au sein d'un adaptateur (7) du poinçon à la matrice. 15 9. Installation pour la réalisation d'un produit solide à partir d'un ou de plusieurs matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le moteur (23) est piloté par l'automatisme dont est munie ladite installation, et assurant le fonctionnement de cette dernière. 20