Brevet FR3070366A1 — publié le 20190301

L'objet de ce brevet est de protéger une technique de conception et de réalisation de pièces tridimensionnelles par l'utilisation des technologies d'impressions additives. Ce nouveau procédé a pour but d'étendre les possibilités de production de 5 matériels dédiés notamment aux sports nautiques. Les différents procédés utilisés pour la fabrication de produits de type hydrofoils, dérives, pagaies, planches de surf, planches de kitesurf, planches à hydrofoil sont : 10 - la stratification monolithique - le vaccum - l'infusion - le moulage - le thermoformage 15 En parallèle, les techniques de production par impression 3D se développent de plus en plus. Nous souhaitons donc pouvoir faire rentrer l'industrie des sports de glisse, dans cette nouvelle aire industrielle. Mais nous sommes confrontés à plusieurs problèmes : - les volumes trop importants de certains produits pour être réalisés en une seule 20 pièce par une imprimante 3D. - les contraintes mécaniques auxquelles sont soumis ces produits, trop importantes par rapport à la résistante mécanique des réalisations issues de l'impression 3D. S'il est aujourd'hui techniquement possible de réaliser les pièces souhaitées en impression 3D, la densité de matière nécessaire pour rendre le 25 produit résistant, entraine une augmentation considérable du poids de l'objet, le rendant peu performant voire même impropre à son utilisation. Pour parvenir à allier nos besoins et les techniques d'impression 3D actuelles, notre invention consiste à distinguer la forme, de la structure mécanique. 30 Nous appellerons la forme tridimensionnelle « la chaussette », tandis que la structure sera définie par le terme « squelette ». 2 Cette distinction de la forme et de la structure en un modèle bi-composant permet la modification de la forme et de la structure distinctement : si la forme ne convient pas ou plus, il suffit de la faire évoluer via un logiciel de conception 3D, avant de la printer et de la fixer sur la structure, dénommée le squelette. Sur le même principe, nous pouvons faire évoluer la structure dans la limite tridimensionnelle de son logement, notamment grâce à l'emploi de nouveaux matériaux, afin de conférer au produit différentes qualités mécaniques. Nous détaillerons au cours des exemples à suivre dans ce document, les différentes perspectives offertes par cette solution de conception. L'aspect progressif et évolutif de cette invention est vraiment à souligner puisqu'il est à la base de notre réflexion : elle permet une évolution rapide de la performance et des usages pour un coût modique, et est donc un facteur clé du progrès. L 'autre avantage majeur de ce concept est la mise en place d'un nouveau schéma de consommation. Les matériaux utilisés dans la pratique des sports nautiques sont pour la plus grande part, coûteux et dommageables pour l'environnement. Il s'agit pourtant de produits amenés à être souvent remplacés : pour gagner en performances, pour rechercher d'autres sensations, pour répondre à différents besoins liés aux conditions météorologiques, ou en remplacement du matériel régulièrement endommagé. Autant de raisons qui doublent, triplent voire plus, l'empreinte écologique du pratiquant et posent la question du recyclage des articles obsolètes. Cette nouvelle conception rend possible l'usage de matériaux basiques pour la chaussette puisqu'elle ne supporte pas l'effort structurel. Le changement de matériel peut donc se faire plus régulièrement et à un coût dérisoire comparativement aux solutions historiquement employées. La structure sera un élément durable dans le temps, alors que la chaussette, pouvant être assimilée à un consommable pourra être réalisée dans un matériau vert recyclable. Le coût pécuniaire et écologique d'un choc intervenu dans la forme deviendra marginal. La forme sera reprintée, et l'ancienne sera recyclée pour recréer de la matière à impression 3D. La présente invention sera mieux comprise grâce à l'étude de différents mode de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : 3 - la figure 1 présente un mode de réalisation pour la fabrication d'une aile d'hydrofoil - la figure 2 présente l'optimisation de l'empilement des strates de matières extrudées. 5 - la figure 3 est un autre mode de réalisation d'aile d'hydrofoil avec un squelette conique - la figure 4 présente une vue en coupe de ce mode réalisation - la figure 5 présente une coupe d'aile d'hydrofoil conçue avec des strates de matériaux différents. 10 - la figure 6 présente un mode d'application de ce procédé de fabrication pour un mât d'hydrofoil - la figure 7 présente une vue en perspective d'une planche de surf réalisée à partir d'un squelette et d'une chaussette en 6 pièces - la figure 8 présente une vue en éclaté d'une planche de surf avant assemblage 15 - la figure 9 présente une vue en coupe d'une dérive - la figure 11 présente une pâle de pagaie réalisée à partir d'un squelette et d'une chaussette en deux parties - la figure 12 présente un éclaté d'une pâle de pagaie avant assemblage 20 Dans l'exemple d'une aile d'hydrofoil (FIG. 1), nous réalisons une charpente en carbone, ou en aluminium (1), très solide, intégrant le fuselage et deux ailettes : une à l'avant et une à l'arrière. En parallèle, nous imprimons une enveloppe tridimensionnelle en deux parties (2) (3) à la forme exacte de l'aile désirée et à base de matériaux recyclables pour chacune des ailes de l'hydrofoil. L'ingénierie aura pris soin 25 de concevoir une imbrication post production de chaque élément sur le squelette pour, in fine, obtenir un ajustage parfait : des vis, du type 6 pans sans tête, pourront être utilisées pour fixer les différentes parties entre elles sans perturber l'écoulement des flux. La programmation de l'impression 3D sera quant à elle optimisée pour que 30 l'empilement des strates de matières soit effectué dans le sens latéral de l'aile (FIG. 2). Les stries de surface de la chaussette seront ainsi dans le sens de l'axe majeur des flux pour s'épargner du temps de finition et baisser les coûts de production. 4 L'assemblage d'une aile d'hydrofoil peut également être obtenu par congruence conique. Prenons l'exemple d'un squelette réalisé en acier, avec deux excroissances coniques (FIG. 3 et FIG. 4), et dans lequel on vient fixer le fuselage de l'hydrofoil (4). 5 Les deux chaussettes, ayant un centre évidé selon la forme des cônes (5)(6) viendront s'emboiter parfaitement, autour du squelette de l'aile. Cet emboitage conique permet une cohésion optimale entre les différentes surfaces des éléments de l'aile. Nous pouvons également faire varier les matériaux pour étendre le spectre des 10 qualités d'un objet. Pour l'utilisation d'une aile de foil, le matériau choisi pour la chaussette permet de faire varier les usages ou le programme de l'aile en question. (FIG. 5) Les imprimantes 3D à double tête d'impression permettront de produire des chaussettes d'aile d'hydrofoil dotées d'une base solide (2), et d'un revêtement souple à base de silicone (7) afin 15 d'obtenir une aile à bords mous, idéale pour un débutant. Concernant la réalisation d'un hydrofoil, la fabrication du mât n'est pas à négliger non plus grâce à ce système de fabrication. La réalisation d'un squelette extrêmement rigide et résistant à la contrainte, sur lequel sont glissées différentes 20 sections imprimées en 3D permet d'optimiser les coûts et les délais de production. (FIG.6) Un complément de ce mode de réalisation consistera à combler la structure alvéolaire de la partie imprimée en 3D avec une mousse. La chaussette pourra ainsi 25 devenir insubmersible en fonction des composants de moussage choisis, ou devenir plus résistante mécaniquement pour partager et répartir les efforts supportés par la structure. Prenons maintenant l'exemple de la réalisation d'une planche de surf avec ce 30 procédé de fabrication (FIG 7). La structure, en carbone, ou bois, ou tout autre matériau composite offrant des qualités structurelles suffisantes, résulte d'un emboitement perpendiculaire de tubes (8) dans un stringer (9)(FIG. 8). L'enveloppe de la planche, sera 5 ensuite réalisée en 6 sections ou plus, fonction de la longueur de planche attendue. Ces différentes parties de la chaussette de la planche seront réalisées avec une impression 3D et seront dotées de niches destinées à recevoir le squelette de la planche (9). Tout comme l'aile d'hydrofoil, il suffira de fixer les éléments de la chaussette sur le squelette 5 par collage ou par vissage en veillant à ne rien laisser affleurer à la surface de la planche. Une jonction parfaite entre les chaussettes est indispensable pour prévenir des infiltrations d'eau. Pour obtenir plus de rigidité, la structure en nid d'abeille des chaussettes sera comblée avec une mousse expansive. 10 Ce système de conception peut également être appliqué à la fabrication de dérives. (FIG.9). Un squelette (1) très rigide incorporé dans une base de type box US (11) (ou autre type de box de dérive) peut supporter une chaussette imprimée en 3D (2). De fait, l'utilisateur peut aisément faire varier son quiver de dérives en s'équipant de différentes chaussettes. 15 Les chaussettes de dérives peuvent elles aussi être créées avec des matériaux plus flexibles pour répondre à des besoins plus spécifiques : prévention des blessures pour les débutants, SUP en rivière, etc.... Ce procédé est aussi pertinent pour concevoir des pâles de pagaies (FIG.10). 20 Tout comme pour la planche de surf, un emboitement perpendiculaire de tubes dans le prolongement du shaft de la pagaie, permettra de venir fixer une chaussette en deux parties. On pourra ainsi proposer, à partir d'un seul même moule de structure de base, différentes formes de pâles adaptées à chaque type de pratique. 25 Les applications de ce procédé de fabrication sont donc vraiment variées et applicables à la production de nombre des produits de l'industrie des sports de glisse. Les exemples précédemment exposés sont donnés de manière non exhaustive afin d'illustrer différentes perspectives de fabrication. Mais le principe essentiel à retenir et à 30 protéger avec ce brevet, est la différenciation de la structure et de la forme d'un produit destiné aux sports nautiques afin de pouvoir le fabriquer à l'aide d'une REVENDICATIONS1) Technique de conception de réalisation de matériels dédiés aux sports nautiques, caractérisée en ce qu'elle permet l'utilisation des technologies d'impressions 5 additives grâce à une distinction de la forme appelée chaussette et de la structure appelée squelette. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par un squelette réalisé avec un matériau extrêmement résistant et rigide, supportant les efforts et les contraintes mécaniques exercés sur un objet. Ce squelette peut-être réalisé en une ou 10 en plusieurs parties fixées entre elles. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par une enveloppe appelée chaussette, conçue avec un logiciel de conception 3D et réalisée grâce à une imprimante en 3D, en une ou plusieurs pièces. 4) Dispositif selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé par une chaussette 15 constituée d'une à plusieurs pièces qui s'assemblent parfaitement autour d'une structure appelée le squelette. 5) Dispositif selon la revendication 4 pour lequel les différents éléments de la chaussette peuvent être assemblés et fixés au squelette de manière pérenne. 6) Dispositif selon la revendication 4 pour lequel les différents éléments de 20 la chaussette peuvent être assemblés et fixés au squelette de manière réversible pour être facilement remplacées en cas d'avarie, ou en cas d'évolution du matériel. 7) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par une chaussette pouvant être réalisée à base de matériaux recyclables. 8) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la structure 25 alvéolaire de la chaussette imprimée en 3D peut être comblée par une mousse expansive, pour faire varier la densité de la chaussette afin de partager les efforts supportés par le squelette. 9) Dispositif selon toutes les revendications précédentes caractérisé en ce qu'il permet une évolution rapide des produits grâce à la modification de la forme créée 30 par un logiciel de conception 3D. 10) Dispositif selon toutes les revendications précédentes caractérisé en ce qu'il permet de fabriquer des ailes d'hydrofoil, des mâts d'hydrofoil, des planches de 7 surf, des planches de Stand Up Paddle ( SUP), des planches de kitesurf, des planches de kitefoil, des planches de SUP-foil, des planches de surf-foil, des bodyboards, des planches de wake, des pagaies, des dérives, ou tout autre matériel de sports de glisse, à l'aide d'une imprimante 3D.5