Brevet FR3073937A1 — publié le 20190524

Installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels. DOMAINE DE L'I NVENTI ON L'invention concerne une installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels, notamment dans le domaine des matériaux composites et/ou de l'impression 3D. ART ANTERI EUR Dans ce domaine, les opérations nécessaires à la fabrication des produits industriels comportent des traitements thermiques et/ou des traitements sous atmosphère contrôlée. Ces traitements particuliers sont réalisés dans des enceintes dédiées où les conditions de température, de pression et/ou d'atmosphère, peuvent être contrôlées et maintenues sur des périodes parfois longues. Ces enceintes sont par exemple des chambres de relaxation, des fours de déliantage pour l'évacuation d'un liant de fabrication par évaporation ou carbonisation, des fours de cuisson, des étuves de séchage ou de déshydratation. Il arrive fréquemment dans le processus de fabrication que des produits industriels soient traités successivement dans plusieurs enceintes à fonctions différentes, par exemple une enceinte de séchage et une enceinte de cuisson, ou une enceinte de déliantage et une enceinte de frittage à haute température. Les enceintes étant dédiées chacune à un traitement particulier, les produits industriels en cours de fabrication sont manutentionnés pour correspondre à l'emplacement et à la disposition particulière de chaque enceinte. Ils doivent être répartis en fonction de la disponibilité des enceintes, de leurs caractéristiques dimensionnelles et de la nature des supports qu'elles acceptent ou imposent. Par ailleurs, les enceintes étant spécifiques, leurs durées de traitement sont en général fixes. Dans le cas de produits industriels innovants utilisant ces traitements thermiques les durées de traitement doivent être adaptées. Un autre inconvénient résulte de la nécessité de transférer les produits d'une enceinte de traitement à une autre avec adaptation de la disposition spatiale des produits au volume disponible dans chaque enceinte. Les manutentions liées à ces opérations de transfert sont la source de plusieurs difficultés. Elles peuvent 2 entrainer des défauts sur les pièces. Elles perturbent l'enchainement rapide des opérations de traitement et son automatisation. Elles représentent un coût d'investissement important et nécessitent souvent la présence d'opérateurs pour leur surveillance. Elles entrainent des variations de la température des 5 produits, en général un refroidissement, entre les différentes phases de traitement, ce qui représente à la fois un risque pour la qualité des produits, une perte énergétique non négligeable et une perte de productivité de l'installation. BUTS ET RESUME DE L'I NVENTI ON 10 L'un des buts de l'invention est de proposer une installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels qui évite les inconvénients précités. Un autre but de l'invention est de proposer une installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels dans laquelle les 15 manutentions des produits soient réduites aux opérations de mise en place avant traitement et de retrait après traitement, sans intervention, entre les opérations de traitement thermique, sur l'organisation spatiale des produits correspondant à l'empilage et à la répartition des produits dans le volume utile de traitement. 20 L'invention a pour objet une installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels, comprenant plusieurs enceintes de caractéristiques thermiques différentes caractérisée en ce qu'elle comporte : une sole pour recevoir les produits à traiter, un ensemble de plusieurs enceintes réparties autour d'un axe, et des moyens mécaniques pour assurer le 25 déplacement relatif de la sole et des enceintes et l'accouplement d'une enceinte et de la sole. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens mécaniques comportent un pivot motorisé pour assurer le pivotement de l'ensemble des enceintes autour de l'axe, et un vérin hydraulique pour assurer le déplacement 30 relatif de la sole et de l'ensemble des enceintes. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'axe de pivotement des enceintes est un axe horizontal. 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, le déplacement relatif de la sole et des enceintes est un déplacement vertical. Selon un mode de réalisation de l'invention, le déplacement vertical est un déplacement des enceintes par rapport à la sole. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, le déplacement relatif est un déplacement de la sole par rapport aux enceintes. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble des enceintes comprend deux enceintes. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble des enceintes 10 comprend trois enceintes. BREVE DESCRI PTI ON DES FIGURES La Figure 1 est une vue en coupe verticale d'une installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels selon l'invention avant mise en place des produits dans une première enceinte de stabilisation et/ou de 15 déliantage. La Figure 2 est une vue en coupe verticale de l'installation de traitement thermique de la Figure 1, avant mise en place des produits dans une deuxième enceinte de frittage à haute température. La Figure 3 est une vue en coupe verticale de l'installation de traitement 20 thermique de la Figure 2 après mise en place des produits dans la deuxième enceinte de frittage à haute température. La Figure 4 est une vue de gauche de l'installation de traitement thermique de la Figure 3. La Figure 5 est une vue de droite de l'installation de traitement thermique 25 de la Figure 3. La Figure 6 est une vue schématique d'une installation de traitement thermique selon l'invention équipée de trois enceintes. DESCRI PTI ON DETAI LLEE Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'installation de 30 traitement thermique pour la fabrication de produits industriels se compose essentiellement d'un support fixe 1 pour recevoir les produits industriels à traiter, et d'un portique fixe 2 portant plusieurs enceintes de traitement thermique. 4 Dans l'exemple de réalisation de la Figure 1, les enceintes sont une enceinte 3 de stabilisation et de déliantage, et une enceinte 4 de frittage à haute température. Les deux enceintes 3 et 4 sont logées dans une structure porteuse 5 fixée sur un pivot 6 motorisé, d'axe 7 horizontal, porté par le portique 2. Sur 5 la Figure 1, les deux enceintes 3 et 4 ont un axe commun 8 vertical, l'enceinte 3 de stabilisation et de déliantage étant disposée avec son ouverture au-dessus du support fixe 1. Sur la Figure 2, après rotation de 180° autour de l'axe horizontal 7, l'enceinte 4 de frittage à haute température est disposée avec son ouverture 10 au-dessus du support fixe 1. Le pivot 6 est porté par un chariot 9 déplaçable verticalement dans le portique 2 au moyen d'un vérin 10, de préférence hydraulique. L'enceinte 3 de stabilisation et de déliantage fonctionne à une température de quelques centaines de degrés C. elle est constituée d'une cloche 15 étanche 11 entourée de résistances chauffantes 12 et garnie d'isolants 13 à basse température tels que des laines minérales. L'enceinte 4 de frittage à haute température fonctionne à une température allant jusqu'à 1600°C environ. Elle est constituée de briques réfractaires 14 et de laines céramiques ou minérales et sa cavité active 16 est 20 entourée de résistances chauffantes 15. La cavité active 16 est bordée par une margelle 17. Le support fixe 1 comporte une sole 18 portant une protection réfractaire 19 avec un rebord 20, surmontée d'un plateau 21 apte à recevoir les produits industriels à traiter 22. Sous le plateau 21, débouche un conduit 23 traversant 25 la sole 18 et reliant l'enceinte de traitement, 3 ou 4, à un système de contrôle d'atmosphère 24. Le système de contrôle d'atmosphère 24 est apte à aspirer, au moyen d'un ventilateur 25, les gaz issus du traitement thermique des produits 22, à les traiter dans la zone 26 de post-combustion des CO, et à les évacuer par la cheminée 27. Le système de contrôle d'atmosphère 24 est aussi 30 apte à alimenter l'enceinte 3 ou 4 en gaz spécifique tel que l'azote à certains stades du traitement, à partir d'une réserve de gaz sous pression. Dans le premier mode de réalisation des Figures 1 à 5, le chariot 9 est en position haute et l'enceinte 3 de stabilisation et de déliantage est présentée au- 5 dessus du support 1. Les produits 22 à traiter sont placés sur le plateau 21 porté par la sole 18. Le vérin 10 assure la descente du chariot 9 jusqu'à ce que le bord de l'enceinte 3 soit en appui étanche sur la sole 18. Après traitement de stabilisation et déliantage, le vérin 10 assure la remontée du chariot 9 en 5 position haute. Le pivot 6 assure la rotation à 180° de la structure porteuse 5 pour que l'enceinte 4 de frittage soit présentée au-dessus du support 1. Le vérin 10 assure la descente du chariot 9 jusqu'à ce que le bord de l'enceinte 4 soit en appui étanche sur la sole 18. Simultanément, la margelle 17 de la cavité active 26 de l'enceinte 4 est en appui étanche sur le rebord 20 de la protection 10 réfractaire 19 portée par la sole 18. Après traitement de frittage à haute température, le vérin 10 assure la remontée du chariot 9 en position haute et les produits 22 traités peuvent être extraits du plateau 21. Dans un deuxième mode de réalisation schématisé à la Figure 6, le support fixe 1 est symbolisé par le sole 18 portant les produits à traiter 22, et 15 le pivot 6 porte, par l'intermédiaire de la structure porteuse 5 non représentée, trois enceintes : une enceinte 28 de séchage, une enceinte 29 de déliantage, et une enceinte 30 de cuisson à haute température. Les opérations de descente et de montée du pivot sont assurées par le vérin 10 comme précédemment décrit. La rotation de la structure porteuse 5 s'effectue sur 120° pour passer d'une 20 enceinte à la suivante. Dans un troisième mode de réalisation correspondant aussi au schéma de la Figure 6, le portique 2 porte le pivot 6 à une hauteur fixe, et la sole 18 est déplaçable verticalement par un vérin. L'enceinte de séchage 28 est disposée au-dessus de la sole 18. Les produits 22 à traiter sont placés sur la sole 18. Le 25 vérin assure la montée de la sole 18 jusqu'à l'enceinte 28 de séchage. Après, l'opération de séchage, le vérin assure la descente de la sole 18. Le pivot 6 assure la rotation de 120° de la structure porteuse et l'enceinte 29 de déliantage est présentée au-dessus de la sole 18. Le vérin assure la montée de la sole 18 jusqu'à l'enceinte de déliantage. Après déliantage, le vérin assure la descente 30 de la sole 18 et le pivot 6 assure la rotation de 120° pour présenter l'enceinte 30 de cuisson à haute température. Le vérin assure la montée de la sole 18 jusqu'à l'enceinte 30, et après cuisson, la descente de la sole 18 pour la reprise des produits 22 traités. 6 Dans ce troisième mode de réalisation, seule la sole 18 est soumise aux mouvements verticaux. Il en résulte une certaine économie d'énergie car la sole est nettement moins lourde que la structure porteuse 5 équipée de trois enceintes 28,29,30. Selon une variante de réalisation, le pivot de la structure 5 porteuse des enceintes est d'axe vertical et les enceintes sont juxtaposés sur la structure porteuse, toutes avec leur ouverture dirigée vers le bas. La rotation du pivot sur son axe vertical assure la permutation des enceintes. Le nombre des enceintes peut ainsi être augmenté à quatre. Le déplacement vertical pour mettre la sole dans une enceinte peut être assuré soit par descentes de 10 l'enceinte, soit par montée de la sole. L'invention se caractérise par l'utilisation, pour des traitements thermiques successifs, d'enceintes dédiées, disposées successivement sur les produits à traiter, sans intervention sur l'organisation spatiale des produits, telle que l'empilage ou la répartition des produits dans le volume utile de traitement. 15 La sole reçoit les produits et elle est couplée successivement à chacune des enceintes de traitement, sans manipulation des produits et/ou intervention humaine de contrôle. Ce processus est particulièrement bien adapté aux modes de production dans lesquels il est essentiel de lier chaque étape de fabrication aux traitements ultérieurs. A titre d'exemple, dans le cas d'une impression 3D, 20 le temps de fabrication peut être de plusieurs dizaines d'heures. Le lot de fabrication correspond au volume utile de l'imprimante. Après fabrication, les produits sont très fragiles et doivent être stabilisés. Le traitement de stabilisation, ou de relaxation, peut durer 48 heures dans une atmosphère à température et hygrométrie contrôlées. Ensuite, l'opération de déliantage 25 consiste à provoquer l'évacuation des liants contenus dans les produits, par gazéification-combustion, la gazéification pouvant avoir lieu sous vide ou sous atmosphère neutre. Selon la complexité des produits cette opération peut durer 2 à 3 jours. La teneur en oxygène et la température sont contrôlées pour éviter une combustion trop rapide qui détruirait les produits. Le chauffage doit être 30 électrique ou indirect pour éviter le contact des gaz avec des éléments chauffants. L'opération de déliantage est réalisée dans une cloche étanche pour éviter la dispersion de gaz polluants. Selon un exemple de réalisation, une postcombustion dans la zone 26 est prévue pour brûler les COV issus du déliantage. 7 L'aspiration des gaz pollués est effectuée à travers la sole par le conduit 23. Dans l'exemple de réalisation décrit, la deuxième opération décrite met en oeuvre une enceinte étanche pour le déliantage. Cette enceinte étanche peut-être utilisée pour tout type de traitement thermique, sous vide ou sous 5 atmosphère gazeuse spécifique. La troisième opération consiste en une cuisson ou frittage à haute température, jusqu'à 1650°C pendant 24 heures environ. Cette opération doit être effectuée dans une enceinte spécifique car la cloche de l'enceinte de déliantage ne supporterait pas la température de frittage. 10 Les avantages de l'installation de traitement thermique selon l'invention sont multiples. Le fait d'avoir une sole unique et plusieurs enceintes permet de regrouper au niveau de la sole une partie importante du matériel et des fonctions de contrôle et en particulier : les entrées et sorties de gaz pour le contrôle d'atmosphère et l'extraction des gaz de réaction ; les analyseurs de gaz 15 et des capteurs, dont certains sont à fonctions multiples ; le système de contrôle de régulation et de puissance ; l'isolation thermique ; et la mécanique de positionnement entre la sole et les différentes enceintes. Le fait d'enchaîner les opérations de traitement thermique sans déplacer les produits à traiter assure un changement rapide des conditions de traitement, une réduction du risque de 20 dégradation des produits, et une économie d'énergie. Enfin, l'automatisation des mouvements des enceintes en fonction des différentes étapes du processus de traitement thermique dispense de la présence de personnel pendant toute la durée du processus qui peut s'échelonner REVENDICATIONS1. Installation de traitement thermique pour la fabrication de produits industriels, comprenant plusieurs enceintes de caractéristiques thermiques différentes, caractérisée en ce qu'elle comporte : une sole (18) pour recevoir les produits (20) à traiter, un ensemble de plusieurs enceintes (3,4 ; 28,29,30) réparties autour d'un axe (7), et des moyens mécaniques (6,10) pour assurer le déplacement relatif de la sole (18) et des enceintes (3,4 ; 28,29,30) et l'accouplement d'une enceinte et de la sole. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens mécaniques (6,10) comportent un pivot motorisé (6) pour assurer le pivotement de l'ensemble des enceintes (3,4 ; 28,29,30) autour d'un axe (7), et un vérin hydraulique (10) pour assurer le déplacement relatif de la sole (18) et de l'ensemble des enceintes (3,4 ; 28,29,30). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe (7) de pivotement des enceintes (3,4 ; 28,29,30) est un axe horizontal. 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le déplacement relatif de la sole (18) et des enceintes (3,4 ; 28,29,30) est un déplacement vertical. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le déplacement vertical est un déplacement des enceintes (3,4 ; 28,29,30) par 20 rapport à la sole (18). 6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le déplacement relatif est un déplacement de la sole (18) par rapport aux enceintes (3,4 ; 28,29,30). 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que 25 l'ensemble des enceintes comprend deux enceintes (3,4). 8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble des enceintes comprend trois enceintes (28,29,30).