Brevet FR3085619A1 — publié le 20200313

Description Titre de l'invention : Procédé d'impression par jet d'encre d'un motif sur une surface en matière plastique [0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine du traitement et du revêtement de surfaces de pièces par une installation automatisée, en particulier l'impression par projection (d'encre, de peinture) de motifs de formes non rectilignes sur des surfaces de formes complexes, notamment tridimensionnelles, et a pour objet un procédé d'impression par jet d'encre ou de peinture d'au moins un motif sur une surface en matière plastique, ainsi qu'une installation pour sa mise en oeuvre. [0002] Les pièces concernées peuvent notamment consister en des pièces d'habillage intérieur automobile. [0003] De manière connue et comme l'illustrent, par exemple, les publications DE 10 2012 212 469 A1, US 2009/0167817 A1, EP 2 873 496 M , et EP 0 931 649 A1, pour imprimer une pièce par des moyens d'impression du type jet d'encre, la tête d'impression qui éjecte la substance de revêtement, telle que de l'encre, peut être déplacée par un bras robotisé relativement à une pièce qui reste fixe. [0004] Par ailleurs, il a été proposé, en particulier par la demanderesse dans ses demandes de brevets français n° 3 061 676 et n° 1855490 (non encore publiée), la mise en oeuvre d'installations dans lesquelles la tête d'impression et les moyens de séchage sont fixes, c'est-à-dire immobiles et statiques, et seule la pièce est déplacée lors de l'impression, en étant montée sur un bras robotisé multiaxe (une telle installation est représentée figure 1). [0005] Dans les deux cas, les moyens d'impression peuvent consister en une unique tête d'impression couleur quadri-chromique qui, vue de face, présente généralement une configuration des buses ou orifices d'éjection des différentes couleurs telle que représentée figure 1 (B = noir ; Y = jaune ; C = cyan ; M = magenta). Ces orifices sont arrangés en lignes superposées verticalement (axe Z) avec une alternance des couleurs projetées et l'écartement « e » entre 2 buses de même couleur, appartenant à deux lignes de buses successives de l'empilement, détermine la résolution de l'impression. [0006] Les moyens d'impression peuvent également être constitués en variante de différentes têtes d'impression mono-chromiques (à une ou deux rangées de buses) qui sont successivement amenées à un emplacement d'impression (cf. FR 18 55490). [0007] Toutefois, et malgré des miniaturisations poussées des têtes d'impression, cette technique d'impression par jet présente des limites constructives et de fonctionnement, entraînant des limitations en termes d'aspect esthétique des pièces imprimées. [0008] En effet, lors de l'impression par jet d'encre de motifs (lignes, caractères, graphismes, images, ...) sur des supports 3D, par exemple de pièces intérieures de véhicules avec des lignes continues, un problème de pixellisation ou crénelage peut apparaître du fait de la configuration de la ligne à imprimer (courbe, géométrie), des conditions de déplacement de la pièce par rapport à la tête d'impression et du fait des limites de résolution des têtes d'impression. [0009] La figure 2A montre, à titre d'exemple, une ligne courbe telle que présente dans un fichier d'impression et donc telle qu'on souhaiterait la voir imprimée sur le support. [0010] Néanmoins, compte tenu de la résolution de la ou des tête(s) d'impression à jet d'encre (écartement entre buses) et de son(leur) mode de déplacement durant l'impression (cf. figure 2B), le résultat de l'impression (cf. figure 2C) est entaché par les problèmes de crénelage, résultant en une retranscription imparfaite et esthétiquement discutable du motif souhaité (stocké sous forme de modèle numérique). En particulier, le déplacement sans changement de direction de la pièce par rapport à la ou aux tête(s) d'impression (toutes les passes d'impression sont réalisées selon la même direction - cf. figure 2B) résulte en une pixellisation ou un crénelage sur les bordures ou les zones de bord du motif concerné (cf. figure 2C). L'amplitude et l'importance de l'effet visuel négatif de cette pixellisation est, pour une résolution donnée, surtout fonction, d'une part, de l'étendue des parties de bordures courbes ou inclinées par rapport à la direction 3 de déplacement de la ou des tête(s) d'impression lors de l'application de l'encre et, d'autre part, de la finesse des motifs à représenter (bandes de faible largeur par exemple). [0011] Pour tenter de limiter les effets néfastes ci-dessus au moins, il a été proposé de piloter précisément le déplacement relatif entre la pièce et la ou les têtes d'impression et d'effectuer des mouvements atténuant le phénomène de crénelage, notamment des mouvements de rotation de l'un et/ou de l'autre. Toutefois, lors du déplacement en rotation de la tête d'impression ou de la pièce, un différentiel de vitesses de trajectoire apparaît sur la largeur de la tête ou de la pièce, rendant difficile la synchronisation entre le déplacement pièce/tête et l'impression : ce différentiel de vitesse est maximal entre les deux extrémités de la tête d'impression. Ce phénomène est néfaste à la qualité et à l'homogénéité de l'impression : il est d'autant plus marqué que le motif à imprimer comporte des rayons petits par rapport à la dimension de la tête d'impression. [0012] On connaît également des solutions d'impression dans lesquelles la représentation digitale du motif à imprimer est traitée et différents paramètres d'impression adaptés en conséquence, tels que par exemple la taille des points d'impression. [0013] Toutefois, ces solutions connues nécessitent des ressources de calcul très importantes et ne sont de ce fait appliquées généralement que pour des impressions 2D et non 3D. [0014] En outre, ces solutions sont compliquées à mettre en oeuvre avec des têtes quadri-chromiques multiples et ne font qu'atténuer relativement les effets de crénelage (pas de bord net). [0015] Le problème posé à la présente invention consiste à proposer une solution simple permettant de surmonter les limitations des solutions précitées, et ne nécessitant pas de modification des moyens d'impression par jet d'encre ou de peinture, ni de complexification du déplacement de la pièce ou de la tête d'impression, ou encore de traitement du motif à imprimer. [0016] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'impression par jet d'encre ou de peinture d'au moins un motif sur une surface en matériau plastique, par 4 exemple la surface apparente d'une pièce d'habillage intérieur de véhicule automobile, comprenant une phase de prétraitement de la zone à imprimer, apte et destinée à permettre l'accrochage ou à augmenter l'adhésivité de l'encre ou de la peinture utilisée par rapport à une zone non prétraitée, suivi de l'application de l'encre ou de la peinture par au moins une tête d'impression monochrome ou polychrome, se déplaçant relativement selon au moins une direction par rapport à la surface durant la ou les phase(s) d'application, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre pour réaliser le prétraitement un moyen dont la résolution ou la précision d'application est supérieure, préférentiellement nettement supérieure, à celle de ladite au moins une tête d'impression, et, dans le cadre de son exécution, à prétraiter la surface uniquement au niveau de la ou des zone(s) précisément circonscrite(s) destinée(s) à recevoir le(s) motif(s), en suivant le(s) contour(s) du(des) motif(s) au plus près compte tenu de la résolution du moyen de prétraitement, puis à appliquer l'encre ou la peinture, le cas échéant pour chaque motif, sur une seconde zone plus étendue que la zone prétraitée considérée et englobant cette dernière et, enfin, après séchage ou réticulation de l'encre ou de la peinture, à réaliser éventuellement, sur toute la surface ou au niveau au moins de région(s) de cette dernière portant le(s) motif(s), une opération de lavage, de nettoyage et/ou de traitement sélectif de gommage, d'effacement ou d'enlèvement de l'encre ou de la peinture, apte et destiné à détacher ou effacer l'encre ou la peinture présente au niveau de la ou des zone(s) de la surface non prétraitée(s), mais inapte à détacher ou effacer l'encre ou la peinture présente au niveau de la ou des zone(s) prétraitée(s) de la surface. [0017] L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé précité. [0018] L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : [0019] les figures 3A à 31 illustrent les étapes opérationnelles successives du procédé selon l'invention dans le cadre de l'impression sur une surface d'une bande ou ligne incurvée, chaque figure comprenant, d'une part, une vue en élévation frontale de la région de la surface avec le motif à imprimer et, d'autre part, une vue partielle en coupe selon A-A de la pièce avec la surface à imprimer ; [0020] les figures 4A et 4B illustrent deux étapes d'une variante de réalisation de l'opération de gommage, d'enlèvement ou d'effacement faisant partie du procédé selon l'invention (alternative aux figures 3F à 31), et, [0021] la figure 5 est une représentation schématique de dessus d'un exemple d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé. [0022] Les figures 3 et 4 illustrent un procédé d'impression par jet d'encre ou de peinture d'au moins un motif sur une surface 1 en matériau plastique, par exemple sur la surface apparente d'une pièce 1' d'habillage intérieur de véhicule automobile. Ce procédé comprend une phase de prétraitement de la zone 2 à imprimer, apte et destinée à permettre l'accrochage ou à augmenter l'adhésivité de l'encre ou de la peinture 3 utilisée par rapport à une zone 4 non prétraitée, suivi de l'application de l'encre ou de la peinture 3 par au moins une tête d'impression 5 monochrome ou polychrome, se déplaçant relativement selon au moins une direction DD par rapport à la surface 1 durant la ou les phase(s) d'application. [0023] Conformément à l'invention, ledit procédé consiste à mettre en oeuvre pour réaliser le prétraitement un moyen 6 dont la résolution ou la précision d'application est supérieure, préférentiellement nettement supérieure, à celle de ladite au moins une tête d'impression 5. De plus, ledit procédé consiste aussi, dans le cadre de son exécution, à prétraiter la surface 1 uniquement au niveau de la ou des zone(s) précisément circonscrite(s) 2 destinée(s) à recevoir le(s) motif(s) 2', en suivant le(s) contour(s) du(des) motif(s) 2' au plus près compte tenu de la résolution du moyen de prétraitement 6, puis à appliquer l'encre ou la peinture 3, le cas échéant pour chaque motif 2', sur une seconde zone 7 plus étendue que la zone prétraitée 2 considérée et englobant cette dernière et, enfin, après séchage ou réticulation de l'encre ou de la peinture 3, à réaliser éventuellement, sur toute la surface 1 ou au niveau au moins de région(s) de cette dernière portant le(s) motif(s) 2', une opération de lavage, de nettoyage 6 et/ou de traitement sélectif de gommage, d'effacement ou d'enlèvement de l'encre ou de la peinture 3, apte et destiné à détacher ou effacer l'encre ou la peinture 3 présente au niveau de la ou des zone(s) 4 de la surface 1 non prétraitée(s), mais inapte à détacher ou effacer l'encre ou la peinture 3 présente au niveau de la ou des zone(s) prétraitée(s) 2 de la surface 1. [0024] La précision des contours des motifs 2' est par conséquent déterminée principalement ou exclusivement par la précision et la résolution du prétraitement et non plus par celles de l'impression par jet d'encre ou de peinture. [0025] La zone 2 à chaque fois prétraitée comprend donc le contour exact de la zone d'application du motif 2' sur la surface 1, ainsi que l'intérieur de cette zone. [0026] Grâce à l'invention, il est donc possible d'augmenter artificiellement la résolution de l'impression par jet d'encre ou de peinture, en particulier au niveau des bordures 2" et zones de bords des motifs 2' imprimés, et d'éviter ou d'atténuer très fortement (en fonction de la résolution du prétraitement) les phénomènes de crénelage (cf. bordures 8 de la seconde zone 7). [0027] Cette augmentation de performance ne nécessite aucune modification du processus ou des moyens d'impression par jet. [0028] Bien qu'au niveau de certains points de portions de lignes, ou dans certaines zones les limites de l'impression (seconde zone 7) et du prétraitement (zone 2) puissent être superposées, il est préféré que toutes les bordures 8 de la ou chaque seconde zone 7, en particulier les régions crénelées de ces bordures 8, soient situées en dehors de la ou de chaque zone prétraitée 2 correspondante. L'impression est alors programmée et exécutée en conséquence. [0029] De manière préférée, la pièce 1' comportant la surface 1 est déplacée durant les différentes phases du procédé d'impression et la ou les tête(s) d'impression 5 ainsi que le moyen 6 de prétraitement, sont fixes. [0030] La direction DD de déplacement relatif de ladite au moins une tête d'impression 5 au-dessus de la surface 1 peut, par endroits, être parallèle à la direction de la bordure du motif, les zones critiques du motif, sujettes à la pixellisation, étant néanmoins les portions de bordures inclinées par rapport à la direction DD ou non rectilignes. 7 [0031] La mise en oeuvre de l'invention est surtout avantageuse, et les avantages résultants particulièrement notables, lorsque le mouvement relatif entre les moyens d'impression 5 et la pièce à imprimer 1' sont relativement élémentaires, en particulier n'intègre pas de changement de direction de déplacement (qui permettrait au moins de limiter l'ampleur de la pixellisation). [0032] Dans ce cas, la ou chaque tête d'impression 5 à jet d'encre ou de peinture peut seulement se déplacer, lors de l'impression, de manière relative au-dessus et à distance de la surface 1 et uniquement selon une direction DD, chaque passe d'impression (et les lignes imprimées résultantes 9) dépassant à ses deux extrémités de la zone prétraitée 2 représentative du motif 2' concerné (figures 3B à 3D). [0033] En fonction de la précision de tracé à atteindre (pour les motifs 2'), de la nature du matériau de la surface 1, de la forme de la pièce 1' à imprimer, de la complexification tolérée au niveau du procédé et/ou de l'investissement maximum fixé pour le prétraitement, diverses solutions technologiques sont envisageables pour le prétraitement telles que par exemples : traitement corona, traitement plasma ou analogue. [0034] Néanmoins, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, alliant une grande précision, une grande flexibilité d'utilisation, ainsi qu'un investissement et une complexité de mise en oeuvre limités, il est prévu que le moyen de prétraitement 6 soit un faisceau laser, dont la puissance et la densité d'énergie qu'il dépose sont ajustées pour refondre ou altérer une couche superficielle de la surface 1 à imprimer. [0035] Pour un tel prétraitement, aucune préparation préalable de la surface 1 n'est nécessaire. [0036] A titre d'exemple, la résolution du faisceau laser peut être de l'ordre de 1200 à 1600 dpi, alors que la résolution de l'impression par jet est généralement comprise entre 300 et 400 dpi. A cela s'ajoute que le laser peut être aisément déplacé de manière complexe par rapport à la pièce 1' ou l'inverse, ce qui peut contribuer à augmenter encore la précision de la zone traitée. 8 [0037] Selon une première variante de réalisation, ressortant schématiquement des figures 3F à 31, le détachement de l'encre ou la peinture 3 présente en dehors de la ou des zone(s) prétraitée(s) 2 est obtenu par un traitement mécanique, un traitement chimique ou un traitement combiné chimique et mécanique (par exemple : mise en oeuvre d'un solvant en association avec une opération d'essuyage ; utilisation d'un rouleau microfibre avec de l'eau déminéralisée). [0038] En accord avec une seconde variante, illustrée schématiquement aux figures 4A et 4B, le détachement de l'encre ou de la peinture 3 en dehors de la ou des zone(s) prétraitée(s) 2 est réalisé par l'intermédiaire d'un film adhésif 10 appliqué sur la surface 1 en couvrant la ou chaque seconde zone 7 (voire toute la surface 1), puis retiré de celle-ci. [0039] Afin d'obtenir une différentiation d'accrochage plus importante de l'encre ou de la peinture 3 entre la zone prétraitée 2 (correspondant au motif 2') et la zone non prétraitée 4, et également pour réduire la durée du procédé, il peut être prévu de soumettre la surface 1 à imprimer, entre la fin de l'étape d'impression et l'étape de traitement par gommage, effacement ou enlèvement, à une étape active de réticulation ou de séchage de l'encre de la peinture 3 déposée. [0040] Le moyen 5' de séchage/réticulation peut être intégré dans un même effecteur ou poste 13 avec le moyen d'impression 5, soit être prévu dans un poste 16 à part. Deux moyens différents de séchage, l'un intégré au poste 13 d'impression et l'autre faisant partie d'un poste 16 séparé, peuvent aussi être prévus. [0041] Préférentiellement, au moins la couche superficielle de la surface 1 à imprimer fait état d'un matériau constitutif et/ou d'un traitement de surface empêchant, ou limitant au moins, l'accrochage de l'encre ou de la peinture 3 projetée par la tête d'impression considérée, cette couche superficielle étant altérée, physiquement ou/et chimiquement, ou enlevée durant l'opération de prétraitement. [0042] De manière avantageuse, la surface 1 à imprimer présente au moins partiellement une forme non plane, par exemple incurvée. 9 [0043] L'invention concerne également, comme cela ressort de la figure 5, une installation 11 d'impression, par jet d'encre ou de peinture, de motifs 2' sur la surface 1 d'une pièce 1' en matériau plastique, notamment d'une pièce d'habillage intérieur de véhicule automobile, pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. [0044] Cette installation 11 comprend un bras 12 robotisé à six axes supportant la pièce 1' avec la surface 1 à imprimer, au moins un poste 13 d'impression et de séchage, avec une tête 5 d'impression polychromique ou plusieurs têtes mono-chromiques, et éventuellement un poste 14 d'application d'une couche de fond ou de revêtement global, un poste 15 d'application d'un vernis et/ou un poste 16 de séchage ou de réticulation final(e). [0045] Cette installation 11 est caractérisée en ce qu'elle comprend également un poste 17 de prétraitement de la surface 1 de la pièce 1', en particulier équipé d'un poste à laser 6, piloté en fonction du ou des motifs 2' à imprimer et un poste 18 de gommage, d'effacement ou d'enlèvement de l'encre ou de la peinture 3 projetée en dehors de la zone prétraitée 2. [0046] Avantageusement, les différents postes 13 à 18 sont arrangés autour et à portée d'atteinte du bras robotisé 12. [0047] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. 10