Brevet FR3082775A1 — publié le 20191227

Description Titre de l'invention : PROCÉDÉ DE NETTOYAGE DE PIÈCES CRUES CÉRAMIQUES OBTENUES LORS DE LA FA- BRICATION ADDITIVE DE PIÈCES CÉRAMIQUES ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCÉDÉ [0001] La présente invention concerne un procédé de nettoyage de pièces crues céramiques obtenues lors de la fabrication additive de pièces céramiques, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. [0002] Ces pièces sont réalisées pour des domaines très variés : pièces pour toutes industries comme l'aéronautique, implants dans le domaine biomédical comme les prothèses dentaires, pièces de l'industrie de luxe, etc. [0003] La fabrication additive ou technique des procédés additifs ou stéréolithographie comprend généralement les étapes suivantes pour l'obtention de pièces crues céramiques : - construction, par conception assistée par ordinateur, d'un modèle informatique de la pièces à fabriquer ; - formation, sur un support rigide, d'un empilement de couches d'une composition photodurcissable comprenant au moins une matière céramique, au moins un monomère et/ou oligomère photodurcissable, au moins un photo initiateur et, le cas échéant, au moins l'un parmi les plastifiants, les solvants et les dispersants, chaque couche un fois mise en place étant amenée à durcir par irradiation selon un motif défini pour celle-ci à partir du modèle. [0004] Pour obtenir une pièce finie à partir d'une pièce crue, on conduit les opérations suivantes : - nettoyage de la pièce crue pour enlever la composition non durcie ; - délianta2e de la pièce crue nettoyée ; et - frittage de la pièce crue nettoyée et déliantée. [0005] La présente invention s'intéresse à l'étape indiquée ci-dessus de nettoyage de pièces crues solides noyées dans une pâte formée par la composition photodurcissable non durcie, la pâte remplissant les interstices et canaux que de telles pièces peuvent comporter. [0006] Ces pièces crues sont par définition fragiles. La difficulté du nettoyage réside donc dans l'évacuation de la pâte sans endommager les pièces. [0007] A l'heure actuelle, on nettoie les pièces par ultrasons et/ou par pulvérisation d'un solvant. [0008] 1 - Pour un nettoyage par ultrasons, on place les pièces dans un panier en grillage que l'on plonge dans une cuve à ultrasons contenant du solvant pour la pâte et on met en marche le générateur d'ultrasons. [0009] Le nettoyage par ultrasons permet d'atteindre les zones les plus complexes de la pièce, telles que des petits trous ou encore des géométries enclavées dans la pièce. [0010] La cuve à ultrasons fonctionne sur le phénomène de cavitation, lequel résulte dc phases successives de compression et de décompression, et crée des bulles agitant localement le solvant et décollant le reste dc pâte [0011] Cependant, utilisée seule, la cuve à ultrasons ne donne pas de résultats significatifs, une quantité de moins de 30% de la masse de pâte étant retirée. Il en résulte que la cuve à ultrasons n'est utilisée que pour un nettoyage de finition. [0012] II - La pulvérisation d'un solvant est effectuée soit automatiquement, soit ma- nuellement. [0013] II -1 Dans une cabine de nettoyage automatique, du solvant est pulvérisé sur les pièces à nettoyer par translation automatisée d'un ensemble de buscs et rotation automatisée du plateau d' impression sur lequel se trouvent les pièces, l'orientation des buses étant manuelle ainsi que le réglage en hauteur des buses qui permet dc s'adapter aux différentes tailles du plateau d'impression. Une interface homme-machine permet d'actionner la pulvérisation depuis l'extérieur de la machine grâce à un bouton-poussoir. Ainsi, l'opérateur n'est pas sujet aux projections possibles dc solvant. [0014] Bien que le résultat soit meilleur que celui des ultrasons, la majeure partie dc la pâte décollée reste sur le plateau de nettoyage. Suivant la géométrie de la pièce, il est possible d'enlever jusqu'à 60-70% de la pâte. [0015] II-2 Dans une cabine de nettoyage manuel, du solvant est propulsé sur les pièces à nettoyer par une buse à air comprimé à effet Venturi. [0016] Les pièces à nettoyer et les buses sont orientées par l'opérateur lui-même. [0017] Cette méthode manuelle offre une très bonne efficacité puisque la totalité de la pâte peut être retirée. Cependant, elle présente les inconvénients suivants : - temps de travail de nettoyage important, pouvant aller jusqu'à 6 heures pour des pièces complexes, comportant de très fins canaux ; - travail fastidieux car il est nécessaire de répéter les opérations plusieurs fois pour obtenir des pièces très propres ; - risque non négligeable de projection de solvant allergène vers l'opérateur, celui-ci devant donc obligatoirement porter un ensemble de protection pour éviter ces projections et les irritations qui peuvent en résulter ; et - le solvant est à usage unique. [0018] La présente invention a pour but de proposer une nouvelle technologie de nettoyage des pièces crues en céramique par laquelle le temps de nettoyage conduisant à des pièces entièrement nettoyées est considérablement réduit, améliorant ainsi l'efficacité 3 de production des pièces finies en céramique, tout en pouvant offrir les avantages complémentaires d'un mode opératoire simple, d'une exposition de l'opérateur au solvant faible ou nulle, et d'une possibilité de recyclage du solvant usagé. [0019] A cet effet, la présente invention a donc d'abord pour objet un procédé de nettoyage de pièces crues en céramique que l'on obtient par la technique des procédés additifs suivant laquelle on fait durcir par irradiation des couches successives d'une composition photodurcissable selon un motif défini pour chaque couche à partir d'un modèle de la pièce à fabriquer, la pièce à l'état cru obtenue après irradiation de la dernière couche devant être nettoyée pour en enlever la composition photodurcissable non durcie, caractérisé par le fait que l'on place la ou les pièces à nettoyer dans un bain de solvant apte à solubiliser au moins partiellement la composition photodurcissable non durcie pour la détacher de la pièce crue, que l'on produit dans ce bain des bulles de gaz aptes à détacher mécaniquement au moins partiellement la composition photodurcissable non durcie de la pièce crue, et que l'on maintient la production de bulles de gaz jusqu'au détachement de la composition photodurcissable non durcie sous l'action combinée chimique du solvant et mécanique des bulles de gaz. [0020] En particulier, on peut produire des bulles de gaz d'une finesse permettant la li- bération de particules de composition photodurcissable non durcie. [0021] On peut produire des bulles de gaz de finesses différentes, soit simultanément, soit successivement pour assurer un réglage progressif du nettoyage des pièces. [0022] Conformément à un mode de réalisation particulier, on conduit la production de bulles de gaz dans un bain contenant la ou les pièces que l'on a fermé à l'atmosphère. [0023] Conformément à un mode de réalisation particulier, après le détachement de la com- position photodurcissable non durcie, on récupère le solvant usé que l'on filtre en vue d'un recyclage pour former le bain de solvant lors d'une nouvelle opération de nettoyage. [0024] Avantageusement on utilise de l'air comme gaz formant les bulles. [0025] La présente invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comporte : - un bac apte à recevoir les pièces crues à nettoyer et un solvant pour former un bain de solubilisation au moins partielle de la composition photodurcissable non durcie qui doit être détachée des pièces crues pour les nettoyer ; - des moyens pour produire des bulles d'un gaz, tel que l'air, au sein du bain de solvant se trouvant dans le bac et pour maintenir la production de ces bulles de gaz jusqu'au détachement de la composition photodurcissable non durcie sous l'action combinée chimique du solvant et mécanique des bulles de gaz. [0026] L'appareil peut comporter en outre un couvercle pour fermer ledit bac en position de fonctionnement. 4 [0027] L'appareil peut comporter en outre un dispositif de remplissage du bac par le solvant de nettoyage et d'évacuation du solvant usé, consistant cn un tuyau d'amenée du solvant par pompage ct cn un tuyau d'évacuation, lequel peut adresser le solvant usé à un filtre pour retirer la composition photodurcissablc non durcie avant de recycler le solvant purifié dans le bac. [0028] Conformément à un mode de réalisation particulier, l'appareil comporte au moins une arrivée de gaz comprimé dans le bac et des moyens pour répartir la projection dans le bain de jets d'air comprimé de dimensions identiques ou différentes, en vue de la formation des bulles dc gaz au sein du bain, des moyens étant prévus pour commander r arrivée dc gaz comprimé et pour couper l'arrivée de gaz comprimé en fin d'opération. [0029] Les jets d'air sont, de préférence, fins, par comparaison aux dimensions de la pièce. L'homme du métier saura adapter la taille des jets aux caractéristiques géométriques et de structure de la pièce. [0030] Des moyens peuvent également avantageusement être prévus pour commander et couper la production des bulles de gaz suivant leur dimension. [0031] Avantageusement, l'arrivée dc gaz comprimé et les moyens dc répartition de la projection de jets d'air comprimé sont disposés au fond du bac ou dans la partie inférieure de celui-ci. [0032] En particulier, une arrivée de gaz comprimé est reliée à une extrémité d'un tuyau serpentant au fond du bac et fermé à son extrémité libre, ledit tuyau comportant des microperforations de dimensions identiques ou différentes en vue de la projection de jets de gaz produisant les bulles, une grille pouvant être disposée sur le ou les tuyaux à microperforations pour parfaire la répartition des bulles et le cas échéant pour le réglage de leur finesse. [0033] Conformément à un autre mode de réalisation, des buses sont disposées à la partie in- férieure de la cuve pour la projection de jets de gaz produisant les bulles au sein du bain, lesdites buses étant avantageusement régulièrement réparties dans le fond de la cuve et/ou sur ses côtés, une grille pouvant être disposée au moins au-dessus des buses du fond pour parfaire la répartition des bulles et le cas échéant pour le réglage de leur finesse. [0034] L'appareil selon l'invention peut comporter un panier grillagé dans lequel la ou les pièces à nettoyer sont disposées en vue de leur mise en place dans le bain. [0035] Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, un mode de réalisation particulier avec référence au dessin annexé. [0036] Sur ce dessin : - [Fig. 1] est une vue en perspective d'un bac selon un premier mode de réalisation de l'invention - sans son couvercle - pour la réception du solvant et de pièces crues en céramique à nettoyer par le procédé de l'invention, la grille intérieure étant représentée avec arrachement partiel ; - [Fig. 2] est une vue en perspective d'un panier grillagé recevant des pièces crues à nettoyer ; - [Fig. 3] est une vue en coupe du bac de la [Fig. 1] qui a été rempli de solvant, dans lequel on a placé le panier de la [Fig. 2] et qui a été fermé par son couvercle ; - [Fig. 4] est une vue en perspective du bac tel que représenté sur la [Fig. 3] en position de fonctionnement, le couvercle du bac étant représenté avec arrachement partiel ; - [Fig. 5] représente, en perspective, le panier grillagé un fois sorti du bain après l'opération de nettoyage et montrant les pièces crues totalement nettoyées ; - [Fig. 6] est une vue correspondant à la [Fig. 3] d'un appareil selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; - [Fig. 7] est une vue correspondant à la [Fig. 4] d'un appareil selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; - [Fig. 8] est une vue correspondant à la [Fig. 1] (avec la grille intérieure représentée en entier) d'un troisième mode de réalisation de l'appareil selon la présente invention ; et - [Fig. 9] est une vue correspondant à la [Fig. 3] ou la [Fig. 6] d'un troisième mode de réalisation de l'appareil selon la présente invention. [0037] Si l'on se réfère à la [Fig. 1], on peut voir que l'on a représenté l'appareil 1 selon un premier mode de réalisation dc l'invention à l'état ouvert, sans son couvercle, avant introduction du solvant de nettoyage et des pièces à nettoyer. [0038] L'appareil 1 comprend un bac 2 de forme parallélépipédique, en matière plastique, PP par exemple, dans la partie inférieure duquel pénètre de manière étanche une arrivée 3 d'air comprimé. Le bac 2 peut être fermé de façon étanche par un couvercle 2a ([Fig. 3] et [Fig. 4]). [0039] A l'intérieur du bac 2, l'arrivée 3 d'air comprimé est reliée par un raccord 3a à une extrémité d'un tuyau 4 dont l'autre extrémité est fermée. Le tuyau 4 serpente sur le fond du bac 2 en formant des enroulements concentriques. Dans l'exemple représenté, ces enroulements couvrent une très grande surface du fond du bac 2. Le tuyau 4 comporte dans sa région opposée à celle appliquée sur fond du bac 2 des microperforations 5 régulièrement réparties. [0040] Sur le tuyau rnicroperforé 4 est disposée une grille 6 à mailles carrées, la dimension de maille pouvant être de 0,5 à 50 mm, par exemple de 1 à 5 mm. [0041] Les dimensions mentionnées ci-dessus ne le sont qu'à titre d'exemples. [0042] Sur le couvercle 2a du bac 2, est disposé un évent 7 de dépressurisation, apte à s'ouvrir à partir d'une pression régnant dans le bac 2 en fonctionnement et fermé de façon étanche par le couvercle 2a de celui-ci. [0043] Le bac 2 comporte également en partie basse un orifice 8 d'admission de solvant par 6 un tuyau (non représenté), ainsi que, à l'opposé de l'orifice 8, un orifice de vidange de solvant par un autre tuyau (non représenté). Les tuyaux d'admission et de vidange de solvant pénètrent de manière étanche dans le bac 2. [0044] L'appareil de nettoyage 1 comporte également un panier grillagé 9 de réception des pièces P à nettoyer. [0045] Un bac de récupération du solvant usé est prévu, ainsi qu'un dispositif de filtration du solvant usé avant son recyclage dans le bac 2. [0046] L'appareil 1 fonctionne comme suit : Dans le bac 2, on relie le raccord 3a à l'alimentation en air comprimé. On remplit le bac 2 avec le solvant par pompage après s'être assuré que son orifice de vidange est bien fermé. On place les pièces P à nettoyer dans le panier 9 et on plonge celui-ci dans le bac 2 que l'on ferme de manière étanche avec son couvercle 2a. [0047] On met en route l'alimentation en air comprimé. Les bulles d'air qui s'échappent du tuyau rnicroperforé 4 et qui traversent la grille 6 glissent le long des pièces P. En passant près de ces dernières, elles les décrochent et, en éclatant, libèrent les particules de pâte non polymérisée ( composition photodurcissable non durcie) qui entourent les pièces P, ces particules se déposant au fond du bac 2 pour être évacuées. [0048] A la fin du nettoyage, on coupe l'alimentation en air comprimé, puis on retire le couvercle 2a pour pouvoir récupérer le panier 9 contenant les pièces P propres. [0049] On peut alors vider le bac 2 du solvant usé, lequel peut être filtré pour éliminer les particules de pâte et être recyclé. Cette possibilité de recyclage représente un avantage très important par rapport au nettoyage manuel, lequel impose un solvant à usage unique. [0050] A titre d'exemple, on peut mentionner que le temps de nettoyage automatique selon l'invention, pour 18 pièces de complexité modérée, est de l'ordre de 15 minutes à 1 heure selon le solvant utilisé et la matière qui compose la pâte. Un nettoyage manuel de ces 18 pièces demanderait 4 heures. [0051] Les [Fig. 6] et [Fig. 7] illustrent un second mode de réalisation de l'appareil selon l'invention (1') qui diffère de l'appareil 1 par le fait que les microperforations 5 sont de deux dimensions différentes, pour produire à la fois des grosses bulles et des petites bulles, permettant d'assurer un réglage du nettoyage des pièces. La production de grosses bulles peut être commandée en premier pour enlever le plus gros de la pâte, puis celle des petites bulles en vue d'un nettoyage plus fin. [0052] Si l'on se réfère aux [Fig. 8] et [Fig. 9], on peut voir que l'on a représenté un appareil 1 selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. [0053] L'appareil 1" diffère des appareils 1 et l' par le fait que l'air arrive par un réseau de buses 10 disposées dans le fond du bac 2 en vue de la projection de l'air dans le sens vertical à travers la grille 6. L'air peut aussi être adressé horizontalement à travers le 7 bain de solvant par des buscs 10' disposées sur chaque côté du bac juste au-dessus de la grille 6. C'est ce qui a été représenté sur la [Fig. 9]. 9