Brevet FR3089433A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Procédé de formation d'au moins un motif sur une pièce [0001] La présente invention concerne un procédé de formation d'au moins un motif sur une pièce. [0002] Des procédés permettant de former des motifs sur des pièces à l'aide d'un laser sont utilisés dans certaines applications telles que l'aéronautique. En particulier, deux couches de peinture de couleurs différentes sont déposées sur la pièce, la couche supérieure étant partiellement retirée à l'aide d'un rayonnement laser pour laisser apparaître une portion de la couche inférieure, formant ainsi le motif souhaité. [0003] Cependant, les procédés de formation de motifs connus ne sont pas optimaux. En particulier, le rayonnement laser utilisé transfère unc partie importante de son énergie sous forme thermique aux couches de peinture. Il en résulte donc, en plus de l'ablation désirée de la portion de la couche de peinture supérieure que l'on souhaite retirer, un échauffement important de la couche inférieure et de la portion conservée de la couche supérieure, voire de la pièce sous-jacente. [0004] Dc par la présence de cet échauffement, l'ablation doit être réalisée dans une at- mosphère non-explosive. Or, les lignes dc production de pièces présentent, en général, une atmosphère explosive dans la portion où la peinture de la pièce est déposée, de par l'utilisation de solvants souvent inflammables ou par la présence dc gouttelettes de peinture en suspension. La pièce est donc en général retirée de la ligne de peinture pour procéder à l'étape d'ablation, dans une zone sous atmosphère non-explosive, ce qui ralentit considérablement la production de la pièce. [0005] Dc plus, il est nécessaire d'adapter les lignes de production existantes de manière im- portante pour installer le poste où l'ablation a lieu, du fait de ces contraintes. [0006] L'invention vise à proposer un procédé de formation de motifs sur unc pièce qui soit plus rapide que les procédés dc l'état de la technique. [0007] A cet effet, il est proposé un procédé de formation d'au moins un motif sur une pièce, le procédé comprenant des étapes de : [0008] a) dépôt, sur une surface de la pièce, d'une première couche de peinture comportant une première portion et une deuxième portion, la première portion étant destinée à former le motif, [0009] b) dépôt d'une deuxième couche de peinture couvrant au moins partiellement la première couche de peinture, la deuxième couche de peinture présentant une teinte différente de la première couche de peinture, la deuxième couche de peinture présentant une troisième portion recouvrant la première portion et une quatrième 2 portion recouvrant la deuxième portion, et [0010] c) ablation de la troisième portion à l'aide d'un faisceau laser pour faire apparaître la première portion, la quatrième portion étant conservée lors de l'étape d'ablation, [0011] le faisceau laser utilisé au cours de l'étape c) d'ablation étant un faisceau laser im- pulsionnel. [0012] Selon des modes de réalisation avantageux mais non obligatoires, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : [0013] - le procédé comprend, en outre, une étape d) de dépôt d'une première couche de vernis sur au moins la première portion de la première couche de peinture, la première couche de vernis étant recouverte par la deuxième couche de peinture lors de l'étape h), la première portion étant entièrement recouverte par la première couche de vernis à l'issue de l'étape c) d'ablation. [0014] - à l'issue de l'étape d), la première couche de vernis présente une portion interne et une portion externe, la portion interne recouvrant entièrement la première portion, la portion externe recouvrant la portion interne, la portion externe étant au moins partiellement ablatée au cours de l'étape c) d'ablation, la portion interne étant conservée à l'issue de l'étape c) d'ablation. [0015] - la première couche de vernis présente une première épaisseur antérieurement à l'étape c) d'ablation et une deuxième épaisseur postérieurement à l'étape c) d'ablation, la deuxième épaisseur étant strictement inférieure à la première épaisseur, une différence entre la première épaisseur et la deuxième épaisseur étant comprise entre 5 microns (pin) et 50 pin, notamment comprise entre 8 pm et 20 pm. [0016] - le procédé comprend, en outre, antérieurement à l'étape b), une étape e) de cuisson de la première couche de peinture et de la première couche de vernis. [0017] - lors de l'étape b), la deuxième couche de peinture comporte un solvant, le procédé comprenant, en outre, une étape f) d'évaporation partielle du solvant, l'étape c) d'ablation étant mise en oeuvre postérieurement à l'étape t) d'évaporation partielle. [0018] - le procédé comprend une étape g) de dépôt d'une deuxième couche de vernis posté- rieurement à l'étape c) d'ablation, la deuxième couche de vernis couvrant la deuxième couche de peinture et la première portion de la première couche. [0019] - chaque impulsion du faisceau laser présente une durée temporelle inférieure ou égale à 1000 femtosecondes. [0020] - les impulsions sont répétées avec une fréquence temporelle inférieure ou égale à 500 kilohertz. [0021] - la pièce est un panneau de carrosserie d'un véhicule. [0022] Des caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la des- cription qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en 3 référence aux dessins annexés, sur lesquels : [0023] [fig.1] la figure 1 est un ordinogramme des étapes d'un procédé selon l'invention de formation de motifs sur une pièce, [0024] [fig.2] la figure 2 est une vue partielle en coupe de la pièce à l'issue d'une étape du procédé de la figure 1, et [0025] [fig.3] la figure 3 est une vue partielle en coupe de la pièce à l'issue d'une étape postérieure à l'étape correspondant à la figure 2. [0026] Un ordinogramme des étapes d'un procédé de formation d'un motif 10 sur une pièce 15 est représenté sur la figure 1. [0027] Le motif 10 est, notamment, formé par une zone de la pièce 15 sur laquelle une peinture présentant une teinte différente d'une peinture couvrant le reste de la pièce 15 est apparente. Par exemple, le motif 10 forme une zone ou un ensemble de zones d'une première teinte sur la pièce 15, le reste de la pièce 15 présentant une deuxième teinte différente de la première teinte. [0028] Une forme géométrique tel qu'un disque ou un polygone, un ensemble de formes géométriques, ou encore un texte sont des exemples de motifs 10 susceptibles d'être formés par le procédé. Plus généralement, tous types de motifs sont susceptibles d'être formés par le procédé. [0029] La pièce 15 est, par exemple, un panneau de carrosserie d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile. Toutefois, le procédé est susceptible d'être appliqué à d'autres pièces 15 que des panneaux de carrosserie. [0030] La pièce 15 présente une surface 20 sur laquelle le motif 10 doit être formé. La surface 20 est, par exemple, sensiblement plane. El est à noter que des modes de mise en oeuvre du procédé de formation d'un motif 10 dans lesquels la surface 20 n'est pas plane sont également envisageables. [0031] Le procédé comprend une première étape 100 de dépôt, une deuxième étape 110 de dépôt, une première étape 120 de cuisson, une troisième étape 130 de dépôt, une étape 140 d'évaporation, une étape 150 d'ablation, une quatrième étape 160 de dépôt et une deuxième étape 170 de cuisson. [0032] Lors de la première étape de dépôt 100, une première couche de peinture 25 est déposée sur la surface 20. [0033] Par exemple, une sous-couche d'accroche 30 est déposée sur la surface 20 puis re- couverte par la première couche de peinture 25. [0034] La première couche de peinture 25 couvre au moins partiellement la surface 20. Par exemple, la totalité de la surface 20 est couverte par la première couche de peinture 25. [0035] La première couche de peinture 25 présente la première teinte. Toute première teinte est susceptible d'être envisagée pour la première couche de peinture 25. [0036] La première teinte est la teinte qui est prévue pour former le motif 15 souhaité. Cette première teinte est, par exemple, une peinture opaque, une peinture métallisée, ou encore une peinture à effets, c'est-à-dire que la première couche de peinture 25 comprend plusieurs couches successives, notamment des couches présentant des propriétés différentes les unes des autres. [0037] Les peintures à effets permettent notamment d'obtenir des couleurs et des effet de motif particuliers. [0038] La première couche de peinture 25 comporte une première portion 35 et une deuxième portion 40. [0039] La première portion 35 est destinée à former le motif. [0040] La deuxième portion 40 est complémentaire de la première portion 35. En d'autres termes, la première couche de peinture 25 est formée par la réunion de la première portion 35 et de la deuxième portion 40. [0041] Lors de la deuxième étape de dépôt 110, une première couche de vernis 45 est déposée sur la première couche de peinture 25. [0042] La première couche de vernis 45 recouvre entièrement au moins la première portion 35. Par exemple, la première couche de vernis 45 recouvre entièrement la première couche de peinture 25. [0043] La première couche de vernis 45 présente, à l'issue de la deuxième étape de dépôt 110, une première épaisseur supérieure ou égale à 2 pm. [0044] La première couche de vernis 45 est transparente. En particulier, la première couche de peinture 25 est visible à travers la première couche de vernis 45. [0045] La première couche de vernis 45 comporte, notamment, une portion interne 47 et une portion externe 48. [0046] La portion interne 47 recouvre entièrement la première portion 35. Par exemple, la portion interne 47 recouvre entièrement la première couche de peinture 25. [0047] La portion interne 47 présente une épaisseur comprise entre 2 et 20 mm. [0048] La portion externe 48 recouvre la portion interne 47. En particulier, la portion externe 48 recouvre entièrement la portion interne 47. [0049] La portion interne 47 est interposée au moins entre la première portion 35 et la portion externe 48. [0050] Comme représenté sur la figure 2, la portion interne 47 est, par exemple, la portion de la première couche de vernis 45 qui est comprise entre la première couche de peinture 25 et une surface située à une distance prédéterminée de la première couche de peinture 25. La portion externe 48 est la portion de la première couche de vernis 45 qui est complémentaire de la portion interne 47. [0051] La portion externe 48 présente une épaisseur comprise entre 1 pm et 50 pm, par exemple supérieure ou égale à 5 pm. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, la portion externe 48 présente une épaisseur comprise entre 8µm et 20 pm. [0052] La deuxième étape de dépôt 110 est suivie de la première étape de cuisson 120. [0053] Lors de la première étape de cuisson 120, la première couche de peinture de peinture 25 et la première couche de vernis 45 sont cuites. En particulier, la pièce 15 est chauffée pour provoquer le séchage et le durcissement de la première couche de peinture de peinture 25 et de la première couche de vernis 45. [0054] La pièce 15 est, par exemple, chauffée à une température comprise entre 150°C et 200°C pendant une durée temporelle comprise entre 10 minutes et 30 minutes. [0055] Postérieurement à la première étape de cuisson 120, la troisième étape de dépôt 130 est mise en oeuvre. [0056] Au cours de la troisième étape de dépôt 130, une deuxième couche de peinture 50 est déposée sur la pièce 15. [0057] La deuxième couche de peinture 50 présente la deuxième teinte. [0058] La deuxième couche de peinture 50 recouvre au moins partiellement la première couche de peinture 25. Par exemple, la deuxième couche de peinture 50 recouvre entièrement la première couche de peinture 25. [0059] En particulier, la deuxième couche de peinture 50 est déposée sur la première couche de vernis 45. La deuxième couche de peinture 50 recouvre donc au moins partiellement, par exemple entièrement, la première couche de peinture 25 et la première couche de vernis 45. [0060] La deuxième couche de peinture 50 comporte une troisième portion 55 et une quatrième portion 60. [0061] La troisième portion 55 correspond à la première portion 35. Plus précisément, la troisième portion 55 présente la même forme que la première portion 35. En particulier, la troisième portion 55 et la première portion 35 sont superposables l'une à l'autre par une translation selon une direction perpendiculaire à la surface 20 de la pièce. [0062] La troisième portion 55 recouvre entièrement la première portion 35. En particulier, la troisième portion 55 recouvre uniquement la première portion 35 et ne recouvre pas la deuxième portion 40. [0063] La quatrième portion 60 correspond à la deuxième portion 40. Plus précisément, la quatrième portion 60 présente la même forme que la deuxième portion 40. En particulier, la quatrième portion 60 et la deuxième portion 40 sont superposables l'une à l'autre par une translation selon une direction perpendiculaire à la surface 20 de la pièce. [0064] La quatrième portion 60 recouvre entièrement la deuxième portion 40. En particulier, 6 la quatrième portion 60 recouvre uniquement la deuxième portion 40 et ne recouvre pas la première portion 35. [0065] Lors de la troisième étape de dépôt 130, la deuxième couche de peinture 50 comporte, par exemple, un solvant. [0066] A l'issue de la troisième étape de dépôt 130, la surface 20 de la pièce 15 est donc au moins partiellement recouverte d'un empilement de couches superposées comprenant la première couche de peinture 25, la première couche de vernis 45 et la deuxième couche de peinture 50, comme représenté sur la figure 2. Dans cet empilement de couches, la première couche de peinture 25 est la couche la plus proche de la surface 20 de la pièce 15 et la première couche de vernis 45 est interposée entre les première et deuxième couches de peinture 25, 50. [0067] La troisième étape de dépôt 130 est suivie de l'étape d'évaporation 140. [0068] Au cours de l'étape d'évaporation 140, le solvant contenu dans la deuxième couche de peinture 50 est partiellement évaporé. Par exemple, la pièce 15 et les couches 25, 45, 50 qui la recouvrent sont chauffées pendant une durée comprise entre 20 secondes et 5 minutes à une température comprise entre la température ambiante et 150°C. [0069] L'étape d'évaporation, également appelée « flash off » est susceptible d'être mise en oeuvre par exemple sans chauffage, avec un chauffage par rayonnement, ou encore dans un four convcctif classique. [0070] A l'issue de l'étape d'évaporation 140, le solvant n'est pas totalement évaporé. Par exemple, à l'issue de l'étape d'évaporation, la quantité de solvant contenue dans la deuxième couche de peinture 50 est comprise entre 20 pourcents (%) et 80 % de la quantité de solvant initiale. [0071] L'étape d'ablation 150 est mise en oeuvre postérieurement à l'étape d'évaporation 140. [0072] Au cours de l'étape d'ablation 150, la troisième portion 55 est ablatée à l'aide d'un faisceau laser 65. En d'autres termes, la troisième portion 55 est retirée à l'aide du faisceau laser 65. [0073] Le faisceau laser 65 est dirigé sur la troisième portion 55 jusqu'à ce que la troisième portion 55 soit complétement retirée. [0074] Le faisceau laser 65 présente une longueur d'onde. La longueur d'onde est, par exemple, choisie parmi une longueur d'onde ultra-violette, une longueur d'onde visible et une longueur d'onde infra rouge. [0075] Les longueurs d'onde ultra-violettes sont les longueurs d'onde comprises entre 10 nanomètres (nm) et 750 nm. Une longueur d'onde égale à 355 nm est un exemple de longueur d'onde ultra-violette. [0076] Les longueurs d'onde visibles sont les longueurs d'onde comprises entre 390 nm et 750 nm. 7 [0077] Les longueurs d'onde infra-rouges sont les longueurs d'onde comprises entre 750 nm et 100 pm. Une longueur d'onde égale à 1030 nm ou 1065 nm est un exemple de longueur d'onde infra-rouge. [0078] Le faisceau laser 65 présente une puissance, parfois appelée puissance nominale. La puissance est, par exemple, comprise entre 10 Watt (W) et 400 W. Selon un mode de réalisation, la puissance est de 30 W. [0079] Le faisceau laser 65 est un faisceau laser impulsionnel. Cela signifie que le faisceau laser 65 comporte un ensemble d'impulsions laser successives. [0080] Chaque impulsion présente une durée temporelle. [0081] La durée temporelle est par exemple, inférieure ou égale à 500 nanosecondes, en par- ticulier inférieure ou égale à 50 nanosecondes. Par exemple, la durée temporelle est strictement inférieure à une nanoseconde, notamment inférieure ou égale à 100 picosecondes. Selon un mode de réalisation, la durée temporelle de chaque impulsion est inférieure ou égale à 1000 femtosecondes (fs), par exemple comprise entre 100 fs et 600 fs. [0082] Les impulsions sont répétées au cours de l'étape d'ablation 150 avec une fréquence temporelle. [0083] La fréquence temporelle est, par exemple, comprise entre 500 hertz (Hz) et 3000 kilohertz (kHz). Selon un mode de réalisation, la fréquence temporelle est inférieure ou égale à 500 kHz. [0084] Chaque impulsion présente, par exemple, une énergie comprise entre 4 microjoules (pJ) et 1000 pJ. [0085] La quatrième portion 60 est conservée au cours de l'étape d'ablation 150. Par exemple, la quatrième portion 60 n'est pas illuminée avec le faisceau laser 65. [0086] L'ablation de la troisième portion 55 fait apparaître la première portion 35. En d'autres termes, la première portion 35 est visible à l'issue de l'étape d'ablation 150 alors que la première portion 35 était invisible antérieurement à l'étape d'ablation 150, puisque la première portion 35 était alors recouverte par la troisième portion 55. En particulier, l'issue de l'étape d'ablation 150, la première portion 35 est visible à travers la première couche de vernis 45. [0087] A l'issue de l'étape d'ablation 150, la première portion 35 est entièrement recouverte par la première couche de vernis 45. En particulier, la première portion 35 est entièrement recouverte par la portion interne 47 de la première couche de vernis 45. [0088] Au cours de l'étape d'ablation 150, la première couche de vernis 45 est, par exemple, partiellement ablatée par le faisceau laser 65. [0089] Selon un mode de réalisation, la portion externe 48 de la première couche de vernis 45 est au moins partiellement ablatée. Par exemple, la partie de la portion externe 48 qui correspond à la première portion 35 est entièrement ou presqu'entièrement retirée 8 au cours de l'étape d'ablation 150, comme représenté sur la figure 3. [0090] Au contraire, à l'issue de l'étape d'ablation 150, la portion interne 47 est conservée. [0091] En d'autres termes, antérieurement à l'étape d'ablation 150, la première couche de vernis 45 présente, au droit de la première portion 35, une première épaisseur cl . Postérieurement à l'étape d'ablation 150, la première couche de vernis 45 présente, au droit de la première portion 35, une deuxième épaisseur c2 strictement inférieure à la première épaisseur cl . [0092] Une différence d entre la première épaisseur cl et la deuxième épaisseur c2 est égale à l'épaisseur de la portion externe 48, donc comprise entre 5 !lm et 50 pm, notamment comprise entre 8 pm et 20 pm. [0093] Lors de la quatrième étape de dépôt 160, une deuxième couche de vernis 70 est déposée sur la pièce 15. [0094] La deuxième couche de vernis 70 recouvre la deuxième couche de peinture 50 et la première portion 35 de la première couche de peinture 25. [0095] Une vue en coupe partielle de la pièce 15 et de l'empilement de couches 25, 30, 45, 50 et 70 recouvrant la surface 20, dans l'état correspondant à l'issue de la quatrième étape de dépôt 160 est visible sur la figure 3. [0096] La deuxième couche de vernis 70 présente, par exemple, une épaisseur comprise entre 5 Fun et 20 p.m. [0097] La deuxième couche de vernis 70 est transparente. En particulier, la première portion 35 de la première couche de peinture 25 et la quatrième portion 60 de la deuxième couche de peinture 50 sont visibles à travers la deuxième couche de vernis 70. [0098] La quatrième étape de dépôt 160 est suivie de la deuxième étape de cuisson 170. Au cours de la deuxième étape de cuisson 170, la deuxième couche de peinture de peinture 50 et la deuxième couche de vernis 70 sont cuites. En particulier, la pièce 15 est chauffée pour provoquer le séchage et le durcissement la deuxième couche de peinture de peinture 50 et de la deuxième couche de vernis 70. [0099] La pièce 15 est, par exemple, chauffée à une température comprise entre 100 °C et 150°C pendant une durée temporelle comprise entre 10 minutes et 20 minutes. [0100] Grâce à l'utilisation d'un faisceau laser 65 impulsionnel, les transferts thermiques entre le faisceau laser 65 et la pièce 15 ou les différentes couches 25, 30, 45 et 50 sont limités Les risques que le faisceau laser 65 provoque une explosion si la pièce 15 est placée dans une atmosphère explosive pendant l'étape d'ablation 150 sont donc limités [0101] Le procédé est donc plus rapide que les procédés de l'état de la technique puisqu'il n'est pas nécessaire de retirer la pièce 15 de la ligne de peinture, même si la ligne de peinture présente une atmosphère explosive. [0102] En outre, le procédé de formation de motifs est susceptible d'être mis en oeuvre dans 9 une ligne de production de pièces 15 déjà existante avec un minimum de modifications. [0103] Par ailleurs, lorsque l'ablation est athermique grâce à l'utilisation d'un laser im- pulsionnel, la formation de scorie ou débris sur les zones non-ablatécs des couches de peinture 25, 50 est limitée. La qualité du revêtement de la pièce, telle que perçue par les utilisateurs, est donc améliorée. En particulier, l'empilement de couches 25, 30, 45 et 50 est plus lisse. [0104] L'utilisation d'impulsions de faible durée, inférieure ou égale à 50 nanosccondes, confère un caractère athermique à l'ablation qui assure une bonne qualité des couches de peinture 25, 50 après l'ablation. En particulier, le contrôle des limites de la zone ablatée est très précis, et l'apparition de zones rugueuses proches de ces limites est évitée. [0105] Une fréquence temporelle inférieure ou égale à 500 kHz participe également à diminuer les transferts thermiques et donc à diminuer les risques d'explosion et à améliorer la qualité des couches de peinture 25, 50. [0106] La présence de la première couche de vernis 45 permet d'assurer une bonne qualité de la première portion 35 de la première couche de peinture puisque cette première portion 35, protégée par la première couche de vernis 45, n'est pas affectée par le faisceau laser 65 au cours de l'étape d'ablation 150. La qualité du motif 10 formé sur la pièce 15 est donc améliorée. La durabilité de la pièce 15 est également améliorée puisque l'intégrité de la première portion 35 est conservée, et que la première portion 35 joue donc bien son rôle de protection de la pièce 15. [0107] Lorsque la portion externe 48 est retirée et la portion interne 47 conservée à l'issue de l'étape d'ablation 150, cela implique que le faisceau laser 65 est dirigé pendant plus longtemps sur la troisième portion 55 que si la première couche de vernis 45 n'était pas entamée par le faisceau laser 65. La troisième portion 55 est donc plus complètement retirée que si la portion externe 48 n'était pas retirée, et la qualité du motif 10 ainsi formé est meilleure puisque le risque que des parties de la troisième portion 55 subsistent à l'issue de l'étape d'ablation 150 est limité. [0108] Une différence entre les première et deuxième épaisseurs el et e2 comprise entre 5 pm et 50 pm correspond à une portion externe 48 dont le retrait permet notamment d'atteindre une telle bonne qualité du motif 10. [0109] La cuisson de la première couche 25 avant le dépôt de la deuxième couche présente trois avantages : d'une part la cuisson stabilise cette couche de peinture et évite les mélanges possibles entre couches tluides lors de l'application, d'autre part cela stabilise la couche sous-jacente vis-à-vis de l'ablation de la couche supérieure, enfin, la cuisson évite le piégeage de solvants résiduels sous les couches supérieures. [0110] Le dépôt 160 de la deuxième couche de vernis 70 après l'ablation 150 permet d'assurer une bonne protection de la deuxième couche 50 contre la corrosion, puisque la deuxième couche de vernis 70 n'est pas entamée par le faisceau laser 65 et qu'aucune portion de la deuxième couche 50 n'est donc exposée à l'atmosphère à l'issue de la mise en oeuvre du procédé. [0111] -11 est à noter que des modes de mise en oeuvre du procédé de la figure 1 ne comprenant pas la deuxième étape de dépôt 110 sont envisageables. [0112] Dans ce cas, la première portion 35 de la première couche de peinture 25 est, par exemple, partiellement ablatée en surface par le faisceau laser 65. Cependant, la durée de l'étape d'ablation 150 et/ou la puissance du faisceau laser 65 sont choisies pour le faisceau laser 65 ne provoque l'apparition d'aucune ouverture traversant complètement la première portion 35. [0113] Selon une variante possible du procédé, la première étape de cuisson 120 est remplacée par une étape d'évaporation partielle du solvant présent dans la première couche 25 à l'issue de la première étape de dépôt 100. [0114] Le procédé a été décrit ci-dessus dans le cas où un unique motif 10 est formé. En par- ticulier, sur les figures 2 et 3, la première portion 35 est une portion continue de la première couche de peinture 25. [0115] Cependant, plusieurs motifs 10 séparés sont susceptibles d'être formés simul- tanément par le procédé, notamment si la première portion 35 est formée par la réunion de portions discontinues de la première couche de peinture 25. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]