Brevet FR3106296A1 — publié le 20210723

Procédé de fabrication d’une pièce moulée comprenant une étape de recuit et outil pour la mise en œuvre d’un tel procédé Le procédé de fabrication comprend successivement, le moulage de la pièce (2) dans un moule (4) à l’aide d’une matière plastique, le démoulage de la pièce (2) à un instant auquel la température à cœur de la pièce (2) est strictement supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) de la matière plastique et la température superficielle de la pièce (2) est strictement inférieure à ladite température de transition vitreuse (Tg), un recuit au cours duquel la température superficielle de la pièce (2) repasse au-dessus de la température de transition vitreuse (Tg) du fait de la chaleur apportée à la superficie de la pièce (2) par le cœur de la pièce (2), puis un refroidissement au cours duquel la température à cœur et la température superficielle de la pièce (2) repassent au-dessous de la température de transition vitreuse (Tg) et diminuent conjointement. Figure pour l'abrégé : Figure 2 Procédé de fabrication d’une pièce moulée comprenant une étape de recuit et outil pour la mise en œuvre d’un tel procédé La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce moulée comprenant une étape de recuit. Il est possible de munir un écran d’affichage dynamique d’un système d’info-divertissement d’un véhicule automobile d’une lentille de protection transparente recouvrant l’écran d’affichage dynamique. La lentille de protection est par exemple moulée en matière plastique, par exemple par moulage par injection ou par moulage par compression. Après le moulage, le démoulage puis le refroidissement de la lentille de protection, cette dernière peut présenter des contraintes internes résiduelles qui sont sources de fissurations sous contrainte, de biréfringence pouvant affecter la visualisation de l’écran d’affichage dynamique à travers la lentille de protection, ou de déviations dimensionnelles. Afin de limiter les contraintes internes résiduelles présentes dans la lentille de protection moulée, il est possible, après le démoulage de la lentille de protection, de réaliser un traitement thermique de recuit (« annealing » en anglais) de la lentille de protection à une température supérieure à la température de transition vitreuse du matériau dont est constitué la lentille de protection. Cependant, le résultat n’est pas toujours entièrement satisfaisant, et ce recuit augmente le temps de fabrication de la lentille de protection. Un des buts de l’invention est de proposer un procédé de fabrication d’une pièce moulée qui permette de limiter les contraintes interne résiduelles dans la pièce moulée tout en limitant le temps de fabrication de la pièce moulée. A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pièce moulée dans une matière plastique présentant une température de transition vitreuse, le procédé de fabrication comprenant successivement, le moulage de la pièce dans un moule, le démoulage de la pièce à un instant auquel la température à cœur de la pièce est strictement supérieure à la température de transition vitreuse et la température superficielle de la pièce est strictement inférieure à la température de transition vitreuse, un recuit au cours duquel la température superficielle de la pièce repasse au-dessus de la température de transition vitreuse du fait de la chaleur apportée à la superficie de la pièce par le cœur de la pièce, puis un refroidissement au cours duquel la température à cœur et la température superficielle de la pièce repassent au-dessous de la température de transition vitreuse et diminuent conjointement. Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé de fabrication comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - au cours du recuit, la température superficielle de la pièce rejoint la température à cœur de la pièce, la température superficielle et la température à cœur restant supérieures à la température de transition vitreuse ; - à l’issue du recuit, la différence entre la température à cœur et la température superficielle est inférieure à 10°C, en particulier inférieure à 5°C ; - au cours du refroidissement de la pièce, la différence entre la température à cœur et la température superficielle est inférieure à 10°C, en particulier inférieure à 5°C ; - la durée du recuit est supérieure à 60 secondes, de préférence supérieure à 120 secondes ; - le procédé comprend le refroidissement actif du moule avant le démoulage de la pièce de manière que la température superficielle de la pièce soit inférieure à la température de transition vitreuse alors que la température à cœur de la pièce est encore supérieure à la température de transition vitreuse ; - la matière plastique est amorphe et/ou transparente ; - le recuit et le refroidissement sont réalisés de manière passive thermiquement, la pièce étant par exemple stockée à température ambiante ; - la pièce est une lentille de protection d’un écran d’affichage dynamique, par exemple un écran d’affichage dynamique d’un système d’info-divertissement d’un véhicule ; - la pièce démoulée est posée sur une surface de réception d’un gabarit pendant le recuit et le refroidissement, la surface de réception présentant une forme adaptée à celle de pièce et/ou étant adaptée pour limiter les frottements entre la pièce et la surface de réception ; - le gabarit est muni d’un revêtement réalisé dans une matière limitant les frottements ou une matière pulvérulente définissant la surface de réception et/ou muni de canaux d’injection d’air débouchant sur la surface de réception pour former un film d’air entre la surface de réception et la pièce. L’invention concerne également un gabarit configuré pour recevoir une pièce moulée après son démoulage en vue de son refroidissement, le gabarit possédant une surface de réception pour poser la pièce, la surface de réception présentant une forme adaptée à celle de pièce, le gabarit étant muni d’un revêtement réalisé dans une matière limitant les frottements ou une matière pulvérulente définissant la surface de réception et/ou muni de canaux d’injection d’air débouchant sur la surface de réception pour former un film d’air entre la surface de réception et la pièce. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels ; - la Figure 1 est une vue en coupe d’un moule pour le moulage d’une pièce, illustrant une étape de moulage ; - la Figure 2 est un graphique illustrant l’évolution de la température du cœur de la pièce et de la température superficielle de la pièce en fonction du temps au cours du démoulage, du recuit et du refroidissement ; - la Figure 3 est une vue en coupe de la pièce démoulée et posée sur un gabarit, illustrant des étapes de recuit et de refroidissement de la pièce ; - [Fig 5] les Figures 4 et 5 sont des vues analogue à celle de la Figure 2, illustrant des gabarits pour le recuit et le refroidissement de la pièce ; et - la Figure 6 est une vue en coupe d’un empilement de gabarits ; La Figure 1 illustre une étape de moulage d’un pièce 2 réalisée dans une matière plastique. La pièce 2 est par exemple une lentille de protection d’un écran d’affichage dynamique, en particulier un écran d’affichage dynamique d’un système d’info-divertissement d’un véhicule, en particulier un véhicule automobile. La pièce 2 est par exemple transparente. Ceci permet la visualisation d’un écran d’affichage dynamique situé derrière la pièce 2. La pièce 2 est par exemple réalisée dans une matière plastique amorphe, en particulier une matière plastique amorphe transparente. La pièce 2 est réalisée par exemple dans un matériau plastique possédant une température de transition vitreuse, généralement notée Tg. La température de transition vitreuse Tg du matériau plastique est par exemple comprise entre 100°C et 170°C. La pièce 2 est réalisée par exemple dans une matière plastique choisie parmi les suivantes : polycarbonate (PC), et Poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). La température de transition vireuse Tg du polycarbonate (PC) est de l’ordre de 150°C. La température de transition vireuse Tg du Poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) est de l’ordre de 108°C. La pièce 2 présente par exemple la forme d’une plaque mince. La pièce 2 en forme de plaque est par exemple plane ou courbe. Le moulage de la pièce 2 est réalisé dans un moule 4. Le moule 4 comprend par exemple deux parties de moule 6, 8 définissant entre elles une cavité de moulage 10 pour le moulage de la pièce 2. Les parties de moule 6, 8 sont déplaçables l’une par rapport à l’autre entre une position fermée (Figure 1) permettant le moulage de la pièce 2 et une position ouverte permettant le démoulage de la pièce 2. En position fermée, les parties de moule 6, 8 sont rapprochées l’une de l’autre (Figure 1), et en position ouverte, les parties de moules 6, 8 sont écartées l’une de l’autre. Le moulage de la pièce 2 est réalisé par exemple par moulage par injection. Le moule 4 est alors fermé, puis la matière plastique à l’état liquide est injectée dans la cavité de moulage 10 du moule 4 pour former la pièce 2 dans la cavité de moulage 10. Le moule 4 configuré pour le moulage par injection comprend au moins un conduit d’injection 12 pour injecter la matière plastique à l’état liquide dans la cavité de moulage 10. Sur la Figure 1, le moule 4 comprend deux conduits d’injection 12. En variante, le moulage de la pièce 2 est réalisé par moulage par compression. De la matière plastique à l’état liquide est placée dans le moule 4 ouvert, puis le moule 4 est fermé de sorte que la matière plastique est comprimée dans le moule 4 et mise en forme dans la cavité de moulage 10. Le moulage de la pièce 2 est réalisé avec la matière plastique à l’état liquide chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. La matière plastique est par exemple chauffée avant son injection dans le moule 4 fermé dans le cas d’un moulage par injection ou avant d’être placée dans le moule 4 ouvert dans le cas d’un moulage par compression. Le procédé de fabrication de la pièce 2 comprend le démoulage de la pièce 2 à un instant auquel la température superficielle de la pièce 2 est strictement inférieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique et la température à cœur de la pièce 2 est strictement supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. La température superficielle de la pièce 2 est la température en surface de la pièce 2, i.e. la température au niveau de la surface externe. La température à cœur de la pièce 2 est la température à l’intérieur de la pièce 2, en particulier dans l’épaisseur de la pièce 2. La Figure 2 est un graphique sur lequel figure le temps en abscisse et la température en ordonnée, une première courbe C1 illustrant la température à cœur de la pièce 2 au cours du temps, et une deuxième courbe C2 illustrant la température superficielle de la pièce 2 au cours du temps après le démoulage. La pièce 2 est démoulée à un instant t1 de démoulage, auquel la température à cœur T1 de la pièce 2 est strictement supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique tandis que la température superficielle T2 de la pièce 2 est strictement inférieure à la température transition vitreuse Tg de la matière plastique. De préférence, au moment du démoulage de la pièce 2, la différence entre la température à cœur de la pièce 2 et la température de transition vitreuse Tg est strictement supérieure à la différence entre la température de transition vitreuse Tg et la température superficielle de la pièce 2. Après le démoulage de la pièce 2, le procédé de fabrication comprend un recuit de la pièce 2 au cours duquel la pièce 2 dans son ensemble est à une température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. Sur la Figure 2, le recuit est réalisé entre un instant t2 de début de recuit et un instant t3 de fin de recuit. Pendant le recuit de la pièce 2, la température superficielle de la pièce 2 et la température à cœur de la pièce 2 sont toutes les deux supérieures à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. Après le démoulage de la pièce 2 à l’instant t1 de démoulage, du fait de la différence de température entre le cœur et la superficie de la pièce 2, la température à cœur de la pièce 2 (courbe C1) diminue progressivement et la température superficielle de la pièce 2 (courbe C2) commence par augmenter du fait de la chaleur fournie par le cœur de la pièce 2 à la superficie de la pièce 2, avant de diminuer conjointement à la diminution de la température à cœur de la pièce 2. Selon le procédé de fabrication, la pièce 2 est démoulée avec une température à cœur et une température superficielle telles que la température superficielle augmente jusqu’à passer au-dessus de la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique pour provoquer un recuit de la pièce 2. Entre l’instant t1 de démoulage et un instant t2 de début de recuit de la pièce 2, le procédé comprend une étape de transition au cours de laquelle la température à cœur de la pièce 2 est supérieure à la température de transition vitreuse Tg et diminue progressivement tandis que la température superficielle de la pièce 2 est inférieure à la température de transition vitreuse Tg et augmente progressivement jusqu’à atteindre la température de transition vitreuse Tg du fait de la chaleur apportée par le cœur de la pièce 2 à la superficie de la pièce 2. A l’instant t2 de début de l’étape de recuit, i.e. à l’instant auquel la température superficielle de la pièce 2 passe au-dessus de la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique, la température à cœur de la pièce 2 est strictement supérieure à la température de transition vitreuse Tg. Dans un exemple de réalisation, au cours du recuit, la température superficielle rejoint progressivement la température à cœur, de telle sorte qu’avant la fin du recuit, la température à cœur et la température superficielle sont sensiblement égales. De préférence, à l’issue du recuit, la différence ΔT entre la température à cœur et la température superficielle de la pièce 2 est égale ou inférieure à 10°C, en particulier égale ou inférieure 5°C. Le recuit se termine lorsqu’au moins une de la température à cœur et de la température superficielle de la pièce 2 redevient inférieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. De préférence, la durée D du recuit, i.e. la durée t3 – t2 pendant laquelle l’ensemble de la pièce 2 est à une température supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique, est égale ou supérieure à 30 secondes (s), de préférence égale ou supérieure à 1 minute (min). Après le recuit, le procédé de fabrication comprend un refroidissement de la pièce 2 pendant lequel la température à cœur et la température superficielle sont sensiblement égale et diminuent conjointement. De préférence, pendant le refroidissement, la différence ΔT entre la température à cœur et la température superficielle de la pièce 2 est à chaque instant égale ou inférieure à 10°C, en particulier égale ou inférieure à 5°C. De préférence, au cours du refroidissement, les variations de la température superficielle et les variations de la température à cœur de la pièce 2 sont inférieure à 5°C/min, de préférence inférieure à 1°C/min. A l’issue du refroidissement de la pièce 2, la température superficielle et la température à cœur de la pièce 2 sont sensiblement égales. En option, le procédé de fabrication comprend, avant le démoulage, le refroidissement actif du moule 4 pour refroidir la pièce 2 en superficie, de telle manière que la température à cœur de la pièce 2 est supérieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique tandis que la température superficielle de la pièce 2 est inférieure à la température transition vitreuse Tg de la matière plastique, afin de permettre le démoulage conformément au procédé de fabrication. Le moule 4 est par exemple refroidi de manière que la température des surfaces délimitant la cavité de moulage 10 soit inférieure à la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. Ainsi, la température superficielle de la pièce 2 qui vient d’être moulée peut être abaissée au-dessous de la température de transition vitreuse Tg de la matière plastique. Le refroidissement actif du moule 4 est réalisé par exemple à l’aide d’un dispositif de refroidissement 14. Le dispositif de refroidissement 14 comprend par exemple des conduits de refroidissement 16 pour la circulation d’un fluide caloporteur circulant à travers une ou chaque partie de moule 6, 8. Dans l’exemple illustré sur la Figure 1, des conduits de refroidissement 16 circulent à travers chaque partie de moule 6, 8. Le recuit et le refroidissement de la pièce 2 après démoulage sont réalisés par exemple de manière passive thermiquement. La pièce 2 est par exemple stockée sans chauffage actif ou refroidissement actif de la pièce 2. La pièce 2 démoulée est par exemple laissée à l’air ambiant. La température ambiante est par exemple comprise entre 18°C et 25°C. Elle est par exemple d’environ 23°C. Le recuit d’une durée D souhaitée réalisé de manière passive thermiquement est obtenu en ajustant les températures (température à cœur au démoulage T1 et température superficielle au démoulage T2 par rapport à la température de transition vitreuse Tg et à la température ambiante de refroidissement) et les caractéristiques de la pièce 2 (matériau plastique constituant la pièce 2, forme) de manière à obtenir l’étape de recuit d’une durée souhaitée. De préférence la différence entre la température à cœur T1 de la pièce 2 et la température de transition vitreuse Tg à l’instant t1 de démoulage est comprise entre 50°C et 150°C et/ou la différence entre la température de transition vitreuse Tg et la température superficielle T2 de la pièce 2 à l’instant t1 de démoulage est comprise entre 30°C et 70°C. De préférence le ratio de la différence entre la température à cœur T1 de la pièce 2 à l’instant t1 de démoulage et la température de transition vitreuse Tg sur la différence entre la température de transition vitreuse Tg et la température superficielle T2 de la pièce 2 à l’instant t1 de démoulage est compris entre 2 et 3. De préférence, à l’instant t2 auquel la température superficielle est égale à la température de transition vitreuse Tg, la différence entre la température à cœur de la pièce 2 et la température superficielle de la pièce 2 (égale à la température de transition vitreuse Tg) est supérieure à 30°C. Dans un exemple de mise en œuvre, les étapes de recuit et de refroidissement après démoulage de la pièce 2 sont mises en œuvre de manière passive en plaçant la pièce 2 sur un support de recuit ou gabarit 20 (« jig » en anglais). Un gabarit 20 est un support de forme correspondant à celle de la pièce 2, permettant de supporter la pièce 2 en cours de refroidissement en minimisant les contraintes appliquées à la pièce 2 au cours de son refroidissement, pour limiter les contraintes résiduelles présentes dans la pièce 2 à l’issue de son refroidissement. Dans un exemple de réalisation, le gabarit 20 est configuré recevoir la pièce 2 pose en appui par l’intermédiaire d’une surface de référence 2A de la pièce 2 sur le gabarit 20. Avantageusement, le gabarit 20 est configuré pour limiter les frottements entre la surface de référence 2A et la gabarit 20 qui pourraient survenir du fait d’un retrait de la pièce 2 au cours de son refroidissement. Ceci évite l’apparition de contraintes résiduelles, en particulier sur la surface de référence 2A Un gabarit 20 comprend par exemple une surface de réception 22 possédant une forme complémentaire d’une surface de référence 2A de la pièce 2, la pièce étant mise à refroidir en étant posée en appui par sa surface de référence 2A sur la surface de réception 22 du gabarit 20. Dans un exemple de réalisation, le gabarit 20 comprend un substrat 24 et un revêtement 26 recouvrant le substrat 24, le revêtement 26 définissant la surface de réception 22. Le revêtement 26 est configuré pour limiter les frottements avec la pièce 2 posée sur le revêtement 26. Dans un exemple de réalisation illustré sur la Figure 3, le revêtement 26 est une couche de matériau cohérente, par exemple réalisée en silicone. La couche de matériau cohérente a par exemple une dureté inférieure à 70 shore A et une rugosité de surface réduisant la surface de contact à moins de 10%. Dans un exemple de réalisation illustré sur la Figure 4, le revêtement 26 est une couche de matériau pulvérulent, réalisée par exemple dans un matériau choisi parmi les suivants : poudre de polyamide ou billes de verre, ayant une granulométrie maximum de 200µm. Dans un exemple de réalisation illustré sur la Figure 5, le gabarit 20 est configuré pour la génération d’un coussin d’air ou un film d’air entre la surface de réception 22 et la pièce 2. Le gabarit est par exemple muni de canaux 28 d’alimentation en air débouchant sur la surface de réception 20. Ceci permet de souffler de l’air sous la pièce 2 posée sur la surface de réception du gabarit 20 pour générer un coussin d’air entre la pièce 2 et la surface de réception 22, ce qui limite les frottements. Avantageusement, comme illustré sur la Figure 6, le gabarit 20 est configuré pour pouvoir recevoir la pièce 2 tout en étant gerbé ou empilé avec d’autres gabarits 20. Ceci permet d’empiler les gabarits 20 pour stocker de multiples pièces 2 en cours de refroidissement en limitant l’encombrement de l’ensemble. Grâce au procédé de fabrication, la pièce peut être soumise à une étape de recuit suivie d’un refroidissement de la pièce au cours duquel la température superficielle et la température à cœur de la pièce sont proches, ce qui permet de relâcher les contraintes internes de la pièce à l’issue du moulage et de limiter l’apparition de contraintes résiduelles au cours du refroidissement de la pièce. Cela limite aussi le risque de déformation. Il est donc possible d’obtenir une pièce moulée avec peu de contraintes résiduelles internes, une biréfringence limitée et des dimensions appropriées. Le gabarit muni d’un revêtement réalisé dans une matière limitant les frottements ou une matière pulvérulente, ou muni de canaux pour former un film d’air, permet de refroidir la pièce 2, par exemple passivement, en limitant les frottements avec le gabarit pour limiter encore l’apparition de contraintes résiduelles. Procédé de fabrication d’une pièce (2) moulée dans une matière plastique présentant une température de transition vitreuse (Tg), le procédé de fabrication comprenant successivement, le moulage de la pièce (2) dans un moule (4), le démoulage de la pièce (2) à un instant auquel la température à cœur de la pièce (2) est strictement supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) et la température superficielle de la pièce (2) est strictement inférieure à la température de transition vitreuse (Tg), un recuit au cours duquel la température superficielle de la pièce (2) repasse au-dessus de la température de transition vitreuse (Tg) du fait de la chaleur apportée à la superficie de la pièce (2) par le cœur de la pièce (2), puis un refroidissement au cours duquel la température à cœur et la température superficielle de la pièce (2) repassent au-dessous de la température de transition vitreuse (Tg) et diminuent conjointement. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel, au cours du recuit, la température superficielle de la pièce rejoint la température à cœur de la pièce, la température superficielle et la température à cœur restant supérieures à la température de transition vitreuse (Tg). Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, à l’issue du recuit, la différence entre la température à cœur et la température superficielle est inférieure à 10°C, en particulier inférieure à 5°C. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours du refroidissement de la pièce, la différence entre la température à cœur et la température superficielle est inférieure à 10°C, en particulier inférieure à 5°C. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la durée du recuit (D) est supérieure à 60 secondes, de préférence supérieure à 120 secondes. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant le refroidissement actif du moule (4) avant le démoulage de la pièce (2) de manière que la température superficielle de la pièce (2) soit inférieure à la température de transition vitreuse alors que la température à cœur de la pièce (2) est encore supérieure à la température de transition vitreuse (Tg). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le recuit et le refroidissement sont réalisés de manière passive thermiquement, la pièce étant par exemple stockée à température ambiante. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce est une lentille de protection d’un écran d’affichage dynamique, par exemple un écran d’affichage dynamique d’un système d’info-divertissement d’un véhicule. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce (2) démoulée est posée sur une surface de réception (22) d’un gabarit (20) pendant le recuit et le refroidissement, la surface de réception (22) présentant une forme adaptée à celle de pièce (22) et/ou étant adaptée pour limiter les frottements entre la pièce (2) et la surface de réception (22). Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel le gabarit (20) est muni d’un revêtement réalisé dans une matière limitant les frottements ou une matière pulvérulente définissant la surface de réception (22) et/ou muni de canaux d’injection d’air débouchant sur la surface de réception pour former un film d’air entre la surface de réception (22) et la pièce (2). Gabarit configuré pour recevoir une pièce moulée après son démoulage en vue de son refroidissement, le gabarit possédant une surface de réception (22) pour poser la pièce (2), la surface de réception (22) présentant une forme adaptée à celle de pièce (22), le gabarit (20) étant muni d’un revêtement réalisé dans une matière limitant les frottements ou une matière pulvérulente définissant la surface de réception (22) et/ou muni de canaux d’injection d’air débouchant sur la surface de réception pour former un film d’air entre la surface de réception (22) et la pièce (2).