Brevet FR3108616A1 — publié le 20211001

Composition d'un matériau biosourcé, recyclable et durable notamment pour la fabrication de fil pour l'impression en 3D, caractérisée en ce qu’elle comprend : - une base constituée de polyamide 11, PA11, grade extrusion, - de la farine d'origine végétale avec des fibres comprises entre 20 et 40µm, et - au moins une charge d'origine minérale COMPOSITION D'UN MATERIAU POUR LA FABRICATION EN 3D, NOTAMMENT POUR LA FABRICATION DE LUNETTES L’invention concerne une composition d'un matériau pour la fabrication en 3D susceptible d'être conformé en fil pour imprimante 3D. Les montures de lunettes sont réalisées pour la très grande majorité en matériau d'origine pétrolière. De nombreuses tentatives ont visé la réalisation de montures en matériau biodégradable ou constituées de matériaux biosourcés. On a ainsi vu des montures de lunettes en bois, des montures à base de bambou, des montures de lunettes à partir de polymère à base d'acide polycaprolactone mais ces produits n'ont pas donné satisfaction, du fait soit du prix de revient, soit des propriétés mécaniques insuffisantes, soit encore du fait que les libertés esthétiques étaient limitées en couleurs comme en formes. Des matériaux adaptés sont ceux décrits et revendiqués dans la demande de brevet français FR 2 982 269, au nom du même demandeur. Ces matériaux ont toutes les performances requises pour réaliser une monture parfaitement industrialisée et résistante, laissant libre cours aux créateurs pour les formes et couleurs. De plus les matières premières en font un matériau totalement recyclable. De même, les résistances à l'immersion et à l'agressivité de la sueur, la durabilité et la stabilité mécanique sont tout à fait adaptées au domaine de l'optique et donc pour recevoir des verres correcteurs en conservant les caractéristiques géométriques nécessaires pour assurer la correction voulue, ceci dans les conditions de température, d'humidité, d'ultraviolets auxquelles sera soumis le porteur. Les matériaux concernés sont obtenus par extrusion sous forme de compound ou granulés, suivant le vocabulaire utilisé, qui sont ensuite utilisés à chaud pour de l'injection sous pression. La réalisation des montures avec ces matériaux consiste à recourir à des moules et à mouler les pièces nécessaires pour réaliser ladite monture, à partir de ces granulés, mis en température pour obtenir une viscosité adaptée et pour permettre une injection sous pression dans le moule. On connaît par ailleurs la fabrication de produits à partir d'impressions 3D et les montures de lunettes, mais pas uniquement des montures, pourraient être fabriquées à partir d'une imprimante 3D car les possibilités de réalisation à partir de telles imprimantes sont infinies. Surtout, la fabrication 3D permettrait, par exemple dans le cas des lunettes, de réaliser, des montures sur mesure, à l'unité, avec les formes, les dimensions, les couleurs souhaitées et donc totalement personnalisées. L'impression 3D avec une imprimante est obtenue à partir d'un fichier numérique 3D qu'il est facile de personnaliser, de modifier en fonction des besoins, sans consommation de matière. Des logiciels existent pour faire des essais virtuels de telles montures, si bien que le client peut essayer ses lunettes et demander des modifications, ceci sans fabrication inutile, sans consommation de matière, sans délai. C'est ainsi que, non seulement, il est possible de personnaliser une monture du point de vue de la forme, des dimensions, des couleurs mais il est aussi possible de modifier la monture pour une adaptation à une caractéristique morphologique du visage de façon que la monture soit parfaitement ajustée avec un excellent maintien malgré cette caractéristique morphologique. On sait notamment que le visage est dissymétrique et il serait possible de tenir compte de la morphologie en allongeant par exemple une branche de la monture par rapport à l'autre, ce qui est actuellement impossible. Les extrémités des branches sont tout au plus déformées pour éviter les appuis inconfortables. De même pour les appuis sur les ailes du nez, malgré les plaquettes mobiles, même s'il existe des plaquettes de nez mobiles et même si des dispositifs ont été prévus pour s'adapter aux formes de nez, classés en grandes catégories, il n'existe actuellement aucune possibilité de modifier l'appui nasal pour des lunettes sans plaquette et les lunettes avec plaquettes qui restent dans tous les cas parfaitement symétriques. La fabrication 3D est un procédé peu couteux car les imprimantes 3D ne nécessitent que très peu d'interventions d'opérateurs. L'amortissement est rapide car les imprimantes travaillent en continu 24/24 et 7/7 et les performances sont considérablement améliorées tant dans la définition que dans les vitesses de travail. Par contre, pour cette réalisation de produits en 3D à partir d'une imprimante, il faut un fil d'impression, en matériau adapté. Le matériau doit répondre à de nombreux critères, ce qui fait la complexité du procédé et de sa mise en œuvre. Un premier critère est la résistance mécanique du fil pour permettre une traction en vue de l'enroulement en bobines puisque le fil est généralement obtenu par extrusion en sortie d'au moins une filière d'une extrudeuse dans laquelle sont introduits des granulés du matériau concerné et travaillant en température. Le fil en sortie de filière est conditionné en bobine et subit donc un enroulement, à une température à laquelle ledit matériau présente une certaine flexibilité du fait de la température, ne serait-ce que la température liée à l'échauffement dans l'extrudeuse. Obtenir la flexibilité en sortie d'extrudeuse n'est pas suffisant car il faut que le fil réalisé conserve une flexibilité permanente pour autoriser le déroulement de la bobine afin d'alimenter l'imprimante 3D et ceci généralement à température ambiante. Le fil doit rester non adhésif sur lui-même pour que les spires d'enroulement restent libres, y compris après une période de stockage de façon à assurer un déroulement aisé lors de l'utilisation dans l'imprimante 3D à laquelle il est destiné. Ceci ajoute aux contraintes du matériau obtenu selon l'enseignement de la demande de brevet FR 2 982 269. Ces contraintes doivent de plus, conserver les propriétés dudit matériau quant à sa recyclabilité et sans nécessiter de matières premières non renouvelables. La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention. La composition selon la présente invention, destinée à la réalisation d'un fil pour l'alimentation d'une imprimante 3D en matériau recyclable comprend : - une base constituée de polyamide 11, PA11, grade Extrusion, c’est-à-dire de viscosité élevée, - de la farine d'origine végétale, et - au moins une charge d'origine minérale. La plage de viscosité du polyamide est de 1cm 3 /10min dans les conditions de température de 235°C selon la norme ISO 1133. Un tel polyamide est commercialisé sous la marque RILSAN BESNO TL de la société ARKEMA. La farine d'origine végétale est choisie parmi les particules de matière d'origine végétale, obtenues par broyage/déchiquetage. Les farines retenues pour la présente composition sont des farines de bois, notamment de la farine de bois dur tel que du hêtre, de l'épicéa, du châtaignier, de l'orme, du noyer, du peuplier, voire du bouleau ou un mélange de ces essences. L'avantage de choisir parmi les bois durs, c'est que ces bois résistent à la température et ne présente pas d'odeur lors de l'opération d'extrusion qui se déroule en température. L'extrusion elle-même engendre des frictions importantes qui provoquent une élévation de la température, d'autant plus que la base est un polyamide grade extrusion donc très visqueux. Parmi les bois retenus, on inclut selon la présente invention le bambou qui n'est pas un bois mais une plante monocotylédone qui produit des tiges ligneuses qui présentent des propriétés très intéressantes pour la réalisation du produit selon la présente invention. Le choix de la granulométrie de la farine est un facteur clé de la présente composition et la granulométrie doit être de 20 à 40µm afin de permettre une meilleure répartition des fibres et donc une homogénéité des fibres dans la matière, tout en conservant une longueur de fibres suffisante pour conférer au fil réalisé mais aussi au produit final réalisé à partir du fil, une résistance mécanique suffisante. Il convient en effet d'éviter la délamination qui est un des problèmes de la fabrication de produit par impression 3D pour doter le fil réalisé et la pièce finale réalisée de propriétés sensiblement isotropes. La granulométrie est également très importante pour l'état de surface du fil obtenu après extrusion car si les fibres sont de trop gros diamètre, et de trop grande longueur, elles apparaissent en surface et donnent un état de surface périphérique du fil qui reste insatisfaisant. De la même façon, le taux de farine est essentiel et le taux de farine de bois dur et/ou de bambou, retenu dans la présente composition est de 2% en poids. Les fibres de bois impliquent une température de travail toujours inférieure à la température de dégradation des fibres de bois à savoir une température inférieure à 210°C. La au moins une charge d'origine minérale est dans le mode de réalisation retenu du talc et/ou du broyat de coquilles d'huîtres, introduit dans la composition au taux de 4% ± 5% afin de conférer au fil des propriétés de résistance mécanique et de résistance à la fatigue. Pour un essai conduit avec de la farine d'épicéa et/ou de bambou, avec 2% de farine de bois dur et/ou de bambou, en poids du poids total , ladite farine ayant des longueurs de fibre comprises entre 20 et 40µm, avec 4 % de talc en masse du poids total et le solde à 100% de Polyamide 11, grade extrusion, on obtient les résultats suivants : Dureté : - Shore D, 15s : 64 Flexion : - contrainte maximale : 55MPa - déformation : 6,7% - module de flexion : 1461 MPa Traction : - contrainte maximale : 44 MPa - allongement : 16% - module de traction : 1699 MPa Densité - 1,06. En ce qui concerne le procédé, le talc et la farine de bois sont mélangés puis introduits dans le polyamide dans un mélangeur et la composition est alors introduite dans une extrudeuse bivis en vue de son extrusion. La vitesse de rotation est de l'ordre de 200 à 500 tours/mi, avec un débit de 5 à 20kg/h. Le fil ainsi obtenu permet de travailler en impression 3D sans boucher les buses et avec un glissement aisé du fil dans la tête de dépose. De plus la résistance mécanique obtenue convient pour ériger des pièces en 3D. Les fibres de la farine étant dispersées, elles ont un très grand intérêt constructif car il est ainsi possible de lier entre eux les cordons déposés au précédent si bien que les fibres assurent un maillage entre les couches dans le sens perpendiculaire au sens de la dépose. Composition d'un matériau recyclable, notamment pour la fabrication de fil pour l'impression en 3D, caractérisée en ce qu’elle comprend : - une base constituée de polyamide 11, PA11, grade extrusion, - de la farine d'origine végétale avec des fibres comprises entre 20 et 40µm, et - au moins une charge d'origine minérale. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polyamide PA 11 est choisi pour une viscosité de 1cm 3 /10 min à la température de 235°C. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la charge d'origine minérale est du talc. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la charge d'origine minérale est du broyat de coquilles d'huîtres. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres d'origine végétale sont issus du bois dur et/ou de bambou. Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que le bois dur est choisi parmi le hêtre, l'épicéa, le châtaignier, l'orme, le noyer, le peuplier, le bouleau ou un mélange de ces essences.