Brevet FR3132460A1 — publié le 20230811

La présente invention concerne le secteur de la fabrication additive d’objets à double paroi à base d’argile (faïence, porcelaine, grès) ou toute matière pâteuse qui se solidifie au séchage ou à la cuisson (céramique, béton). Elle concerne plus précisément celui-des objets usuels pour lesquels deux parois sont obtenues par empilement de strates successives d’un matériau structurant déposé sous forme non solide. Légendes des illustrations des Dessins 1. Récipient central 2. Cavité entre les deux parois. 3. Paroi externe 4. Paroi interne 5. Orifice de remplissage de la cavité entre les deux parois. 6. Jonction verticale au sommet des parois. 7. Fond (ici muni d’un orifice de drainage) du récipient central. 8. Colombin de matière déposée. 9. Sens de dépôt du colombin de matière. 10. Jonction horizontale entre les parois. Procédé pour la construction d’un objet à double paroi par fabrication additive. Secteur technique La présente invention concerne le secteur de la fabrication additive d’objets à double paroi à base d’argile (faïence, porcelaine, grès) ou toute matière pâteuse qui se solidifie au séchage ou à la cuisson (céramique, béton). Elle concerne plus précisément celui-des objets usuels pour lesquels deux parois sont obtenues par empilement de strates successives d’un matériau structurant distribué sous forme non solide. État de la technique antérieure 1. Les propriétés de la céramique : Depuis des siècles, certaines propriétés de ce matériau abondant et naturel qu’est la céramique sont utilisées pour la conception d’objets du quotidien. Ainsi, cuites à haute température (environ 1280 degrés) le grès ou la porcelaine sont solides et hermétiques quand la faïence, cuite aux environ de 980 degrés restera poreuse sans émail mais pourra être rendue hermétique par différents procédés, dont l’émaillage. La fabrication d’objets en céramique se fait par l’utilisation d’un argile pâteux et non solide qui sera séché et cuit pour l’obtention de l’objet en céramique. 2. Exemple de champs d’application d’un objet en céramique à double paroi : le pot à auto-irrigation. La capillarité de la terre cuite peut permettre une irrigation douce des plantes par tout en évitant une évaporation d’eau inutile sur le principe des ollas à enterrer. Comme beaucoup d’autres, l’entreprise française oyas environnement www.oyas.eco ou l’entreprise suédoise WetPot www.wetpot.com utilisent ce principe. Certains potiers qui travaillent au tour manuel ont pu mettre au point des pots ayant pour tâche de fournir une plus grande autonomie dans le processus d'irrigation d'espèces végétales en apportant aux espèces végétales l'humidité nécessaire, les exonérant ainsi de tout stress hydrique. Il se compose d'un pot construit avec de l'argile naturelle parfois mélangée avec du sel de mer pour une plus grande porosité pour optimiser l'approvisionnement en eau de l'espèce végétale plantée en son centre. Un orifice sur le dessus de la double paroi permet de remplir le réservoir d’eau. Le fond du pot peut être percé pour permettre le drainage de l’excédent d’eau et ainsi éviter le pourrissement des racines de la plante comme ce qui peut arriver dans le système WetPot. La paroi extérieure du pot peut être émaillée pour éviter l’évaporation contenue dans la double paroi quand la paroi intérieure reste brute, sans émail, pour permettre à l’espèce végétale plantée en terre au centre du récipient d’absorber la quantité d’eau qui lui est nécessaire, par capillarité. [Fig.1 représentation d’un pot à double paroi] et [Fig.2 coupe transversale de biais de la figure 1] 3. Méthode de fabrication traditionnelle de ce type d’objets : la méthode de fabrication des potiers traditionnels d’un récipient en argile à double paroi en une seule partie pour la culture d'espèces végétales, avec un système d'auto-irrigation par exsudation d'eau reste difficile. Le potier monte au tour une première paroi haute qu’il rabat ensuite pour laisser une cavité à l’intérieur du boudin ainsi créé. Le pot ainsi créé est forcement circulaire et la dextérité nécessaire à la réalisation de ce type de pot ou récipient au tour de potier nécessite un savoir faire manuel que très peu de potiers possèdent et un temps de réalisation long. Ceci limite la diffusion d’une telle solution. Une autre méthode serait la création d’un moule en plâtre mais la complexité de conception d’un moule en plâtre pour un pot en argile à double paroi en limite lui aussi la diffusion. 4. Champs d’application : au-delà des pots à auto-irrigation, d’autres champs d’application peuvent être considérés (liste non-exhaustive) : A. réalisation de tasses, mugs, théière, cafetières, seaux à vin, soupières, plats, à double paroi : la double paroi permet ici de créer une couche isolante thermique remplie d’air entre la partie extérieure du contenant et ce qu’il contient. B. réalisation de frigos du désert optimisés en remplissant la double paroi de sable humide pour faire baisser la température des denrées contenues à l’intérieur de ce frigo. Cette technique est largement utilisée en Afrique en insérant un pot dans un autre. Notre technique permettrait d’optimiser la fabrication en ne fabricant une seule pièce qui peut être mieux isolée de l’extérieur. C. Réalisation de tabatières ou caves à cigares qui préservent l’humidité du tabac grâce à l’eau contenue dans la double paroi. 5. Etat de l’Art en fabrication additive : aujourd’hui la fabrication additive de céramique naturelle, sans ajout d’intrants chimiques, se fait principalement par dépôt de colombins en couches successives par extrusion de matière sur le principe des machines fabriquées par 3D Potter, Lutuum (Vormvrij3D) ou Wasp. La technique actuelle des imprimantes 3d céramique nécessite un dépôt de matière en flux continu, sans interruption, ce qui ne permet pas de créer aisément une double paroi. [Fig.3 coupe transversale de face de la figure 1. La montée des parois verticales de l’objet se fait par dépôt de colombins de matière comme indiqué dans le détail] Explication de l'invention Afin de palier aux problématiques de production d’objets utilitaires en céramique naturelle nécessitant une double paroi, l’invention a pour but d’offrir une solution simple de réalisation par fabrication additive. L’invention est un procédé de fabrication qui se compose d’un chemin de dépose de matière de manière à obtenir un pot ou récipient ceint d’une double paroi elle aussi fermée sur les côtés. La paroi externe comme la cavisté centrale peuvent au choix être fermées sur le dessus et le dessous, être ouvertes sur le dessous, le dessus ou aux deux extrémités ou être fermées mais agrémentées d’un orifice de remplissage. Exemples : [Fig.1 représentation d’un pot à double paroi] et [Fig.2 coupe transversale de biais de la figure 1] Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention. Pour la réalisation du chemin de dépose de matière, le design de la pièce doit prévoir la forme de la paroi extérieure dont le chemin est modifié en un point pour se prolonger vers la paroi intérieure, former la paroi intérieure et revenir vers la paroi extérieure quasiment à l’endroit où le chemin avait été modifié pour aller vers l’intérieur de manière à ce que le colombin déposé ne chevauche pas le premier colombin déposé mais vienne se coller à la partie du colombin déjà déposé qui fait la jonction entre la paroi extérieure et la paroi intérieure. [Fig.4 Chemin de dépôt du colombin de matière par la buse de l’imprimante lors de sa 1ere couche, vue de dessus] Ainsi, la matière déposée va se coller sans se chevaucher au niveau de la jonction entre les deux parois. La distance entre les deux passages de dépôt de matière au niveau de la jonction entre les deux parois se calcule en fonction de la taille de la buse d’extrusion utilisée, de la hauteur de couche par passage et de la viscosité de la matière utilisée. Ces trois facteurs faisant varier l’épaisseur de chaque colombin déposé. La pièce pourra ainsi être montée en continu sans interruption sur toute sa hauteur Des montées parallèles parfaitement verticales permettront l’obtention d’une pièce ouverte sur le dessus alors que la montée en biais d’une ou deux parois permettra l’obtention d’une cavité fermée, le passage du colombins créant une jointure supérieure. [Fig.3 coupe transversale de face de la figure 1. La montée des parois verticales de l’objet se fait par dépôt de colombins de matière comme indiqué dans le détail] et [Fig.5 Chemin de dépôt du colombin de matière par la buse de l’imprimante après dépôt de plusieurs couches de matière, sans interruption entre les couches] Des essais concluants ont été réalisés avec de la faïence PF3D du fournisseur Collet, une buse d’extrusion de 4mm et une hauteur de couche de 1.6mm avec une distance entre les deux passages comprise entre 1 et 1.5mm. Lors du séchage, les jonctions se scelleront d’elles-mêmes en se collant directement. Le fond de la pièce peut être réalisé directement en fabrication additive par dépôt de matière ou sur une plaque de matière. Des réalisations ont été fabriquées en fabrication additive en faïence, grès et porcelaine, émaillées ou non et cuites au four de potier avec succès et sont prêtes à être dévoilées et commercialisées. : L’objet est ceint d’une double paroi construite en une seule pièce. Il se caractérise par le fait que la double paroi est fabriquée de manière additive par dépôt de matière en un seul passage d'un matériau pâteux de type argile ou béton frais qui durcit au séchage ou à la cuisson sans colle ni adjuvant pétrochimique. : La double paroi peut être ouverte ou fermée à ses extrémités supérieure et inférieure, dotée d’un orifice de remplissage ou non suivant les fonctions recherchées pour l’objet ainsi créé. Le procédé peut permettre d’ajouter plus de parois si nécessaire et ne se limite pas à deux parois. : Le fond et la partie supérieure de l’objet peuvent être ouverts ou fermés dotés d’un orifice de remplissage ou non suivant les fonctions recherchées pour l’objet ainsi créé. Le design, la forme, la taille, la couleur et la décoration de l’objet peuvent varier en fonction de la demande du marché.