Brevet FR3127707A1 — publié le 20230407

L’invention propose un dispositif de découpe pour découper un matériau, comprenant un fil (3) de découpe présentant deux extrémités, chaque extrémité étant reliée à un tambour (1a, 1b) d’enroulement, ledit fil (3) étant tendu, ledit fil (3) étant conducteur et mis sous tension électrique pour chauffer. Ce dispositif de découpe se caractérise en ce que ledit fil (3) est défilant au moment de la découpe, avec un enroulement autour d’un premier tambour (1a) simultanément à un déroulement d’un second tambour (1b), ledit dispositif présentant une zone de découpe (2) à sec dans laquelle se trouve un tronçon de fil (3) défilant apte à découper la matière venant à son contact. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Dispositif de découpe et procédé de découpe par fil chauffant défilant Domaine technique de l'invention L'invention concerne un dispositif de découpe pour découper un matériau. Ce dispositif comprend un fil de découpe. Les matériaux aptes à être découpés peuvent être de différentes natures, en particulier des matériaux organiques, plastiques, minéraux, ou encore de la glace, du verre, ou certains métaux, etc. De préférence, ce dispositif est conçu pour la découpe de bois. Il permet une découpe tridimensionnelle. L’invention concerne également un procédé de découpe d’un matériau avec un tel dispositif de découpe. Arrière-plan technique Il existe des solutions de découpage avec un fil chauffé statique et tendu. Ces solutions présentent une faible puissance de découpage effective, et sont utilisées depuis des décennies pour découper du polystyrène expansé ou extrudé, ou des mousses plastiques diverses. Pour obtenir une bonne efficacité de découpage des métaux, des solutions de découpage avec des systèmes classiques d’électroérosion sont utilisées. L’électroérosion, consiste à enlever de la matière à une pièce conductrice, à l’éroder pour lui donner les formes et les dimensions voulues à l’aide de décharges électriques. Dans le cadre de l’électroérosion à fil, un fil métallique déroulant et en tension est immergé dans de l’eau ou dans un autre liquide isolant (diélectrique) avec la pièce à travailler. Le courant envoyé forme un arc électrique qui engendre une dégradation précise et programmée d’une partie de la pièce. Les résidus créés par usure de la pièce, sont évacués par l’eau ou le liquide diélectrique. L’électroérosion présente de nombreux inconvénients. Tout d’abord, seuls les matériaux conducteurs peuvent être découpés. Ensuite, l’enlèvement de la matière est lent, tandis que la consommation électrique est élevée. De plus, on constate une érosion rapide du fil. On connaît également les solutions de découpe au jet d’eau. Or lorsque suite à la découpe, le matériau découpé est mouillé, et il n’est donc pas possible d’enchaîner avec une étape de collage sur une ligne de fabrication, car un matériau mouillé ne peut pas être encollé. La présente invention a pour objectif de pallier les différents inconvénients énoncés ci-dessus, au moyen d’un dispositif de découpe permettant de découper différents types de matériaux, conducteurs ou non, à l’aide d’un fil, de façon rapide et propre, avec une faible consommation électrique, et tout en offrant une bonne capacité de découpage. Le dispositif de découpe pour découper un matériau selon l’invention comporte, de façon classique, un fil de découpe présentant deux extrémités, chaque extrémité étant reliée à un tambour d’enroulement, ledit fil étant tendu, ledit fil étant conducteur et mis sous tension électrique pour chauffer. Ce dispositif de découpe se caractérise à titre principal en ce que ledit fil est défilant au moment de la découpe, avec un enroulement autour d’un premier tambour simultanément à un déroulement d’un second tambour, ledit dispositif présentant une zone de découpe à sec dans laquelle se trouve un tronçon de fil défilant apte à découper la matière venant à son contact. Il n’y a pas d’immersion. Il n’y a pas d’eau ou de liquide isolant. La découpe est opérée à sec. La découpe est réalisée de préférence à l’air libre, sans conditions spécifiques de température, d’humidité, ou autre. L’idée principale de cette invention consiste à découper de la matière au moyen d’un fil chauffant et déroulant. Le fil n’est donc plus statique comme dans certains arts antérieurs. Et c’est bien le fil en lui-même qui vient découper la matière lorsqu’il est à son contact. Il ne s’agit donc plus d’une découpe via un arc électrique qui dégrade le matériau, comme dans d’autres arts antérieurs. Dans le cas de la présente invention, le fil tranche la matière par effet thermique soit en la fondant, soit en la pyrolysant. Cette technique permet des économies d’énergie, puisqu’il n’y a pas d’arc à fournir. La découpe selon l’invention est simple de mise en œuvre, nécessite un faible effort de coupe, est silencieuse, ne génère pas de poussières. Le fil est initialement enroulé autour d’un premier tambour, puis se déroule lors de l’allumage du dispositif, et s’enroule simultanément autour d’un second tambour. Pendant ce temps, le fil découpe une ou plusieurs pièces, au niveau d’une zone de découpe définie dans le dispositif. Pour découper la pièce selon un certain trajet en fonction de la profondeur de découpe, de la longueur de découpe, et de la forme finale souhaitée, il y a un déplacement relatif entre la pièce à découper et le dispositif. Soit le dispositif est mobile tandis que la pièce à découper est fixe, soit la pièce est mobile tandis que le dispositif est fixe. Ce dispositif de découpe permet de découper des pièces de toutes épaisseurs. Ce dispositif offre une belle précision de découpe, de l’ordre de 0,1mm. Cette précision peut varier légèrement en fonction de l’épaisseur choisie pour le fil. Selon les différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : le dispositif de découpe comporte des moyens de mise sous tension électrique du fil par frottement : cela permet de mettre le fil sous tension dans une zone précise, tout en lui permettant d’être défilant. Lorsque le fil chauffe, il est capable de découper des matériaux plus facilement. Le chauffage à appliquer sur le fil dépend de la matière à découper. la température du fil sous tension électrique est comprise entre 0°C et 1000°C. Cette température sera choisie notamment en fonction de la résistance mécanique ultime à haute température du matériau utilisé pour le fil. lesdits moyens de mise sous tension électrique du fil par frottement consistent en deux balais reliés à des potentiels électriques différents, chaque balai présentant une face de contact sur laquelle frotte le fil en défilant : la tension est donc définie entre ces deux balais. chaque balai est rotatif selon un axe de rotation, les faces de contact étant orthogonales aux axes de rotation X respectifs : cela a pour effet de répartir l’usure sur toute la surface de chaque face de contact, et d’éviter la formation d’une rainure d’usure sur la face de contact. ladite zone de découpe est délimitée entre les deux balais : il n’y a donc que dans cette zone de découpe où le fil est sous tension électrique et chauffe. le dispositif de découpe comporte des moyens de mise en tension du fil : ces moyens permettent de garder le fil tendu sur tout son trajet le long du dispositif de découpe. lesdits moyens de mise en tension du fil consistent en un tendeur auquel sont associées des poulies par lesquelles passe le fil, entre les tambours et la zone de découpe. le dispositif de découpe comporte des moyens de dissipation thermique de la chaleur accumulée par les éléments du dispositif localisés dans et au voisinage de la zone de découpe. le fil fait partie des éléments à refroidir suite à sa montée en température dans la zone de découpe. des poulies sur lesquelles passe le fil font également partie des éléments à refroidir car elles ont accumulé de la chaleur au passage du fil : en effet, le fil est monté en température au niveau de la zone de découpe, puis arrive encore chaud sur les poulies, et ces dernières ont donc tendance à surchauffer. Il faut donc pouvoir les refroidir pour éviter qu’elles ne s’altèrent. les balais font également partie des éléments à refroidir. lesdits moyens de dissipation thermique consistent en des ventilateurs refroidissant lesdits éléments en sortie de la zone de découpe. lesdits moyens de dissipation thermique consistent en un jet d’air comprimé. le sens de déroulement du fil est réversible : à tout moment, il est possible de changer le sens de déroulement du fil. le dispositif de découpe comporte un châssis sur lequel sont fixés les tambours d’enroulement ainsi que des moyens de maintien en tension du fil, le fil effectuant un parcours d’un tambour à l’autre le long du châssis. L’invention concerne également un procédé de découpe d’un matériau avec un dispositif de découpe tel que décrit précédemment. Ce procédé comporte les étapes suivantes : - mise en rotation des tambours pour faire défiler le fil dans une zone de découpe; - mise sous tension électrique du fil dans la zone de découpe ; - mise en contact du matériau contre le fil au niveau de la zone de découpe selon une orientation et un trajet de découpe. De préférence, la vitesse de défilement du fil est réglable. Cette vitesse est donc variable. De préférence, la tension électrique appliquée sur le fil est réglable. Cette tension est donc variable. Cela permet d’avoir une plage de température du fil comprise entre 0°C et 1000°C. Cela permet également de régler et d’asservir la température du fil. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue générale en perspective du dispositif de découpe selon l’invention; la est une vue en perspective de la zone de découpe du dispositif de découpe de la ; la est une vue agrandie des moyens de mise en tension du fil du dispositif de découpe de la ; la est une vue schématique simplifiée du dispositif de découpe selon l’invention. Dispositif de découpe pour découper un matériau, comprenant un fil (3) de découpe présentant deux extrémités, chaque extrémité étant reliée à un tambour (1a, 1b) d’enroulement, ledit fil (3) étant tendu, ledit fil (3) étant conducteur et mis sous tension électrique pour chauffer, caractérisé en ce que ledit fil (3) est défilant au moment de la découpe, avec un enroulement autour d’un premier tambour (1a) simultanément à un déroulement d’un second tambour (1b), ledit dispositif présentant une zone de découpe (2) à sec dans laquelle se trouve un tronçon de fil (3) défilant apte à découper la matière venant à son contact, les deux tambours (1a, 1b) étant entraînés en rotation par deux moteurs (4) différents. Dispositif de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de mise sous tension électrique du fil (3) par frottement. Dispositif de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise sous tension électrique du fil (3) par frottement consistent en deux balais (14a, 14b) reliés à des potentiels électriques différents, chaque balai (14a, 14b) présentant une face de contact sur laquelle frotte le fil (3) en défilant. Dispositif de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque balai (14a, 14b) est rotatif selon un axe de rotation, les faces de contact étant orthogonales aux axes de rotation X respectifs. Dispositif de découpe selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite zone de découpe (2) est délimitée entre les deux balais (14a, 14b). Dispositif de découpe selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de mise en tension du fil (3). Dispositif de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en tension du fil (3) consistent en un tendeur (11) auquel sont associées des poulies (6a, 6b, 12a, 12b, 13a, 13b) par lesquelles passe le fil (3), entre les tambours (1a, 1b) et la zone de découpe (2). Dispositif de découpe selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de dissipation thermique de la chaleur accumulée par les éléments du dispositif localisés dans et au voisinage de la zone de découpe (2). Dispositif de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de dissipation thermique consistent en des ventilateurs (15a, 15b) refroidissant lesdits éléments en sortie de la zone de découpe (2). Dispositif de découpe selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sens de déroulement du fil (3) est réversible. Dispositif de découpe selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un châssis (9) sur lequel sont fixés les tambours (1a, 1b) d’enroulement ainsi que des moyens de maintien en tension du fil (3), le fil (3) effectuant un parcours d’un tambour à l’autre le long du châssis (9). Procédé de découpe d’un matériau avec un dispositif de découpe selon l’une des revendications précédentes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : mise en rotation des tambours (1a, 1b) pour faire défiler le fil (3) dans une zone de découpe (2) ; mise sous tension électrique du fil (3) dans la zone de découpe (2) ; mise en contact du matériau contre le fil (3) au niveau de la zone de découpe (2) selon une orientation et un trajet de découpe prédéfinis. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la vitesse de défilement du fil (3) est réglable. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tension électrique appliquée sur le fil (3) est réglable.