Brevet FR3152950A1 — publié le 20250321

CELLULE UNITAIRE D’UNE STRUCTURE EN RESEAU Un aspect de l’invention concerne une cellule unitaire (1) d’une structure en réseau(5), caractérisé en ce qu’elle comprend trois niveaux : un premier niveau I de forme polygonale en étoile avec des branches (2, 20, 21) de hauteurs différentes, alternées ou non, un deuxième niveau II relié au premier niveau I et formant une surface de révolution (3) terminée par un rebord (30) en forme de S et, un troisième niveau III relié au deuxième niveau II et comprenant des lamelles (4) flexibles réparties uniformément sur la périphérie du rebord (30) en forme de S. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 6 CELLULE UNITAIRE D’UNE STRUCTURE EN RESEAU DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui d’une structure en réseau et plus particulièrement les cellules unitaires la composant ainsi que son utilisation. La présente invention concerne une cellule unitaire, la structure en réseau et une protection corporelle. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Il existe une multitude de structures en réseau pour divers applications, notamment pour protéger certaines parties du corps. Cependant bien que déformables ces structures ne sont souvent pas assez souples pour laisser suffisamment de liberté de mouvement permettant “d’oublier” qu’on porte une protection. En effet, il faut protéger le dos des utilisateurs lors de chute violente sur sol dur tout en permettant une liberté de mouvement en rotation. Il existe pour les sports de glisse comme le ski, le snowboard, le roller, le skateboard également le vélo de descente des protections permettant d’assurer la sécurité lors de figures acrobatiques et de se dépasser sans craindre pour sa sécurité. Les solutions qui existent se présentent sous forme de superposition de couches de mousse de différentes duretés ou de structure absorbante sous forme de plaque de thermoplastique injecté. Ainsi, certaines protections sont en plastique rigide, d'autres sont en mousse moulée ou en textile renforcé. Cependant, ces protections peuvent ne pas être suffisamment souples pour suivre les mouvements du corps et ne peuvent donc pas offrir une protection optimale contre les blessures. Les protections dorsales rigides ne sont donc pas suffisamment souples pour suivre les mouvements du corps, ce qui peut entraîner un manque de protection ou même de blessures. Il existe également des protections en textile renforcé, mais elles ne sont pas conçues pour s'adapter aux mouvements du corps. Les protections en textile peuvent aussi être difficiles à nettoyer et à entretenir. Les protections en mousse moulée peuvent être plus confortables, mais elles ne sont pas suffisamment solides pour protéger efficacement contre les blessures. Il existe le document FR2976775 divulguant un dispositif de protection dorsale comprenant un support déformable et une structure en réseau s'étendant sur une surface dudit support pour assurer une protection du dos contre les impacts. Cependant, il n’apporte pas de liberté de mouvement nécessaire permettant “d’oublier” qu’on porte une protection, il est également non respirant ce qui rend difficile son port pour une longue durée. Il existe donc un besoin d’une protection à la fois souple, respirante et suffisamment rigide pour protéger un utilisateur. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant la réalisation d’une structure en réseau à partir d’une cellule unitaire particulière. Un aspect de l’invention concerne une cellule unitaire d’une structure en réseau, caractérisé en ce qu’elle comprend trois niveaux : un premier niveau I de forme polygonale en étoile avec des branches de hauteurs différentes, alternées ou non, un deuxième niveau II relié au premier niveau I et formant une surface de révolution terminée par un rebord en forme de S et, un troisième niveau III relié au deuxième niveau II et comprenant des lamelles flexibles réparties uniformément sur la périphérie sur rebord en forme de S. Chacun des niveaux présente des spécificités particulières. Le premier niveau sert à la transmission de la force, l’absorption des chocs, il permet de garantir une certaine rigidité et d’éviter les perforations. Le deuxième niveau offre une grande résistance à la compression, notamment grâce au rebord en forme de S, ce qui est important pour répartir la force de choc sur une plus grande surface, ce qui aide à réduire la gravité des dommages causés par les impacts. Le troisième niveau permet un amortissement des chocs et un meilleur confort. Les branches de l’étoile seront de préférence de forme identique. Avantageusement, la surface de révolution est un cône de révolution ou un cylindre de révolution. Le cône de révolution, comme le cylindre de révolution, sont des formes qui ont une bonne résistance à la compression et comme ils sont creux, ils restent légers. Avantageusement, le cône de révolution présente une partie évasée orientée vers le premier niveau. Dans ce cas, le deuxième niveau est formé par l'empilement de deux cônes coaxiaux selon l’axe de révolution desdits cônes, le deuxième cône étant constitué par une partie du S du rebord en forme de S. Le sommet du cône inférieur est relié au cône inférieur par une surface qui suit la forme d'une spirale de Fermat (forme en S), créant une transition tangentielle. Avantageusement, les lamelles flexibles sont courbées vers l’extérieur. La courbure vers l’extérieur des lamelles permet d’avoir une plus grande surface d’absorption des chocs. Avantageusement, la forme polygonale en étoile comprend un nombre pair de branches, de préférence six. Le nombre pair minimum de branches est quatre. Cela permet d’avoir une meilleure coopération entre les branches (la plus optimale) des cellules dans une structure en réseau. Avantageusement, la forme polygonale en étoile comprend un nombre impair de branches. Le nombre minimal de branche est alors trois. Avantageusement, la cellule unitaire comprend un même nombre de lamelles flexibles et de branches de la forme polygonale en étoile. Cela facilite la construction d’une structure en réseau. Un second aspect de l’invention concerne une structure en réseau comprenant des cellules unitaires avec au moins une des caractéristiques précédentes. Les branches alternées en hauteur du premier niveau de la cellule unitaire de forme polygonale en étoile permet d’emboiter une branche haute d’une cellule unitaire avec une branche basse d’une cellule unitaire adjacente. Les branches hautes et basses peuvent ainsi s'ajuster pour absorber les impacts et réduire la pression sur certaines parties de la structure en réseau. Avantageusement, les lamelles de deux cellules unitaires adjacentes sont reliées entre elles formant un lien continu. Les cellules unitaires de la structure en réseau sont ainsi reliées les unes aux autres permettant de réaliser une structure en réseau continue. Avantageusement, la structure en réseau est réalisée par fabrication additive. On pourra utiliser une fabrication additive avec un matériau thermoplastique tel que du polyuréthane (TPU) et le procédé peut être par exemple de la Multi Jet Fusion (MJF) de HP. Le TPU est un matériau flexible et durable qui est souvent utilisé dans la production de produits en 3D, tels que les pièces souples et les revêtements. Un troisième aspect de l’invention est une protection corporelle comprenant la structure en réseau précédente. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre d’exemple et nullement limitatif de l’invention. FIG. 1 est une coupe d’une cellule unitaire selon l’invention, FIG. 2 est une vue en perspective de dessus d’un premier niveau de deux cellules unitaires imbriquées, FIG. 3 est une coupe d’un deuxième niveau d’une cellule unitaire, FIG. 4 est une vue en perspective de dessus d’un deuxième niveau d’une cellule unitaire, FIG. 5 est une vue en perspective de dessus d’un troisième niveau d’une cellule unitaire, FIG. 6 est une vue en perspective de dessus de plusieurs cellules unitaires formant une structure en réseau, FIG. 7 est une vue de profil d’une structure en réseau pliée du côté du troisième niveau, FIG. 8 est une vue de profil d’une structure en réseau pliée du côté du premier niveau. DESCRIPTION DETAILLEE Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Dans la suite de la description on appellera « haut » ou « supérieur » ce qui correspond au haut des figures 1 à 6, et « bas » ou « inférieur », au bas desdites figures. La cellule unitaire 1 illustrée à la FIG. 1 se décompose en trois niveaux reliés entre eux: un premier niveau I de forme polygonale en étoile avec des branches 2 de hauteur différente, alternées ou non, un deuxième niveau II comprenant une surface de révolution 3 terminée par un rebord 30 en forme de S, et un troisième niveau III comprenant des lamelles flexibles 4. Le premier niveau I situé en partie supérieure et en forme d’étoile comprend des branches hautes 20 et des branches basses 21 et le centre de l’étoile passant par un axe X présente un espace central 22. Cette différence de hauteur permet d’emboiter une branche haute 20 d’une cellule unitaire avec une branche basse 21 d’une autre cellule unitaire. L’espace central 22 permet à l’air de circuler, de réduire la consommation de matière première et faciliter le ponçage lors de la fabrication. De préférences les branches hautes 20 et basses 21 sont de forme identique. Les branches sont uniformément réparties, c’est-à-dire qu’en vue de dessus toutes les branches adjacentes forment un angle identique. Les branches basses 21 comprennent une excroissance 210 en partie inférieure permettant la liaison avec le deuxième niveau II. La longueur de chaque côté et le nombre de côtés de chaque branche 2 sont déterminés par les spécifications géométriques précises liées à l’usage prévu. Le deuxième niveau II comprend une surface de révolution 3 d’axe X, un cône de révolution 31 dans l’exemple illustré. Cette surface de révolution 3 est creuse ce qui définit une cavité intermédiaire 33, et terminée en partie haute par un anneau de base 32 qui est relié au premier niveau I. Cet anneau de base 32 est plus épais que le reste de la surface de révolution 3, ce qui permet une meilleure liaison avec les excroissances 210 du premier niveau I. Le surface de révolution 3 se termine en partie basse par un rebord 30 en forme de S, l’extrémité inférieure 300 du S est de préférence dirigée vers l’extérieur de la surface de révolution 3. La forme en S du rebord 30 joue un rôle d'amortisseur en cas de chocs, en permettant au deuxième niveau II de s'affaisser et d'absorber l'énergie. Le troisième niveau III situé en partie inférieure comprend plusieurs lamelles flexibles 4, de préférence de forme identique, et reliées en partie haute au rebord 30 au niveau de l’extrémité inférieure 300 du S. Le nombre de lamelles 4 peut être identique au nombre de branches 20 et 21 de la forme en étoile. Ces lamelles 4 sont de préférence courbées radialement vers l’extérieur. La cellule unitaire 1 permet de réaliser une structure en réseau 5 visible FIG. 6 . Cette structure 5 relie plusieurs cellules unitaires 1 identiques sur deux niveaux de la façon suivante : pour le premier niveau I : les branches hautes 20n d’une première cellule unitaire 1n se superpose avec une branche basse 21n+1 d’une cellule unitaire 1n+1 voisine (ou 1n-1), pour le troisième niveau III : les lamelles 4n d’une première cellule unitaire 1n est reliée avec une lamelles 4n+1 d’une cellule unitaire 1n+1 voisine. Ainsi dans l’exemple illustré, la cellule unitaire 1 a six branches 2 comprenant trois branches hautes 20 et trois branche basses 21, et six lamelles 4. Les six lamelles 4 sont de préférence placées en dessous des six branches 2. On peut voir FIG. 6 que chacune des branches hautes 20n peut se superposer avec une branche basse 21n+1 d’une cellule unitaire 1n+1 voisine et chaque lamelle 4n peut être reliée avec une lamelle 4n+1 d’une cellule unitaire 1n+1 voisine. La structure en réseau ainsi constitué est continu de par les lamelles 4 et imbriqué par les branches 2. L’alternance des parties hautes et des parties basses permet une répartition optimale de la charge appliquée sur la structure en réseau 5, ce qui améliore sa résistance mécanique, comme des écailles. Les branches hautes 20 et basses 21 peuvent s'ajuster pour absorber les impacts et réduire la pression sur certaines parties de la structure. De plus, la forme géométrique du polygone régulier étoilé offre une plus grande stabilité, ce qui est particulièrement adapté pour les applications nécessitant une protection contre les impacts car dans ce cas, les branches hautes 20 peuvent s'appuyer sur les branches basses 21 adjacentes et renforcer ainsi la structure. En cas de choc, la partie supérieure constituée de l’ensemble des branches hautes 20 permet de transmettre l'énergie du choc de la branche haute concernée à d'autres branches hautes voisines par l’intermédiaire des branches basses 21, qui peuvent alors absorber l'énergie et limiter la flexion par collision des branches voisines. La partie supérieure offre également une protection supplémentaire en cas de perforation par un objet. On peut voir FIG. 8 , la déformation de la structure en réseau 5 quand un effort ou un choc est appliqué sur la partie supérieure de la structure en réseau 5, cette déformation entraine un durcissement de la structure en réseau. Les branches se recouvrent de manière compact sans laisser un espace creux ce qui permet une protection efficace. Le rebord 30 en forme de S fait le lien entre le deuxième niveau II et le troisième niveau III. Ce rebord 30 joue un rôle d'amortisseur en cas de chocs, en permettant au deuxième niveau II de s'affaisser et d'absorber l'énergie. Le deuxième niveau II offre une grande résistance à la compression, ce qui est important pour répartir la force de choc sur une plus grande surface, ce qui aide à réduire la gravité des dommages causés par les impacts. En outre, la forme en cône de l’exemple illustré permet de maximiser la rigidité tout en minimisant le poids, ce qui est important pour les applications telles que la protection corporelle ou dorsale où le poids supplémentaire peut causer de l'inconfort pour l'utilisateur. L'utilisation d'une forme en cône permet également une transition entre les différentes parties de la structure, ce qui aide à réduire les points de stress locaux et à assurer une distribution uniforme de la force de choc sur l'ensemble de la structure en réseau. Enfin, le cône est un design facile à produire en utilisant des techniques d'impression 3D, ce qui peut aider à réduire les coûts et les délais de production. La liaison des lamelles 4 adjacentes permet une coopération parfaite entre les différentes cellules unitaires 1 sans nécessiter d'assemblage ultérieur. Ces jonctions entre les cellules unitaires 1 permettent une extension de la structure en réseau 5 lors des mouvements de l'utilisateur en raison de la flexibilité des lamelles 4. Le troisième niveau III pourra transmettre la force du choc à d'autres parties de la structure en réseau 5, ce qui améliore le confort et permet de mieux protéger l'utilisateur. L'agencement des lamelles autour de la partie intermédiaire permet également une meilleure adaptation aux mouvements de l'utilisateur pour un confort accru. On peut voir FIG. 7 , que la déformation de la structure en réseau 5 du coté du troisième niveau III, en contact avec l’utilisateur, est très flexible donnant de la souplesse à la structure en réseau quand un effort est appliqué de ce côté. La structure en réseau 5 est de préférence réalisée par fabrication additive avec un matériau thermoplastique polyuréthane (TPU), ou polyamide thermoplastique (TPA), polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyvinyle (PVC), polystyrène (PS). Le TPU est un matériau flexible et durable qui est souvent utilisé dans la production de produits en 3D, tels que les pièces souples et les revêtements. Le structure en réseau est de préférence monomatière, ce qui simplifie les processus de production, ce qui permet de produire rapidement et efficacement des protections personnalisées pour les utilisateurs et ces thermoplastiques peuvent être recyclés. Le choix des matériaux peut également déterminer les propriétés mécaniques telles que la résistance à la compression, la flexibilité, la résistance à l'impact et la durabilité. Le TPU est un matériau flexible et durable qui est également résistant à l'eau et aux impacts. Cela le rend particulièrement adapté pour une utilisation dans un élément de protection. On pourra utiliser un imprimante Multi Jet Fusion (MJF) de HP™ pour réaliser la structure en réseau 5, une imprimante 3D ou un autre équipement de fabrication additive. Ce procédé utilise une tête d'impression qui projette de la poudre de plastique fondue sur un lit de poudre pour construire l'objet. La tête d'impression est guidée par des fichiers numériques qui définissent les formes, les dimensions et les propriétés du produit fini. La poudre fondue est solidifiée pour former une couche solide et uniforme, puis une nouvelle couche de poudre est répandue sur le lit pour construire la prochaine couche de l'objet. Le processus peut être ajusté pour ajuster les propriétés mécaniques et les propriétés de flexibilité de la protection corporelle. Avec la technologie MJF, il est possible de produire une structure en réseau en une seule pièce sans avoir à assembler les différentes parties. Cela permet de minimiser les erreurs d'assemblage et d'améliorer la qualité du produit final. De plus, la production en une seule pièce permet d'optimiser la consommation de matière et de minimiser les déchets. En utilisant la technologie MJF, il est possible de produire des objets de haute qualité avec des propriétés mécaniques optimales pour une utilisation dans des applications industrielles ou sportives. Le structure en réseau 5 pourra être utilisée pour un équipement de protection sportif comme une protection corporelle telle qu’une protection dorsale, de tibia, de genou, une épaulière, une coudière, etc. Dans ce cas, le premier niveau I est placé à l’extérieur et le troisième niveau III au plus près de l’utilisateur. Selon l’impact maximal que la structure en réseau devra absorber, son épaisseur est calculée par simulation et définit l’encombrement d’une cellule. La longueur et l’épaisseur de chaque jonction est dimensionnée pour qu’elle s’oppose le moins possible à l’élongation et permette les mouvements. La structure en réseau grâce à ses nombreux vides lui donne une grande respirabilité et un poids réduit. Cellule unitaire(1) d’une structure en réseau (5), caractérisé en ce qu’elle comprend trois niveaux : un premier niveau I de forme polygonale en étoile avec des branches (2, 20, 21) de hauteurs différentes, alternées ou non un deuxième niveau II relié au premier niveau I et formant une surface de révolution (3) terminée par un rebord (30) en forme de S et, un troisième niveau III relié au deuxième niveau II et comprenant des lamelles (4) flexibles réparties uniformément sur la périphérie du rebord (30) en forme de S. Cellule unitaire (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de révolution (3) est un cône de révolution ou un cylindre de révolution. Cellule unitaire (1)selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le cône de révolution présente une partie évasée orientée vers la premier niveau I. Cellule unitaire (1) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lamelles (4) flexibles sont courbées vers l’extérieur. Cellule unitaire (1) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme polygonale en étoile comprend un nombre pair de branches (2, 20, 21), de préférence six. Cellule unitaire (1) selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la forme polygonale en étoile comprend un nombre impair de branches (2, 20, 21). Cellule unitaire (1) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’elle comprend un même nombre de lamelles (4) flexibles et de branches (2) de la forme polygonale en étoile. Structure en réseau (5) comprenant des cellules unitaires (1) selon une des revendications précédentes. Structure en réseau (5) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les lamelles (4) de deux cellules unitaires (1) adjacentes sont reliées entre elles formant un lien continu. Structure en réseau (5) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu’elle est réalisée par fabrication additive. Protection corporelle comprenant une structure en réseau (5) selon une des revendications 8 à 10.