Brevet FR3164462A1 — publié le 20260116

L’invention concerne un dispositif (1) de polymérisation d’un matériau (M) contenant une résine polymérisable, déposé sur un substrat (S), le dispositif (1) comprenant au moins une source UV (2) apte à polymériser le matériau (M), où ladite au moins une source UV (2) est pulsée. Figure d’abrégé : Figure 1 Procédé de polymérisation L’invention concerne un procédé de polymérisation. Il est connu de durcir un matériau contenant une résine polymérisable en lui apportant de l’énergie. Cette énergie est classiquement apportée sous forme de chaleur ou de lumière. Dans le cas d’une lumière, l’utilisation de l’ultraviolet ou UV est particulièrement avantageuse. La polymérisation d’un matériau contenant une résine polymérisable est utilisée dans de nombreux domaines. Il peut être cité la réalisation de dépôts/revêtements de surface au moyen de peinture, de laque, de vernis, où les constituants, tels les pigments sont mélangés avec une résine polymérisable. Ceci permet un dépôt en phase fluide sur un substrat et un durcissement ultérieur par polymérisation in situ. Ceci ouvre des applications pour le bâtiment, la décoration, la carrosserie pour l’automobile, l’aviation, la marine ou le spatial. Il peut encore être mentionné la réalisation intégrale d’objet par la fabrication de matériau composites, où une matrice de résine est durcie autour d’une éventuelle armature en fibres, par exemple de verre ou de carbone. La résine peut être additionnée d’autres constituants, tel du bois. Ceci est appliqué à la fabrication de coques de bateaux. Ceci peut encore être appliqué à la fabrication de mobiliers urbains, de mobiliers intérieurs, de jeux d’enfant d’extérieur. Il peut encore être cité, les domaines de l’onglerie ou de la dentisterie, pour la réalisation de prothèses. De manière générale, l’invention est applicable partout où une résine polymérisable est durcie au moyen d’une source UV. L’invention propose une amélioration sensible de la technique d’éclairage UV classique. Pour cela, l’invention a pour objet un dispositif de polymérisation d’un matériau contenant une résine polymérisable, matériau déposé sur un substrat, le dispositif comprenant au moins une source UV apte à polymériser le matériau. L’invention est caractérisée en ce que ladite au moins une source UV est pulsée. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - la pulsation de la source UV présente une puissance lumineuse comprise entre 1 et 50 W/cm², de préférence comprise entre 1 et 25 W/cm², préférentiellement égale à 12 W/cm², - la source UV présente une longueur d’onde d’émission centrée sur une longueur d’onde de réaction des photo-initiateurs de polymérisation de la résine polymérisable du matériau, - la fréquence de pulsation de ladite au moins une source UV est comprise entre 1 et 1000 Hz, - ladite au moins une source UV comprend au moins une DEL, - ladite au moins une source UV comprend une matrice de DELs, linéaire ou surfacique, - la tension de commande de pulsation de ladite au moins une source UV comprend une tension de base continue non nulle à laquelle est ajoutée une tension pulsée positive, comprenant des pics de tension selon la fréquence de pulsation, un pic de tension créant un pic lumineux, - le dispositif comprend un chariot mobile relativement à la surface du substrat, emportant un moyen de dépôt apte à déposer le matériau sur la surface du substrat, et ladite au moins une source UV est fixée sur le chariot, - le dispositif comprend encore un moyen de dépôt apte à déposer le matériau sur la surface du substrat, le moyen de dépôt est fixé sur le chariot, et ladite au moins une source UV est disposée sensiblement en arrière du moyen de dépôt, relativement à la trajectoire du chariot, - le chariot est emporté par un portique cartésien comprenant trois axes prismatiques sensiblement orthogonaux entre eux et un quatrième axe rotatif autour du troisième axe, ou le chariot est emporté par un bras robotisé, comprenant entre 2 et 4 axes rotatifs, - ladite au moins une source UV est déplacée de manière à rester en permanence à une distance sensiblement constante du substrat, - ladite au moins une source UV est orientée de manière à ce que son axe lumineux reste en permanence sensiblement perpendiculaire à la surface du substrat, - la pulsation de ladite au moins une source UV est ajustée, en puissance lumineuse et/ou en fréquence en fonction d’une position de la source UV par rapport à la surface du substrat. Selon un autre aspect, un procédé de polymérisation d’un matériau contenant une résine polymérisable au moyen d’une source UV, employant un tel dispositif. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : FIG. 1 montre, en vue schématique sectionnelle axiale, un dispositif de polymérisation selon l’invention, FIG. 2 montre, en vue perspective, un dispositif de polymérisation selon l’invention, FIG. 3 montre, la répartition de la puissance lumineuse émise par un dispositif de polymérisation selon l’invention, FIG. 4 montre un mode de réalisation d’une source UV par une matrice de DELs. L’invention concerne un dispositif 1 de polymérisation d’un matériau M contenant une résine polymérisable, matériau déposé sur un substrat S. De manière connue, le dispositif 1 comprend une source UV 2 apte à polymériser le matériau M. Selon l’art antérieur, l’éclairage UV est réalisé en continu. Ceci est typiquement réalisé au moyen d’une lampe à décharge. Au contraire, selon une caractéristique particulièrement ingénieuse de l’invention, la source UV 2 est pulsée. On entend par pulser, le fait que la tension d’alimentation de la source UV 2 est modulée sous forme d’impulsions discrètes régulièrement émises, produisant un rayonnement UV comprenant des impulsions discrètes similaires. Il est possible de varier tant la puissance lumineuse des impulsions lumineuses produites que leur fréquence, en fonction de la quantité d’énergie que l’on souhaite émettre pour réaliser la polymérisation. Le fait de remplacer une source UV 2 continue par une source UV 2 pulsée présente de nombreux avantages. Du fait d’un principe d’action et réaction, le rayonnement UV pénètre le matériau M selon une plus grande profondeur. En effet, lorsque, selon l’art antérieur, un rayonnement UV continu est envoyé, perpendiculairement à la surface du matériau M, ladite surface réfléchit, en régime établi, une partie importante du rayonnement UV. Au contraire, lorsqu’une impulsion de rayonnement UV est envoyée, la surface n’a pas le temps de réagir et le rayonnement UV pénètre ladite surface, et cette pénétration s’effectue plus en profondeur. Ceci permet avantageusement une polymérisation plus en profondeur. Une impulsion permet une pénétration, même en présence d’une couche oxydée en surface. Une telle couche oxydée en surface est particulièrement réfléchissante à un rayonnement UV continu. Cette pénétration accrue permet une polymérisation plus rapide. Ceci est avantageux, notamment parce que cela évite d’éventuelles coulures de la résine polymérisable du matériau M. L’utilisation d’une source UV 2 pulsée consomme beaucoup moins d’énergie qu’une source UV classique. Ceci est doublement vrai. D’une part, le fait de créer une efficacité/pénétration améliorée permet de réduire l’énergie nécessaire, à polymérisation constante. D’autre part, le fait de pulser la source UV 2 limite la consommation de courant à la durée des impulsions, nettement inférieure à la consommation en régime continu. Selon une autre caractéristique, la source UV 2 émet des impulsions lumineuses ayant une puissance comprise entre 1 et 50 W/cm², et de préférence entre 1 et 25 W/cm². De bons résultat sur des peintures ou des vernis notamment ont été obtenus avec une puissance de l’ordre de de 12 W/cm². La puissance peut être choisie inversement proportionnelle avec la fréquence de la pulsation. Ainsi, si la fréquence de pulsation est choisie élevée, la puissance est choisie faible, et inversement, en fonction de la réactivité de la résine à polymériser. Pour une absorption maximale du rayonnement UV par la résine polymérisable du matériau M, la longueur d’onde de l’émission UV est préférentiellement centrée sur la longueur d’onde de réaction des photo-initiateurs de polymérisation de la résine polymérisable du matériau M. Aussi, cette longueur d’onde dépend du matériau M et de la résine polymérisable qu’il contient. Selon une autre caractéristique, la fréquence de pulsation de ladite au moins une source UV 2 est comprise entre 1 et 1000 Hz. La fréquence est choisie en pratique par des tests en fonction du temps de réponse de la source UV et / ou en fonction de la réactivité de la résine à polymériser. Dans un exemple, l’invention peut être utilisée pour la polymérisation d’une couche de vernis ou de peinture de quelques micromètres d’épaisseur sur un substrat tel qu’une pièce de carrosserie automobile. Dans un autre exemple, l’invention peut être utilisée pour polymériser dans la masse une pièce ayant une épaisseur de l’ordre de quelques centimètres et réalisée dans un matériau comprenant des fibres liées par une résine à polymériser. Une telle pièce est par exemple une pièce d’un mobilier urbain, une coque de bateau, etc. La profondeur de pénétration du rayon UV, et donc de la polymérisation dépend de la transparence des fibres, en plus des propriétés de la source UV. La FIG. 3 illustre un exemple de répartition D d’énergie lumineuse distribuée sur la surface du matériau M à polymériser. Cette répartition D est sensiblement gaussienne. Cette répartition peut en pratique être ajustée en ajustant les paramètres de la source UV ainsi que les paramètres de déplacement de la source UV à proximité de la surface à traiter. Selon une autre caractéristique, la source UV 2 comprend au moins une diode électroluminescente ou DEL. Une telle DEL UV est apte à produire un rayonnement UV tout à fait satisfaisant pour la polymérisation. Les avantages des DELs sont nombreux. Une ou plusieurs DELs permettent de réaliser une source UV 2 de bien plus petite taille et consommant nettement moins de courant que les lampes à décharge classiquement utilisées pour les applications de polymérisation envisagées. Le fait d’utiliser une ou plusieurs DELs est donc synergique avec la caractéristique de pulsation. Elle permet de diminuer encore davantage la consommation d’énergie électrique. Une DEL peut avantageusement être choisie pour émettre à une longueur d’onde cible : la longueur d’onde des initiateurs de polymérisation. Ceci est en avantage relativement à une source UV large spectre. En effet, les UVs de longueurs d’onde écartées de la longueur d’onde cible ont tendance à réagir avec la résine et à produire, de manière préjudiciable, de l’ozone. De plus, l’énergie transmise sur les longueurs d’ondes écartées de la longueur d’onde cible est une énergie perdue pour la réaction attendue. Une conséquence de la consommation d’énergie réduite est que la source UV 2 s’échauffe moins. Avantageusement ceci permet de réaliser un moyen de refroidissement de la source plus simple. Un tel moyen de refroidissement est plus petit, plus facile à intégrer ou embarquer et consomme moins d’énergie. Il est possible de réaliser la source UV 2 avec une ou plusieurs DELs. Selon une autre caractéristique, la source UV 2 comprend une matrice de DELs. Cette matrice peut être linéaire. Dans ce cas les DELs sont organisées sous forme d’un vecteur. Ce vecteur peut être rectiligne. Il peut encore s’agir d’une ligne courbe. La courbure de cette ligne, qui peut être dans plusieurs dimensions, peut avantageusement suivre le profil de la pièce à polymériser. Ceci permet avantageusement de réaliser une source UV 2 capable de traiter une polymérisation sur une largeur égale à la longueur de ladite ligne. Ainsi, une telle source UV 2 linéaire, déplacée perpendiculairement à sa direction d’extension, permet de balayer un matériau M à polymériser par bandes de ladite largeur en une seule passe. La matrice peut être surfacique, tel qu’illustré à la FIG. 4 . Dans ce cas les DELs sont organisées sous forme d’un tableau bidimensionnel, avantageusement rectangulaire. Ceci permet les mêmes avantages que le vecteur précédent, mais en augmentant la puissance du rayonnement UV. Dans le cas d’une matrice, linéaire ou surfacique, toutes les DELs sont préférentiellement synchronisées, de manière à émettre leurs impulsions simultanément. Les arrangements matriciels, linéaire ou surfacique, permettent avantageusement de réaliser une polymérisation sur des surfaces présentant des géométries complexes, y compris avec des courbures importantes, en adaptant le cas échéant la forme de la matrice au profil de la pièce à polymériser. Selon une autre caractéristique, la tension de commande de pulsation de ladite au moins une source UV, comprend une tension de base continue non nulle à laquelle est ajoutée une tension pulsée positive, comprenant des pics de tension selon la fréquence de pulsation, un pic de tension créant un pic lumineux. La tension de base continue non nulle peut être relativement faible, y compris insuffisante à illuminer la source UV 2. Elle garantit avantageusement que la source UV 2 n’est jamais non alimentée. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas où la source UV 2 comprend des DELs. En effet, une coupure de l’alimentation après chaque impulsion risque d’endommager la source UV 2 et particulièrement dans le cas d’une DEL. Aussi, la présence d’une tension de base continue non nulle, garantit que la source UV 2 et particulièrement une DEL n’est jamais éteinte, mais est en permanence au moins alimentée par ladite tension de base. La pulsation augmente périodiquement la tension en ajoutant une impulsion de tension.. De préférence, la tension de base est égale ou légèrement supérieure à la tension de seuil d’une DEL. Dans un exemple, la tension de base est comprise entre 1 fois et 1, 25 fois la tension de seuil d’une DEL. Selon un mode de réalisation, le dispositif 1 comprend un chariot 3 mobile. Ce chariot 3 peut être déplacé relativement à la surface du matériau M comprenant la résine à polymériser. Dans un exemple, le chariot est monté coulissant ( FIG. 1 et sur la FIG. 2 ) selon une direction Y sur un portique lui-même mobile en translation selon une direction X perpendiculaire à Y, le portique étant positionné au plus près de la surface du matériau M et de sorte que le plan (X, Y) soit autant que possible sensiblement parallèle la surface du matériau M. La source UV 2 est avantageusement fixée sur le chariot 3. Ceci permet d’envoyer le rayonnement UV en direction du matériau M. Un tel chariot mobile sur un portique, lui-même mobile, peut être utilisé pour polymériser dans la masse le matériau M composite, matériau conformé dans un moule par exemple. Selon un autre mode de réalisation, le chariot emporte également un moyen de dépôt 4, apte à déposer le matériau M comprenant une résine, sur la surface d’un substrat S. Le substrat S peut être une pièce accueillant un dépôt de matériau M de type peinture ou vernis. Le substrat S peut encore être un moule ou une pièce à surmouler dans le cas d’une fabrication en matériau composite. Le substrat S peut encore être une couche de matériau M précédemment polymérisé. Selon l’application envisagée, le moyen de dépôt 4 est par exemple une tête d’impression apte à projeter un jet de gouttes d’encre ou de vernis, une tête de peinture apte à projeter un jet continu de peinture ou encore un moyen de remplissage d’un moule de matériau M. Pour ce mode de réalisation, avantageusement, la source UV 2 est fixée sur le chariot 3 et disposée à l’arrière du moyen de dépôt 4 ( FIG. 1 et FIG. 2 ). L’arrière s’entend ici, relativement à la trajectoire du chariot 3, de telle manière à ce que la source UV 2 suive le moyen de dépôt 4. Ceci permet d’envoyer le rayonnement UV en direction du matériau M immédiatement après son dépôt sur le substrat S de sorte à limiter les risques de coulure de matériau M. Selon une autre caractéristique, le chariot 3 est emporté par toute structure. Cette structure peut être, par exemple, un portique cartésien comprenant trois axes X, Y, Z prismatiques sensiblement orthogonaux entre eux et un quatrième axe rotatif autour du troisième axe Z. Alternativement, le chariot 3 peut être emporté par un bras robotisé, comprenant entre 2 et 4 axes rotatifs. Selon une autre caractéristique, la source UV 2 est déplacée de manière à rester en permanence sensiblement à une distance b constante du substrat S. Ceci peut être réalisé par le chariot 3 lui-même, piloté de telle manière à maintenir sensiblement constante la distance b avec la surface du matériau M ou avec la distance au substrat S. Ceci peut alternativement ou complémentairement être réalisé par un actionneur permettant de régler une distance b entre le chariot 3 et la source UV 2. Cet actionneur peut avantageusement être asservi sur ladite distance b. Ceci permet de travailler sur des pièces ou des supports de formes, de surfaces et de dimensions variées, y compris des pièces ou supports présentant localement des rayons de courbure importants. Selon une autre caractéristique, la source UV 2 est orientée de manière à ce que son axe lumineux reste en permanence sensiblement perpendiculaire à la surface du substrat S. Ceci garantit une polymérisation optimale. Comme précédemment, ceci peut être réalisé par le chariot 3 lui-même, piloté de telle manière à maintenir sensiblement constante l’orientation α relativement à la surface du matériau M ou du substrat S. Ceci peut alternativement ou complémentairement être réalisé par un actionneur permettant de régler l’orientation de la source UV 2 relativement au chariot 3. Cet actionneur peut avantageusement être asservi sur ladite orientation. Selon une autre caractéristique encore, la source UV 2 et, le cas échéant, le moyen de dépôt 4 sont pilotés en fonction de la position du chariot 3 par rapport à la surface du matériau M et en fonction d’une épaisseur de matériau M à polymériser à la position du chariot 3. Ceci permet d’ajuster localement une profondeur de polymérisation et une épaisseur de matériau M. Ceci peut être réalisé par exemple par un actionneur permettant de régler la puissance lumineuse et / ou la fréquence des impulsions de la source UV en fonction de la position de la source UV 2 relativement à la surface du matériau M. L’invention concerne encore un procédé de polymérisation d’un matériau M contenant une résine polymérisable au moyen d’une source UV 2. Ce procédé emploie avantageusement un dispositif 1 selon l’un quelconque des modes de réalisation précédemment décrits. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Dispositif (1) de polymérisation d’un matériau (M) contenant une résine polymérisable, matériau déposé sur un substrat (S), le dispositif (1) comprenant au moins une source UV (2) apte à polymériser le matériau (M), caractérisé en ce que ladite au moins une source UV (2) est pulsée. Dispositif (1) selon la revendication 1, où la pulsation de ladite au moins une source UV (2) présente une puissance lumineuse comprise entre 1 et 50 W/cm², de préférence comprise entre 1 et 25 W/cm², et préférentiellement égale à 12 W/cm² . Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la source UV a une longueur d’onde d’émission UV centrée sur une longueur d’onde de réaction des photo-initiateurs de polymérisation de la résine polymérisable du matériau M. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où la fréquence de pulsation de ladite au moins une source UV (2) est comprise entre 1 et 1000 Hz. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où ladite au moins une source UV (2) comprend au moins une DEL. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où ladite au moins une source UV (2) comprend une matrice de DELs, linéaire ou surfacique. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, où la tension de commande de pulsation de ladite au moins une source UV (2) comprend une tension de base continue non nulle à laquelle est ajoutée une tension pulsée positive, comprenant des pics de tension selon la fréquence de pulsation, un pic de tension créant un pic lumineux. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7comprenant un chariot (3) mobile relativement à la surface du substrat (S), où ladite au moins une source UV (2) est fixée sur le chariot (3). Dispositif (1) selon la revendication 8 comprenant encore un moyen de dépôt (4) apte à déposer le matériau (M) sur la surface du substrat (S), où le moyen de dépôt (4) est fixé sur le chariot (3), et ladite au moins une source UV (2) est disposée sensiblement en arrière du moyen de dépôt (4), relativement à la trajectoire du chariot (3). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel : - le chariot (3) est emporté par un portique cartésien comprenant trois axes (X, Y, Z) prismatiques sensiblement orthogonaux entre eux et un quatrième axe rotatif autour du troisième axe (Z), ou bien - le chariot (3) est emporté par un bras robotisé, comprenant entre 2 et 4 axes rotatifs. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, où ladite au moins une source UV (2) est déplacée de manière à rester en permanence à une distance (b) sensiblement constante du substrat (S). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, où ladite au moins une source UV (2) est orientée de manière à ce que son axe lumineux reste en permanence sensiblement perpendiculaire à la surface du substrat (S). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, où la pulsation de ladite au moins une source UV (2) est ajustée, en puissance lumineuse et/ou en fréquence de pulsation en fonction d’une position de la source UV (2) par rapport à la surface du substrat (S). Procédé de polymérisation d’un matériau (M) contenant une résine polymérisable au moyen d’une source UV (2), caractérisé en ce qu’il emploie un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.