FR2567799A1 - Procede pour la realisation de modeles et d'outillages pour thermoformage, et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

LE MODELE EST REALISE EN MOUSSE DE POLYSTYRENE, A PARTIR DE PLUSIEURS BLOCS MIS EN FORME SEPAREMENT PAR DECOUPE A L'AIDE D'UN FIL CHAUD ET STRATIFIES FACE PAR FACE I, II POUR DEFINIR DES ZONES A, B SANS ANGLE RENTRANT. LES ZONES SONT ASSEMBLEES PAR COLLAGE ET COLLEES SUR UN SUPPORT 7.

Description

PROCEDE POUR LA REALISATION DE MODELES ET D'OUTILLAGES POUR THERMOFOR
MAGE, ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE
Les techniques modernes de moulage de matière thermodurcissable ou thermoformable nécessitent généralement la réalisation d'un modèle, c'est-à-dire d'une pièce dont les formes géométriques sont identiques à celles du produit fini à réaliser ; on applique ensuite à ce modèle une couche de matière thermodurcissable, notamment de type polyester ou époxy qui, après durcissement et enlèvement du modèle, forme le moule permettant la fabrication des produits finis.

La technique nouvelle exposée ci-dessous concerne la réalisa- tion du modèle lui-même, et éventuellement des outillages.

Selon les techniques connues habituellement utilisées, le modèle est réalisé par usinage à partir d'un bloc de matière rigide, de préférence en bois, à qui l'on donne la forme désirée. Ces techniques de modelage conventionnelles et traditionnelles reviennent très cher lorsqu'on désire obtenir un modèle de forme complexe, présentant notamment un grand nombre de courbures.

Ces techniques traditionnelles sont adaptées pour la réalisa- tion de modèles de petites dimensions : les machines-outils et centres d'usinage permettent la réalisation automatique des formes les plus variées.

Par contre, ces méthodes ne sont plus utilisables pour réaliser des modèles de grandes dimensions, ou conduisent à des coûts d'usinage prohibitifs, nécessitant pratiquement l'usage de machines spéciales.

La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des dispositifs connus, et permet la réalisation à coût très modique des modèles de grandes dimensions. Ces modèles peuvent comporter plusieurs surfaces qui peuvent être planes, réglées ou non réglées, et. notamment coniques, cylindriques, toriques, elliptiques, sphériques.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser des modèles comportant des angles vifs selon les lignes de séparation des différentes surfaces. Les techniques traditionnelles ne permettent pas la réalisation de tels angles vifs lorsqu'il s'agit d'angles rentrant.

Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit de réaliser les modèles selon la succession de plusieurs étapes : analyser la forme de pièce à réaliser, pour la décomposer en zones définies chacune par une portion de surface extérieure sans angle rentrant ; débiter, pour chaque zone, un bloc de mousse telle qu'une mousse de polystyrène capable de contenir la zone correspondante ; mettre en forme chaque zone par des opérations de découpe du bloc à l'aide d'un fil chaud glissant sur des gabarits stratifier les surfaces des zones face par face à l'aide d'un tissu de fibre de verre et d'une résine époxy surmontés d'une bande d'arrachage enlevée après polymérisation ; assembler les zones par collage.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles - les figures 1, 2, 3, 7, 8, 9 et 10 illustrent les étapes successives de réalisation du modèle - la figure 4 représente une scie à fil pour les opérations de découpe - les figures 5 et 6 représentent des gabarits pour les opérations de découpe - les figures 11 et 12 illustrent un procédé de découpe d'une surface courbe ; et - les figures 13 à 15 illustrent un procédé de réalisation d'une surface à double courbure.

Une première opération, illustrée par la figure 1, consiste en l'analyse de la pièce à réaliser, soit à partir d'un plan ou dessin, soit à partir d'une maquette. Au cours de cette analyse, on décompose le modèle en plusieurs zones définies chacune par une portion de la surface extérieure du modèle. Par exemple, on définira, pour la pièce de la figure 1, deux zones A et B qui seront traitées indépendamment l'une de l'autre.

Chacune des zones est choisie de façon à présenter une surface extérieure caractéristique, dont la réalisation pourra être séparée de la réalisation des surfaces extérieures des autres zones du modèle, et ne comportant notamment pas d'angle rentrant.

L'étape suivante consiste à débiter deux blocs de mousse C et
D, par exemple de la mousse de polystyrène, pour réaliser respectivement chacune des zones A et B précédemment définies.

Certaines zones peuvent être réalisées à partir d'un seul bloc. Par exemple, les zones A ou B représentées sur les figures peuvent être réalisées chacune à partir d'un bloc en une seule pièce. Par contre, certaines zones, par exemple la pièce entière de la figure 1, ne peuvent être réalisées qu'en séparant le bloc en plusieurs pièces.

Pour chacune des zones A et B, on débite un bloc parallélépipédique, représenté respectivement sur les figures 2 et 3, capable de contenir la zone correspondante.

L'étape suivante consiste à mettre en forme chacune des zones par des opérations de découpe des blocs de mousse.

La découpe des blocs steffectue à l'aide d'un fil métallique 1 représenté sur la figure 4, tenu par un cadre 2 et connecté à une source d'énergie électrique débitant un courant électrique pour le chauffer à une température supérieure à la température de fusion de la mousse du bloc. Lorsque le fil est tendu linéairement, son déplacement transversalement à travers le bloc permet de réaliser les surfaces réglées. Il est possible également d'utiliser un fil de section relativement importante pour lui donner une certaine rigidité permettant de lui conférer des courbures afin de réaliser des coupes circulaires, cylindriques ou toriques, voire elliptiques.

Les opérations de découpe s'effectuent en faisant glisser le fil sur des gabarits de guidage définissant les génératrices de la surface à générer. Ces gabarits peuvent être realisés en contreplaqué découpé à la forme désirée, des contreplaqués de trois millimètres d'épaisseur étant suffisants.

Les figures 5 à 9 illustrent à titre d'exemple l'étape de mise en forme de la zone B, le même procédé étant utilisé ensuite pour la mise en forme de la zone A à l'aide de gabarits différents appropriés.

ta zone B se caractérise par une vue de face et une vue de coté représentées sur les figures 5 et 6. On découpe dans du contreplaqué de trois millimètres d'épaisseur deux plaques 3 reproduisant la vue de face et deux plaques 4 reproduisant la vue de côté. Les plaques 3 et 4 constituent les gabarits de découpe. Les bords des gabarits sont munis de repères 6 pour faciliter le déplacement parallèle du fil 1 lors de la découpe.

On dispose les plaques 3 de part et d'autre du bloc C, comme le représente la figure 7, et on découpe le bloc à l'aide du fil l pour définir la surface latérale I.

On reconstitue le bloc C, comme le représente la figure 8, on dispose les plaques 4 de part et d'autre du bloc reconstitwé, et on découpe le bloc à l'aide du fil 1 pour définir les surfaces avant et arrière II. La zone B, de la figure 9, est ainsi mise en forme.

Au cours de l'étape suivante, on stratifie les surfaces, face par face, à l'aide d'un tissu de fibres de verre et d'une résine époxy.

On peut utiliser par exemple deux couches de sergé 2/2 297 grammes par mètre carré ; on pose ensuite de la bande d'arrachage sur le stratifié.

Lorsque cette surface est polymérisée, on enlève la bande dlarrachage puis on découpe au cutter l'excédent de stratifié. On pourra utiliser d'autres tissus fibreux et d'autres résines compatibles avec les mousses. La couche de stratification a deux fonctions : sur les faces extérieures destinées à être visibles sur le modèle, elle assure la résistance mécanique et la protection de la mousse intérieure du modèle ; sur les faces intérieures des pièces à assembler pour exécuter le modèle, c'est-à-dire les faces devant être mises les unes contre les autres lors de l'assemblage, la stratification permet de réaliser une couche supplémentaire comblant le jeu réalisé par la fusion de la mousse lors de sa découpe par le fil chaud. Les pièces peuvent ainsi être réassemblées sans jeu.Le fait de stratifier les pièces face par face permet la réalisation d'angles vifs, ce qui ne serait pas possible en utilisant une couche unique de tissu de fibres de verre pour recouvrir toute la surface extérieure de la pièce, comme cela s'effectue normalement dans les techniques connues de stratification.

Lorsque les zones sont toutes réalisées, on assemble les différentes pièces pour reconstituer le modèle, comme le représente la figure 10, les pièces étant collées à l'aide d'une colle époxy rapide.

On mastique les quelques interstices qui peuvent rester. On colle le modèle sur un support 7 en stratifié ou en bois, qui sera traité de la même façon que le modèle, puis on projette sur le modèle un apprêt à l'aide d'un pistolet et on laisse sécher.

Le modèle peut ensuite être très facilement poncé à l'aide de cales et de papiers abrasifs.

On finit la surface extérieure par application d'une peinture ou d'un gel-coat. On utilisera par exemple un gel-coat en polyester pour faire un moule thermodurcissable polyester ; on pourra utiliser une peinture époxyde, en plusieurs couches, et par exemple une peinture époxy isocianate pour faire un moule thermodurcissable époxyde. Certaines peintures polyuréthanes, ou une métallisation, pouront également convenir.

On peut positionner, sur le support, deux pions X' et Y' qui permettront de contrôler dimensionnellement le modèle, et de repérer sa position ultérieurement, lors de son utilisation.

Les étapes de mise en forme peuvent donner lieu à des opérations différentes, selon la nature des surfaces à réaliser.

Les figures Il et 12 illustrent une méthode pour réaliser une surface courbe 8 comportant une nervure 9 limitée par deux arêtes 10 et 11. On utilise pour cela un fil la courbe maintenu par un cadre 2a à supports intermédiaires 12. Les gabarits 13 et 14 sont différents.

Lorsque le fil arrive sur les repères N 2, son extrémité en contact avec le gabarit 13 marque un temps d'arrêt pendant que son extrémité en contact avec le gabarit 14 avance jusqu'au repère N0 3. L'ensemble du fil reprend ensuite sa course. Une opération semblable s'effectue au niveau de l'arête 11.

Les figures 13 à 15 illustrent une méthode pour réaliser une surface 15 à courbure complexe, par exemple à double courbure. Une telle surface est obtenue par empilage d'au moins deux couches 16 et 17 de mousse. Une couche de base 16 est obtenue par découpe d'un premier bloc de mousse, comme le représente la figure 14. On stratifie les faces supérieure et inférieure de la couche de base 16 pour la rendre rigide.

La couche supérieure 17 est découpée dans un second bloc de mousse, comme le représente la figure 13, puis collée sur la couche de base, sa surface supérieure étant ensuite stratifiée. Des formes plus complexes peuvent être réalisées par empilage de plusieurs couches supérieures 17.

Pour réaliser des outillages thermoplastiques, par exemple des formes pour thermoformage, on utilise, lors de la stratification, des résines époxy haute température. La forme est alors exécutée à une cote légèrement inférieure à celle de l'objet fini, pour tenir compte de l'épaisseur de la pièce thermoformée. On enlève ensuite mécaniquement etlou chimiquement la mousse, et on applique à l'intérieur du modèle un béton d'aluminium haute température.

La présente invention n'est pas limitée aux modes de réaliser tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Procédé pour la réalisation de modèles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) analyser la forme de pièce à réaliser, pour la décomposer en zones (A, B) définies chacune par une portion de surface extérieure sans angle rentrant b) débiter, pour chaque zone, un bloc de mousse (C, D) telle qu'une mousse de polystyrène capable de contenir la zone (A, B) correspondante c) mettre en forme chaque zone par des opérations de découpe du bloc à l'aide d'un fil chaud (1) glissant sur des gabarits (3, 4) d) stratifier les surfaces des zones face par face (I, II) à l'aide d'un tissu fibreux et d'une résine compatible avec les mousses et surmonté d'une bande d'arrachage enlevée après polymérisation e) assembler les zones par collage.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes ultérieures suivantes f) mastiquer les interstices éventuels g) projeter un apprêt sur les surfaces extérieures h) poncer i) appliquer une peinture ou un gel-coat.

3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'entre les étapes f) et g), on intercale une étape dans laquelle on colle le modèle sur un support (7) en stratifié ou en bois.

4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mise en forme d'une surface (15) à courbure complexe est réalisée selon les étapes suivantes - réaliser une couche de base (16) par découpe d'un premier bloc de mousse - stratifier les faces supérieure et inférieure de la couche de base pour la rendre rigide - réaliser une ou plusieurs couches supérieures (17) par découpe de blocs de mousse différents ; - coller la ou les couches supérieures sur la couche de base, et stratifier la face supérieure.

5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lors de la stratification, on utilise une résine époxy haute température, et en ce que, postérieurement à l'étape e), - on enlève mécaniquement etlou chimiquement la mousse - puis on applique à l'intérieur du modèle un béton d'aluminium haute température.

6 - Modèle ou moule, caractérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.

7 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'une étape de découpe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un fil métallique (1) tenu par un cadre (2) et parcouru par un courant électrique pour le chauffer à une température supérieure à la température de fusion de la mousse des blocs, le fil étant déplacé transversalement et en appui sur des gabarits (3, 4).