FR2877608A1 - METHOD FOR MAKING A MARKING ON A CERAMIC MATERIAL, METAL OR GLASS AND ASSOCIATED DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'objet de l'invention est un procédé de réalisation d'un marquage permanent d'un motif donné comportant au moins une partie d'une couleur, ceci sur un support résistant à la température, notamment en céramique, verre ou métal, caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes suivantes :a. dépose d'une couche de matière adhésive organique,b. dépose d'une poudre minérale comportant au moins pour partie un pigment ou un mélange de pigments, correspondant à une couleur donnée ceci suivant la partie du motif de cette couleur,c. apporter de l'énergie en quantité suffisante pour assurer un frittage de la poudre minérale ainsi déposée sur le support et pour atteindre une dégradation complète de la matière organique constituant la matière adhésive, etd. multiplier les étapes a, b et c autant de fois qu'il y a de couleurs prévues pour réaliser le motif donné.L'invention couvre aussi le dispositif associé.The object of the invention is a method of producing a permanent marking of a given pattern comprising at least part of a color, this on a temperature-resistant support, in particular made of ceramic, glass or metal, characterized in that it comprises the following different steps: a. depositing a layer of organic adhesive material, b. depositing a mineral powder comprising at least partly a pigment or a mixture of pigments, corresponding to a given color according to the part of the pattern of this color, c. supplying energy in sufficient quantity to sinter the inorganic powder thus deposited on the support and to achieve complete degradation of the organic material constituting the adhesive material, andd. multiply steps a, b and c as many times as there are colors provided to achieve the given pattern.The invention also covers the associated device.
Description
PROCEDE DE REALISATION D'UN MARQUAGE SUR UN MATERIAUMETHOD FOR MAKING A MARKING ON A MATERIAL
CERAMIQUE, METAL OU VERRE ET DISPOSITIF ASSOCIE La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un marquage sur des matériaux résistant à la chaleur tels que de la céramique, du verre ou du métal. Le marquage est un marquage permanent du type réalisé à partir de poudres minérales. The present invention relates to a method for producing a marking on heat resistant materials such as ceramic, glass or metal. The marking is a permanent marking of the type made from mineral powders.
L' invention couvre aussi le dispositif associé. The invention also covers the associated device.
Il existe une forte demande pour des marquages permanents sur des produits réalisés à partir de matériaux tels que de la céramique, du verre ou du métal. Les besoins de marquage ont des applications très variées. Une première application est la décoration d'objets avec des motifs en couleurs suivant des représentations graphiques. On peut citer la décoration d'objets en céramique pour des cérémonies particulières pour de petites séries mais aussi la décoration pour des grandes séries telles que dans le domaine du flaconnage ou du culinaire. Une autre application industrielle importante est le marquage des objets pour y apposer des références, des numéros, des marques, des motifs spécifiques ayant des fonctions de reconnaissance automatique. Dans l'industrie automobile, les pare-brise et les vitres en verre reçoivent de tels marquages pour des identifications visant à alimenter de façon automatique des chaînes de pose de pare-brise de véhicules par exemple. There is a strong demand for permanent markings on products made from materials such as ceramic, glass or metal. The needs of marking have very varied applications. A first application is the decoration of objects with patterns in colors following graphic representations. We can mention the decoration of ceramic objects for special ceremonies for small series but also the decoration for large series such as in the field of flacon or culinary. Another important industrial application is the marking of objects to affix references, numbers, marks, specific patterns having automatic recognition functions. In the automotive industry, windshields and glass panes receive such markings for identifications for automatically supplying vehicle windshield strings, for example.
Dans certains cas, la décoration présente un caractère éminemment fonctionnel. In some cases, the decoration is eminently functional.
C'est ainsi que les pare-brise doivent disposer de zones de masquage des collages prévus pour le montage des pare-brise ou des délimitations de zones de verre transparentes aux émissions de signaux tels que des badges. Thus, the windshields must have masking areas of the collages provided for mounting the windshields or the boundaries of glass areas transparent to the signal emissions such as badges.
Une autre contrainte de ces types de marquage est le fait qu'il est nécessaire de réaliser des appositions en couleur car le monochrome ne suffit pas pour certaines applications. Another constraint of these types of marking is the fact that it is necessary to make color applications because the monochrome is not enough for some applications.
On sait qu'il est possible de fritter de la poudre minérale avec un apport suffisant de chaleur, ce qui permet par un phénomène de frittage de fixer la poudre déposée sur un support ayant la capacité à supporter de telles montées en température, ce qui est le cas du verre, de la céramique ou du métal. Le problème qui se pose est alors la dépose de la poudre minérale et dans le cas présent la dépose de différentes poudres de différentes couleurs suivant un motif donné ayant une haute définition. It is known that it is possible to sinter mineral powder with a sufficient supply of heat, which makes it possible, by a sintering phenomenon, to fix the powder deposited on a support having the capacity to withstand such temperature rises, which is the case of glass, ceramic or metal. The problem that arises is the removal of the mineral powder and in this case the deposition of different powders of different colors in a given pattern having a high definition.
On connaît ainsi la demande de brevet EP N 1 040 017 qui décrit un procédé de marquage recourant à l'utilisation d'un laser pour assurer le frittage de poudres minérales sur un support adapté tel que du verre, de la céramique ou du métal. Dans ce cas, de la poudre monocomposition est déposée sur la zone à marquer puis à l'aide d'un laser piloté, on assure un frittage localisé suivant un profil de marquage numérisé et mémorisé dans les moyens de pilotage du laser. Ainsi, la poudre monocomposition est frittée uniquement sur la zone soumise à l'énergie du rayonnement laser. Thus, patent application EP No. 1,040,017 describes a marking method involving the use of a laser for sintering mineral powders on a suitable support such as glass, ceramic or metal. In this case, the one-component powder is deposited on the area to be marked and then with the aid of a controlled laser, localized sintering is performed according to a digitized marking profile and stored in the laser control means. Thus, the one-component powder is sintered only on the area subjected to the energy of the laser radiation.
La poudre déposée en excès sur la zone de marquage peut alors être retirée 20 puisqu'elle n'a subi aucun frittage et n'adhère pas à la surface. Il subsiste alors le motif réalisé par frittage de la poudre suivant le profil pré-établi. The powder deposited in excess on the marking zone can then be removed since it has not been sintered and does not adhere to the surface. There then remains the pattern made by sintering the powder according to the pre-established profile.
On comprend dès lors qu'il serait difficile de réaliser un motif multicouleurs, surtout s'il est prévu une superposition desdites couleurs. It is understandable therefore that it would be difficult to achieve a multicolored pattern, especially if there is provided a superposition of said colors.
On sait aussi qu'il est possible de recourir à des poudres minérales comportant des pigments ou à des frittes de verre colorées. L'avantage des frittes de verre est de permettre un marquage à plus basse température mais l'inconvénient est qu'il faut préparer de telles frittes par fusion préalable des verres colorés, refroidissement et broyage. It is also known that it is possible to use mineral powders comprising pigments or colored glass frits. The advantage of the glass frits is to allow labeling at a lower temperature, but the disadvantage is that it is necessary to prepare such frits by prior melting of the colored glasses, cooling and grinding.
Il est donc plus avantageux pour des procédés de marquage industriels de pouvoir recourir à des poudres minérales associées à des pigments. It is therefore more advantageous for industrial marking processes to be able to use mineral powders associated with pigments.
De plus, un procédé de marquage recourant à de telles poudres minérales peut utiliser des frittes de verre si nécessaire. In addition, a marking method using such mineral powders may use glass frits if necessary.
Aussi la présente invention propose un procédé de dépose qui autorise une grande définition, une dépose de différentes poudres multi-compositions, notamment multi-couleurs, qui est rapide, qui évite la perte de matière et qui peut s'appliquer à différents matériaux rendant les applications très nombreuses. Also the present invention provides a method of removal which allows a high definition, a deposit of different multi-composition powders, especially multi-colors, which is fast, which avoids the loss of material and which can be applied to different materials making the very numerous applications.
A cet effet, le procédé selon la présente invention est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif. For this purpose, the method according to the present invention is now described in detail according to a particular, non-limiting embodiment.
Les dessins annexés représentent à travers les différentes figures: figure 1: une vue schématique d'un dispositif adapté, - figures 2A et 2B: des vues schématiques de dessus et en coupe d'un motif réalisée avant soumission à un apport d'énergie. The attached drawings show through the different figures: FIG. 1: a schematic view of a device adapted, FIGS. 2A and 2B: schematic views from above and in section of a pattern produced before being submitted to an input of energy.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du dispositif, selon la figure 1, comprend les éléments suivants: un système informatique 10 qui assure le pilotage suivant au moins un motif 12 de marquage donné, éventuellement comportant plusieurs couleurs, chaque motif de chaque couleur étant mémorisé indépendamment, des moyens 14 de dépose d'au moins une couche 16 de matière adhésive apte à retenir de la poudre 20 minérale, des moyens 18 de distribution de chaque poudre 20 minérale sur chaque couche 16 de matière adhésive correspondante, immédiatement après 25 dépose, des moyens 22 pour retirer immédiatement chacune des poudres minérales distribuées en excès et non retenues par la couche 16 de matière adhésive correspondante. The device for the implementation of the device, according to FIG. 1, comprises the following elements: a computer system 10 which provides control of at least one given marking pattern 12, possibly comprising several colors, each pattern of each color being memorized independently, means 14 for depositing at least one layer 16 of adhesive material capable of retaining mineral powder, means 18 for dispensing each mineral powder onto each layer 16 of corresponding adhesive material, immediately after removal, means 22 for immediately removing each of the mineral powders distributed in excess and not retained by the layer 16 of corresponding adhesive material.
Avantageusement, le dispositif comprend plusieurs têtes, chacune à déplacement indépendant, intégrant chacune les moyens indiqués ci-avant sous forme d'une buse 24 de dépose de matière adhésive, d'une buse 26 de projection d'une poudre minérale donnée, immédiatement en aval de la dépose de matière adhésive et d'une buse 28 d'aspiration de la poudre en excès. Advantageously, the device comprises several heads, each with independent displacement, each integrating the means indicated above in the form of a nozzle 24 for depositing adhesive material, a nozzle 26 for spraying a given mineral powder, immediately into downstream of the removal of adhesive material and a suction nozzle 28 of the excess powder.
Les paramètres de la matière adhésive sont tels qu'elle conserve sa capacité d'adhésion durant la dépose de la poudre minérale pendant le passage de la buse 26 de projection et perd son pouvoir d'adhésion dès la poudre minérale déposée. Ainsi une quantité donnée de poudre reste liée à la couche de matière adhésive tandis que le surplus et ce qui est déposé en dehors de la matière adhésive reste libre et indépendant de la poudre liée. The parameters of the adhesive material are such that it retains its adhesion capacity during the deposition of the mineral powder during the passage of the projection nozzle 26 and loses its adhesion power from the deposited mineral powder. Thus a given amount of powder remains bound to the layer of adhesive material while the surplus and what is deposited outside the adhesive material remains free and independent of the bonded powder.
Pour une mise en oeuvre optimisée, les projections de matière adhésive et de poudre peuvent être simultanées, voire présenter un décalage mais extrêmement réduit. For an optimized implementation, the projections of adhesive material and powder can be simultaneous or even present a shift but extremely reduced.
On peut ainsi recourir à des colles polymérisant sous l'émission d'un rayonnement ultraviolet par flashage ou à des colles à base de solvant. Thus, polymerizing adhesives can be used under ultraviolet radiation by flashing or solvent based adhesives.
Un exemple de colle à base de solvant comprend une combinaison de 70% de monopropylène-glycol 29,5% d'eau et 0,5% d'un tensioactif, du tensiol. Le taux de viscosité doit être parfaitement adapté aux buses 24 de dépose. An example of a solvent-based adhesive comprises a combination of 70% monopropylene glycol 29.5% water and 0.5% surfactant. The viscosity ratio must be perfectly adapted to the nozzles 24 of removal.
Lors du passage de la buse 28 d'aspiration, qui peut être décalée d'un fraction de temps supérieure à celle qui sépare le passage de la buse 24 de dépose de matière adhésive et de celle de la buse 26 de dépose de poudre, la poudre en excès et qui n'est pas liée à la colle est alors aspirée. Un tel agencement évite de laisser subsister de la poudre d'une couleur sur des zones susceptibles de recevoir de la poudre d'une autre couleur. During the passage of the suction nozzle 28, which can be shifted by a fraction of time greater than that which separates the passage of the nozzle 24 from depositing adhesive material and that of the nozzle 26 of depositing powder, the Excess powder that is not bonded to the glue is then aspirated. Such an arrangement avoids leaving powder of one color on areas susceptible to receive powder of another color.
Ainsi que cela est représenté sur les figures 2A et 2B, on retrouve: une première couche A de matière adhésive incluant une poudre minérale a d'une première couleur suivant un premier motif, en l'occurrence une ligne brisée, et une seconde couche B de matière adhésive incluant une poudre minérale b d'une seconde couleur superposée partiellement à la première dans les zones concernées, s'il yen a comme dans l'exemple représenté. As shown in FIGS. 2A and 2B, there is: a first layer A of adhesive material including a mineral powder having a first color in a first pattern, in this case a broken line, and a second layer B adhesive material including a mineral powder b of a second color partially superimposed on the first in the areas concerned, if there is as in the example shown.
La superposition éventuelle ne pose pas de problème puisque la première couche déposée est fixée temporairement par la matière adhésive. La matière adhésive de la première couche ayant perdu son pouvoir d'adhésion lors de la dépose de la seconde couche de colle, il n'y a aucun mélange. The possible superposition poses no problem since the first layer deposited is temporarily fixed by the adhesive material. Since the adhesive material of the first layer has lost its adhesion during removal of the second layer of adhesive, there is no mixing.
Il est à noter que, si nécessaire, les déposes de couches de matière adhésive peuvent s'effectuer par juxtaposition, la tête 12 de dépose de matière adhésive interrompant la dépose lors des intersections par exemple, ceci sous l'ordre des moyens 10 de pilotage. It should be noted that, if necessary, the deposition of layers of adhesive material can be effected by juxtaposition, the adhesive removal head 12 interrupting the removal at intersections for example, this under the order of the control means 10 .
Une telle tête de dépose peut utiliser des moyens déjà appliqués dans le cas des imprimantes à jet d'encre. De tels moyens permettent d'atteindre des définitions d'une très grande précision. Such a dispensing head may use means already applied in the case of inkjet printers. Such means make it possible to reach very precise definitions.
La technologie piezzo permet de réaliser des gouttes projetées de l'ordre de 100 pm de diamètre conduisant à des définitions de 200 dpi ("drop per inch" soit "goutte par pouce"). The piezo technology makes it possible to produce projected drops of the order of 100 μm in diameter leading to definitions of 200 dpi ("drop per inch" or "drop per inch").
La précision est augmentée avec des têtes multicanaux délivrant des gouttes de différents volumes autorisant des déposes en escalier, ce qui conduit à améliorer encore la définition, jusqu'à 300 dpi. Precision is increased with multichannel heads delivering drops of different volumes allowing step-downs, which leads to further improvement of the definition, up to 300 dpi.
D'autres types de têtes encore, délivrant des gouttes de différentes tailles, ou 25 des gouttes de plus petite taille permettent de réduire encore l'effet de pixellisation Selon l'invention, pour réaliser un marquage d'un motif donné comportant au moins une partie d'une couleur, ceci sur un support résistant à la température, notamment en céramique, verre ou métal, le procédé consiste à réaliser successivement les différentes étapes suivantes: a. dépose d'une couche de matière adhésive organique, b. dépose d'une poudre minérale comportant au moins pour partie un pigment ou un mélange de pigments, correspondant à une couleur donnée ceci suivant la partie du motif de cette couleur, c. apport de l'énergie en quantité suffisante pour assurer un frittage de la poudre minérale ainsi déposée sur le support et pour atteindre une dégradation complète de la matière organique constituant la matière adhésive, et d. multiplication des étapes a, b etc autant de fois qu'il y a de couleurs prévues pour réaliser le motif donné. Other types of heads still delivering droplets of different sizes, or drops of smaller size can further reduce the pixelation effect According to the invention, to achieve a marking of a given pattern comprising at least one part of a color, this on a temperature-resistant support, in particular ceramic, glass or metal, the method consists of successively performing the following different steps: a. depositing a layer of organic adhesive material, b. depositing a mineral powder comprising at least partly a pigment or a mixture of pigments, corresponding to a given color according to the part of the pattern of this color, c. supply of energy in sufficient quantity to sinter the mineral powder thus deposited on the support and to achieve complete degradation of the organic material constituting the adhesive material, and d. multiplication of steps a, b etc. as many times as there are colors provided to achieve the given pattern.
Suivant le procédé, et ceci de façon préférentielle, il est aussi possible d'apporter de l'énergie en un seul passage pour l'ensemble des couches de poudre minérale déposées. Ceci permet un gain de temps et d'énergie. Dans ce cas, le procédé devient: a'. dépose d'une couche de matière adhésive organique, b'. dépose d'une poudre minérale comportant au moins pour partie un pigment ou un mélange de pigments, correspondant à une couleur donnée ceci suivant la partie du motif de cette couleur, c'. multiplication des étapes a', et b' autant de fois qu'il y a de couleurs prévues pour réaliser le motif donné, et d'. apport de l'énergie en quantité suffisante pour assurer un frittage simultané des poudres minérales ainsi déposées sur le support et pour atteindre une dégradation complète de la matière organique constituant la matière adhésive. According to the method, and this preferably, it is also possible to provide energy in a single pass for all layers of deposited mineral powder. This saves time and energy. In this case, the process becomes: a '. depositing a layer of organic adhesive material, b '. depositing a mineral powder comprising at least partly a pigment or a mixture of pigments, corresponding to a given color according to the part of the pattern of this color, c '. multiplying the steps a ', and b' as many times as there are colors provided to achieve the given pattern, and d '. supply of energy in sufficient quantity to ensure simultaneous sintering of the mineral powders thus deposited on the support and to achieve complete degradation of the organic material constituting the adhesive material.
La dépose des différentes couches de matière adhésive et de poudre minérale peut s'effectuer au moyen de plusieurs têtes juxtaposées et successives travaillant en un seul passage. The removal of the various layers of adhesive material and mineral powder can be performed by means of several juxtaposed heads and successive working in a single pass.
L'aspiration de chaque poudre minérale en excès de chaque couche est effectuée 5 par chaque buse d'aspiration correspondante. The suction of each mineral powder in excess of each layer is effected by each corresponding suction nozzle.
De façon préférentielle et connue, la surface doit être préparée par une phase préalable de dégraissage et/ou de traitement anti-statique. Preferably and known, the surface must be prepared by a preliminary degreasing and / or anti-static treatment phase.
Suivant le procédé de l'invention, l'apport d'énergie est réalisé de façon préférentielle par laser à l'aide d'un balayage de la surface intégrant la motif. According to the method of the invention, the energy supply is preferably carried out by laser using a scanning of the surface incorporating the pattern.
En effet, il existe des lasers permettant un balayage de surfaces importantes, dits lasers à balayage plein champ. Indeed, there are lasers for scanning large areas, so-called full-field scanning lasers.
De plus, dans le cas de poudres minérales incluant au moins un pigment, ces pigments agissent comme des précurseurs de la réaction de frittage, conduisant à une amorce de la réaction avec des apports d'énergie plus faibles que si la poudre minérale était utilisée seule. In addition, in the case of mineral powders including at least one pigment, these pigments act as precursors of the sintering reaction, leading to a start of the reaction with lower energy contributions than if the mineral powder was used alone. .
Un laser à diodes de puissance de 50 Watts et une émission dans l'infrarouge court supérieur à 808 nanomètres permettent par exemple d'apporter suffisamment d'énergie pour atteindre un frittage puisque seule la poudre minérale absorbe, le support n'étant pas soumis à un chauffage lors d'un apport d'énergie par rayonnement laser. A diode laser power of 50 Watts and a short infrared emission greater than 808 nanometers allow for example to provide enough energy to achieve sintering since only the mineral powder absorbs, the support is not subject to heating during an energy supply by laser radiation.
Dans le cas d'une utilisation d'un laser à balayage plein champ, la ligne de balayage peut être d'une largeur de 1 millimètre à plusieurs centimètres pour donner un ordre d'idée. In the case of using a full-field scanning laser, the scanning line may be from 1 millimeter to several centimeters wide to give an idea.
Dans tous les cas, le choix du moyen d'apport d'énergie est tel que le rapport 25 puissance/surface est suffisant pour provoquer le frittage. In any case, the choice of the energy supply means is such that the power / surface ratio is sufficient to cause sintering.
Une alternative à l'apport d'énergie par un faisceau laser est un apport par passage dans un four. An alternative to the energy input by a laser beam is a contribution by passage in an oven.
Quant au retrait de la poudre minérale en excès, celle-ci peut être aspirée mais il est aussi possible de souffler la poudre et de prévoir une aspiration centralisée. As for the removal of the excess mineral powder, it can be sucked but it is also possible to blow the powder and provide a centralized aspiration.
Le motif ainsi réalisé est parfaitement adhérent sur le support, d'une grande définition générale et d'une grande définition dans les couleurs, sans dégradation du support et dans le cas d'un apport d'énergie par laser sans même soumettre le support à un chauffage. The pattern thus realized is perfectly adherent on the support, of a great general definition and a great definition in the colors, without degradation of the support and in the case of an energy supply by laser without even subjecting the support to a heater.
Le procédé est rapide, industriel et parfaitement reproductible. The process is fast, industrial and perfectly reproducible.
De façon perfectionnée, les poudres peuvent inclure des absorbants tels que des oxydes, des opacifiants et aussi des fluidifiants pour éviter toute formation d'agglomérats. Ainsi un gel de silice en faible apport de l'ordre de 0,5 à 2% peut améliorer considérablement la qualité du lit fluidisé des moyens de pulvérisation. Le fluidifiant peut aussi avoir un autre rôle, celui d'améliorer simultanément la mouillabilité de la poudre et donc de conduire à une meilleure intégration de la poudre dans la matière adhésive. In an improved manner, the powders may include absorbents such as oxides, opacifiers and also fluidifiers to prevent agglomerates from forming. Thus a low-silica silica gel of the order of 0.5 to 2% can significantly improve the quality of the fluidized bed of the spray means. The fluidizer may also have another role, that of simultaneously improving the wettability of the powder and thus lead to a better integration of the powder in the adhesive material.
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