FR2941398A1 - Procede et dispositif d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique - Google Patents

Procede et dispositif d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique (1) et le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé consiste à déposer une encre photopolymérisable (3) sur la surface du verre ophtalmique (1) puis à polymériser l'encre photopolymérisable (3) dès le dépôt sur le verre (1). La polymérisation est réalisée au moyen d'une source de lumière UV-visible (6).

Description

Procédé et dispositif d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique. Domaine technique de l'invention
L'invention est relative à un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique. État de la technique
L'impression sur un verre ophtalmique à revêtement superficiel hydrophobe ou superhydrophobe est couramment utilisée pour appliquer une inscription 15 sur le verre ophtalmique, inscription indispensable à l'identification de ce dernier. L'inscription peut être permanente ou temporaire. En effet, un marquage temporaire peut être nécessaire lorsqu'il s'agit d'un motif de repère pour le montage du verre sur sa monture ou, au contraire, permanent lorsqu'il s'agit d'un logo ou d'une norme. Les marquages temporaires sont 20 généralement éliminés par l'opticien grâce à un produit spécifique comme un solvant organique ou des solutions aqueuses susceptibles de dissoudre ou décrocher l'encre utilisée pour le marquage.
L'impression par jet d'encre est généralement contrôlée par un ordinateur, ce 25 qui permet d'imprimer des motifs différents avec une grande flexibilité, et très rapidement. L'utilisation d'une encre d'impression à base d'eau directement sur le verre fournit une qualité de motifs qui n'a pas la précision attendue, car une telle encre, présente de médiocres qualités d'adhésion et de mouillabilité sur le revêtement hydrophobe ou superhydrophobe des verres ophtalmiques. 30 L'impression directe par jet d'encre sur un verre hydrophobe ou superhydrophobe, engendre des problèmes de mouillabilité et une mauvaise 10 adhésion sur le revêtement du verre ophtalmique. L'encre s'efface au moindre frottement et les gouttes, qui devraient former un trait continu, se retrouvent en un trait discontinu et irrégulier. Il en résulte un mauvais contraste et une définition insuffisante.
Les encres à solvant sont également employées pour l'impression des verres ophtalmiques. Ces encres contiennent un solvant qui est éliminé par évaporation après dépôt sur le verre. Le solvant ne participe donc pas aux propriétés intrinsèques de l'encre et n'est présent que temporairement dans l'encre.
Le document WO2006/119733 décrit un procédé d'impression par jet d'encre à partir d'encre à solvant dans lequel le verre ophtalmique est chauffé préalablement au dépôt de l'encre. Le procédé consiste à détecter, au moyen d'un dispositif optique, des microgravures pour déterminer leurs positions et localiser la zone d'impression. L'encre est ensuite déposée au niveau de la zone d'impression du verre préchauffé. Ce préchauffage favorise la solidification et la prise de l'encre sur le revêtement hydrophobe du verre ophtalmique. Le verre ophtalmique est préchauffé au moyen d'un organe de chauffage, comme un radiateur à infrarouge ou un ventilateur à air chaud, disposé au-dessus du verre ophtalmique.
Outre le fait que l'utilisation d'encre à solvant requiert des précautions de manipulation du fait de leur caractère inflammable et parfois toxique, ces encres à solvant ont la particularité de sécher rapidement. Notamment, les encres à solvant, dès leur mise en contact avec l'air, sèchent au niveau de l'orifice des buses de la tête d'impression. Comme représenté à la figure 1, le marquage est réalisé par déplacement du verre ophtalmique 1 par rapport à la tête d'impression 2 fixe, selon une direction représentée par une flèche horizontale à la figure 1. La tête d'impression 2 projette des gouttelettes d'encre 3 sous forme d'un jet d'encre 4 pour chaque position successive du verre P,, P2, P3, P4 à Px. Pour obtenir une bonne définition du marquage quelle que soit la courbure, par exemple, pour une faible courbure C, ou une forte courbure C 2 du verre ophtalmique 1 (figure 1), chaque jet d'encre 4 doit idéalement être parallèle aux autres jets d'encre 4 obtenus aux différentes positions successives P,, P2, P3, P4 à Px. Or à l'usage, comme représenté à la figure 2, des résidus d'encre 5 formés au niveau des buses de la tête d'impression 2 entraînent des déviations a,, a2 des jets d'encre 4. Les angles a, et a2 varient selon l'importance du résidu 5. Pour un dépôt de résidus 5 important, l'orifice de la buse peut même être obstrué (P3 à la figure 2). Une io détérioration notable de la qualité de l'impression est ainsi constatée à l'usage.
Il est connu, par ailleurs, qu'une couche d'encre peut être déposée par jet d'encre sur un cliché de tamponnage (voir DE 4020223 et DE 3820340) ou 15 directement sur le tampon lui-même (voir US 6840167). Dans ce dernier cas, le motif est imprimé par l'intermédiaire d'une tête d'impression sur une surface plane d'un tampon. Le tampon est ensuite appliqué sur l'objet destiné à recevoir le motif pour transférer l'encre. L'impression avec un tampon de forme plane présente l'inconvénient que des coussins d'air se 20 forment entre le tampon et l'objet, et la qualité du motif apposé est ainsi mauvaise. Pour tenter de remédier à cela, le document US 6,840,167 propose de déformer la surface plane du tampon par l'intermédiaire d'un élément poussoir ou de manière hydraulique. Cependant, cette déformation à l'arrière du tampon en silicone provoque une déformation incontrôlée de 25 l'image imprimée sur le devant. Il en résulte des risques de déformation géométrique et de craquellement des motifs. La mise en oeuvre de ces technologies connues reste néanmoins complexe. Par ailleurs, pour imprimer le verre ophtalmique, la ventouse qui maintient la face concave du verre durant l'impression risque, en cas de défaillance de la ventouse, de polluer le 30 verre ou de l'abîmer. 4 Objet de l'invention
L'objet de l'invention consiste à élaborer un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique simple à mettre en oeuvre, permettant d'obtenir un bon contraste tout en améliorant la précision et la qualité des motifs apposés.
Un autre objet de l'invention consiste à proposer un dispositif d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique pour la mise en oeuvre du procédé qui comporte : - un poste d'impression ayant une tête d'impression à jet d'encre, du type goutte à la demande ou par déviation magnétique. - une source de lumière UV-visible placée à faible distance au-dessus du verre pour irradier uniformément une partie de la surface du verre sur laquelle est déposée l'encre photopolymérisable.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : 25 la figure 1 représente, schématiquement et en vue de profil, un dispositif d'impression par jet d'encre d'un verre ophtalmique de l'art antérieur. la figure 2 représente, schématiquement et en vue de profil, du dispositif de l'art antérieur selon la figure 1.20 les figures 3 à 5 représentent, schématiquement et en vue de profil, les différentes étapes du procédé d'impression par jet d'encre selon l'invention. la figure 6 représente, schématiquement et en vue de dessus, le dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les figures 3 à 5.
Description d'un mode préférentiel de l'invention
En référence aux figures 3 à 6, un dispositif d'impression par jet d'encre d'un ~o motif sur un verre ophtalmique 1, comporte une source de lumière UV-visible 6 et un poste d'impression 7 ayant une tête d'impression 8 à jet d'encre, par exemple d'un type connu goutte à la demande (thermique, piézo-électrique ou électrostatique) ou par déviation magnétique.
15 Selon un mode de réalisation préférentiel, le verre ophtalmique 1 est hydrophobe ou superhydrophobe et comporte un revêtement superficiel hydrophobe ou superhydrophobe 9.
La source de lumière UV-visible 6 émet une lumière en direction de la 20 surface du verre ophtalmique 1, de préférence parallèlement aux jets d'encre 4 projetés par la tête d'impression 8 (figure 4).
La source de lumière UV-visible 6 est, avantageusement, solidaire de la tête d'impression 8 de sorte que l'ensemble puisse être déplacé et positionné 25 simultanément et de façon coordonnée. La source de lumière UV-visible 6 est également située, de préférence, le plus près possible de la tête d'impression 8, par exemple, à une distance d, de la tête d'impression 8 comprise entre 1 et 10 mm, de préférence de 5 mm.
30 Comme représenté à la figure 4, la source de lumière UV-visible 6 est placée au-dessus du verre ophtalmique 1 à une faible distance d2 du verre 1, plus particulièrement, du haut du verre 1 (en haut à la figure 4) pour irradier uniformément une partie de la surface du verre 1 sur laquelle est déposée l'encre 3. Le fait d'avoir une distance d2 la plus faible possible permet d'éviter la réflexion sur le verre ophtalmique 1 de la lumière émise par la source de lumière UV-visible 6. La distance d2 est, avantageusement, comprise entre 1 mm et 5mm, de préférence de 1 mm.
Le poste d'impression 7 est également placé au-dessus du verre 1, à une distance d2 du haut du verre 1 comprise entre 1 mm et 5mm. Cette faible distance d2 diminue les risques de déviation des jets d'encre 4. Les jets d'encre 4 projetés par la tête d'impression 8 pour chaque position P(1 à x) du verre ophtalmique 1 sont ainsi parfaitement parallèles (figure 1).
Le verre ophtalmique 1 présente typiquement un revêtement superficiel hydrophobe ou superhydrophobe 9 sur lequel est déposée l'encre 3 sous forme de fines gouttelettes d'encre 3 (figure 5).
L'encre 3 utilisée est une encre photopolymérisable qui polymérise sous l'effet d'une exposition à une lumière UV-visible en présence d'air et à température ambiante. La polymérisation est quasi instantanée, le passage de la molécule au matériau polymère s'effectuant en quelques dixièmes de seconde sous irradiation intense. Cette polymérisation consomme, de ce fait, très peu d'énergie. En effet, l'encre 3 est à l'origine sous forme de monomères et/ou d'oligomères. Ces derniers polymérisent et réticulent par irradiation, provoquant la solidification de l'encre 3. On obtient alors une encre 3 sèche quasi instantanément et sans dépenser beaucoup d'énergie. Plusieurs types d'encres photopolymérisables peuvent être utilisés, préférentiellement, des encres à séchage ultraviolets (UV) ou des encres "dual-cure" c'est-à-dire à séchage thermique et photochimique. Les encres photopolymérisables sont constituées à la fois de monomères radicalaires et/ou cationiques, d'oligomères, d'un système photoamorceur, de pigments et d'additifs.
La source de lumière UV-visible 6 émet une longueur d'onde en adéquation avec le spectre d'émission du système photoamorceur utilisé dans la formulation de l'encre 3. Pour faciliter l'effacement ultérieur du motif imprimé sur le verre 1, l'intensité de la source lumineuse UV-visible est déterminée, avantageusement, de façon à réticuler faiblement la partie de l'encre 3 en contact avec le verre 1 et fortement la partie de l'encre 3 en surface du motif ~o imprimé. Étant entendu que la réticulation d'un polymère détermine les caractéristiques mécaniques du polymère. Ainsi, pour créer un gradient de polymérisation au sein du motif imprimé et trouver un compromis entre la polymérisation rapide de l'encre 3 en surface et une adhésion optimale sur le verre 1, on peut combiner le choix du système photoamorçeur et la longueur 15 d'onde choisie parmi les UV-C, UV-B et/ou UV-A. De ce fait, l'ordre d'exposition de l'échantillon aux rayonnements influence les propriétés de surface de l'encre 3 tout en facilitant l'indispensable opération de nettoyage des verres ophtalmiques 1 après les étapes de façonnage de celles-ci. Le verre 1 peut être, par exemple, soumis à une première irradiation UV-A puis 20 à une seconde irradiation UVC et/ou UV-B ou inversement.
La réaction de photopolymérisation des encres 3 se déroule à température ambiante avec des résines ne contenant pas ou très peu de solvant, ce qui réduit l'émission de vapeurs polluantes. Toutefois, afin d'ajuster leur 25 viscosité, on peut y ajouter une très faible quantité de solvant, dans des proportions spécifiques comprises entre 1% et 10%, de préférence, entre 1% et 7% afin de combiner les avantages des deux types d'encres à séchage photochimique et/ou à solvant.
30 Pour une encre à séchage UV, l'encre 3 polymérise par une exposition à un rayonnement électromagnétique correspondant aux UVA, UVB, UVC ou UV visibles. Les doses d'irradiation ainsi que les longueurs d'ondes sont également choisies de façon à ne pas endommager ou dégrader les propriétés du traitement hydrophobe ou superhydrophobe des verres ophtalmiques 1.
Selon un mode particulier de réalisation, l'encre 3 est une encre UV et la source de lumière UV-visible 6 est une lampe à UV-visible. À titre d'exemple, un générateur de lumière UV avec guide de lumière en fibres optiques quartz, fabriqué par la société Hamamatsu sous la référence LC8 est utilisé avec une encre UV. L'intensité lumineuse UV est comprise, de préférence, entre 20 et 25%. L'intensité est fonction de l'hydrophobie du verre 1, plus importante pour des verres 1 hydrophobes que pour des verres 1 peu ou non hydrophobes. À titre d'exemple, l'intensité est réglée à 20 % pour un verre faiblement hydrophobe, 23% pour un verre hydrophobe et à 25% pour un verre superhydrophobe.
Comme représenté à la figure 6, la source de lumière UV-visible 6 a, de préférence, une forme de barrette à section transversale rectangulaire d'une largeur et d'une longueur, respectivement, comprise entre l mm et 2 mm, et 50mm et 70mm. La section transversale rectangulaire de la source de lumière UV-visible 6 a, avantageusement, une largeur de 1 mm et une longueur de 65mm.
Comme représenté à la figure 3, le procédé d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique 1 comporte une première étape de positionnement du verre 1 sur un support 10. Le verre ophtalmique 1 est typiquement maintenu en position sur le support 10 par aspiration grâce à un canal traversant 11. Le verre ophtalmique 1 est alors plaqué sur la partie supérieure du support 10 (en haut figure 3).30 Le haut du verre ophtalmique 1 est ensuite détecté, par exemple, par un capteur capacitif afin de caler la tête d'impression 8 du poste d'impression 7 à une distance d2 prédéterminée du haut du verre ophtalmique 1 (flèche verticale à la figure 3).
Comme représenté aux figures 5 et 6, on dépose ensuite une encre photopolymérisable 3, sous forme de gouttelettes d'encre, sur le revêtement hydrophobe ou superhydrophobe 9 du verre ophtalmique 1. L'impression n'est pas, de préférence, réalisée en suivant la courbure du verre io ophtalmique 1. Le poste d'impression 7 reste immobile tout au long des opérations suivantes. Seul le support 10 se déplace selon une direction verticale illustrée par une flèche à la figure 5, en soumettant le verre ophtalmique 1 aux jets d'encre 4 de la tête d'impression 7 fixe. L'impression permet de conserver une distance constante entre la tête d'impression 8 et la 15 surface du verre ophtalmique 1.
Selon une variante non représentée, le support 10 est fixe et le poste d'impression 7 se déplace sans suivre la courbure du verre (1) selon une direction verticale. 20 Puis, on polymérise l'encre 3 par irradiation dès le dépôt sur le verre 1, au moyen de la source de lumière UV-visible 6. En effet, après dépôt des premières gouttelettes d'encre 3, le support 10 se déplace selon la direction verticale (flèche à la figure 5) soumettant le dépôt d'encre 3 au rayonnement 25 de la source de lumière UV-visible 6. Les gouttelettes d'encre 3 déposées en P,, irradiées, se solidifient par une réaction de photopolymérisation. Une prise d'encre 3 rapide est ainsi favorisée.
L'opération est ensuite réitérée pour les positions P2 à P,, suivantes selon la 30 topographie du motif désiré. Ces opérations consécutives étant rapides, les gouttelettes d'encre 3 n'ont pas le temps de coalescer ni de rouler. Le déplacement du verre 1 d'une position à une autre est rapide et, avantageusement, constitue un mouvement continu.
Le déplacement du support 10 est piloté par un ordinateur en fonction de la topographie du motif à imprimer sur le verre ophtalmique 1. Le programme d'impression par jet d'encre peut tenir compte de la déformation induite par la courbure, faible C, ou forte C2, du verre 1. Ainsi, la déformation de l'image peut être prise en compte par le programme d'impression selon tout procédé connu pour reconstituer la topographie du motif de transfert compensant io cette déformation et obtenir le motif désiré sur le verre 1.
Selon une variante, l'impression n'est pas réalisée par anamorphisme numérique. On entend par anamorphisme numérique, une impression qui déforme numériquement les formes géométriques des motifs avant 15 impression pour obtenir au final des formes géométriques imprimées conformes.
Il en résulte une bonne adhésion de l'encre 3 du motif sur le verre 1, avec un bon contraste et une définition du motif de qualité. 20 Selon un autre mode de réalisation, le verre ophtalmique 1 est nu c'est-à-dire sans revêtement hydrophobe ou superhydrophobe 9 ou anti-reflet, par exemple, un verre de stock ou semi-fini. La formulation de l'encre photopolymérisable 3 est alors adaptée aux caractéristiques du verre 25 ophtalmique 1 nu. À défaut d'un revêtement hydrophobe ou superhydrophobe, le procédé d'impression comporte alors le dépôt de l'encre 3 directement sur la surface du verre ophtalmique 1.
Le procédé et le dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé selon 30 l'invention permettent de résoudre les problèmes rencontrés pour l'impression des supports spécifiques que sont les verres ophtalmiques 1 notamment à revêtement superficiel hydrophobe ou superhydrophobe 9. Ils présentent également l'avantage de combiner une mise en oeuvre simple et économique, et de bons résultats quant à la qualité du motif imprimé sur le verre 1. En effet, la prise d'encre rapide sur le verre 1 permet d'effectuer une impression contrastée et de haute définition, avec une qualité d'impression sur les verres ophtalmiques 1 sensiblement égale à la tampographie.

Claims (10)

  1. Revendications1. Procédé d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique (1), caractérisé en ce qu'on dépose une encre photopolymérisable (3) sur la surface du verre ophtalmique (1) puis on polymérise l'encre (3) au moyen d'une source de lumière UV-visible (6) pour favoriser une prise d'encre (3) rapide dès le dépôt sur le verre (1). 1 o
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le verre ophtalmique (1) comporte un revêtement superficiel hydrophobe ou superhydrophobe (9).
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 15 l'encre photopolymérisable (3) est une encre à séchage ultraviolets.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'encre photopolymérisable (3) est une encre à séchage thermique et photochimique.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'impression n'est pas réalisée en suivant la courbure du verre ophtalmique 1. 25
  6. 6. Dispositif d'impression par jet d'encre d'un motif sur un verre ophtalmique (1) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte : - un poste d'impression (7) ayant une tête d'impression (8) à jet d'encre, du type goutte à la demande ou par déviation magnétique ; 20 une source de lumière UV-visible (6) placée à faible distance au-dessus du verre (1) pour irradier uniformément une partie de la surface du verre (1) sur laquelle est déposée l'encre photopolymérisable (3).
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce la source de lumière UV-visible (6) est solidaire de la tête d'impression (8).
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la source de lumière UV-visible (6) est placée au-dessus du verre (1) à une io distance d2 du haut du verre (1) comprise entre 1 mm et 5mm.
  9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le poste d'impression (7) est placé au-dessus du verre (1) à une distance d2 du haut du verre (1) comprise entre 1 mm et 5mm.
  10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la source de lumière UV-visible (6) a une forme de barrette à section transversale rectangulaire d'une largeur et d'une longueur, respectivement, comprise entre l mm et 2mm, et 50mm et 70mm. 15 20
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