FR3022250A1 - Solution de traitement d'objet en polyester thermoplastique obtenu par impression 3d et procede associe - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une solution pour le lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en trois dimensions (3D) caractérisé en ce qu'elle comprend un solvant, ou mélange de solvants, non halogéné et volatil à température ambiante dont le paramètre de solubilité total (δt) est supérieur à 18.5 MPa1/2 et le paramètre de solubilité dispersif (δd) est supérieur à 17.0 MPa1/2. L'invention trouvera son application pour réduire voir supprimer les démarcations des couches présentes à la surface des objets obtenus par impression en trois dimensions (3D).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne une solution de traitement d'objet en polyester thermoplastique obtenu par impression en trois dimensions (3D) et un procédé associé.

L'invention trouvera son application pour tout objet en polyester thermoplastique obtenu par impression trois dimensions (3D) de sorte à réduire voir supprimer les démarcations des couches présentes à la surface desdits objets.

ETAT DE LA TECHNIQUE L'impression 3D ou impression tridimensionnelle est une technique de fabrication additive développée pour le prototypage rapide. Trois technologies principales coexistent : le modelage par dépôt de matière en fusion ou FDM (Fused Deposition Modeling), la stéréolithographie : une lumière UV solidifie une couche de plastique liquide (SLA) et le frittage sélectif par laser dans lequel un laser agglomère une couche de poudre. Le marché de l'impression 3D est en pleine expansion avec dernièrement la commercialisation d'imprimantes personnelles à des prix accessibles aux particuliers.

Bien que révolutionnaire, sur les objets ainsi imprimés les démarcations des couches de matière sont visibles à la surface ; les objets créés avec les imprimantes 3D nécessitent des traitements de surface pour améliorer l'état de surface de l'objet. L'ABS ou acrylonitrile butadiène styrène est un des matériaux plastiques de prédilection pour l'impression 3D. Ce plastique est un polymère thermoplastique souvent utilisé dans les appareils électro-ménagers. Il existe des techniques de traitement de surface d'objet imprimé en 3D en ABS. On connait notamment l'utilisation d'acétone ou de solvants halogénés dans des enceintes chauffantes. L'objet à traiter est placé dans l'enceinte et la recirculation du solvant dans l'enceinte chauffée entraine la solubilisation partielle de la surface de l'objet et donc son lissage à l'échelle macroscopique. Ces procédés présentent de nombreux inconvénients notamment, le chauffage du solvant requiert un équipement spécial pour la mise en oeuvre de la recirculation à chaud et assurer la sécurité du fait de l'inflammabilité non négligeable des solvants chauffés. De plus des quantités importantes de solvants doivent être utilisées ce qui entraine une étape de récupération et de traitement des déchets non négligeable qui est d'autant plus problématique lors de l'utilisation de solvant halogénés. En outre, ces procédés ne sont pas tous applicables aux polyesters thermoplastiques tels que le PLA ou Poly Lactic Acid en anglais acide poly lactique en français qui est un matériau de plus en plus utilisé dans le domaine de l'impression 3D, en particulier grâce à sa non-toxicité comparée à celle de l'ABS.

Il existe donc le besoin de proposer un procédé qui permet d'améliorer l'état de surface d'objet en polyester thermoplastique imprimé en 3D. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne une solution de lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en trois dimensions (3D) comprenant un solvant ou un mélange de solvants non halogéné et volatil à température ambiante. Le solvant choisi possède un paramètre de solubilité total (ôt) supérieur à 18.5 MPa1/2 et un paramètre de solubilité dispersif (ôd) supérieur à 17.0 MPa1/2.

Cette solution améliore l'état de surface de l'objet imprimé en réduisant voire en supprimant les démarcations des couches de matériau dudit objet. L'invention concerne également un procédé de lissage d'une surface d'un matériau d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en trois dimensions (3D) caractérisé en ce qu'il comprend la mise en contact à température ambiante de la surface à lisser et d'une solution selon telle que décrite ci-dessus puis un séchage. L'invention permet de traiter des surfaces d'objet sans nécessiter d'outillage complexe notamment pour le chauffage, ou le traitement et la sécurité d'un solvant halogéné.

DESCRIPTON DETAILLEE Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.

On rappelle tout d'abord que l'invention porte sur une solution pour le lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en 3D caractérisé en ce qu'elle comprend un solvant, ou mélange de solvant, non halogéné et volatil à température ambiante dont le paramètre de solubilité total (ôt) est supérieur à 18.5 MPa1/2 et le paramètre de solubilité dispersif (ôd) est supérieur à 17.0 MPa1/2. Avantageusement, le polyester thermoplastique est de l'acide poly lactique. Avantageusement, le solvant est choisi parmi le tétrahydrofurane (THF), le 1,3-dioxolane, et le 2,5-dimethylfurane (2,5-DMF). Avantageusement, la solution comprend un liant filmogène. Avantageusement, le liant filmogène est un polyester. Avantageusement, le liant filmogène est une résine alkyde. Avantageusement, le liant filmogène est de l'acide poly lactique.

Avantageusement, le paramètre de solubilité total (ôt) est supérieur à 18.5 MPa1/2, préférablement supérieur à 20.0 MPa1/2 Avantageusement, le paramètre de solubilité dispersif (ôd) est supérieur à 17.0 MPa1/2, préférablement supérieur à 17.8 MPa1/2 Avantageusement, le point d'ébullition du solvant ou mélange de solvant est inférieur à 240°C préférentiellement inférieur à 110 °C. Avantageusement, le solvant ou mélange de solvant s'évapore en moins de 30 min, préférablement 5 min à 25 °C. Suivant un autre aspect, l'invention concerne un procédé de lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en 3D caractérisé en ce qu'il comprend la mise en contact à température ambiante de la surface à lisser et d'une solution telle que décrite ci-dessus puis un séchage. Avantageusement, la mise en contact est réalisée par une application de ladite solution sur la surface à traiter par pulvérisation ou par un pinceau Avantageusement, la mise en contact est réalisée par immersion de l'objet dont la surface est à lisser dans un bain de ladite solution. Avantageusement, la durée de l'immersion est inférieure ou égale à 120s, préférentiellement 60s.

Suivant un autre aspect, l'invention concerne une utilisation d'une solution telle que décrite ci-dessus pour le lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en 3D. Comme déjà mentionné, les technologies actuelles pour imprimer un objet en trois dimensions fonctionnent par empilement de couches successives. Cet empilement reste visible à la surface de l'objet une fois l'impression terminée formant des démarcations. La solution selon l'invention est destinée à lisser la surface d'objet obtenu par impression en 3D, notamment à supprimer ou au moins réduire lesdites démarcations. On entend par lisser que l'état de surface de l'objet est amélioré. L'effet recherché est macroscopique, il est visible à l'oeil nu. On observe notamment une augmentation significative de la brillance de la surface de l'objet au fur et à mesure que celle-ci est lissée par la solution de l'invention. La solution de l'invention permet de dissoudre le polyester thermoplastique à la surface de l'objet. L'effet de dissolution est plus important au niveau des démarcations qui forment un relief plus sensible au solvant de la solution. La solution comprend au moins un solvant, voir un mélange de solvants. Dans la suite de la description l'expression solvant au singulier est utilisée sans pour autant être limitatif du mode de réalisation avec un mélange de solvant qui reprend l'ensemble des caractéristiques décrites pour un solvant. Le solvant est non halogéné, c'est-à-dire ne comporte aucun atome d'halogène. Ce qui présente l'avantage d'être moins nocif pour l'utilisateur et notamment pouvoir être proposé aux particuliers sans risques importants.

Le solvant est préférentiellement volatil à température ambiante, c'est à dire qu'il s'évapore en moins de 30 min, préférablement 5 min à 25°C. La température ambiante s'entend d'une gamme de température de 5 à 30° C, préférentiellement de 20 à 25°C à pression atmosphérique. La solution selon l'invention est destinée à solubiliser le polyester thermoplastique du matériau imprimé en 3D. Le solvant est choisi pour avoir des paramètres de solubilités adaptés. Le demandeur s'est aperçu de manière surprenante qu'un solvant avec un paramétré de solubilité totale (ôt) supérieur à 18.5 MPa1/2, préférablement supérieur à 20.0 MPa1/2 et un paramètre de solubilité dispersif (ôd) supérieur à 17.0 MPa1/2, préférablement supérieur à 17.8 MPa1/2 donnait des résultats très satisfaisants. La présente solution agit notamment sur l'acide poly lactique. Préférentiellement, le solvant possède un point d'ébullition inférieur à 240°C préférentiellement inférieur à 110°C. Cette sélection permet notamment d'obtenir une solution qui s'évapore facilement une fois appliquée. A titre d'exemple préféré mais non limitatif, le solvant est choisi parmi le tétrahydrofurane (THF), le 1,3-dioxolane et le 2,5-diméthylfurane (DMF).

Selon un mode de réalisation préféré, la solution selon l'invention comprend un liant filmogène. On entend par liant filmogène un polymère capable, en au moins 6 h et à température comprise entre 5 °C et 30 °C de passer à l'état solide en formant un film sec au toucher, homogène, tendu, continu et adhérent, et ce par un quelconque mécanisme de séchage physique et/ou chimique, en présence ou non d'un catalyseur. La présence d'un liant filmogène dans la solution de l'invention améliore considérablement l'effet de lissage de la surface de l'objet imprimé en 3D. Le liant filmogène apporte une homogénéité de l'aspect de la surface. En particulier, le demandeur s'est aperçu que le liant filmogène joue un rôle complémentaire au solvant en agissement en comblement des creux tandis que le solvant agit sur les arêtes. Le liant filmogène est soluble dans le solvant de la solution. A titre d'exemple non limitatifs, le liant est choisi parmi un polyester thermoplastique, tel que l'acide poly lactique, ou une résine alkyde. Préférentiellement, la solution comprend de 10% à 95% en masse de solvant et de 5% à 90% en masse de liant. Avantageusement, le solvant représente de 50% à 95% en masse et le liant de 5% à 50% en masse de la solution. Suivant un mode de réalisation, la solution selon l'invention est une peinture. La solution comprend des pigments tels que du dioxyde de titane et des charges tels que du carbonate de calcium. La solution selon l'invention peut comprendre un siccatif de sorte à favoriser son séchage.

Avantageusement, la solution selon l'invention est biosourcée. La solution comprend un taux de carbone d'origine renouvelable supérieur à 95%. Cette mesure est préférentiellement obtenue par analyse au carbone 14. L'invention concerne un procédé de lissage de la surface d'un objet imprimé en 3D. Le procédé comprend une étape de mise en contact de la solution de lissage telle que décrite ci-dessus et une étape de séchage. Avantageusement, l'étape de mise en contact est réalisée à température ambiante soit entre 20°C et 25°C à pression atmosphérique. Ledit procédé est donc particulièrement facile à mettre en oeuvre et ne nécessite aucun appareillage de chauffage et de recirculation. Selon une première possibilité, la mise en contact consiste en une application de ladite solution à la surface dudit objet. L'application peut être réalisée par pulvérisation de la solution par exemple par spray, pistolet à peinture, ou aérographe ou bien par dépôt au pinceau.

Selon une deuxième possibilité, la mise en contact consiste en une immersion de l'objet dans la solution de lissage. Préférentiellement, l'immersion est rapide, d'une durée inférieure ou égale à 120 secondes, plus précisément inférieure ou égale à 60 secondes, plus précisément inférieure ou égale à 30 secondes L'étape de séchage est également rapide, du fait du solvant qui présente une évaporation rapide et éventuellement du liant. Avantageusement, l'étape de séchage est effectuée à l'air libre. Préférentiellement, l'étape de séchage a une durée égale ou inférieure à 30 minutes et encore plus préférentiellement inférieure à 5min.

Selon un mode de réalisation, le procédé de lissage comprend plusieurs mise en contact successives de la surface à lisser et de la solution de lissage telle que décrite ci-dessus. Plus le nombre de mise en contact est important plus les démarcations, plus précisément les démarcations des couches déposées, disparaissent et plus les arêtes s'adoucissement. Le nombre de mise en contact dépend du niveau de détail que l'on souhaite conserver par rapport au lissage souhaité.

EXEMPLES Exemple 1 Une série d'éprouvette de test ont été imprimée en trois dimensions en PLA par une imprimante MakerBot Replicator 2 et avec une résolution de 100 microns d'épaisseur par couche. La longueur totale des éprouvettes était de 50 mm. Bien que formant un solide compact, les éprouvettes présentent des démarcations visibles entre les couches de PLA de 100 microns d'épaisseur et possèdent un aspect général mat. Exemple 2 Une éprouvette précédemment préparée à l'exemple 1 a été immergée pendant 60 s dans une solution de THF pur. Après immersion l'éprouvette est laissée séchée à l'air libre à 25 °C pendant 30 min. L'éprouvette obtenue après le traitement ci-dessous présente une surface plus brillante et lisse, avec en particulier une diminution visible des démarcations entre couches imprimées.

Exemple 3 Une éprouvette précédemment préparée à l'exemple 1 a été immergée pendant 60 s dans une solution de 1,3-dioxolane pur. Après immersion l'éprouvette est laissée séchée à l'air libre à 25 °C pendant 30 min. L'éprouvette obtenue après le traitement ci-dessous présente une surface plus brillante et lisse, avec en particulier une diminution visible des démarcations entre couches imprimées. Exemple 4 Une éprouvette précédemment préparée à l'exemple 1 a été immergée pendant 60 s dans une solution de 2,5-DMF pur. Après immersion l'éprouvette est laissée séchée à l'air libre à 25 °C pendant 30 min.

L'éprouvette obtenue après le traitement ci-dessous présente une surface plus brillante et lisse, avec en particulier une diminution visible des démarcations entre couches imprimées.

Exemple 5 Une éprouvette précédemment préparée à l'exemple 1 a été immergée pendant 60 s dans une solution comprenant 90 % en masse de THF et 10 % en masse de PLA. Après immersion l'éprouvette est laissée séchée à l'air libre à 25 °C pendant 30 min.

L'éprouvette obtenue après le traitement ci-dessous présente une surface plus brillante et lisse, avec en particulier une diminution visible des démarcations entre couches imprimées. Exemple 6 Une éprouvette précédemment préparée à l'exemple 1 a été recouverte au pinceau par une solution comprenant 92 % en masse de THF et 8 % en masse d'une résine alkyde siccativée. Après application l'éprouvette est laissée séchée à l'air libre à 25 °C pendant 30 min. L'éprouvette obtenue après le traitement ci-dessous présente une surface plus brillante et lisse, avec en particulier une diminution visible des démarcations entre couches imprimées.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Solution pour le lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en trois dimensions (3D) caractérisé en ce qu'elle comprend un solvant, ou mélange de solvants, non halogéné et volatil à température ambiante dont le paramètre de solubilité total (6t) est supérieur à 18.5 MPa1/2 et le paramètre de solubilité dispersif (6d) est supérieur à 17.0 MPa1/2.
2. 2. Solution selon la revendication précédente dans laquelle le solvant est choisi parmi le THF, le 1,3-dioxolane et le 2,5-DMF.
3. 3. Solution selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un liant filmogène.
4. 4. Solution selon la revendication précédente dans laquelle le liant filmogène est un polyester.
5. 5. Solution selon la revendication précédente dans laquelle le liant filmogène est une résine alkyde ou de l'acide poly lactique.
6. 6. Solution selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le paramètre de solubilité total (6t) est supérieur à 20.0 MPa1/2 .
7. 7. Solution selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le paramètre de solubilité dispersif (6d) est supérieur à 17.8 mpa1/2.
8. 8. Solution selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le solvant ou mélange de solvant s'évapore en moins de 30 min, préférablement 5 min à 25 °C.
9. 9. Procédé de lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en 3D caractérisé en ce qu'il comprend la mise en contact à température ambiante de la surface à lisser et d'une solution selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 puis un séchage.
10. 10.Procédé selon la revendication précédente dans lequel la mise en contact est réalisée par une application de ladite solution sur la surface à traiter par pulvérisation ou par un pinceau.
11. 11. Procédé selon la revendication 9 dans lequel la mise en contact est réalisée par immersion de l'objet dont la surface est à lisser dans un bain de ladite solution.
12. 12.Procédé selon la revendication précédente dans lequel la durée de l'immersion est inférieure ou égale à 60s.
13. 13. Procédé selon l'une quelconque des quatre revendications précédentes dans lequel la surface à lisser est en acide poly-lactique.
14. 14. Utilisation d'une solution suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour le lissage d'une surface d'un objet en polyester thermoplastique imprimé en 3D.