FR3035347A1 - Procede de fabrication d'un moule de thermoformage, d'un moule de rotomoulage - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un moule (L) de thermoformage ou d'un moule de rotomoulage pour fabriquer des objets, consistant : à fabriquer un mandrin (M) incluant une empreinte (E) à la forme partielle ou complète de l'objet à fabriquer, à déposer, par un dépôt électrolytique, une couche métallique (N) dans la dite empreinte. Selon l'invention, le procédé consiste à former des moyens d'accrochage sur au moins une partie de la surface visible de la couche métallique (N), à couler une contre-forme (Cm) sur au moins une partie de la surface visible de ladite couche métallique, de sorte que les moyens d'accrochage puissent être retenus dans la contre-forme (Cm) à l'issue de son durcissement afin de lier intimement ladite couche métallique avec ladite contre-forme. Le procédé de l'invention permet de simplifier la fabrication des moules et de raccourcir la durée de leur fabrication. Il est également plus économique à mettre en œuvre. La liaison obtenue entre la couche métallique et la contre-forme de recouvrement est inarrachable, la couche métallique étant fermement ancrée dans la contre-forme.

Description

1 La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un moule de thermoformage, d'un moule de rotomoulage. Pour fabriquer par thermoformage des objets, il est connu d'utiliser un moule de fabrication. Une plaque de matière préchauffée est déposée sur la partie conformée du moule, puis épouse par sa malléabilité la forme du moule. En refroidissant, la plaque conformée se solidifie et conserve sa géométrie. L'objet ainsi fabriqué est ensuite démoulé. Pour fabriquer un tel moule de thermoformage, une solution répandue consiste et en référence aux Figs. 1 à : 1) usiner un mandrin M à la géométrie de la pièce à conformer, incluant notamment une empreinte E, 2) déposer dans l'empreinte du mandrin M, un film de sensibilisation Fs conducteur à base d'argent, 3) déposer dans l'empreinte, une "croûte" Cn de nickel par un dépôt 15 électrolytique, 4) on extrait ensuite du mandrin le moule Cn en nickel ainsi fabriqué, par exemple à l'aide d'un burin, le film d'argent demeurant sur le mandrin, 5) on utilise le moule Cn pour thermoformer des pièces. Ce procédé de fabrication est appelé électroformage. 20 On peut l'utiliser pour fabriquer, par exemple, des planches de bord de véhicule automobiles. En travaillant l'aspect de la surface active du mandrin, on peut obtenir un aspect « grainé », une imitation de l'apparence du cuir, une imitation des veines du bois. En associant plusieurs moules, on peut également s'en servir pour fabriquer des objets par rotomoulage. 25 Le moule en nickel doit présenter une épaisseur de plusieurs millimètres pour qu'il puisse supporter les contraintes mécaniques qu'il subit pendant son utilisation. Le dépôt électrolytique de cette masse de nickel est long, de l'ordre de 500 heures voire davantage. Par ailleurs, un défaut d'aspect dans l'empreinte du moule est difficile à réparer. Il faut le plus souvent recommencer l'étape du dépôt électrolytique. 30 Connaissant cet état de la technique, le demandeur a cherché une solution pour simplifier la fabrication d'un moule de thermoformage, d'un moule de rotomoulage. A cet effet, est proposé un procédé de fabrication d'un moule de thermoformage ou d'un moule de rotomoulage pour fabriquer des objets, consistant : 3035347 2 à fabriquer un mandrin incluant une empreinte à la forme partielle ou complète de l'objet à fabriquer, à déposer, par un dépôt électrolytique, une couche métallique dans la dite empreinte ; selon l'invention, le procédé consiste à former des moyens d'accrochage 5 sur au moins une partie de la surface visible de la couche métallique, à couler une contre-forme sur au moins une partie de la surface visible de ladite couche, de sorte que les moyens d'accrochage puissent être retenus dans la contre-forme à l'issue de son durcissement afin de lier intimement ladite couche métallique avec ladite contre-forme. 10 Le procédé de l'invention permet de simplifier la fabrication des moules et de raccourcir la durée de leur fabrication. Il est également plus économique à mettre en oeuvre. La liaison obtenue entre la couche métallique et la contre-forme de recouvrement est inarrachable, la couche métallique étant fermement ancrée dans la 15 contre-forme. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le dépôt électrolytique est mis en oeuvre dans un bain et l'on déverse dans le bain des particules métalliques pendant l'étape du dépôt électrolytique de la couche métallique, lesdites particules se déposant et se soudant sur ladite couche métallique pour former les moyens 20 d'accrochage. Cette étape est simple à mettre en oeuvre. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à agiter le bain pour brasser les particules en suspension et répartir régulièrement leur dépôt sur ladite couche métallique. 25 Un dépôt régulier des particules métalliques sur la couche métallique est obtenu grâce à ce brassage du bain. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste ensuite à interrompre l'agitation du bain pour que le dépôt électrolytique de la couche métallique puisse enrober lesdites particules et forme des protubérances. 30 Les protubérances prennent la forme de « champignons », ce qui accroît l'accrochage de la couche métallique dans la contre-forme, à l'issue de son coulage. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à choisir le nickel comme matériau pour le dépôt de la couche métallique. 3035347 3 Le nickel est un matériau relativement peu coûteux. Il épouse avec une très grande précision les motifs de l'empreinte. Il est également relativement résistant à l'usure. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste pour 5 former la contre-forme, à couler une première couche d'une résine chargée avec de la fibre, puis à couler une seconde couche de résine non chargée. La première couche de résine chargée accroît encore la résistance à l'arrachage de la contre-forme. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à 10 inclure un maillage métallique résistif pendant l'étape du coulage de la contre-forme, le maillage métallique formant une résistance électrique pour permettre le chauffage électrique du moule. En alimentant en courant électrique le maillage métallique, on peut chauffer de manière homogène le moule.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à déposer dans l'empreinte et avant le dépôt électrolytique de ladite couche métallique, un film de sensibilisation pour ladite couche métallique, à base d'un mélange d'étain et de palladium. Ce dépôt du film de sensibilisation permet de réaliser par la suite le dépôt de la couche métallique. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste ensuite à déposer dans l'empreinte et avant le dépôt électrolytique de ladite couche métallique, par projection et à l'aide de deux buses, une couche de sels d'argent mélangée avec une couche d'un agent réducteur, typiquement du formol.

Ce dépôt du mélange de sels d'argent/agent favorise par la suite le dépôt de la couche métallique. Un moule fabriqué par le procédé fait également partie de l'invention, le moule comprenant une couche métallique, adossée à une contre-forme. Selon l'invention, le moule présente en coupe et sur la face de ladite couche métallique recouverte par ladite contre-forme, des protubérances de retenue de ladite contre- forme. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de 3035347 4 réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. la représente une vue latérale en coupe d'un mandrin pour la fabrication d'un moule de thermoformage et des différents constituants d'un tel 5 moule, et qui sont connus de l'état de la technique, la Fig. lb représente une vue latérale en coupe d'un moule pendant son extraction d'un mandrin, la Fig. lc représente une vue latérale d'un moule disposé dans sa position d'utilisation, 10 la Fig. 2a représente une vue latérale en coupe des constituants d'un moule et d'un mandrin nécessaire à sa fabrication selon l'invention, la Fig. 2b représente une vue latérale en coupe d'un moule sorti de son mandrin et de la séparation de ses deux constituants selon l'invention, la Fig. 3a représente une vue latérale en coupe d'un bain électrolytique et dans 15 lequel est présent un mandrin pour la fabrication d'un moule, le mandrin recevant, dans une empreinte, un dépôt métallique selon l'invention, la Fig. 3b représente une vue en coupe d'un détail agrandi du bain et dans lequel est établie une agitation selon l'invention, la Fig. 3c représente une vue en coupe d'un détail agrandi du bain soumis à 20 une agitation et dans lequel on déverse des particules métalliques selon l'invention, la Fig. 3d représente une vue en coupe d'un détail agrandi du bain, non agité, et dans lequel un dépôt métallique se dépose sur les pointes des particules métalliques qui sont soudées sur une couche d'un dépôt métallique selon l'invention, la Fig. 4a représente une vue latérale en coupe d'un mandrin et dont 25 l'empreinte est recouverte d'une couche d'un dépôt métallique et sur lequel a été coulée une couche de résine selon l'invention, la Fig. 4b représente une vue latérale d'un moule disposé dans sa position d'utilisation selon l'invention et, la Fig. 5 représente une vue latérale en coupe d'une variante de réalisation 30 d'un moule incluant des résistances chauffantes selon l'invention. Sur la Fig. 2a, est montré un mandrin M prévu pour permettre la fabrication d'un moule L destiné à fabriquer par thermoformage, par rotomoulage, des objets. Les principales étapes de la fabrication du moule se déroulent de la manière suivante : 3035347 5 Étape 1 : on fabrique le mandrin M dans une résine telle que de la résine polyester. Une empreinte E représentant la géométrie précise de la surface de l'objet à fabriquer est réalisée dans le mandrin M, par exemple par usinage à l'aide d'une machine à commande numérique.

5 Étape 2: on dépose dans l'empreinte E, au pinceau ou au pistolet, un film de sensibilisation Fs à base d'un mélange d'étain et de palladium. Étape 3 : on dépose ensuite, par projection et à l'aide de deux buses, une couche de sels d'argent Sa mélangée avec une couche d'un agent réducteur R, typiquement du formol.

10 Étape 4 : on dépose ensuite sur la couche d'argent, une mince couche métallique, telle qu'une couche de cuivre et préférentiellement une couche de nickel N, d'une épaisseur comprise entre trois et cinq dixièmes de mm d'épaisseur, par un dépôt électrolytique. La durée de cette étape, beaucoup plus courte que dans la technique connue de l'art antérieur, est de l'ordre d'une vingtaine d'heures.

15 On remarquera que le dépôt du film de sensibilisation Fs et du mélange de sels d'argent/agent réducteur des étapes 2 et 3 ont pour but de permettre le dépôt électrolytique de la couche de nickel, dans l'empreinte E du mandrin M. Étape 5 : on procède ensuite au coulage d'une contre-forme Cm, et qui est préférentiellement réalisée en une résine époxyde, une résine de polyester, une résine 20 thermodurcissable. L'épaisseur de la contre-forme est de l'ordre de un à deux cm. Dans l'invention, cette contre-forme Cm possède un rôle structurel dans la rigidité du moule, alors que la couche de nickel N qui repose sur la contre-forme sert à mouler la pièce par thermoformage, par rotomoulage. Étape 6 : après durcissement de la contre-forme Cm, le moule L ainsi réalisé, 25 c'est-à-dire comprenant la contre-forme Cm revêtue de sa couche de nickel N, est sorti du mandrin M en référence à la Fig. 2b. Dans l'invention, le demandeur a cherché une solution pour lier intimement la couche de nickel N avec la contre-forme Cm coulée par-dessus. En effet, à l'issue du coulage et du refroidissement de la contre-forme Cm, celle-ci n'est pas suffisamment 30 liée avec la couche de nickel N. On peut la séparer de la couche de nickel N, par exemple à l'aide d'un burin comme le suggère la flèche F sur cette Fig. 2b. Il existe depuis quelques années un besoin pour fabriquer des objets thermoformés, à base de fibres de carbone, par exemple des carrosseries de voitures de sport. Des éléments de la carrosserie sont notamment faits à partir d'un tissu 3035347 6 préimprégné constitué d'une résine mélangée à des fibres de carbone. Le tissu préimprégné est chauffé et le moule est également chauffé jusqu'à environ 220 °C. On dépose le tissu préimprégné sur la partie active du moule. Il en prend la forme et la chaleur cuit la résine qui se durcit. On refroidit le moule, puis l'on démoule l'objet 5 fabriqué. Ce besoin de conformer à hautes températures ce type de tissus préimprégnés représente une proportion grandissante, de l'ordre des deux tiers, du volume des objets composites actuellement fabriqués. Dans un mode opératoire préférentiel et répondant à ces exigences, la liaison 10 entre la couche de nickel N et la contre-forme Cm est mise en oeuvre de la manière suivante, en relation avec les Fig s. 3. Dans l'étape 4, le dépôt de la couche de nickel N par un dépôt électrolytique est mis en oeuvre dans un bac B contenant une solution aqueuse de sels de nickel électrolytique Sn, comme cela apparaît sur la Fig. 3a. On dépose une couche de nickel 15 N d'une épaisseur de l'ordre de trois à quatre dixièmes de mm en faisant circuler un courant électrique entre la cathode constituée par le film de sensibilisation, les couches mélangées de sels d'argent/agent réducteur et une anode constituée préférentiellement d'un treillis de fils en titane platiné disposés à faible distance de la cathode. La durée de cette étape est de l'ordre d'une dizaine d'heures.

20 Puis, sur la Fig. 3b, on procède ensuite à une agitation du bain, par exemple à l'aide d'un agitateur à hélice ou par injection d'air. L'agitation du bain est symbolisée par le tourbillon O. Le dépôt électrolytique de nickel est maintenu. On déverse ensuite dans le bain électrolytique, et pendant le dépôt de la couche de nickel N, des particules métalliques et préférentiellement des particules Pca de 25 cuivre enrobées d'argent. La taille de ces particules et de l'ordre de quelques dixièmes de mm. Elle est préférentiellement comprise entre 0.4 et 0.6 mm. L'agitation du bain a pour effet de brasser les particules en suspension qui finissent sous l'effet de la circulation du courant électrique par se déposer et s'accrocher en se soudant à la surface de la couche de nickel N en formant des moyens 30 d'accrochage pour la contre-forme, en forme d'aspérités P. De manière plus précise, l'effet de l'agitation est d'homogénéiser la dispersion des particules dans le bain et par conséquent de répartir correctement le dépôt des particules sur la couche de nickel N. La durée de l'agitation est de l'ordre de trois heures. Les particules Pca de cuivre enrobées d'argent se soudent facilement sur la couche de nickel N.

3035347 7 Sur la Fig. 3d, l'agitation du bain est interrompue et le nickel se dépose préférentiellement sur les pointes des aspérités P en les enrobant, formant ainsi des protubérances T en forme de champignons sur la surface de la couche de nickel N. La durée de cette étape est de pratiquement quatre heures. L'épaisseur de la couche 5 d'enrobage est d'environ un dixième de mm. Lorsque l'épaisseur du dépôt électrolytique de la couche de nickel N a été atteinte, de l'ordre de trois à cinq dixièmes de mm, on coupe l'alimentation électrique du courant électrolytique et l'on sort le mandrin M avec sa couche de nickel N déposée dans son empreinte E. En principe, on ne coupe jamais l'alimentation 10 électrique pendant la phase de dépôt de nickel afin que le dépôt soit homogène. Sur la Fig. 4a, on procède ensuite au coulage d'une contre-forme Cm sur la couche de nickel N, et qui est préférentiellement réalisée en une résine telle qu'une résine époxyde, une résine de polyester, une résine thermodurcissable. L'épaisseur de la contre-forme est de l'ordre de un à deux cm.

15 Les protubérances T en forme de champignons créées sur la surface de la couche de nickel N servent de moyen d'accrochage mécanique pour la couche de résine coulée par-dessus. Les protubérances T sont enveloppées dans la couche de résine. Pour améliorer la liaison entre la couche de nickel N et la contre-forme Cm, il 20 est préféré de couler une première couche de résine mélangée avec de la fibre broyée de taille comprise entre 5 et 100 microns, puis de couler une seconde couche de résine non chargée. La première couche de résine chargée accroît encore la résistance à l'arrachage de la contre-forme Cm. La quantité oscille entre 50 et 80 % de fibres en poids de résine. On peut utiliser de la fibre de verre broyée, de la fibre de carbone 25 broyée. Lorsque la contre-forme Cm a durci, on retire le moule L du mandrin M. Les deux constituants du moule L, c'est-à-dire la couche de nickel N et contre-forme Cm, sont liés intimement et ne peuvent pas être séparés même à une température de thermoformage relativement élevée, de l'ordre de 220 °C. C'est le choix de la matière 30 utilisée pour la contre-forme Cm qui définit la température maximale d'utilisation du moule de fabrication. Sur la Fig. 4b, le moule L a été retourné pour être positionné dans une position de moulage permettant le recouvrement de la couche de nickel N par un tissu préimprégné.

3035347 8 La surface active de la couche de nickel N peut être traitée par sablage, par polissage, par exemple du type « poli miroir » pour modifier l'aspect de l'objet fabriqué. On peut encore la durcir en la recouvrant d'un chromage dur pour accroître sa dureté.

5 Dans une autre variante de réalisation présentée sur la Fig. 5, la contre-forme Cm inclut un maillage métallique Mm résistif et qui est destiné à être utilisé en tant que résistance électrique chauffante. Il est posé pendant l'étape de coulage de la contre-forme Cm, par exemple, entre le coulage de sa première couche et le coulage de se seconde couche. Il est constitué avantageusement d'un tissu métallique tressé 10 avec du fil fabriqué dans un acier inoxydable. Il est raccordé à une alimentation électrique capable de faire varier sa tension d'alimentation afin de régler finement la température de la couche de nickel N. En fonctionnement, la température de surface de la partie active du moule devient pratiquement constante, mesurée à différents endroits. La présence de points chauds à la surface du moule est ainsi évitée. On évite, 15 comme cela se pratique, l'utilisation de four pour chauffer le moule, le changement de poste qui en découle pour amener le moule chaud sur un poste de recouvrement. Il est encore possible, en prévoyant deux moules disposés en vis-à-vis et réunis et dont les deux couches de nickel forment des parois creuses, de fabriquer des corps creux par rotomoulage. Une matière, par exemple du polyéthylène sous la forme de 20 poudre, est introduite dans le moule. Celui-ci est fermé puis chauffé. Il est mis en rotation pour que la poudre se répartisse et fonde sur les parois en nickel. On refroidit ensuite le moule et on l'ouvre pour démouler l'objet ainsi fabriqué. On peut choisir un matériau composite pour fabriquer la contre-forme, matériau composite conducteur de chaleur pour pouvoir chauffer à la flamme les moules.

25 Le procédé de fabrication d'un moule de thermoformage, d'un moule de rotomoulage de l'invention, est relativement économique. Le temps de fabrication du moule est également réduit. La liaison entre sa contre-forme et sa couche métallique est inarrachable. Sa tenue à la température est liée au choix de la matière de la contre-forme Cm 30 coulée sur la couche de nickel N recouverte de ses protubérances T. Un défaut de fabrication de la couche métallique, nécessitant une nouvelle fabrication, est moins coûteux en argent et en temps, du fait de l'épaisseur relativement réduite de la couche métallique et de son temps de fabrication réduit.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Procédé de fabrication d'un moule (L) de thermoformage ou d'un moule de rotomoulage pour fabriquer des objets, consistant : à fabriquer un mandrin (M) incluant une empreinte (E) à la forme partielle ou complète de l'objet à fabriquer, à déposer, par un dépôt électrolytique, une couche métallique (N) dans la dite empreinte, caractérisé en ce qu'il consiste à former des moyens d'accrochage sur au moins une partie de la surface visible de la couche métallique (N), à couler une contre-forme (Cm) sur au moins une partie de la surface visible de ladite couche métallique, de sorte que les moyens d'accrochage puissent être retenus dans la contre-forme (Cm) à l'issue de son durcissement afin de lier intimement ladite couche métallique avec ladite contre-forme.
2. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dépôt électrolytique est mis en oeuvre dans un bain et en ce qu'il consiste à déverser dans le bain des particules métalliques pendant l'étape du dépôt électrolytique de la couche métallique (N), lesdites particules se déposant et se soudant sur ladite couche métallique pour former les moyens d'accrochage.
3. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à agiter le bain pour brasser les particules en suspension et répartir régulièrement leur dépôt sur ladite couche métallique.
4. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à interrompre l'agitation du bain pour que le dépôt électrolytique de la couche métallique puisse enrober lesdites particules et forme des protubérances (T).
5. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir le nickel (N) comme matériau pour le dépôt de la couche 25 métallique.
6. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste pour former la contre-forme, à couler une première couche d'une résine chargée avec de la fibre, puis à couler une seconde couche de résine non chargée. 30
7. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à inclure un maillage métallique (Mm) résistif pendant l'étape du 3035347 10 coulage de la contre-forme (Cm), le maillage métallique (Mm) formant une résistance électrique pour permettre le chauffage électrique du moule (L).
8. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer dans l'empreinte (E) et avant le dépôt électrolytique de 5 ladite couche métallique (N), un film de sensibilisation (Fs) pour ladite couche métallique (N), à base d'un mélange d'étain et de palladium.
9. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer dans l'empreinte (E) et avant le dépôt électrolytique de ladite couche métallique (N), par projection et à l'aide de deux buses, une couche de sels d'argent (Sa) mélangée 10 avec une couche d'un agent réducteur (R), typiquement du formol.
10. 10) Moule (L) fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, le moule (L) comprenant une couche métallique (N), adossée à une contre-forme (Cm), caractérisé en ce qu'il présente en coupe et sur la face de ladite couche métallique recouverte par ladite contre-forme, des protubérances (T) de 15 retenue de ladite contre-forme.