FR3096603A1 - Dispositif de découpe à fil de découpe adoptant la forme d’une boucle fermée - Google Patents
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Abstract
Le dispositif (100) de découpe d’un objet comporte un fil (101) de découpe. Ce fil (101) de découpe se présente sous la forme d’une boucle fermée et est agencé de sorte à permettre une découpe simultanée de l’objet en au moins trois parties. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1
Description
Domaine technique de l’invention
Le domaine technique de l’invention concerne la découpe d’un objet, par exemple de type bloc de marbre pour former des plaques de marbre fines.
État de la technique
Le sciage en tranches des matériaux durs comme le silicium, le carbure de silicium (SiC), le saphir ou le marbre peut être réalisé de différentes manières. Ces dernières années, la technologie utilisant des fils diamantés est néanmoins devenue prédominante, ayant remplacée la technologie précédente utilisant un mélange abrasif aussi appelé « slurry » en langue anglaise. Le mélange abrasif peut comporter un liquide et un abrasif par exemple sous forme de poudre.
Il existe deux technologies bien différentes d’utilisation de fil diamanté pour faire des découpes qui permettent soit de limiter la perte de matière soit de proposer une vitesse de découpe optimisée.
Si le pourcentage de perte de matière est le paramètre le plus important, la priorité est l’utilisation d’un fil dont le diamètre est le plus petit possible pour limiter cette perte de matière. Dans ce cas, un fil diamanté de diamètre pouvant être inférieur ou égal à 60 µm est utilisé pour réaliser une découpe en va-et-vient aussi connu sous l’appellation « back and forth » en langue anglaise. Ici, les deux extrémités longitudinales opposées du fil diamanté sont enroulées sur deux bobines différentes pour autoriser ce va-et-vient. Ce type de découpe peut être utilisé pour la découpe de tranches fines de silicium dans le domaine photovoltaïque aussi appelée « wafering » en langue anglaise.
Il est connu de la demande de brevet européen EP3098008 une scie à fil pour couper des plaquettes selon la technique du va-et-vient. Cette scie comporte un fil de découpe entouré autour d’au moins deux rouleaux de guidage destinés à être entrainés en rotation. Le fil de découpe est en outre relié à deux bobines réservoir. Une telle scie à fil présente l’inconvénient de fonctionner en va-et-vient d’où il résulte : une vitesse moyenne réduite de défilement du fil de découpe par rapport à la vitesse nominale, du fait des arrêts fréquents lors du changement de sens du fil de découpe ; et la formation de marques relativement marquées à la surface du matériau découpé.
Par ailleurs, la technique du va-et-vient présente l’inconvénient d’une vitesse nominale de défilement du fil de découpe lors de la découpe de l’ordre de 30 m/s à 40 m/s maximum car il est difficile d’entraîner de gros rouleaux de guidage à des vitesses supérieures. L’intérêt principal de cette technique est de pouvoir couper simultanément de nombreuses tranches.
Si la rapidité de découpe est recherchée, l’utilisation d’un procédé de découpe utilisant un fil diamanté en boucle fermée, mis en rotation continue à grande vitesse, est alors privilégiée. C’est le cas de l’éboutage des briques de silicium ou le cas de la découpe de blocs de marbre en tranches. Cependant, la découpe d’une tranche de grande surface avec le fil diamanté peut être longue car ce dernier ne peut par exemple découper qu’à une vitesse de l’ordre de 2 mm par minute.
Pour éviter la construction d’un équipement très coûteux qui utiliserait un fil sur bobines découpant selon la technique va-et-vient, il est connu, notamment dans le domaine de la découpe de blocs de marbre ou de pierres naturelles en tranches, une machine comportant plusieurs boucles fermées distinctes de fils diamantés parallèles pour découper simultanément plusieurs tranches dans un même bloc de marbre. Ceci permet d’améliorer le temps de découpe global du bloc de marbre en plusieurs tranches, le plus souvent de l’ordre de 20 mm d’épaisseur. Cependant, une telle machine présente l’inconvénient suivant : les fils diamantés peuvent s’user indépendamment les uns des autres de manière différentes si les réglages de la machine ne sont pas optimisés, ce qui nécessite de les contrôler souvent pour obtenir une découpe simultanée homogène d’un même bloc de marbre pour les différentes boucles. Par ailleurs, un fil diamanté peut casser alors que les autres restent intacts. Il faut alors remplacer le fil diamanté cassé, puis ramener les fils diamantés à l’endroit où ils étaient lorsque le fil diamanté a cassé pour continuer la découpe, ce qui engendre un risque de détériorer l’état de surface des tranches voire même de les casser, des pertes de temps et qui désynchronise l’éventuelle usure des différents fils diamantés présents. Par ailleurs, il est complexe de maintenir chacune des boucles fermées à la bonne tension pour permettre de former des tranches d’épaisseur désirée. Chaque boucle a son propre système tendeur. Par ailleurs, sur une telle machine, le diamètre du fil sur lequel sont fixés les diamants est compris entre 5 mm et 9 mm. Un tel diamètre de fil diamanté rend difficile, et pas économiquement rentable, la découpe de tranches fines. Typiquement une tranche fine présente une épaisseur strictement inférieure à 20 mm et des dimensions latérales définissant deux faces opposées de la tranche selon son épaisseur. Par exemple, la surface de chacune de ces faces opposées est strictement supérieure à 0,5 m2. Ainsi, pour obtenir des plaques plus fines à partir des tranches découpées avec une telle machine, les tranches doivent ensuite être usinées par exemple par polissage, ce qui engendre une perte de matière et de temps.
Par exemple, la demande de brevet internationale WO2013132527 décrit une réalisation d’un rouleau de guidage pour de multiples fils afin de découper des blocs de pierre naturelle ou artificielle.
La demande de brevet FR3018711 décrit un exemple de boucle fermée pouvant être utilisée pour découper un matériau. Une telle boucle peut classiquement être utilisée pour découper un objet selon un seul trait de coupe.
Objet de l’invention
L’invention a pour but d’améliorer la découpe simultanée d’un objet en plusieurs parties.
A cet effet, l’invention est relative à un dispositif de découpe d’un objet, ledit dispositif de découpe comportant un fil de découpe. Le dispositif de découpe est caractérisé en ce que le fil de découpe se présente sous la forme d’une boucle fermée et en ce que le fil de découpe est agencé de sorte à permettre une découpe simultanée de l’objet en au moins trois parties.
Un tel agencement du fil de découpe en boucle fermée permet une découpe de l’objet en au moins trois parties sans nécessiter une mise en œuvre complexe comme dans le cas de la technique de la découpe en va-et-vient.
Le dispositif de découpe peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le fil de découpe est un fil à abrasifs liés, par exemple un fil diamanté ;
- le fil de découpe présente un diamètre strictement inférieur à 2 mm, de préférence compris entre 450 µm et 1000 µm ;
- le dispositif de découpe comporte de deux à dix zones de découpe, et de préférence de deux à six zones de découpe, dans lesquelles passe le fil de découpe ;
- le fil de découpe est agencé de sorte à comporter une première partie et une deuxième partie, la première partie formant un enroulement dont deux extrémités opposées sont reliées par la deuxième partie du fil de découpe ;
- le dispositif de découpe comporte un organe de renvoi coopérant avec la deuxième partie du fil de découpe pour empêcher le contact de la deuxième partie du fil de découpe avec la première partie du fil de découpe entre les deux extrémités opposées de cette première partie ;
- l’organe de renvoi est configuré pour maintenir le fil de découpe en tension ;
- le dispositif de découpe comporte au moins deux organes de guidage du fil de découpe, chaque organe de guidage comportant au moins deux gorges dans lesquelles le fil de découpe passe ;
- les gorges des deux organes de guidage présentent chacune un diamètre en fond de gorge strictement supérieur à une dimension de l’objet à découper mesurée selon une direction de découpe de l’objet ;
- le dispositif de découpe comporte un nombre d’organes de guidage strictement supérieur à 2 ;
- au moins l’un des organes de guidage est motorisé pour permettre sa mise en rotation afin d’entraîner le fil de découpe en mouvement.
- le fil de découpe est un fil à abrasifs liés, par exemple un fil diamanté ;
- le fil de découpe présente un diamètre strictement inférieur à 2 mm, de préférence compris entre 450 µm et 1000 µm ;
- le dispositif de découpe comporte de deux à dix zones de découpe, et de préférence de deux à six zones de découpe, dans lesquelles passe le fil de découpe ;
- le fil de découpe est agencé de sorte à comporter une première partie et une deuxième partie, la première partie formant un enroulement dont deux extrémités opposées sont reliées par la deuxième partie du fil de découpe ;
- le dispositif de découpe comporte un organe de renvoi coopérant avec la deuxième partie du fil de découpe pour empêcher le contact de la deuxième partie du fil de découpe avec la première partie du fil de découpe entre les deux extrémités opposées de cette première partie ;
- l’organe de renvoi est configuré pour maintenir le fil de découpe en tension ;
- le dispositif de découpe comporte au moins deux organes de guidage du fil de découpe, chaque organe de guidage comportant au moins deux gorges dans lesquelles le fil de découpe passe ;
- les gorges des deux organes de guidage présentent chacune un diamètre en fond de gorge strictement supérieur à une dimension de l’objet à découper mesurée selon une direction de découpe de l’objet ;
- le dispositif de découpe comporte un nombre d’organes de guidage strictement supérieur à 2 ;
- au moins l’un des organes de guidage est motorisé pour permettre sa mise en rotation afin d’entraîner le fil de découpe en mouvement.
L’invention est aussi relative à un procédé de découpe d’un objet, ce procédé de découpe comportant une étape de découpe de l’objet par le dispositif de découpe tel que décrit. Cet objet pouvant être un bloc de marbre.
D’autres avantages et caractéristiques pourront ressortir clairement de la description détaillée qui va suivre.
Description sommaire des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés et listés ci-dessous.
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
Description détaillée
Le dispositif de découpe selon l’invention ; dont différentes réalisations sont décrites ci-après à titre d’exemples non limitatifs ; propose d’utiliser un fil de découpe en forme de boucle fermée et de le faire cheminer de manière adéquate pour permettre la découpe simultanée d’un objet en au moins trois parties.
Dans la présente description par « compris entre deux valeurs », il est entendu que les bornes formées par ces deux valeurs sont incluses dans la plage correspondante.
Le dispositif 100 de découpe, aussi appelé installation pour la découpe, d’un objet 1000 comporte un fil 101 de découpe.
Une première réalisation du dispositif 100 de découpe est représentée en figures 1 à 3, tandis qu’une deuxième réalisation est représentée en figures 4 et 5.
Le fil 101 de découpe se présente sous la forme d’une boucle fermée et le fil 101 de découpe est agencé de sorte à permettre, c’est-à-dire autoriser, une découpe simultanée de l’objet 1000 en au moins trois parties. De préférence, les parties découpées à partir de l’objet 1000 sont des tranches aussi appelées plaques. Les parties découpées sont donc des éléments de tailles importantes en regard des particules enlevées à l’objet 1000 pour permettre cette découpe.
L’utilisation d’un fil 101 de découpe en boucle fermée répond notamment à une problématique technique d’amélioration de la fabrication d’un tel dispositif 100 de découpe et de son entretien car cette utilisation présente l’avantage d’éviter de mettre en œuvre un système complexe de va-et-vient du fil de découpe pour réaliser le sciage de l’objet 1000. En effet, le fil 101 de découpe sous forme de boucle fermée autorise une simplification de l’architecture du dispositif 100 de découpe : par exemple dans le sens où un tendeur permettant de tendre le fil 101 de découpe et un meneur, tel qu’un moteur, permettant le défilement du fil 101 de découpe peuvent suffire pour mettre en tension le fil 101 de découpe et assurer le défilement du fil 101 de découpe.
Par ailleurs, l’utilisation du fil 101 de découpe tel que décrit, c’est-à-dire en forme de boucle fermée, permet de répondre à une problématique technique liée à l’usure inégale de portions de ce fil 101 de découpe. En effet la mise en mouvement du fil 101 de découpe lui permet de coopérer selon toute sa longueur avec l’objet 1000 à découper. Il en résulte que le fil 101 de découpe s’use de manière plus homogène sur toute sa périphérie comparé à la technique où l’on ne découpe qu’une tranche à la fois, permettant ainsi une découpe plus homogène de l’objet 1000.
Un autre avantage du fil 101 de découpe se présentant sous la forme d’une boucle fermée et agencé de sorte à découper simultanément plusieurs parties de l’objet 1000 est que le fil 101 de découpe peut se déplacer, c’est-à-dire être mis en mouvement, toujours dans le même sens. Ainsi, la découpe peut se faire plus rapidement, par exemple à une vitesse de défilement supérieure ou égale à 50 m/s sans avoir à ralentir le fil 101 de découpe jusqu’à inverser son sens de déplacement comme dans la technique de découpe par va-et-vient. Par ailleurs, la vitesse de défilement peut être constante tout au long de la découpe de l’objet 1000.
Le fil 101 de découpe, aussi appelé fil abrasif, permet de découper l’objet 1000 par frottement ou abrasion : il y a donc enlèvement de matière issue de l’objet 1000, notamment lors d’un déplacement ou mouvement de ce fil 101 de découpe dans sa direction longitudinale selon une vitesse, dite vitesse de défilement, adaptée.
Lorsque le fil 101 de découpe se déplace ou est en mouvement dans le but d’assurer la découpe de l’objet 1000, on dit qu’il défile dans le dispositif 100 de découpe.
Par « fil 101 de découpe se présentant sous la forme d’une boucle fermée », il est notamment entendu que le fil 101 de découpe est une boucle fermée, par exemple obtenue par fixation, en particulier par soudure, de deux extrémités longitudinales libres et opposées d’un fil utilisé en vue de former ce fil 101 de découpe. Une telle boucle fermée de fil 101 de découpe est connue en soi, par exemple de la demande de brevet français FR3018711, mais l’agencement particulier du fil 101 de découpe au sens de la présente invention permet au fil 101 de découpe de découper efficacement et simultanément l’objet 1000 en au moins trois parties.
Par exemple, le fil 101 de découpe sous forme de boucle fermée peut présenter une charge à rupture 40% supérieure à la tension d’utilisation du fil 101 de découpe.
De préférence, le fil 101 de découpe est configuré, dans le cadre de son utilisation dans le dispositif 100 de découpe, pour avoir une résistance à la fatigue permettant au fil 101 de découpe de pouvoir effectuer un certain nombre de rotations minimum avant rupture. Par exemple, si le fil 101 de découpe permet de découper trois tranches simultanément, ce nombre de rotations minimum peut être égal à 250000 rotations. Par exemple, si le fil 101 de découpe permet de découper six tranches simultanément, ce nombre de rotations minimum peut être égal à 125000 rotations.
Un avantage d’utiliser le fil 101 de découpe sous forme de boucle fermée pour découper simultanément au moins trois tranches, par exemple six tranches, dans l’objet 1000 est que la fixation, par exemple la soudure, permettant de fermer cette boucle de fil 101 de découpe sera moins sollicitée qu’habituellement dans le cas de la découpe d’une seule tranche.
Pour permettre la découpe de l’objet 1000 en au moins trois parties, le dispositif 100 de découpe peut comporter au moins deux zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe où passe le fil 101 de découpe. Aux exemples des figures 1, 2 et 4, il est représenté quatre zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe.
En fait, chaque zone 102a, 102b, 102c, 102d de découpe va être associée à un trait de coupe pour découper l’objet 1000.
Dans la présente description, un trait de coupe correspond à une ligne d’attaque de la matière de l’objet 1000 par le fil 101 de découpe qui va enlever progressivement de la matière en suivant ce trait de coupe.
De préférence, le dispositif 100 de découpe peut comporter de deux à dix zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe, et de préférence de deux et six zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe ou plus particulièrement cinq ou six zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe, dans lesquelles passe le fil 101 de découpe. Autrement dit, le cheminement du fil 101 de découpe est adapté pour que ce dernier passe dans ces zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe. Ceci présente l’avantage d’optimiser la découpe de l’objet 1000 en réalisant plusieurs découpes simultanément de sorte à répondre à une problématique d’amélioration du cadencement de la découpe de l’objet 1000. En effet, la découpe simultanée de l’objet 1000 en plusieurs parties est avantageuse dans le sens où elle permet d’accélérer la découpe de l’objet 1000 dans un nombre de parties souhaité par rapport à une découpe séquentielle de cet objet 1000. Par exemple, ces zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe au nombre de quatre aux figures 1, 2 et 4 permettent de séparer l’objet 1000 en cinq parties.
Par exemple, le fil 101 de découpe est agencé de sorte à présenter des portions sensiblement parallèles et destinées à coopérer avec l’objet 1000 pour le découper ; de préférence que cela soit lorsque le fil 101 de découpe est à l’arrêt dans le dispositif 100 de découpe ou à chaque instant lorsque le fil 101 de découpe défile dans le dispositif 100 de découpe. Notamment, chacune de ces portions est incluse dans une des zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe correspondante. Par sensiblement parallèle, il est ici entendu parallèle ou parallèle à plus ou moins 0,5 degré en vue d’obtenir une épaisseur homogène de partie découpée dans l’objet 1000 entre deux zones de découpe adjacentes. Ainsi, chaque zone 102a, 102b, 102c, 102d de découpe permet de définir, à l’aide de la portion de fil 101 de découpe présente dans ladite zone 102a, 102b, 102c, 102d de découpe, un trait de coupe associé de l’objet 1000.
De préférence, le fil 101 de découpe peut comporter, comme représenté à titre d’exemple en figure 6, un fil 103 de support, aussi appelé âme centrale, sur lequel sont fixées des particules 104 abrasives représentées schématiquement par des éléments ovales en figure 6. Le fil 103 de support peut être, par exemple, en acier ou en inox. Selon une autre formulation, le fil 101 de découpe est formé de particules abrasives maintenues sur l’âme centrale du fil 101 de découpe par un liant (non visible en figure 6) tel que par exemple du nickel, du nickel-cobalt ou du fer. Dans le cadre du fil 101 de découpe, les particules abrasives sont préférentiellement des diamants. Autrement dit, le fil 101 de découpe peut être un fil à abrasifs liés, par exemple un fil diamanté.
Les particules 104 abrasives peuvent présenter chacune une taille dite « taille maximale » pouvant être comprise entre 50 µm et 200 µm, de préférence cette gamme de taille est tout particulièrement adaptée lorsque les particules 104 abrasives sont des diamants. En fait, plus la taille de chacune des particules 104 abrasives est importante, plus la découpe est rapide. Ainsi, chaque particule abrasive du fil 101 de découpe peut être telle qu’elle peut être incluse dans une sphère de diamètre égal à sa taille maximale. Une particule abrasive est aussi appelée grain abrasif. Les particules 104 abrasives sont notamment chacune de dureté strictement supérieure à la dureté du matériau de l’objet 1000 à découper, par exemple la dureté peut être mesurée sur l’échelle de Mohs.
Le fil 103 de support peut être un toron formé de plusieurs fils.
Le fil 101 de découpe, en particulier lorsqu’il s’agit d’un fil diamanté, présente l’avantage de pouvoir couper des matériaux durs comme, par exemple, le marbre. Par « matériau dur », il est notamment entendu un matériau dont la matrice ne se déforme pas ou peu sous le passage du fil 101 de découpe et notamment de ses diamants. Le matériau dur peut être abrasé par les diamants en mode fragile, ou par alternance d’un mode ductile et fragile. Par « alternance d’un mode ductile et fragile », il est entendu que les diamants déforment d’abord plastiquement le matériau que l’on découpe (les diamants créent des sillons à la surface du matériau) puis la contrainte à l’avant des diamants devient telle que l’excès de pression entraîne un écaillage de la matière (déformation fragile). Ainsi, le matériau de l’objet 1000 à découper peut être choisi parmi : le marbre, le silicium, le saphir, SiC, Si3N4, GaN, InP.
Selon un exemple préféré, le fil 101 de découpe présente un diamètre strictement inférieur à 2 mm, de préférence compris entre 450 µm et 1000 µm. Un tel diamètre est tout particulièrement adapté pour découper des parties d’épaisseur fine dans l’objet 1000 tout en limitant la perte de matière lors de la découpe. En ce sens, un tel diamètre présente l’avantage de répondre à une problématique de coûts et une problématique environnementale puisque les pertes et déchets sont limités. Ce diamètre de fil 101 de découpe est tout particulièrement adapté pour découper des tranches fines dans l’objet 1000. Par « tranches fines », il est entendu des tranches présentant chacune une épaisseur inférieure ou égale à 20 mm, de préférence une épaisseur comprise entre 1 mm et 4 mm. Chaque tranche fine a, de préférence, des dimensions latérales définissant deux faces opposées de la tranche selon son épaisseur, la surface de chacune de ces faces opposées étant préférentiellement strictement supérieure à 0,5 m2. Ces faces opposées d’une même tranche sont notamment orthogonales à la direction de mesure de l’épaisseur de cette tranche. L’objet 1000 peut être de la pierre naturelle telle que du marbre. Le diamètre de fil 101 de découpe tel que décrit est particulièrement adapté pour éviter la casse des tranches successives découpées simultanément par ce même fil 101 de découpe, en particulier lorsque le matériau découpé est du marbre.
Par diamètre du fil 101 de découpe, il est entendu le diamètre dit « nu » du fil 101 de découpe, ce diamètre correspondant au diamètre de l’âme centrale du fil 101 de découpe plus, le cas échéant deux fois l’épaisseur du liant servant à maintenir les grains abrasifs, par exemple les diamants, sur l’âme centrale.
La largeur, ou épaisseur, du trait de coupe (aussi appelé « kerf loss » en langue anglaise) créé par le passage du fil 101 de découpe dans chaque zone 102a, 102b, 102c, 102d sera déterminée en prenant en compte le diamètre « nu » du fil 101 de découpe plus deux fois la taille maximale d’un diamant déposé autour du fil 103 de support (c’est-à-dire la taille maximale des diamants déposés autour du fil 103 de support) plus une épaisseur de l’ordre de la moitié de la taille maximale du diamant pour prendre en compte les éventuelles vibrations du fil 101 de découpe lors de la découpe. Par exemple, la largeur du trait de coupe peut être d’environ 850 µm si : le diamètre « nu » du fil 101 de découpe est de 700 µm, les diamants liés au fil 103 de support présentent chacun une taille maximale comprise entre 40 µm et 60 µm, et le surplus de matière retiré en lien avec les mouvements et vibrations du fil 101 de découpe est évalué à 30 µm sur le passage du fil 101 de découpe.
De préférence, le fil 101 de découpe est guidé de manière adaptée en vue d’assurer une découpe simultanée efficace de l’objet 1000. En particulier, le fil 101 de découpe peut avantageusement être agencé de sorte à comporter une première partie 105 et une deuxième partie 106. Notamment, que cela soit lorsque le fil 101 de découpe est à l’arrêt dans le dispositif 100 de découpe ou à chaque instant lorsque le fil 101 de découpe défile dans le dispositif 100 de découpe, le fil 101 de découpe comporte ces première et deuxième parties 105, 106. La première partie 105 du fil 101 de découpe forme un enroulement dont deux extrémités 107, 108 opposées sont reliées par la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe, par exemple tel qu’illustré en figures 1, 2 et 4. L’enroulement du fil 101 de découpe, notamment de sa première partie 105, lui permet par exemple de passer dans les zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe souhaitées au sein du dispositif 100 de découpe. La deuxième partie 106 du fil 101 de découpe permet de relier les deux extrémités 107, 108 opposées de l’enroulement du fait de la forme de boucle fermée du fil 101 de découpe qu’il faut mettre en mouvement pour réaliser la découpe de l’objet 1000. Cet agencement (aussi appelé cheminement) du fil 101 de découpe est conservé à tout instant du mouvement (c’est-à-dire du défilement) du fil 101 de découpe ; à la simple différence que les portions (c’est-à-dire des tronçons correspondant) du fil 101 de découpe délimitant à chaque instant la première partie 105 et la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe peuvent bien entendu être différentes. Par exemple, ces portions peuvent varier selon la position relative d’un point de référence du fil 101 de découpe par rapport à l’une des zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe. Cet agencement du fil 101 de découpe au sein du dispositif 100 de découpe permet notamment une utilisation efficace d’une boucle fermée ne nécessitant pas de mettre en œuvre un va-et-vient du fil 101 de découpe pour réaliser la découpe de l’objet 1000.
Selon une autre formulation, l’enroulement de la première partie 105 peut être telle que cette première partie 105 du fil 101 de découpe comporte une pluralité de spires, chaque spire étant associée localement à une zone 102a, 102b, 102c, 102d de découpe correspondante. Les deux spires de l’enroulement distales l’une de l’autre sont reliées par la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe.
Il résulte du cheminement décrit par le fil 101 de découpe dans le dispositif 100 de découpe qu’il existe un risque de mise en contact des première et deuxième parties 105, 106 par chevauchement du fil 101 de découpe sur lui-même au cours de la découpe de l’objet 1000, ceci pouvant endommager le fil 101 de découpe et entraîner, le cas échéant, sa rupture. Afin d’éviter un tel endommagement du fil 101 de découpe, le dispositif 100 de découpe peut comporter un organe 109 de renvoi coopérant avec la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe pour empêcher le contact de la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe avec sa première partie 105 ; entre les deux extrémités 107, 108 opposées de cette première partie 105 (correspondant aux deux extrémités 107, 108 opposées de l’enroulement) ; comme cela est par exemple représenté en figures 1 à 5.
Par exemple, l’organe 109 de renvoi peut être formé par tout type de dispositif adapté permettant de former un coude reliant deux brins de cette deuxième partie 106 du fil 101 de découpe. Ces deux brins s’étendent chacun depuis le coude vers l’une des extrémités 107, 108 correspondante de la première partie 105 que ledit brin relie. Le coude forme alors par exemple une région de la deuxième partie 106 la plus éloignée de la première partie 105.
Par exemple, l’organe 109 de renvoi peut être une poulie dans laquelle passe la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe.
L’organe 109 de renvoi peut être placé au-dessus de l’enroulement du fil 101 de découpe. En particulier, l’organe 109 de renvoi peut être placé au-dessus de la première partie 105 du fil 101 de découpe, notamment lorsque l’objet 1000 à découper se présente par le dessous de la première partie 105 du fil 101 de découpe pour être découpé. Par exemple, la direction de découpe, notée F1 aux figures 3 et 5 est orthogonale à l’axe d’enroulement de la première partie 105 du fil 101 de découpe. Ainsi, le dispositif 100 de découpe peut être tel que la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe passe au-dessus de sa première partie 105.
Alternativement, l’organe 109 de renvoi peut être placé sur l’un des côtés latéraux de la première partie 105 du fil 101 de découpe (c’est-à-dire à gauche ou à droite de la première partie 105 du fil 101 de découpe dans le référentiel des figures 1, 3, 4 et 5), en dessous de la première partie 105 du fil 101 de découpe ou encore à l’intérieur de l’enroulement formant la première partie 105 du fil 101 de découpe.
En vue d’améliorer la découpe de l’objet 1000, le fil 101 de découpe peut présenter une tension adéquate. Par exemple, le fil 101 de découpe peut être tendu avec une force comprise entre 50 N et 200 N, et de préférence entre 80 N et 100 N, pour un fil 101 de découpe de diamètre égal à 700 µm. Ici, un avantage de l’utilisation du fil 101 de découpe se présentant sous la forme d’une boucle fermée est que sa mise en tension permet d’assurer automatiquement la mise en tension adaptée de ce fil 101 de découpe dans chacune des zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe du dispositif 100 de découpe afin d’homogénéiser la découpe de l’objet 1000 dans ces différentes zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe.
Par exemple, l’organe 109 de renvoi peut être configuré pour mettre en tension le fil 101 de découpe et/ou maintenir le fil 101 de découpe en tension en particulier selon la force indiquée ci-dessus. Par exemple, le maintien du fil 101 de découpe en tension peut correspondre à son maintien à une tension dite de travail désirée pendant la découpe de l’objet 1000. Ainsi, l’organe 109 de renvoi peut avantageusement assurer deux fonctions, celle d’éviter l’endommagement du fil 101 de découpe sur lui-même et celle de mise en tension du fil 101 de découpe. L’utilisation d’un tel organe 109 de renvoi permet avantageusement de découper de manière efficace plusieurs tranches simultanément dans l’objet 1000 avec une seule boucle fermée de fil 101 de découpe de grande longueur adaptée selon les dimensions de l’objet 1000 à découper et le nombre de tranches souhaité.
Pour assurer cette fonction de maintien en tension du fil 101 de découpe, l’organe 109 de renvoi peut être une poulie dite « poulie tendeuse ». La poulie tendeuse permet notamment de mettre et de maintenir le fil 101 de découpe à la tension de travail désirée pendant la découpe de l’objet 1000.
De manière plus générale, comme le montrent à titre d’exemple les figures 1 à 5, le dispositif 100 de découpe peut comporter un dispositif 110 de maintien en tension du fil 101 de découpe qui peut être formé par l’organe 109 de renvoi ou par tout autre système agencé à n’importe quel endroit le long de la boucle de fil 101 de découpe du moment que le dispositif 110 de maintien en tension ne fasse pas obstacle à l’objet 1000 lors de sa découpe.
Il existe par ailleurs un besoin de trouver une solution simple à mettre en œuvre et efficace pour autoriser le cheminement du fil 101 de découpe en partie sous la forme d’un enroulement afin de découper l’objet 1000 en au moins trois parties. Pour répondre à ce besoin, le dispositif 100 de découpe peut comporter au moins deux organes 111, 112, 113, 114 de guidage du fil 101 de découpe. Chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage comporte au moins deux gorges 115, 116, 117, 118 dans lesquelles le fil 101 de découpe passe. Pour chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage, les gorges 115, 116, 117, 118 qu’il comporte sont notamment parallèles entre elles. Autrement dit, les gorges 115, 116, 117, 118 des organes 111, 112, 113, 114 de guidage permettent de guider le fil 101 de découpe de sorte à former sa première partie 105, notamment à chaque instant lorsque le fil 101 de découpe défile dans le dispositif 101 de découpe. En effet, la première partie 105 du fil 101 de découpe est enroulée autour de l’ensemble des organes 111, 112, 113, 114 de guidage par exemple comme illustré aux figures 1, 2 et 4.
Ainsi, les gorges 115, 116, 117, 118 des organes 111, 112, 113, 114 de guidage permettent de conférer à la première partie 105 du fil 101 de découpe sa forme d’enroulement, de préférence à l’arrêt du fil 101 de découpe dans le dispositif 100 de découpe ou à chaque instant au cours du défilement du fil 101 de découpe dans le dispositif 100 de découpe. Autrement dit, les organes 111, 112, 113, 114 de guidage permettent de former l’enroulement du fil 101 de découpe, c’est-à-dire notamment sa première partie 105, autour des, et notamment sur les, organes 111, 112, 113, 114 de guidage.
Ainsi, le fil 101 de découpe peut passer de gorge en gorge sur les organes 111, 112, 113, 114 de guidage. Les gorges adjacentes d’un même organe 111, 112, 113, 114 de guidage présentent un espacement dépendant de l’épaisseur des parties que l’on souhaite découper dans l’objet 1000 et prenant en compte le diamètre du fil 101 de découpe qui enlèvera de la matière de l’objet 1000.
Dès lors, les organes 111, 112, 113, 114 de guidage peuvent chacun comporter N gorges 115, 116, 117, 118 échelonnées selon un axe associé audit organe 111, 112, 113, 114 de guidage correspondant. N est alors un nombre entier supérieur ou égal à 2 et par exemple inférieur ou égal à 10 pour permettre de définir les zones 102a, 102b 102c, 102d de découpe correspondantes. Dans ce cas, chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage comporte des première à N-ième gorges, la N-ième gorge 118 représentant dans la présente description la gorge de l’organe 111, 112, 113, 114 de guidage correspondant la plus éloignée de la première gorge 115 de ce même organe 111, 112, 113, 114 de guidage. Dès lors, le fil 101 de découpe passe par les premières gorges 115 des organes 111, 112, 113, 114 de guidage, puis est dévié pour passer par les deuxièmes gorges 116 des organes 111, 112, 113, 114 de guidage, et, si N est strictement supérieur à 2, ainsi de suite jusqu’à passer dans les N-ièmes gorges des organes 111, 112, 113, 114 de guidage avant de revenir sur la première gorge 115 de l’un des organes 111, 112, 113, 114 de guidage correspondant.
Selon une autre formulation, le dispositif 100 de découpe peut présenter une pluralité de plans parallèles tels que chaque plan passe par une des gorges 115, 116, 117, 118 de chacun des organes 111, 112, 113, 114 de guidage. Dès lors, chaque plan est associé à une des spires de l’enroulement formant la première partie 105 du fil 101 de découpe, ladite spire passant par l’ensemble des gorges passant par ledit plan. On comprend alors que pour tout couple de deux plans adjacents respectivement appelés premier plan et deuxième plan, une partie correspondante de fil 101 de découpe relie une des gorges passant par le premier plan à une des gorges passant par le deuxième plan.
Dans le cadre de la première réalisation (figures 1 à 3) pour laquelle le dispositif 100 de découpe comporte deux organes 111, 112 de guidage, les deux organes 111, 112 de guidage du fil 101 de découpe peuvent comporter chacun quatre gorges 115, 116, 117, 118 permettant d’enrouler le fil 101 de découpe de manière adaptée à son passage dans les quatre zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe pour découper l’objet 1000 par exemple visible en figure 3.
Selon la première réalisation, le dispositif 100 de découpe peut comporter les deux organes 111, 112 de guidage de telle sorte que les gorges des deux organes 111, 112 de guidage présentent chacune un diamètre d1 en fond de gorge strictement supérieur à une dimension de l’objet 1000 à découper, cette dimension d1 de l’objet 1000 à découper étant notamment mesurée selon (c’est-à-dire de préférence parallèlement à) la direction de découpe de l’objet 1000. Cette première réalisation présente l’avantage de limiter le nombre de composants du dispositif 100 de découpe. Par ailleurs, le diamètre d1 spécifié permet d’éviter à une région de la première partie 105 du fil 101 de découpe, ladite région étant située à l’opposé des zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe, de venir endommager les tranches découpées dans l’objet 1000. Ce diamètre d1 peut aussi prendre en compte une marge de sécurité évitant l’endommagement susmentionné du fait de la flèche du fil 101 de découpe dans ladite région située à l’opposé des zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe.
Selon la deuxième réalisation illustrée en figures 4 et 5, le dispositif 100 de découpe peut comporter un nombre d’organes 111, 112, 113, 114 de guidage strictement supérieur à 2. Cette deuxième réalisation présente l’avantage de limiter l’encombrement des organes 111, 112, 113, 114 de guidage par rapport à la première réalisation.
Sur les figures 4 et 5, le dispositif 100 de découpe comporte quatre organes 111, 112, 113, 114 de guidage ; chacun muni de quatre gorges 115, 116, 117, 118 permettant de former l’enroulement du fil 101 de découpe, c’est-à-dire sa première partie 105.
Chacune des gorges 115, 116, 117, 118 décrites dans la présente description peut présenter une section de forme triangulaire avec un angle en fond de gorge relativement aigu (par exemple un angle de 90 degrés ou strictement inférieur à 90 degrés) de manière à maintenir le fil 101 de découpe en fond de gorge. Le fond de chaque gorge 115, 116, 117, 118 peut présenter un profil dont le rayon est adapté au diamètre du fil 101 de découpe : le profil du fond de chaque gorge 115, 116, 117, 118 peut être un arc de cercle correspondant à la courbure de la section transversale du fil 101 de découpe défilant dans la gorge.
Pour chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage, les gorges 115, 116, 117, 118 de cet organe 111, 112, 113, 114 de guidage peuvent être échelonnées, le long d’un axe dit « axe d’échelonnement » et selon un pas prédéterminé dépendant de l’épaisseur des parties à découper dans l’objet 1000. Le pas peut être égal à l’épaisseur souhaitée des parties plus deux fois la demi-largeur du trait de coupe lié à l’utilisation du fil 101 de découpe ou selon une autre formulation le pas peut être égal à l’épaisseur souhaitée des parties plus la largeur du trait de coupe lié à l’utilisation du fil 101 de découpe. Par exemple, le pas peut être compris entre 2 mm et 5 mm, de préférence entre 2,8 mm et 3,8 mm, et par exemple être égal à 2,7 mm ou 2,9 mm. Ce pas est tout particulièrement adapté pour la découpe de tranches de marbre. Par exemple, si une tranche de 2 mm est souhaitée alors que le fil 101 de découpe présente un « kerf loss » de 800 µm, alors le pas est de 2,8 mm.
Sur l’exemple des figures 4 et 5, le dispositif 100 de découpe comporte quatre organes 111, 112, 113, 114 de guidage qui vus de face (figure 5) sont respectivement appelés :
- organe 111 de guidage « bas gauche »,
- organe 112 de guidage « bas droit »,
- organe 113 de guidage « haut droit » et
- organe 114 de guidage « haut gauche ».
On constate alors sur cet exemple que le fil 101 de découpe :
- passe dans la première gorge 115 de chacun des organes de guidage « haut gauche », « bas gauche », « bas droit » et « haut droit »,
- relie ensuite la première gorge 115 de l’organe 113 de guidage « haut droit » à la deuxième gorge 116 de l’organe 114 de guidage « haut gauche » avant de passer successivement dans les deuxièmes gorges 116 des organes de guidage « bas gauche », « bas droit » et « haut droit ».
Ce schéma de passage du fil 101 de découpe dans les premières gorges 115 et les deuxièmes gorges 116 peut, le cas échéant, être répété pour réaliser un passage du fil 101 de découpe dans des troisièmes gorges 117, et ainsi de suite jusqu’à ce que le fil 101 de découpe s’étende d’une gorge (la quatrième gorge 118 dans l’exemple illustré) correspondante de l’organe 113 de guidage « haut droit » à la première gorge 115 de l’organe 114 de guidage « haut gauche ».
- organe 111 de guidage « bas gauche »,
- organe 112 de guidage « bas droit »,
- organe 113 de guidage « haut droit » et
- organe 114 de guidage « haut gauche ».
On constate alors sur cet exemple que le fil 101 de découpe :
- passe dans la première gorge 115 de chacun des organes de guidage « haut gauche », « bas gauche », « bas droit » et « haut droit »,
- relie ensuite la première gorge 115 de l’organe 113 de guidage « haut droit » à la deuxième gorge 116 de l’organe 114 de guidage « haut gauche » avant de passer successivement dans les deuxièmes gorges 116 des organes de guidage « bas gauche », « bas droit » et « haut droit ».
Ce schéma de passage du fil 101 de découpe dans les premières gorges 115 et les deuxièmes gorges 116 peut, le cas échéant, être répété pour réaliser un passage du fil 101 de découpe dans des troisièmes gorges 117, et ainsi de suite jusqu’à ce que le fil 101 de découpe s’étende d’une gorge (la quatrième gorge 118 dans l’exemple illustré) correspondante de l’organe 113 de guidage « haut droit » à la première gorge 115 de l’organe 114 de guidage « haut gauche ».
De préférence, au moins l’un des organes 111, 112, 113, 114 de guidage est motorisé pour permettre sa mise en rotation et la mise en mouvement, donc le défilement, du fil 101 de découpe dans le dispositif 100 de découpe. Ainsi le dispositif 100 de découpe peut comporter un moteur 119, par exemple couplé mécaniquement à l’un des organes 112 de guidage pour assurer la rotation de cet organe 112 de guidage et permettre le défilement du fil 101 de découpe qui entraîne alors le ou les autres organes 111, 113, 114 de guidage en rotation. Ceci présente l’avantage de permettre la mise en mouvement du fil 101 de découpe pour réaliser la découpe directement par l’un des organes 112 de guidage ; favorisant ainsi la compacité du dispositif 100 de découpe. Sur les figures 1 et 4 le positionnement du moteur 119 pour motoriser l’organe 112 de guidage est préféré lorsque l’on fait tourner le fil 101 de découpe dans le sens des aiguilles d’une montre. Alternativement, si le fil 101 de découpe devait tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, le positionnement du moteur 119 serait fait, en figures 1 et 4, pour motoriser l’organe 111 de guidage.
Bien que la motorisation de l’un des organes 111, 112, 113, 114 de guidage puisse assurer la mise en mouvement recherchée du fil 101 de découpe au sein du dispositif 100 de découpe en vue de découper l’objet 1000, il est préféré que plusieurs organes de guidage soient chacun motorisé par un moteur correspondant afin de limiter et/ou de répartir les efforts exercés sur le fil 101 de découpe lors de son mouvement. Dans ce cas, il peut être utilisé un système d’asservissement des moteurs entre eux pour limiter les efforts appliqués localement au fil 101 de découpe afin d’éviter sa casse, notamment à la fixation des deux extrémités du fil utilisé en vue de former la boucle de fil 101 de découpe. Le cas échéant, l’asservissement permet d’épargner/soulager la soudure permettant de former la boucle fermée du fil 101 de découpe. De préférence, chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage est motorisé, et trois des moteurs sont asservis à l’un des moteurs qui est maître.
Selon un exemple particulier applicable à toutes les réalisations de la présente description pour lesquelles le dispositif 100 de découpe comporte au moins deux organes 111, 112, 113, 114 de guidage, il est possible que le dispositif 100 de découpe comporte deux moteurs 119, 120 permettant de mettre en rotation deux organes de guidage. Dans ce cas, l’un des moteurs peut être un moteur maître et l’autre un moteur esclave dont le pilotage en rotation est asservi au couple du moteur maître. Ceci permet de limiter les efforts sur le fil 101 de découpe et d’obtenir un meilleur aspect de surface des parties découpées dans l’objet 1000. Dans ce cas, dans le référentiel des figures 1, 3, 4 et 5, le fil 101 de découpe tourne avantageusement dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Dans le cadre de la première réalisation, les deux organes 111, 112 de guidage peuvent être motorisés de sorte que l’un des moteurs 119, couplé à l’organe 112 de guidage, est maître et l’autre des moteurs 120, couplé à l’organe 111, de guidage est esclave : le couple du moteur esclave est asservi au couple du moteur maître.
Dans le cadre de la deuxième réalisation, si le dispositif 100 de découpe comporte quatre organes 111, 112, 113, 114 de guidage, les deux moteurs 119, 120 peuvent être placés de manière à permettre l’asservissement tout en assurant que la tension de la boucle de fil 101 de découpe soit la plus homogène possible. Ces moteurs 119, 120 peuvent donc être respectivement positionnés pour motoriser l’organe 112 de guidage « bas droit » et l’organe 114 de guidage « haut gauche ». L’un des deux moteurs 119, 120 est alors asservi à l’autre des deux moteurs 119, 120.
Ainsi, on comprend que le dispositif 100 de découpe peut, de manière générale, comporter au moins un moteur 119, 120 pour assurer le défilement du fil 101 de découpe dans le dispositif 100 de découpe.
Il résulte de ce qui a été décrit ci-avant, qu’il est préférable de tendre convenablement le fil 101 de découpe tout en assurant que la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe ne vienne pas frotter contre la première partie 105 du fil 101 de découpe lors du défilement du fil 101 de découpe dans le dispositif 100 de découpe. Pour assurer cela, il a été proposé ci-avant d’utiliser une poulie de renvoi tendeuse. Selon une autre réalisation, pour permettre la mise en tension du fil 101 de découpe, un ou plusieurs des organes 111, 112, 113, 114 de guidage peut être monté sur un vérin tendeur. Ainsi, l’axe de l’un des axes organes 111, 112, 113, 114 de guidage peut se déplacer, par actionnement du vérin tendeur, latéralement de manière à garder une tension constante dans le fil 101 de découpe. En combinaison avec cette utilisation de vérin tendeur, l’une des deux gorges reliées par la deuxième partie 106 du fil 101 de découpe peut présenter un diamètre interne strictement supérieur au diamètre interne de chacune des autres gorges par lesquelles le fil 101 de découpe passe. Par exemple, cette autre réalisation peut, comme représenté en figure 7, correspondre au dispositif 100 de découpe à quatre organes de guidage 111, 112, 113, 114 et dont le diamètre interne de l’une des deux gorges situées aux extrémités 107, 108 opposées de l’enroulement que forme la première partie 105 du fil 101 de découpe est strictement supérieur au diamètre interne de l’autre des deux gorges situées aux extrémités 107, 108 opposées de l’enroulement que forme la première partie 105 du fil 101 de découpe. Selon une alternative, les deux gorges dites « gorges d’extrémité de l’enroulement » et situées aux extrémités 108, 107 de la première partie 105 présentent chacune un diamètre interne strictement supérieur au diamètre interne de chacune des autres gorges des deux organes de guidage comportant chacun l’une des gorges d’extrémité correspondante. En fait, il faut ici maintenir la distance entre la première partie 105 et la deuxième partie 106, par exemple d’au moins 10 mm, pour éviter leur mise en contact. Le diamètre interne d’une gorge correspond au diamètre en fond de gorge de la gorge correspondante. En figure 7, il est représenté à titre d’exemple deux moteurs 119, 120 motorisant respectivement l’organe 112 de guidage et l’organe 114 de guidage.
De manière générale, pour permettre la découpe de l’objet 1000, le fil 101 de découpe va devoir pénétrer dans l’objet 1000. Pour cela, il peut être mis en œuvre un déplacement relatif entre les zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe et l’objet 1000, c’est-à-dire entre le fil 101 de découpe et l’objet 1000. En particulier, ce déplacement est mis en œuvre entre la première partie 105 du fil 101 de découpe et l’objet 1000. Ainsi, le dispositif 100 de découpe peut comporter un dispositif 121 de déplacement de l’objet 1000 par rapport au fil 101 de découpe, notamment par rapport à la première partie 105 du fil 101 de découpe, de sorte à permettre la découpe de cet objet 1000. Par exemple, le dispositif de déplacement peut comporter un support sur lequel est monté l’objet 1000 pour déplacer l’objet 1000 afin que la première partie 105 du fil 101 de découpe vienne découper l’objet 1000. Alternativement, de manière plus aisément réalisable, le dispositif 121 de déplacement peut être configuré pour déplacer les organes 111, 112 de guidage, et le cas échéant l’organe 109 de renvoi ainsi que le ou les moteurs 119, 120, par rapport à l’objet 1000. En figure 8, il est représenté schématiquement le dispositif 121 de déplacement pouvant comporter un portique 122 permettant le déplacement des organes 111, 112 de guidage selon les directions opposées indiquées par la double flèche référencée F2. Le dispositif 121 de déplacement peut comporter des axes 123, 124, par exemple verticaux, le long desquels les organes 111, 112 de guidage peuvent se déplacer. Bien que le dispositif 121 de déplacement ait été illustré dans le cadre de la première réalisation en figure 8, le même principe peut s’appliquer à la deuxième réalisation.
Comme évoqué précédemment, l’objet 1000 à découper peut être un bloc de marbre pour former des plaques ou tranches de marbre. A titre d’exemple, si l’on souhaite découper un bloc de marbre, adoptant la forme d’une plaque rectangulaire de dimensions latérales de 750 mm par 1500 mm avec une épaisseur de 20 mm, en cinq tranches chacune de 2 mm d’épaisseur découpées dans l’épaisseur de 20 mm de ce bloc de marbre (c’est-à-dire découpées orthogonalement à la direction de mesure de cette épaisseur du bloc de marbre), le dispositif 100 de découpe du type des figures 4 et 5 peut être utilisé et peut comporter :
- quatre organes 111, 112, 113, 114 de guidage qui, placés dans le référentiel du dispositif 100 de découpe selon l’orientation visible aux figures 4 et 5 sont respectivement nommés organe 111 de guidage « bas gauche », organe 112 de guidage « bas droit », organe 113 de guidage « haut droit », organe 114 de guidage « haut gauche », le diamètre de chacun ces organes 111, 112, 113, 114 de guidage étant, mesuré au fond des gorges dudit organe 111, 112, 113, 114 de guidage, de 500 mm,
- l’entraxe entre l’organe 111 de guidage « bas gauche » et l’organe 112 de guidage « bas droit » est de 2000 mm,
- l’entraxe entre l’organe 114 de guidage « haut gauche » et l’organe 113 de guidage « haut droit » est de 2000 mm,
- l’entraxe entre l’organe 111 de guidage « bas gauche » et l’organe 114 de guidage « haut gauche » est de 2500 mm,
- l’entraxe entre l’organe 112 de guidage « bas droit » et l’organe 113 de guidage « haut droit » est de 2500 mm,
- chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage comporte quatre gorges dont le pas de répétition est de 3,8 mm,
- la longueur de la boucle formée par le fil 101 de découpe est d’environ 44 m, le fil 101 de découpe étant un fil diamanté,
- le diamètre du fil 103 de support du fil diamanté est de 0,5 mm, la taille maximale moyenne des diamants du fil diamanté est de 40 µm, ce qui correspond à une largeur de 0,6 mm de chacun des traits de coupe dans l’objet 1000.
- quatre organes 111, 112, 113, 114 de guidage qui, placés dans le référentiel du dispositif 100 de découpe selon l’orientation visible aux figures 4 et 5 sont respectivement nommés organe 111 de guidage « bas gauche », organe 112 de guidage « bas droit », organe 113 de guidage « haut droit », organe 114 de guidage « haut gauche », le diamètre de chacun ces organes 111, 112, 113, 114 de guidage étant, mesuré au fond des gorges dudit organe 111, 112, 113, 114 de guidage, de 500 mm,
- l’entraxe entre l’organe 111 de guidage « bas gauche » et l’organe 112 de guidage « bas droit » est de 2000 mm,
- l’entraxe entre l’organe 114 de guidage « haut gauche » et l’organe 113 de guidage « haut droit » est de 2000 mm,
- l’entraxe entre l’organe 111 de guidage « bas gauche » et l’organe 114 de guidage « haut gauche » est de 2500 mm,
- l’entraxe entre l’organe 112 de guidage « bas droit » et l’organe 113 de guidage « haut droit » est de 2500 mm,
- chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage comporte quatre gorges dont le pas de répétition est de 3,8 mm,
- la longueur de la boucle formée par le fil 101 de découpe est d’environ 44 m, le fil 101 de découpe étant un fil diamanté,
- le diamètre du fil 103 de support du fil diamanté est de 0,5 mm, la taille maximale moyenne des diamants du fil diamanté est de 40 µm, ce qui correspond à une largeur de 0,6 mm de chacun des traits de coupe dans l’objet 1000.
Le dispositif 100 de découpe tel que décrit dans le paragraphe précédent peut alors être utilisé pour découper le bloc de marbre selon le procédé suivant :
- le fil 101 de découpe est mis en mouvement de sorte à présenter une vitesse de défilement constante de 79 m/s ;
- le fil 101 de découpe pénètre dans l’épaisseur du bloc de marbre, par un côté du bloc de marbre de dimension égale à 750 mm, selon la direction de découpe (c’est-à-dire orthogonalement à la direction d’enroulement de la première partie 105 du fil 101 de découpe), à une vitesse de 3 mm/min,
- le fil 101 de découpe est lubrifié et nettoyé de part et d’autre du bloc de marbre ainsi que sur le dessus de ce bloc de marbre de manière à maintenir une lubrification permanente de chaque trait de coupe créé par le fil 101 de découpe dans le bloc de marbre.
Un tel procédé de découpe permet de découper simultanément les cinq tranches rectangulaires de dimensions 750 mm par 1500 mm avec une épaisseur de 2 mm d’épaisseur en 8 heures et 30 minutes environ.
- le fil 101 de découpe est mis en mouvement de sorte à présenter une vitesse de défilement constante de 79 m/s ;
- le fil 101 de découpe pénètre dans l’épaisseur du bloc de marbre, par un côté du bloc de marbre de dimension égale à 750 mm, selon la direction de découpe (c’est-à-dire orthogonalement à la direction d’enroulement de la première partie 105 du fil 101 de découpe), à une vitesse de 3 mm/min,
- le fil 101 de découpe est lubrifié et nettoyé de part et d’autre du bloc de marbre ainsi que sur le dessus de ce bloc de marbre de manière à maintenir une lubrification permanente de chaque trait de coupe créé par le fil 101 de découpe dans le bloc de marbre.
Un tel procédé de découpe permet de découper simultanément les cinq tranches rectangulaires de dimensions 750 mm par 1500 mm avec une épaisseur de 2 mm d’épaisseur en 8 heures et 30 minutes environ.
Ainsi, de manière générale, le dispositif 100 de découpe peut aussi comporter un système de lubrification du fil 101 de découpe, par exemple configuré pour lubrifier le fil 101 de découpe au niveau de (c’est-à-dire par exemple de part et d’autre de l’objet 1000 et dans l’objet 1000) chaque trait de coupe dans l’objet 1000. La lubrification du fil 101 de découpe peut être adaptée, par exemple en analysant le couple du moteur entraînant l’un des organes de guidage. Cette adaptation de la lubrification peut être avantageuse dans le cadre de la découpe de marbre car ce matériau peut comporter des veines formées par des minéraux induisant des passages difficiles provoquant une augmentation du couple moteur. Dès lors l’analyse du couple moteur permettrait d’asservir la lubrification à ce couple.
Ainsi, l’invention est aussi relative à un procédé de découpe de l’objet 1000, par exemple un bloc de marbre. Un tel procédé de découpe comporte une étape de découpe (visible en figure 3 et 5) de l’objet 1000 par le dispositif 100 de découpe tel que décrit. Au cours de l’étape de découpe de l’objet 1000, le fil 101 de découpe pénètre en plusieurs endroits, notamment selon différents traits de coupe, dans l’objet 1000. Afin d’assurer une séparation de l’objet 1000 en plusieurs parties, l’étape de découpe est notamment telle qu’un mouvement relatif entre l’objet 1000 et les zones 102a, 102b, 102c, 102d de découpe est assuré de sorte à permettre une pénétration progressive du fil 101 de découpe dans l’objet 1000 jusqu’à le séparer en différentes parties. Les avantages de ce procédé de découpe sont bien entendus liés aux avantages que procure le dispositif 100 de découpe.
De préférence, chaque organe 111, 112, 113, 114 de guidage peut se présenter sous la forme d’un rouleau, ou d’un cylindre, à la surface duquel sont ménagées les gorges 115, 116, 117, 118 alors échelonnées selon l’axe central du rouleau ou cylindre, cet axe central coïncidant de préférence avec l’axe de rotation de cet organe 111, 112, 113, 114 de guidage.
Bien qu’il ait été donné dans la présente description une application pour la découpe de marbre, le dispositif 100 de découpe, et donc le procédé de découpe associé, peuvent être utilisés pour découper tout matériau dur, tel que du silicium, de la céramique ou tout autre matériau dur tel que décrit ci-avant.
La présente invention, notamment le dispositif 100 de découpe, présente une application industrielle dans le domaine de la découpe d’un objet tel qu’un bloc de marbre ou de la pierre naturelle pour former des plaques d’épaisseur souhaitée.
Claims (13)
- Dispositif (100) de découpe d’un objet (1000), ledit dispositif (100) de découpe comportant un fil (101) de découpe, caractérisé en ce que le fil (101) de découpe se présente sous la forme d’une boucle fermée et en ce que le fil (101) de découpe est agencé de sorte à permettre une découpe simultanée de l’objet (1000) en au moins trois parties.
- Dispositif (100) de découpe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (101) de découpe est un fil à abrasifs liés, par exemple un fil diamanté.
- Dispositif (100) de découpe selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil (101) de découpe présente un diamètre strictement inférieur à 2 mm, de préférence compris entre 450 µm et 1000 µm.
- Dispositif (100) de découpe selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte de deux à dix zones (102a, 102b, 102c, 102d) de découpe, et de préférence de deux à six zones (102a, 102b, 102c, 102d) de découpe, dans lesquelles passe le fil (101) de découpe.
- Dispositif (100) de découpe selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil (101) de découpe est agencé de sorte à comporter une première partie (105) et une deuxième partie (106), la première partie (105) formant un enroulement dont deux extrémités (107, 108) opposées sont reliées par la deuxième partie (106) du fil (101) de découpe.
- Dispositif (100) de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte un organe (109) de renvoi coopérant avec la deuxième partie (106) du fil (101) de découpe pour empêcher le contact de la deuxième partie (106) du fil (101) de découpe avec la première partie (105) du fil (101) de découpe entre les deux extrémités (107, 108) opposées de cette première partie (105).
- Dispositif (100) de découpe selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’organe (109) de renvoi est configuré pour maintenir le fil (101) de découpe en tension.
- Dispositif (100) de découpe selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux organes (111, 112, 113, 114) de guidage du fil (101) de découpe, chaque organe (111, 112, 113, 114) de guidage comportant au moins deux gorges (115, 116, 117, 118) dans lesquelles le fil (101) de découpe passe.
- Dispositif (100) de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les gorges (115, 116, 117, 118) des deux organes (111, 112) de guidage présentent chacune un diamètre (d1) en fond de gorge strictement supérieur à une dimension de l’objet (1000) à découper mesurée selon une direction de découpe de l’objet (1000).
- Dispositif (100) de découpe selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comporte un nombre d’organes (111, 112) de guidage strictement supérieur à 2.
- Dispositif (100) de découpe selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’au moins l’un des organes (111, 112, 113, 114) de guidage est motorisé pour permettre sa mise en rotation afin d’entraîner le fil (101) de découpe en mouvement.
- Procédé de découpe d’un objet (1000), caractérisé en ce qu’il comporte une étape de découpe de l’objet (1000) par le dispositif (100) de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
- Procédé de découpe selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’objet (1000) est un bloc de marbre.
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2019
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