FR3104038A1 - Procédé de traitement de surface d’un objet en trois dimensions - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de traitement de surface d’un objet en trois dimensions. Le procédé de traitement de surface met en oeuvre les étapes suivantes :a) recouvrement de la surface d’un objet en trois dimensions par une couche liquide à base de matière plastique ; puis b) mise en rotation de l’objet en trois dimensions de manière à uniformiser ou sensiblement uniformiser l’épaisseur de la couche liquide à la surface de l’objet en trois dimensions ; puis c) abaissement de la pression atmosphérique autour de l’objet en trois dimensions, de manière à favoriser un phénomène de dégazage de la couche liquide ; puisd) polymérisation de la couche liquide.

Description

Procédé de traitement de surface d’un objet en trois dimensions
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne un procédé de traitement de surface d’un objet en trois dimensions.
Arrière-plan technologique
L’impression tridimensionnelle ou impression 3D est un procédé de fabrication offrant de nombreux avantages, notamment la fabrication d’objets de formes complexes de façon simple, rapide et économique. Les objets sont formés par une méthode d’empilements successifs de couches de matière. Chaque couche de matière déposée délimite ainsi le contour d’une section de l’objet imprimé.
Les objets issus de l’impression tridimensionnelle sont généralement réalisés à partir de matériaux plastiques à base depolyamides ou de polyuréthane. Les matériaux plastiques ont l’avantage d’être facilement malléables lorsqu’ils sont chauffés, puis rigides lorsqu’ils se refroidissent. Néanmoins, il est connu de l’état de la technique que des petits orifices et/ou des petites cavités se forment à la surface des couches en matière plastique lors de leur refroidissement.
Ainsi, les objets issus de l’impression tridimensionnelle présentent une surface plus ou moins poreuse et rugueuse lorsqu’ils sont formés à partir de matériaux plastiques. L’hétérogénéité de la surface présente de multiples inconvénients, notamment le fait de favoriser l’accumulation de saleté et une sensation de toucher rugueuse.
La présente invention vise à proposer un procédé de traitement de surface d’objets en trois dimensions, de manière à atténuer leurs défauts de surface et plus particulièrement leur rugosité.
Objet de l’invention
L’invention propose ainsi un procédé de traitement de surface d’un objet en trois dimensions, caractérisé en ce qu’il met en oeuvre les étapes suivantes:
a) recouvrement de la surface d’un objet en trois dimensions par une couche liquide à base de matière plastique ; puis
b) mise en rotation de l’objet en trois dimensions de manière à uniformiser ou sensiblement uniformiser l’épaisseur de la couche liquide à la surface de l’objet en trois dimensions ; puis
c) abaissement de la pression atmosphérique autour de l’objet en trois dimensions, de manière à favoriser un phénomène de dégazage de la couche liquide ; puis
d) polymérisation de la couche liquide.
Les inventeurs ont constaté que le procédé de traitement décrit ci-dessus permettait avantageusement de réduire le nombre ainsi que les dimensions des orifices et cavités se formant à la surface des couches en matière plastique lors de leur polymérisation. Ainsi, le procédé selon l’invention permet avantageusement d’uniformiser l’épaisseur ainsi que l’aspect d’une couche en matière plastique recouvrant un objet en trois dimensions. Selon un autre avantage, l’uniformité de la surface de la couche en matière plastique permet par la suite des traitements de meilleure qualité de la surface de l’objet en trois dimensions, comme la mise en oeuvre de traitements de métallisation. En d’autres termes, grâce à l’invention la couche en matière plastique peut servir de couche de préparation ou d’accroche de meilleure qualité pour un autre procédé de traitement de la surface de l’objet en trois dimensions.
Par les termes “matière plastique”, on entend un matériau comprenant un polymère thermoplastique, thermodur ou élastomère.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape a) la couche liquide est pulvérisée à la surface de l’objet en trois dimensions. De préférence, l’objet en trois dimensions est mis en rotation lors de la pulvérisation de la couche liquide sur ledit objet.
De préférence, l’objet en trois dimensions pivote autour d’au moins un axe de rotation, à une vitesse comprise entre 20 et 40 tours par minutes.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape c) la valeur de pression absolue entourant l’objet en trois dimensions est inférieure à 300 mbar, de préférence comprise entre 100 mbar et200 mbar. De préférence, la pression atmosphérique entourant l’objet en trois dimensions est abaissée pendant une durée comprise entre 20 secondes et 120 secondes, de préférence de l’ordre de 90 secondes.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape c), l’objet en trois dimensions est mis en rotation. De préférence, la vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions est supérieure à sa vitesse de rotation lors de l’étape b). Lors de l’étape c), la vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions peut être comprise entre 40 et 500 tours par minutes, de préférence de l’ordre de 100 tours par minutes. L’étape c) est de préférence mise en oeuvre pendant un intervalle de temps compris entre 5 secondes et 300 secondes, de préférence de l’ordre de 90 secondes.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape d), la polymérisation de la couche liquide est réalisée à l’aide d’un rayonnement U.V. intermittent. De préférence, le rayonnement U.V. est compris dans les longueurs d’onde allant de 260nm à 410nm. Le rayonnement U.V. peut être de l’ordre de 1,25mW/cm2à au niveau de la surface de l’objet en trois dimensions.
De préférence, lors de l’étape d) l’objet en trois dimensions est mis en rotation. De préférence, la vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions est supérieure à sa vitesse de rotation lors de l’étape c). Lors de l’étape d), la vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions peut être comprise entre 5 et 100 tours par minutes, de préférence de l’ordre de 30 tours par minutes.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, lors de l’étape d), la température autour de l’objet en trois dimensions est maintenue entre 25°C et 40°C, de préférence autour de 30°C.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’étape d) est comprise entre 5 secondes et 120 secondes, de préférence de l’ordre de 45 secondes.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la pression atmosphérique est du même ordre de grandeur lors des étapes c) et d), afin de permettre le dégazage des molécules de gaz dissous dans le polymère liquide par un phénomène de dilatation des gaz entrainant leur remontée à la surface et leur éclatement. Selon une variante de réalisation, la pression atmosphérique lors de l’étape d) est comprise entre 800mbar et 900mbar.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, après l’étape d), un dépôt métallique est réalisé à la surface de l’objet en trois dimensions.
De préférence, le dépôt métallique comprend au moins l’un des éléments suivants : argent, cuivre, nickel, étain, cobalt, or, palladium, carbone, titane…
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le dépôt métallique est réalisé à partir de l’une des techniques suivantes: pulvérisation, immersion avec ou sans prétraitement physico-chimique, activation de surface par un catalyseur, traitement de type plasma atmosphérique ou sous vide ou effet corona.
L’invention concerne également un objet en trois dimensions dont la surface a été traitée selon un procédé décrit ci-dessus. De préférence, l’objet en trois dimensions est formé à partir d’un procédé d’impression. Selon une variante de réalisation préférée, la plus grande dimension de l’objet en trois dimensions est inférieure à 1 mètre.
Description détaillée de l’invention
Pour rappel, l’invention propose un procédé de traitement de surface d’objets en trois dimensions, de manière à atténuer leurs défauts de surface et plus particulièrement leur rugosité.
Selon un exemple de réalisation non limitatif d’un procédé de traitement selon l’invention, une première étape a) consiste à recouvrir un objet en trois dimensions par une couche de liquide. L’objet en trois dimensions est réalisé à partir d’un procédé de moulage ou d’usinage, de préférence à partir d’un procédé d’impression tridimensionnelle. Les dimensions de l’objet en trois dimensions sont de préférence inférieure au mètre. Le procédé selon l’invention vise de préférence le traitement de surface d’objet de petites dimensions de type bijoux, décoration, montures de lunettes, horlogerie, guides d’ondes, antennes radiofréquences, blindages électromagnétiques…
La couche liquide peut être appliquée à la surface du matériau en trois dimensions par une technique d’immersion dans un bain de liquide, de préférence par une méthode de pulvérisation du liquide. L’épaisseur de la couche liquide appliquée à la surface de l’objet en trois dimensions est suffisante pour recouvrir et atténuer les défauts de régularité de surface de l’objet en trois dimensions. En d’autres termes, la couche liquide est déposée sur l’objet en trois dimensions de sorte que la surface de la couche liquide soit lisse. L’épaisseur de la couche liquide sur l’objet en trois dimensions est par exemple comprise entre 5µm et 500 µm.
La couche liquide est à base de polymères.
Selon une première étape a) du procédé de traitement, l’objet en trois dimensions est mis en rotation de manière à pulvériser sur l’intégralité de la surface de l’objet en trois dimensions. De préférence, l’objet en trois dimensions est mis en rotation autour de 2 ou 3 axes de pivotement distincts. La vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions autour d’au moins un axe de pivotement est comprise entre 5 et 40 tours par minute. La durée de rotation de l’objet en trois dimensions est comprise entre 10 secondes et 120 secondes.
De préférence, la première et la deuxième étape sont réalisées à pression atmosphérique ambiante.
Selon une troisième étape c) du procédé de traitement, la pression atmosphérique autour de l’objet en trois dimensions est abaissée, de manière à favoriser un phénomène de dégazage de la couche liquide recouvrant la surface de l’objet en trois dimensions. Lors de cette troisième étape, la pression absolue autour de l’objet en trois dimensions est maintenue à une valeur inférieure à 300mbar, de préférence entre 100mbar et 200mbar. La pression atmosphérique est maintenue dans ces plages de valeurs durant une période de temps comprise entre 20 secondes et 120 secondes, de préférence de l’ordre de 90 secondes.
Selon une quatrième étape d) du procédé de traitement, la couche liquide est polymérisée de manière à passer de l’état liquide à l’état solide. La polymérisation de la couche liquide est réalisée sous exposition d’un rayonnement U.V. dont la longueur d’onde est comprise entre 260nm et 410nm, avec une puissance de l’ordre de 1,25mW/cm2au niveau de la surface de l’objet en trois dimensions. Bien entendu, la longueur d’onde du rayonnement U.V. est adaptée en fonction des propriétés de photoabsorption des polymères présents dans la couche liquide. De préférence, lors de l’étape e), la température autour de l’objet en trois dimensions est maintenue entre 15°C et 45°C, de préférence de l’ordre de 30°C. L’étape d) est mise en oeuvre pendant une durée comprise entre 5 secondes et 120 secondes, de préférence de l’ordre de 45 secondes. De préférence, lors de l’étape d), la valeur de la pression absolue autour de l’objet en trois dimensions est comprise entre 800 mbar et 900 mbar.
De façon avantageuse, la troisième étape c) du procédé de traitement permet de réduire le nombre de bulles d’air présentes dans la couche liquide. Ainsi, lors de la quatrième étape d), le phénomène d’émergence de bulle d’air à la surface de la couche liquide lors de sa polymérisation est limité de façon significative. Cela permet donc de réduire grandement le nombre d’orifices et/ou des cavités formées à la surface de la couche liquide lors de sa solidification, dû à ce phénomène d’émergence. Ainsi l’invention propose un procédé original de traitement de surface d’un objet en trois dimensions, permettant d’obtenir un recouvrement plus uniforme et plus lisse d’un objet en trois dimensions par une couche solide à base de matière plastique.
À présent, différentes variantes de l’invention sont présentées. Ces différentes variantes peuvent être combinées de sorte à obtenir de nouveaux modes de réalisation implicites.
Selon une première variante de réalisation, le rayonnement U.V. est intermittent de manière à limiter l’élévation de température de la couche liquide lors de sa polymérisation. Selon une variante, les durées d’exposition de la couche liquide aux rayonnements U.V. peuvent être adaptées de manière à maintenir la température autour de l’objet en trois dimensions dans les plages de températures mentionnées ci-dessus.
Selon une deuxième variante, le procédé de traitement comprend une étape ultérieure de métallisation de la surface de l’objet en trois dimensions, mise en oeuvre après la quatrième étape d). L’étape de métallisation peut consister à recouvrir l’objet en trois dimensions par l’un des matériaux suivants : argent, cuivre, nickel, étain, cobalt, or, palladium, carbone, titane… Il est à noter que la métallisation peut être réalisée dans les plages de pression atmosphérique mentionnées ci-dessus ou bien à pression atmosphérique ambiante, de l’ordre de 1 bar.
Selon une troisième variante, l’objet en trois dimensions est mis en rotation lors de la première étape a), et/ou lors de la deuxième étape b), et/ou lors de la troisième étape c), et/ou lors de la quatrième étape d). La vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions peut varier lors des différentes étapes du procédé de traitement. De préférence, la vitesse de rotation de l’objet en trois dimensions est inférieure lors des étapes a), c) et/ou d), par rapport à l’étape b).
De préférence, les procédés de traitement de surface mentionnés ci-dessus sont mis en oeuvre dans une enceinte hermétique, comprenant des moyens automatisés pour exécuter chaque étape du traitement.
L’invention concerne également une enceinte hermétique, comprenant une ouverture obturée par un capot mobile, de manière à permettre l’insertion d’un ou plusieurs objets en trois dimensions dans l’enceinte. L’enceinte comprend des moyens de mise en rotation d’un ou plusieurs objets en trois dimensions, autour d’un ou de deux ou bien trois axes de rotation distincts. Les moyens de mise en rotation peuvent comprendre un planétaire apte à supporter plusieurs objets en trois dimensions.
L’enceinte hermétique comprend également des moyens de pulvérisation d’une couche liquide à la surface d’objets en trois dimensions maintenus par le planétaire. De préférence, les moyens de pulvérisation comprennent des buses de pulvérisation agencées au niveau des parois internes de l’enceinte hermétique.
L’enceinte hermétique comprend aussi une source de rayonnement U.V. permettant de mettre en oeuvre la quatrième étape d) d’un procédé décrit ci-dessus.
De façon avantageuse, l’enceinte comprend des moyens d’occultation de la source de rayonnement U.V. pendant la première étape a) d’un procédé décrit ci-dessus, de manière à prévenir un dépôt de la couche liquide sur ou au niveau de la source de rayonnement.
L’enceinte peut également comprendre des moyens d’occultation des moyens de pulvérisation, lors de la quatrième étape d) d’un procédé décrit ci-dessus, de manière à prévenir une polymérisation du liquide au niveau des moyens de pulvérisation.
Selon une variante, l’enceinte comporte des moyens de récupération du liquide se déposant sur les parois de l’enceinte lors de la mise en oeuvre d’un procédé décrit ci-dessus.

Claims (15)

  1. Procédé de traitement de surface d’un objet en trois dimensions, caractérisé en ce qu’il met en oeuvre les étapes suivantes :
    a) recouvrement de la surface d’un objet en trois dimensions par une couche liquide à base de matière plastique ; puis
    b) mise en rotation de l’objet en trois dimensions de manière à uniformiser ou sensiblement uniformiser l’épaisseur de la couche liquide à la surface de l’objet en trois dimensions ; puis
    c) abaissement de la pression atmosphérique autour de l’objet en trois dimensions, de manière à favoriser un phénomène de dégazage de la couche liquide ; puis
    d) polymérisation de la couche liquide.
  2. Procédé de traitement de surface selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l’étape a) la couche liquide est pulvérisée à la surface de l’objet en trois dimensions.
  3. Procédé de traitement de surface selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de l’étape a) l’objet en trois dimensions est mis en rotation.
  4. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’objet en trois dimensions est mis en rotation de manière à pivoter autour de trois axes distincts.
  5. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lors de l’étape c), la valeur de pression absolue entourant l’objet en trois dimensions est inférieure à 300mbar.
  6. Procédé de traitement de surface selon la revendication 5, caractérisé en ce que durant l’étape C), la pression atmosphérique est abaissée pendant une durée comprise entre 20 secondes et 120 secondes.
  7. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lors de l’étape d), la polymérisation de la couche liquide est réalisée à l’aide d’un rayonnement U.V. intermittent.
  8. Procédé de traitement de surface selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rayonnement U.V. est compris entre 260nm et 410nm.
  9. Procédé de traitement de surface selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le rayonnement U.V. est de l’ordre de 1,25mW/cm2à au niveau de la surface de l’objet en trois dimensions.
  10. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lors de l’étape d), la température autour de l’objet en trois dimensions est maintenue entre 25°C et 40°C.
  11. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l’étape d) est comprise entre 5 secondes et 120 secondes.
  12. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pression atmosphérique est du même ordre de grandeur lors de l’étape c) et de l’étape d).
  13. Procédé de traitement de surface selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’après l’étape d), un dépôt métallique est réalisé à la surface de l’objet en trois dimensions.
  14. Procédé de traitement de surface selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dépôt métallique comprend au moins l’un des éléments suivants : argent, cuivre, nickel, étain, cobalt, or, palladium, carbone, titane.
  15. Procédé de traitement de surface selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le dépôt métallique est réalisé à partir de l’une des techniques suivantes: pulvérisation, immersion avec ou sans prétraitement physico-chimique, activation de surface par un catalyseur, traitement de type plasma atmosphérique ou sous vide ou effet corona.
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