FR3104483A1 - Procédé de fabrication d’une préforme pour récipient par fabrication additive - Google Patents

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Abstract

Le procédé de fabrication d’une préforme destinée à la réalisation d’un récipient, comprend : - une étape de transfert 34 d’un modèle numérique de la préforme à fabriquer vers une machine de fabrication additive, - une étape de réalisation 36 de la préforme par la machine de fabrication additive à partir du modèle numérique transféré, et - une étape de refroidissement 38 de la préforme fabriquée à la température ambiante. Figure pour l’abrégé : Fig 3

Description

Procédé de fabrication d’une préforme pour récipient par fabrication additive
La présente invention concerne le domaine des récipients réalisés sous la forme de flacons.
L’invention est particulièrement adaptée à la fabrication de récipients de stockage de produits cosmétiques, pharmaceutiques ou dermato-pharmaceutiques. Par «produit cosmétique», on entend notamment au sens de la présente invention, un produit tel que défini dans le Règlement (CE) n°1223/2009 du Parlement Européen et du Conseil du 30 novembre 2009 relatif aux produits cosmétiques.
De tels récipients sont notamment utilisés pour le conditionnement de produits sous forme aqueuse, d’une huile, d'un lait, d'une crème, d'une pâte, d'un gel, d’une mousse, d’aérosol etc.
Dans le domaine du flaconnage, il s’est développé massivement des récipients dont la section transversale est de forme allongée, ceci principalement pour des raisons de marketing, d’esthétique, d'encombrement, ou de prise en main.
Typiquement, de tels récipients sont généralement réalisés par soufflage d'une ébauche ou préforme tubulaire qui a été fabriquée au préalable, par exemple par moulage par injection.
Par rapport à la fabrication d’une préforme par extrusion, le moulage par injection est préféré lorsque le récipient doit être fabriqué avec un col pourvu d’un filetage ou d’autre moyen permettant l’accrochage d’une tête de distribution comprenant une pompe ou une valve, ou encore d’un couvercle de fermeture.
Dans ce cas, la préforme de récipient est réalisée avec ce col par moulage par injection, et le soufflage est ensuite effectué de manière à ne pas modifier la forme du col, ce dernier étant par exemple prisonnier du moule de soufflage lors de ce soufflage.
Dans le cas d’une fabrication du récipient par injection-soufflage en cycle froid, la préforme moulée est refroidie, puis stockée avant d’être soufflée ultérieurement, éventuellement sur un autre site de fabrication.
Avec le procédé actuel d’injection-soufflage utilisé pour la fabrication des récipients, la nécessité de pouvoir démouler la préforme injectée limite la complexité de la forme finale du récipient, notamment en interdisant des formes en contre-dépouille et des formes complexes. En outre, le diamètre intérieur du col de la préforme doit forcément être supérieur à 8 mm pour pouvoir être moulé.
Par ailleurs, un moule présente un coût de fabrication relativement élevé, ce qui empêche la diversification des formes esthétiques des préformes afin de limiter le nombre de moules différents à fabriquer.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
Plus particulièrement, la présente invention a pour but de pouvoir produire un récipient de façon simple et à coût réduit tout en permettant de réaliser une grande variété de formes, notamment des formes relativement complexes.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme destinée à la réalisation d’un récipient, comprenant:
- une étape de transfert d’un modèle numérique de la préforme à fabriquer vers une machine de fabrication additive,
- une étape de réalisation de la préforme par la machine de fabrication additive à partir du modèle numérique transféré, et
- une étape de refroidissement de la préforme fabriquée à la température ambiante.
Par "refroidissement à température ambiante", on entend un refroidissement qui ne nécessite aucun moyen spécifique de contrôle et d’ajustement de la température de la préforme. La température ambiante est généralement comprise entre 5°C et 35°C, notamment entre 15°C et 25°C.
Avec le procédé de fabrication de l’invention, la préforme est obtenue par fabrication additive, nommée également impression 3D, plutôt que de réaliser le récipient dans sa forme finale directement par fabrication additive.
Pour fabriquer le récipient dans sa forme finale à partir de la préforme obtenue par fabrication additive, on peut prévoir ensuite les étapes successives suivantes:
- une étape de chauffage de la préforme fabriquée entre les températures de transition vitreuse et de cristallisation du matériau de la préforme,
- une étape de bi-étirage de la préforme dans le sens radial et dans le sens axial à l’intérieur d’un moule de soufflage, et
- une étape d’extraction hors du moule de soufflage du récipient formé.
Réaliser la préforme par fabrication additive, plutôt que le récipient directement, est particulièrement avantageux dans la mesure où la préforme qui a été refroidie après fabrication doit impérativement être réchauffée avant mise en forme du récipient final.
Cette étape de réchauffage de la préforme refroidie permet de rendre plus homogène l’empilement de couches solidifiées formant la préforme qui a été généré par la fabrication additive, avant déformation de celle-ci à l’intérieur du moule de soufflage.
Ainsi, le fait de passer par une étape intermédiaire de production de la préforme par fabrication addictive améliore la résistance mécanique du récipient finalement obtenu après soufflage par rapport à une réalisation du récipient final directement par fabrication additive.
Par ailleurs, par rapport au procédé conventionnel d’injection-soufflage, le procédé de l’invention ne requiert pas l’utilisation d’un moule, si bien qu’il est facilement possible et à faible coût de diversifier les conceptions des préformes.
D’une manière plus générale, le procédé de l’invention permet de pouvoir obtenir des récipients de formes relativement complexes. Par exemple, la fabrication de la préforme par fabrication additive permet de pouvoir prévoir localement des formes en contre-dépouille qui se retrouveront ensuite sur le récipient final soufflé, aucune étape de démoulage de la préforme n’interdisant de telles formes en contre-dépouille. Par exemple, la préforme réalisée par fabrication additive peut être pourvue intérieurement d’au moins une protubérance venue de matière avec le corps principal de celle-ci, et/ou d’une gorge, dont la section transversale est délimitée par un contour en contre-dépouille. Alternativement ou en combinaison, la préforme peut également comprendre des évidements ou creux formés sur celle-ci.
Indépendamment de la présence ou non de formes en contre-dépouille, la préforme peut aussi présenter une grande variété de formes extérieures, notamment complexes.
En outre, il devient aussi possible de fabriquer la préforme avec des effets de couleurs, des décors, etc. qui se retrouveront aussi sur le récipient final.
De plus, avec la fabrication additive, il devient possible de réaliser des préformes avec un diamètre intérieur de col inférieur ou égal à 8 mm, ce qui n’est pas possible par moulage par injection.
Le procédé de fabrication de la préforme comprend en outre, avant l’étape de transfert du modèle numérique de la préforme à fabriquer vers la machine de fabrication additive, une étape de création dudit modèle numérique.
Cette étape de création du modèle numérique 3D de la préforme peut être réalisée sur le site de fabrication de la préforme par fabrication additive, ou sur un site séparé.
Le procédé de fabrication de la préforme peut également comprendre, avant l’étape de transfert du modèle numérique de la préforme à fabriquer vers la machine de fabrication additive, une étape de découpe de ce modèle numérique en une pluralité de couches successives.
Dans un premier mode de mise en œuvre du procédé, l’étape de réalisation de la préforme par fabrication additive est obtenue par dépôt de matière fondue, qui peut se présenter sous la forme d’un fil. Dans ce cas, on parle alors d’une technologie FDM ou FFF, respectivement pour "Fused Deposition Modeling" et "Fused Filament Fabrication".
Dans un deuxième mode de mise en œuvre du procédé, l’étape de réalisation de la préforme par fabrication additive est obtenue par jet de matière sous forme de gouttelettes.
Dans un troisième mode de mise en œuvre du procédé, l’étape de réalisation de la préforme par fabrication additive est obtenue par frittage de matière à l’aide d’au moins un faisceau énergétique. On parle alors d’une technologie SLS pour "Selective Laser Sintering".
Dans un quatrième mode de mise en œuvre du procédé, l’étape de réalisation de la préforme par fabrication additive est obtenue par stéréolithographie. On parle alors d’une technologie SLA pour "StereoLitograph Apparatus".
Comme indiqué précédemment, durant le procédé de fabrication du récipient, il est utilisé un moule de soufflage. La machine de fabrication additive et le moule de soufflage peuvent être disposés sur deux lignes de fabrication distinctes, pouvant par exemple être sur un même site de production ou encore sur deux sites différents. Alternativement, la machine de fabrication additive et le moule de soufflage peuvent être disposés sur une même ligne de fabrication en conservant aussi dans ce cas l’étape de refroidissement de la préforme puis l’étape de chauffage de celle-ci comme indiqué précédemment.
Concernant le procédé de fabrication du récipient, l’étape de bi-étirage de la préforme dans le sens radial et dans le sens axial peut respectivement être obtenue par soufflage d’au moins un fluide sous pression à l’intérieur de la préforme et par appui d’une canne d’étirage contre le fond de la préforme.
Dans un mode de mise en œuvre alternatif, l’étape de bi-étirage de la préforme dans le sens radial et dans le sens axial peut être obtenue uniquement par soufflage, par exemple pour les récipients de faible contenance.
Dans un mode de mise en œuvre particulier du procédé de fabrication du récipient, le chauffage de la préforme est réalisé avant son introduction à l’intérieur d’un moule de soufflage.
La présente invention sera mieux comprise à l’étude de la description détaillée de modes de réalisation, pris à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels:
est une vue de face d’une préforme selon un premier exemple de réalisation de l’invention,
est une vue en coupe selon l’axe II-II de la figure 1,
est un organigramme du procédé de fabrication de la préforme des figures 1 et 2 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention,
est un organigramme du procédé de fabrication d’un récipient à partir de la préforme des figures 1 et 2 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention,
est une vue de face d’un récipient obtenu selon le procédé de fabrication de la figure 4 à partir de la préforme des figures 1 et 2,
est une vue en coupe selon l’axe VI-VI de la figure 5, et
est une vue de face d’un récipient obtenu selon le procédé de fabrication de la figure 4 à partir d’une préforme selon un deuxième exemple de réalisation de l’invention.
Sur les figures 1 et 2 est représentée une préforme, désignée par la référence numérique générale 10, qui est destinée à la fabrication par soufflage d’un récipient de stockage d’un produit.
Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, la préforme 10 est réalisée par fabrication additive.
La préforme 10 de récipient est représentée dans une position supposée verticale et s’étend selon un axe X-X’ d’allongement longitudinal. La préforme 10 est réalisée en une seule pièce, par exemple en polytéréphtalate d'éthylène (PET). Alternativement, la préforme 10 pourrait être réalisée en autres matériaux, par exemple en polycarbonate (PC).
La préforme 10 comprend un corps 12 d’axe X-X’. Le corps 12 comprend une extrémité ouverte formant col 14 et une extrémité fermée opposée formant fond 16. Entre le col 14 et le fond 16, le corps 12 présente une paroi latérale 18 de forme sensiblement cylindrique.
Le col 14 de la préforme est fabriqué aux dimensions finales du récipient. Le col 14 est muni ici extérieurement d’un crochet 20 d’encliquetage de forme annulaire pour permettre la fixation d’un organe de distribution de produit, ou d’un couvercle de fermeture, après fabrication du récipient à partir de la préforme 10. En variante, il est possible de prévoir en remplacement du crochet annulaire une pluralité de crochets espacés les uns par rapport aux autres dans le sens circonférentiel, ou encore d’autre types d’organes de retenue, par exemple un filetage.
Le col 14 et le fond 16 délimitent axialement un volume interne 22 de la préforme. Le fond 16 est ici bombé. En variante, le fond 16 pourrait présenter d’autres formes, par exemple être plat.
Dans l’exemple de réalisation illustré, la paroi latérale 18 de la préforme est munie intérieurement de deux nervures 24, 26 annulaires s’étendant radialement dans le volume interne 22. Les nervures 24, 26 sont espacées axialement. Les nervures 24, 26 peuvent être continues ou discontinues dans le sens circonférentiel.
Dans l’exemple de réalisation illustré, la nervure 24 présente en section droite une forme triangulaire et la nervure 26 présente une forme arrondie. En variante, la ou les nervures 24, 26 peuvent présenter d’autres formes, par exemple polygonale, notamment carrée, rectangulaire, hexagonale, etc.
Comme indiqué précédemment, la préforme 10 est réalisée par fabrication additive. En référence à la figure 3, on va maintenant décrire les étapes du procédé permettant l’obtention de préforme 10.
Dans une première étape référencée 30, on crée le modèle numérique en 3D de la préforme à fabriquer. Le modèle numérique est créé à partir d’un logiciel de modélisation, par exemple un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Le modèle numérique peut être généré dans un format de fichier standard, tel que le format STL ("STereoLitography").
Ensuite, dans une deuxième étape 32, le modèle numérique élaboré est découpé en une pluralité de couches successives par un logiciel de tranchage, appelé aussi slicer. Le logiciel de tranchage peut être le même logiciel que le logiciel de CAO utilisé pour créer le modèle numérique de la préforme, ou encore être un logiciel distinct.
Puis, dans une troisième étape 34, le modèle numérique créé et découpé est transféré vers une machine de fabrication additive. Le modèle numérique est transféré à une unité de commande de la machine de fabrication additive.
La machine de fabrication additive peut par exemple utiliser la technologie par dépôt de matière fondue. De manière connue en soi, dans ce cas, la machine de fabrication additive comprend principalement un plateau d’impression sur lequel est destinée à être imprimée la préforme, une bobine de fil qui sert de matériau d’impression, et une tête d’extrusion qui assure l’entraînement et la fusion du fil pour former la préforme.
Alternativement, il est possible d’utiliser un autre type de machine de fabrication additive, par exemple une machine utilisant la technologie par jet de matière sous forme de gouttelettes. Dans ce cas, une résine liquide est chauffée à l’intérieur d’un réceptacle de la machine à la viscosité adaptée à l’impression, puis est projetée par une tête d’impression sous forme de microgouttelettes sur un plateau d’impression, et solidifiée par photopolymérisation au moyen d’une source de lumière intégrée à la tête d’impression pour obtenir la préforme.
En variante, il est encore possible d’utiliser d’autres types de machine de fabrication additive, par exemple une machine de stéréolithographie ou encore une machine de fabrication additive par frittage de poudre à l’aide d’au moins un faisceau énergétique. Dans ce dernier cas, la machine comprend un moyen de répartition de la poudre, par exemple un rouleau, un plateau sur lequel est déposée la poudre, et au moins un faisceau laser pour obtenir le frittage et la consolidation de la poudre pour former la préforme.
Quel que soit le type de technologie utilisée par la machine de frittage, la fabrication de la préforme s’effectue à l’étape 36 par solidification des couches successives du modèle numérique transféré à la machine de frittage.
Enfin, lors d’une quatrième étape 38, la préforme obtenue par fabrication additive est refroidie à la température ambiante.
Dans le procédé de fabrication qui vient d’être décrit, l’étape de fabrication additive de la préforme suit immédiatement les étapes de création du modèle numérique de celle-ci et de découpage de ce modèle. Dans un autre mode de mise en œuvre, le procédé de fabrication peut débuter à partir de la fabrication additive de la préforme lorsque le modèle numérique et le découpage ont été réalisés préalablement.
En référence à la figure 4, on va maintenant décrire les étapes du procédé permettant de fabriquer le récipient de stockage à partir de la préforme obtenue au préalable par fabrication additive.
Après la fabrication de la préforme comme indiqué précédemment, le procédé de fabrication du récipient comprend une étape 40 de chauffage de cette préforme à l’état solide à une température qui est supérieure à la température de transition vitreuse du matériau de la préforme, et qui est inférieure à la température de cristallisation.
Cette étape 40 de chauffage peut par exemple être réalisée dans un four à rayonnement infrarouge.
Dans une étape 42 successive, la préforme chauffée est introduite à l’intérieur d’un moule de soufflage.
Ensuite, dans une étape 44, une canne d’étirage est introduite à l’intérieur de la préforme de sorte que l’extrémité libre de cette canne vienne axialement en appui contre le fond de la préforme.
Puis, dans une étape 46, la préforme est bi-étirée dans le sens radial par soufflage à l’intérieur de celle-ci d’un gaz sous pression, par exemple de l’air, et dans le sens axial par la canne d’étirage qui exerce une pression axiale sur le fond de la préforme. La préforme 10 est bi-étirée pour venir épouser les parois internes du moule de soufflage qui ont la forme du récipient désirée.
Lors de cette étape 46 de bi-étirage de la préforme, le col de la préforme est maintenu prisonnier du moule de soufflage de sorte à ne pas modifier sa forme ni ses dimensions.
Enfin, dans une dernière étape 48, le récipient formé est extrait hors du moule de soufflage.
Dans l’exemple qui vient d’être décrit, la préforme est étirée dans le sens axial par la canne d’étirage. Alternativement, la préforme pourrait être étirée dans le sens axial par une canne de soufflage qui assure alors une double fonction, exercer par appui une pression axiale sur le fond de la préforme et assurer une introduction de gaz à l’intérieur de celle-ci pour l’étirage dans le sens radial.
Sur les figures 5 et 6 est représenté le récipient 50 qui est fabriqué à partir de la préforme 10 des figures 1 et 2 selon le procédé décrit ci-avant.
A la sortie du moule de soufflage, le col 14 du récipient est séparé de la périphérie du récipient 50 par un épaulement 52 annulaire orienté axialement vers le haut.
Comme indiqué précédemment, la préforme du récipient 50 a été obtenue au préalable par fabrication additive. La préforme étant réalisée par solidification de couches successives, sa forme peut présenter des contours en contre-dépouille qui se retrouvent ensuite sur le récipient fini.
Dans l’exemple de réalisation illustré, le récipient 50 comprend intérieurement les nervures 22, 24 qui ont été formées sur la préforme. La forme de la préforme, et par conséquence la forme finale du récipient 50, ne sont pas limitées à celles illustrées sur les figures qui sont données uniquement à titre illustratif.
La réalisation de la préforme par fabrication additive permet de pouvoir obtenir localement des formes complexes, mais aussi de fabriquer des préformes de formes esthétiques complètement différentes de celles imposées par la technique de moulage par injection, et ce, avec un coût de fabrication réduit.
Il est également possible de prévoir sur la surface extérieure de la préforme des motifs selon un agencement ordonné ou non qui se retrouvent sur le récipient 50 comme illustré par exemple sur la figure 7 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références.
Avec la fabrication additive, il est aussi possible de prévoir sur la surface extérieure de la préforme un ou des marquages créant un effet de contraste. Le ou les marquages peuvent présenter une luminosité et/ou une rugosité différente de celle du reste de la préforme. Le ou les marquages peuvent également être des lettres, et/ou des signes, et/ou des chiffres, et/ou des informations distinctives de la marque du produit destiné à être conditionné dans le récipient final.
Il est encore possible de réaliser la préforme avec différents matériaux, par exemple pour avoir sur le récipient final des zones souples favorisant l’adhérence en vue de la préhension par l’utilisateur, et des zones plus dures.
De plus, avec une fabrication par frittage, il est encore possible de prévoir une préforme pourvue de zones de couleurs différentes, par exemple en utilisant un même ou différents matériaux. Il est possible d’utiliser des matériaux synthétiques ou métalliques.
Par ailleurs, par rapport à une réalisation du récipient directement par fabrication additive, la production d’un récipient par soufflage d’une préforme obtenue au préalable par fabrication additive permet d’obtenir un récipient ayant des caractéristiques, notamment mécaniques, adaptées à son utilisation.

Claims (13)

  1. Procédé de fabrication d’une préforme destinée à la réalisation d’un récipient, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - une étape de transfert (34) d’un modèle numérique de la préforme à fabriquer vers une machine de fabrication additive,
    - une étape de réalisation (36) de la préforme par la machine de fabrication additive à partir du modèle numérique transféré, et
    - une étape de refroidissement (38) de la préforme fabriquée à la température ambiante.
  2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre, avant l’étape de transfert (34) du modèle numérique de la préforme à fabriquer, une étape de création dudit modèle numérique.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de réalisation (36) de la préforme par fabrication additive est obtenue par dépôt de matière fondue.
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de réalisation (36) de la préforme par fabrication additive est obtenue par jet de matière.
  5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de réalisation (36) de la préforme par fabrication additive est obtenue par frittage de matière à l’aide d’au moins un faisceau énergétique.
  6. Préforme pour la fabrication d’un récipient par soufflage, réalisée par fabrication additive et comprenant un corps (12) de forme générale allongée et pourvu d’une première extrémité ouverte formant col (14) et d’une deuxième extrémité fermée formant fond (16).
  7. Préforme selon la revendication 6, pourvue intérieurement d’au moins une protubérance (22, 24) venue de matière avec le corps (12), et/ou d’une gorge, dont la section transversale est délimitée par un contour en contre-dépouille.
  8. Préforme selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle le diamètre intérieur du col (14) du corps est inférieur ou égal à 8 mm.
  9. Préforme selon l’une quelconque des revendications 6 à 8 précédentes, dans laquelle la surface extérieure du corps (12) comprend des motifs et/ou des marquages.
  10. Préforme selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 précédentes, dans laquelle le corps (12) est formé de plusieurs matériaux.
  11. Préforme selon l’une quelconque des revendications 6 à 10 précédentes, dans laquelle le corps (12) présente des zones de couleurs différentes.
  12. Procédé de fabrication d’un récipient comprenant:
    - une étape de fabrication d’une préforme selon le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes,
    - une étape de chauffage (40) de la préforme fabriquée entre les températures de transition vitreuse et de cristallisation du matériau de la préforme,
    - une étape de bi-étirage (46) de la préforme dans le sens radial et dans le sens axial à l’intérieur d’un moule de soufflage, et
    - une étape d’extraction (48) hors du moule de soufflage du récipient formé.
  13. Récipient de stockage d’un produit, notamment d’un produit cosmétique, obtenu selon le procédé de fabrication de la revendication 12.
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