FR3136399A1 - Dispositif d’impression sur verre, machine d’impression sur verre et procédé d’impression sur verre - Google Patents
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Abstract
------ Dispositif d’impression sur verre, machine d’impression sur verre et procédé d’impression sur verre L’invention a pour objet un dispositif (1) d’impression sur verre (V), caractérisé par le fait qu’il comprend un support (2) configuré pour recevoir un verre (V), au moins un robot (3) six axes, un outil d’impression (21) comprenant au moins une tête d’impression (22), un capteur de vitesse configuré pour détecter la vitesse relative d’impression de l’au moins une tête d’impression (22) par rapport à une surface (S) du verre (V), des moyens de maintien de distance configurés pour maintenir une distance constante entre l’au moins une tête d’impression (22) et la surface (S) du verre (V) et des moyens de commande configurés pour commander les mouvements du robot (3), ajuster la vitesse de déplacement de l’au moins une tête d’impression (22) en fonction de la vitesse relative d’impression et ajuster la distance entre l’au moins une tête d’impression (22) et la surface (S) du verre (V). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine de l’impression, et porte plus particulièrement sur un dispositif d’impression sur verre, une machine d’impression sur verre et un procédé d’impression sur verre.
L’impression digitale (aussi appelée impression numérique ou impression jet d’encre) est couramment utilisée pour le dépôt de revêtements sur des verres plats en deux dimensions. Dans ce cas, le verre se déplace généralement sur des rouleaux ou sur un tapis roulant à une altitude constante. Les têtes d’impression se déplacent au-dessus du verre, à une distance du verre comprise entre 0,5 et 3 mm à une altitude constante, ce qui permet de maintenir facilement une distance constante entre les têtes d’impression et le verre. Lors de l’impression, le verre et/ou les têtes d’impressions sont en mouvement selon l’axe des X et l’axe des Y à vitesse constante. Pour des raisons de gains de temps de cycle, le revêtement est préférentiellement déposé en une seule passe (en anglais « single pass »), ce qui signifie que la tête d’impression ne passe qu’une seule fois au-dessus de chaque point du verre, par opposition aux multiples passes (en anglais « multi pass »).
En ce qui concerne les applications comme l’impression digitale sur des verres pour l’automobile, comme par exemple des pare-brise, l’impression est réalisée sur le verre à plat, avant toute étape de bombage ou de feuilletage. Le verre ne prend sa forme en trois dimensions finale qu’une fois le processus d’impression terminé, à l’issue de l’étape de bombage. Pour cette raison, les encres utilisées sont de type encre à base de céramique ou émail, celles-ci devant être capables de supporter des températures supérieures à 600 °C, rencontrées lors des étapes actuelles subséquentes de mise en forme tridimensionnelle du verre (bombage, feuilletage). De plus pour certaines applications, plusieurs étapes de cuisson de l’encre sont nécessaires, notamment pour le développement de propriétés spécifiques pour l’encre comme l’anti-adhérence (en anglais « anti-stick »).
Le procédé de revêtement par impression digitale peut être appliqué sur des objets de la vie courante en trois dimensions, composés de verre ou d’autres matériaux. Ces objets sont généralement de forme cylindrique, par exemple des bouteilles, verres, gourdes, etc... Ces objets sont alors animés d’un mouvement de rotation le long de leur axe de symétrie pendant qu’une tête d’impression défile au-dessus de l’objet, perpendiculairement à cet axe de rotation.
On connaît ainsi du brevet US10933626B1 un dispositif permettant la décoration de la surface extérieure d’objets de type contenant de boisson par impression digitale. L’objet à décorer est de forme cylindrique. Un dispositif permet d’imposer à l’objet à décorer un mouvement de rotation selon son axe de symétrie à la vitesse de son choix. Un dispositif de type tourelle est équipé de postes d’impression digitale et de postes de séchage de l’encre disposés en arc de cercle au-dessus de la pièce à imprimer. Le dispositif de type tourelle permet d’amener le poste souhaité au-dessus de l’objet à imprimer pendant que celui-ci tourne sur lui-même afin de réaliser l’impression digitale.
La demande de brevet US20130222498A1 décrit une machine permettant de réaliser un dépôt par impression digitale d’encre de type céramique sur des vitrages à plat. Le verre est posé à l’horizontale sur le plateau de la machine. La tête d’impression digitale est fixée sur une rampe située au-dessus du vitrage et se déplace au-dessus de ce dernier de manière à couvrir l’ensemble de sa surface. La machine est équipée d’un système permettant le séchage de l’encre afin de pouvoir diriger le vitrage dans un second temps vers un four de cuisson dans lequel le verre sera mis en forme. FR3009235A1 décrit un système permettant d’orienter une série de têtes d’impression selon différents angles. Dans une première configuration, les quatre têtes sont parallèles les unes aux autres, orientées dans la même direction afin d’imprimer une surface plane. L’invention permet ensuite d’orienter les quatre têtes chacune selon un angle spécifique afin de les orienter en arc de cercle, permettant de réaliser une impression sur la face concave d’un objet cylindrique et de s’adapter au rayon de courbure de celui-ci. Ce brevet décrit un système dans lequel les têtes d’impression sont inclinables mais avec un nombre limité de positions et de configurations.
La publication de demande internationale PCT WO2013143659A1 décrit un procédé de décoration d’objet en trois dimensions par impression digitale à l’aide d’une tête d’impression portée par un robot six axes. Cette invention décrit une étape de balayage de la surface à imprimer, permettant de générer un ensemble de points constituant la trajectoire à parcourir par le robot pour réaliser l’impression digitale ainsi qu’une étape d’impression digitale en utilisant la tête d’impression.
La demande de brevet US2021300061A1 décrit un procédé de décoration d’objets en trois dimensions permettant l’impression digitale sur des objets en trois dimensions à l’aide d’une machine dotée d’un robot six axes. Ce robot permet le transport d’objets en trois dimensions devant des têtes d’impression digitales fixes.
Lors de la réalisation d’un dépôt par impression digitale sur une surface, des gouttelettes sont éjectées vers la surface à imprimer. En raison de la taille des gouttelettes, quelques picolitres (pL), et afin d’assurer un dépôt homogène respectant la forme de l’image que l’on souhaite imprimer, il est primordial de conserver à tout instant une distance constante entre la surface à imprimer et la tête d’impression, ainsi qu’une vitesse relative constante entre la tête d’impression et la surface à imprimer.
Par ailleurs, dans le cas des pare-brise, l’impression d’encre, exclusivement de type céramique, est réalisée avant bombage sur du verre à plat. L’encre est exclusivement de type céramique, et non pas organique puisque le verre est ensuite mis en forme dans un four de bombage à des températures supérieures à 600 °C, ce qui limite le nombre de références d’encres utilisables. De plus, ces encres doivent présenter des propriétés anti stick dans le cas d’applications en face 2 ou en face 3, ce qui restreint encore d’avantage la gamme d’encres utilisables. Avant feuilletage, un verre feuilleté se compose de deux verres, chacun comportant deux faces, ce qui définit un système à quatre faces :
- la face 1 correspond à la face qui se trouvera à l’extérieur du véhicule dans le cadre d’un vitrage automobile,
- la face 2 correspond à la face directement opposée à la face 1 et se situant sur le même verre avant feuilletage et se trouvant en contact avec la feuille intercalaire (par exemple du PVB (polyvinyle butyral)),
- la face 3 correspond à la face en contact avec l’autre côté de la feuille intercalaire, et
- la face 4 correspond à la face directement opposée à la face 3 et se situant sur le même verre avant feuilletage, et c’est également la face qui se situera à l’intérieur du véhicule, en contact direct avec le ou les passagers du véhicule.
Enfin une étape spécifique de pré-cuisson de l’encre est nécessaire, ce qui a pour conséquence d’augmenter la consommation d’énergie pour chaque pare-brise fabriqué, ainsi que de générer des défauts de qualité sur les vitrages.
En outre, les exemples d’impression digitale sur objets en trois dimensions (3D), en verre ou non, sont limités à des objets présentant un axe de symétrie et de forts rayons de courbure, par exemple des bouteilles, des flasques, des gourdes, des battes de baseball, etc... Dans ce cas, lors de la phase d’impression, les objets sont soumis à un mouvement de rotation le long de cet axe de symétrie. La tête d’impression se déplace au-dessus de l’objet en rotation, parallèlement à son axe de rotation. Ainsi, ceci garantit une vitesse uniforme à la fois pour l’objet en rotation et la tête d’impression et l’impression se déroule quasiment sur une surface plane. Cette configuration ne peut pas être appliquée pour les grands verres comme les fenêtres de toit ou des pare-brise.
Enfin, bien que les robots six axes disponibles commercialement et fonctionnant en « pièce portée » garantissent une grande précision spatiale, à savoir le passage systématique par les mêmes points au cours d’un parcours ou d’une trajectoire, ils ne garantissent pas une précision temporelle, c’est-à-dire le passage à vitesse rigoureusement constante lors de l’ensemble du parcours. Des fluctuations très brusques et rapides autour de la vitesse de consigne de +/- 10% sont observées. Ainsi dans le cadre d’une application de type impression digitale, les têtes d’impression adaptant la fréquence d’éjection des gouttes à la vitesse de consigne appliquée au robot et non pas à la vitesse réelle du robot à tout instant, il est possible d’observer des défauts dans les motifs imprimés avec cette méthode, certaines gouttes étant éjectées trop tôt sur le verre, d’autres trop tard en raison des variations de vitesse. Il en résulte des défauts de placement des points ainsi que des zones trop riches en encre et des zones appauvries en encre.
Il existe donc un besoin pour un dispositif, une machine et un procédé d’impression sur verre qui permettent une impression précise et maîtrisée, garantissant un dépôt homogène et pérenne sur des objets de géométries variées.
Le Demandeur se propose donc de répondre à ces besoins par l’emploi d’un dispositif, d’une machine et d’un procédé mettant en œuvre un robots six axes permettant d’incliner les têtes d’impression selon une infinité de positions et de configurations, un dispositif de mesure en temps réel de la vitesse de tête d’impression par rapport à l’objet à décorer, et des moyens de maintien de distance entre tête d’impression et verre.
La présente invention a donc pour objet un dispositif d’impression sur verre, caractérisé par le fait qu’il comprend :
un support configuré pour recevoir un verre sur au moins une surface duquel une impression est à réaliser ;
au moins un robot configuré pour déplacer un bras selon six axes, le bras ayant une extrémité reliée à une base et une extrémité libre opposée ;
un outil d’impression, l’outil d’impression comprenant au moins une tête d’impression configurée pour être montée sur l’extrémité libre du bras de l’au moins un robot ;
un capteur de vitesse, configuré pour détecter la vitesse relative d’impression de l’au moins une tête d’impression par rapport à l’au moins une surface du verre ;
des moyens de maintien de distance, configurés pour maintenir une distance constante entre l’au moins une tête d’impression et l’au moins une surface du verre ;
des moyens de commande configurés pour commander les mouvements de l’au moins un robot, ajuster la vitesse de déplacement de l’au moins une tête d’impression en fonction de la vitesse relative d’impression et ajuster la distance entre l’au moins une tête d’impression et l’au moins une surface du verre par l’intermédiaire des moyens de maintien de distance.
Ainsi, un tel dispositif permet, conjointement et en temps réel, la détection de la vitesse relative de l’au moins une tête d’impression par rapport à la surface du verre et le maintien d’une distance constante entre l’au moins une tête d’impression et la surface du verre. L’impression est reproductible de façon fiable même s’il existe des différences de formes (galbe) et d’épaisseur entre deux verres.
En outre, le fait de détecter en temps réel la vitesse relative de l’au moins une tête d’impression par rapport à la surface du verre autorise des vitesses de déplacement des têtes d’impression d’au moins 200 mm/s et le fait d’allier détection de vitesse relative et maintien de distance conduit à des temps de cycle très courts pour réduire le temps d’impression, ce qui est particulièrement avantageux dans le domaine de la production de verre automobile (entre 20 et 40 s/verre).
En outre, le capteur de vitesse permet de pallier les défauts de précision temporelle des robots six axes, lors de la première réalisation de chaque trajectoire, permet de mesurer en temps réel la vitesse instantanée relative de l’au moins une tête d’impression par rapport au verre. Cette mesure est ensuite transmise à l’au moins une tête d’impression qui adapte en temps réel sa fréquence d’éjection des gouttelettes en fonction de l’endroit où elle se situe au-dessus du verre. Ainsi la précision du dépôt des gouttelettes est améliorée et les défauts d’impression réduits.
Le dispositif d’impression sur verre selon la présente invention permet de maintenir le verre fixe lors de l’impression, l’au moins une tête d’impression étant mobile et se déplaçant au-dessus du verre.
Le dispositif d’impression sur verre selon la présente invention permet d’imprimer l’encre après l’étape de mise en forme du verre. L’emploi d’un robot six axes permet d’incliner les têtes d’impression selon une infinité de positions et de configurations. Ainsi, le dispositif d’impression sur verre selon la présente invention est particulièrement adapté pour l’impression sur des objets de géométries très variées et permet ainsi de réaliser des décors sur des verres de type pare-brise ou fenêtre de toit, ou bien lorsque toute la surface doit être décorée.
En outre, du fait que les étapes de mise en forme tridimensionnelle du verre peuvent être réalisées après impression, les contraintes sur les encres sont moindres, et un plus grand choix d’encres est donc offert.
Selon un mode de réalisation, l’au moins une tête d’impression est à chargement et déchargement rapide, par exemple pneumatique ou magnétique. Les changeurs d’outils pour robot de la marque Schunk ® permettent ainsi par exemple un changement rapide d’outil sur une tête de robot.
Ainsi, il est possible d’imprimer successivement différentes références d’encres avec une perte de temps minimale.
Selon un mode de réalisation, les moyens de maintien de distance sont au moins l’un parmi un système de contrainte du verre selon une forme prédéterminée, de préférence par ventouses, un système de balayage de la surface du verre pour enregistrer sa forme et un capteur de distance porté par l’outil d’impression.
Selon un mode de réalisation, les moyens de commande sont constitués par au moins l’un parmi un microcontrôleur, un processeur, un microprocesseur, un processeur de signaux numériques (DSP), une matrice prédiffusée programmable (FPGA), un composant à application spécifique (ASIC), un ordinateur, comprenant un logiciel configuré pour piloter le robot, l’outil d’impression et les moyens de maintien de distance.
Selon un mode de réalisation, l’au moins un robot est configuré pour déplacer l’au moins une tête d’impression selon un motif de balayage en bandes adjacentes, se déplaçant de préférence en continu dans deux sens différents sur deux bandes adjacentes pour réduire le temps d’impression. On a ainsi une impression en continu, sans déplacement inutile de l’au moins une tête d’impression.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’impression sur verre comprend un unique robot et un portique, le robot étant fixé par sa base au portique de façon à ce que la base soit disposée au-dessus du support.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’impression sur verre comprend deux robots, les bases des robots étant de préférence disposées à la même hauteur que le support et de part et d’autre du support.
Selon un mode de réalisation, chaque robot réalise une impression sur une moitié de l’au moins une surface du verre.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’impression sur verre comprend en outre au moins une tête d’impression additionnelle et des moyens de changement de l’au moins une tête d’impression configurés pour remplacer l’au moins une tête d’impression par l’au moins une tête d’impression additionnelle, de préférence par chargement et déchargement pneumatique ou magnétique.
Ainsi, les moyens de changement permettent d’imprimer des couleurs ou des encres différentes sur un même verre avec un seul dispositif d’impression sur verre, et permet également une encre A sur un type de verre A’ et une encre B sur un type de verre B’. Enfin, en cas de maintenance sur une tête d’impression, il reste une tête d’impression opérationnelle, ce qui permet d’assurer le fonctionnement en continu et sans interruption de la machine.
La présente invention a également pour objet une machine d’impression sur verre, caractérisée par le fait qu’elle comprend, agencées successivement :
une station de chargement du verre ;
une station de lavage du verre ;
une station de scannage du verre facultative ;
une station de préparation de la surface du verre ;
une station d’impression équipée d’un dispositif d’impression sur verre tel que décrit précédemment ;
une station de séchage ;
une station de contrôle ;
une station de déchargement ; et
deux stations adjacentes étant reliées par des dispositifs de convoyage du verre, de préférence des rouleaux ou un tapis roulant.
Ainsi, l’utilisation de plusieurs stations modulables permet à la machine de fonctionner de façon séquentielle et de traiter plusieurs vitrages à la fois. La configuration du poste d’impression est modulable puisque celui-ci peut être doté de plusieurs robots pour diminuer le temps de cycle.
Selon un mode de réalisation, la machine comprend en outre une station de post-traitement entre la station de séchage et la station de contrôle.
La présente invention a également pour objet un procédé d’impression sur verre mettant en œuvre un dispositif d’impression sur verre tel que décrit précédemment, caractérisé par le fait qu’il comprend :
charger sur le support un verre sur au moins une surface duquel une impression est à réaliser ;
réaliser une impression sur la surface du verre ;
décharger le verre imprimé.
Pour mieux illustrer l’objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, plusieurs modes de réalisation, avec référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins :
Si l’on se réfère à la , on peut voir qu’il y est représenté un dispositif d’impression sur verre 1 selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
Le dispositif d’impression sur verre 1 comporte un support 2. Le support 2 peut être tout support pour impression connu de l’homme du métier apte à recevoir un objet sur lequel une impression est à réaliser. Le support 2 pourra être fixe. Dans ce cas, des outils de manipulation chargeront sur celui-ci le verre V sur lequel une impression est à réaliser. Le support 2 pourra être mobile comme par exemple être disposé sur un convoyeur.
Le dispositif d’impression sur verre 1 comporte également un robot 3. Le robot 3 est un robot du type six axes. Comme on peut le voir sur la , et comme bien connu de l’homme du métier, le robot 3 comporte une base 4 et un bras 5 articulé.
La base 4 présente une face montage 6 plane par laquelle la base 4 est apte à être montée sur châssis externe.
Le bras 5 comporte une extrémité proximale 7 reliée à la base 4 et une extrémité distale 8 libre, opposée à l’extrémité proximale 7. L’extrémité proximale 7 du bras 5 est reliée à la base 4 par une épaule 9. L’épaule 9 est mobile en rotation par rapport à la base 4, selon un premier axe 10 perpendiculaire à la face de montage 6.
Le bras 5 comporte un arrière-bras 11. L’arrière-bras 11 est relié en pivotement à l’épaule 9 selon un deuxième axe 12 perpendiculaire au premier axe 10.
Le bras 5 comporte un coude 13. Le coude 13 est relié en pivotement à l’arrière-bras 11 selon un troisième axe 14 parallèle au deuxième axe 12.
Le bras 5 comporte un avant-bras 15. L’avant-bras 15 est mobile en rotation par rapport au coude 13 selon un quatrième axe 16 perpendiculaire au troisième axe 14 et s’étendant dans la direction longitudinale de l’avant-bras 15.
Le bras 5 comporte un premier poignet 17. Le premier poignet 17 est relié en pivotement à l’avant-bras 15 selon un cinquième axe 18 parallèle au troisième axe 14.
Le bras 5 comporte un second poignet 19, au niveau de l’extrémité distale 8 du bras 5. Le second poignet 19 est relié en rotation au premier poignet 17 selon un sixième axe 20 perpendiculaire au cinquième axe 18.
Ainsi, le robot 3 est configuré pour déplacer le bras 5 selon six axes.
Le dispositif d’impression sur verre 1 comporte également un outil d’impression 21.
Sur la , on peut voir que l’outil d’impression 21 comporte une tête d’impression 22, montée au niveau de l’extrémité distale 8 du bras 5, sur le second poignet 19. Il est bien entendu que l’homme du métier saura choisir toutes têtes d’impression adaptées aux besoins de l’impression à réaliser, comme par exemple le nombre et la nature des buses ainsi que leur disposition.
Il convient en outre de noter que l’homme du métier saura pareillement choisir tout outil d’impression adapté aux besoins de l’impression à réaliser, en particulier toutes configurations et tous équipements nécessaires, comme par exemple des tuyaux d’alimentation, un réservoir d’encre et un système de recirculation de l’encre 24h/24, qui restent immobiles. Ces derniers ne seront pas décrits plus en détails ici.
Selon le premier mode de réalisation représenté sur la , le robot 3 est disposé au-dessus du support 2. Pour ce faire, le robot 3 est monté sur un portique 23 de telle sorte que le plan de montage 6 soit parallèle au support 2. De préférence, le dispositif d’impression sur verre 1 est configuré de telle sorte que lors de l’impression, le centre de la base 4 est à la verticale du centre de la surface S du verre V sur laquelle l’impression est à réaliser. Lors de l’impression, le bras 5 de robot 3 est déployé vers le verre V situé en contrebas.
Il convient de noter que le dispositif d’impression sur verre 1 selon la présente invention convient à l’impression sur plusieurs surfaces d’un même objet en verre, par exemple sur les deux faces d’un pare-brise.
En dessous de chaque tête d’impression 22 peut se trouver une lampe UV de faible puissance permettant de figer les gouttelettes d’encre sans les sécher totalement de façon à éviter les coulures le temps que l’ensemble de la surface S du verre V soit imprimée. Il convient d’orienter convenablement cette lampe UV pour ne pas observer de réflexion des rayons UV vers la tête d’impression 22 ce qui entraînerait une polymérisation de l’encre à la surface de la tête d’impression 22. Un système analogue de fixation IR (en anglais « pinning » IR) dans le cas d’une encre IR ou de fixation « air chaud » dans le cas d’une encre thermique est également envisageable.
Comme on peut le voir sur la représentation schématique de la , le dispositif d’impression sur verre 1 comporte un capteur de vitesse 24, configuré pour détecter la vitesse relative d’impression de la tête d’impression 22 par rapport à la surface S du verre V sur laquelle une impression est à réaliser.
De préférence, le capteur de vitesse 24 est situé à proximité de la tête d’impression 22, voire directement sur la tête d’impression.
Le dispositif d’impression sur verre 1 comporte également des moyens de maintien de distance 25, configurés pour maintenir une distance constante entre la tête d’impression 22 et la surface S du verre V sur laquelle une impression est à réaliser.
Les moyens de maintien de distance 25 sont au moins l’un parmi un système de contrainte du verre selon une forme prédéterminée, de préférence par ventouses, un système de balayage de la surface du verre pour enregistrer sa forme et un capteur de distance porté par l’outil d’impression 21.
Ainsi, par exemple, selon la première variante d’un système de contrainte du verre, un cadre muni de ventouses peut contraindre très précisément un verre selon une forme prédéterminée et sur la base de laquelle le déplacement de l’au moins une tête d’impression est préprogrammé.
Selon la seconde variante, chaque verre est balayé par un outil de détection de forme (balayage laser, caméra avec logiciel de traitement d’image) pour déterminer précisément la forme de chaque verre et adapter en conséquence le parcours de l’au moins une tête d’impression.
Selon la troisième variante, un capteur de distance, qui peut être porté par le robot, l’au moins une tête d’impression, ou un autre moyen (caméra avec logiciel de traitement d’image) calcule en temps réel la distance entre l’au moins une tête d’impression et la surface du verre pour adapter en conséquence le parcours de l’au moins une tête d’impression pour maintenir toujours une distance prédéterminée entre ces deux éléments.
Le dispositif d’impression sur verre 1 comporte en outre des moyens de commande 26. Les moyens de commande 26 sont connectés au robot 3, à la tête d’impression 22, au capteur de vitesse 24 et aux moyens de maintien de distance 25. Les moyens de commande 26 sont configurés pour commander les mouvements du robot 3, ajuster la vitesse de déplacement de la tête d’impression 22 en fonction de la vitesse relative d’impression détectée par le capteur de vitesse 24, et ajuster la distance entre la tête d’impression 22 et la surface S du verre V sur laquelle une impression est à réaliser par l’intermédiaire des moyens de maintien de distance 25. Les moyens de commande 26 sont également configurés pour commander l’impression selon un motif de balayage prédéfini.
Les moyens de commande 26 sont constitués par au moins l’un parmi un microcontrôleur, un processeur, un microprocesseur, un processeur de signaux numériques (DSP), une matrice prédiffusée programmable (FPGA), un composant à application spécifique (ASIC), un ordinateur, comprenant un logiciel configuré pour piloter le robot 3, l’outil d’impression 21 et les moyens de maintien de distance 25.
Sur la , on peut voir que le dispositif d’impression 1 peut comprendre, de façon additionnelle et facultative, une tête d’impression additionnelle 27. La tête d’impression additionnelle 27 constitue une tête de rechange pour une même encre ou une encre différente, par exemple différentes couleurs ou différentes structures, natures ou constitutions. De façon avantageuse, la tête d’impression additionnelle 27 pourra être stockée sur un rack de stockage. De façon avantageuse, les têtes d’impression 22, 27 sont du type à chargement et déchargement rapide, par exemple du type pneumatique ou magnétique.
Dans ce cas, le dispositif d’impression sur verre 1 est équipé de moyens de changement de tête d’impression 28, configurés pour remplacer la tête d’impression 22 montée au niveau de l’extrémité distale 8 du bras 5 par une tête d’impression additionnelle 27. Les moyens de changement de tête d’impression 28 sont du type bien connu de l’homme du métier, de préférence par chargement et déchargement pneumatique ou magnétique.
La tête d’impression 22 remplacée peut être déposée sur un rack de stockage.
Il convient de noter que l’homme du métier saura déterminer le nombre de têtes d’impression additionnelles nécessaires aux besoin de l’impression à réaliser ainsi que le nombre et la nature des moyens de changement de tête d’impression 28.
Lors de la phase d’impression, le verre V est immobile, l’ensemble des mouvements est assuré par le robot 3. La trajectoire du robot 3 s’adapte en fonction des informations recueillies lors d’une étape préalable de balayage de la surface S du verre V. Le robot 3 se déploie pour approcher la tête d’impression 22 près de la surface S du verre V, parallèlement à cette surface S. Les buses d’impression sont orientées vers le verre, par exemple à une distance comprise entre 1 et 3 mm de manière à pouvoir la couvrir en totalité, et en permanence perpendiculairement au galbe du verre V. La trajectoire suivie par la tête d’impression 22 portée par le robot 3 permet le dépôt d’encre sur toute la surface S du verre V si nécessaire, tout en s’adaptant à la forme et au galbe du verre V de manière à maintenir une distance constante entre le verre V et la tête d’impression 22, grâce aux moyens de maintien de distance 25.
Si l’on se réfère à la , on peut voir qu’il y est représenté une vue de dessus de la surface S du verre V imprimée par le dispositif d’impression sur verre 1 de la présente invention selon un motif de balayage. Le motif de balayage est en bandes adjacentes, la tête d’impression 22 se déplaçant de préférence en continu dans deux sens différents, indiqués par les flèches, sur des bandes adjacentes B1, B2, B3, B4. La tête d’impression 22 se déplace au-dessus du verre V porté par le support 2, dirigée grâce au robot 3 de manière à orienter en permanence les buses d’impression perpendiculairement à la surface S, en particulier au galbe du verre V lorsque le verre à imprimer est bombé. La tête d’impression 22 est capable d’imprimer des motifs sur toute sa largeur, correspondant à une bande B1, B2, B3, B4, quel que soit le sens avec lequel elle se déplace au-dessus du verre V. Ainsi, il est possible de parcourir une première bande B1 sur la longueur du verre V, parallèlement à bord C. En fin de bande B1, le robot 3 permet à la tête d’impression 22 d’opérer une rotation à 180°C et un décalage d’une largeur de tête d’impression 22 afin d’enchaîner rapidement avec l’impression d’une deuxième bande B2, dans le sens opposé par rapport à la première bande B1. Il peut être envisageable que le déclenchement de l’impression sur le verre V s’effectue par un dispositif optique en amont de la tête d’impression 21 permettant de reconnaître le bord C du verre V. La diminution du nombre de déplacement inutiles permet de garantir un gain de temps de traitement du verre.
Il convient de noter que l’homme du métier saura définir le motif de balayage adapté aux besoins de l’impression à réaliser. Par exemple, le motif de balayage pourra comprendre, à la fin de l’impression de la bande, un retour au bord de début de la bande.
Du fait qu’il peut exister par exemple, des écarts jusqu’à 3 mm entre deux verres formés en 3D de même type, deux verres de même type successifs ne sont pas identiques et ne supportent donc pas les mêmes réglages des têtes d’impression qui peuvent être optimaux pour un verre et conduire à un décalage, voire le contact de la tête d’impression avec la surface, pour un autre verre. Pour y remédier, les solutions suivantes peuvent être envisagées : scan 3D de la surface du verre avant impression ; tête d’impression équipée d’un capteur de distance type confocal ou triangulation laser pour ajuster la distance en temps réel ; contrainte de la forme du verre, par ventouses par exemple.
Le dépôt réalisé sur le verre V peut être continu ou localisé.
Si l’on se réfère à la , on peut voir qu’il y est représenté un dispositif d’impression sur verre 101 selon un second mode de réalisation de la présente invention.
Le dispositif d’impression sur verre 101 est similaire au dispositif d’impression sur verre 1 selon le premier mode de réalisation décrit ci-dessus. Les éléments du dispositif d’impression sur verre identiques ou analogues aux éléments du dispositif d’impression sur verre 1 du premier mode de réalisation, et décrits en référence à la , porteront le même chiffre de référence augmenté de 100, et ne seront pas décrits plus en détail ici.
Le dispositif d’impression sur verre 101 selon le second mode de réalisation comporte deux robots 103A et 103B.
Les bases 106A et 106B respectives des robots 103A et 103B sont disposées à la même hauteur que le support 102 et de part et d’autre du support 102. Toutefois, cet exemple est illustratif et l’homme du métier comprendra que les robots peuvent prendre toute forme et tout agencement, du moment qu’ils couvrent la surface du verre qui leur est attribuée, en fonction des contraintes d’espace disponible.
Grâce à une telle configuration, chaque robot 103A et 103B réalise une impression sur une moitié MA, MB de la surface S du verre V.
La présente invention autorise ainsi différentes combinaisons robot/encre, telles que : un robot 3, 103A, 103B, une encre ; un robot 3, 103A, 103B, deux encres ; deux robots 3, 103A, 103B, une encre ou encore deux robots 3, 103A, 103B, deux encres.
Il convient de noter que tous nombres de robots et de têtes d’impression pourront être employées par l’homme du métier dans le dispositif d’impression sur verre selon la présente invention en fonction des besoins de l’impression à réaliser, sans pour autant s’écarter du cadre de la présente invention.
Si l’on se réfère à la , on peut voir qu’il y est représenté un schéma d’un machine d’impression sur verre 29 selon la présente invention.
La machine comprend, agencées successivement : une station de chargement du verre 30, une station de lavage du verre 31, une station de scannage du verre 32 qui est facultative, une station de préparation de la surface du verre 33, une station d’impression 34 équipée d’un dispositif d’impression sur verre 1, 101 tel que décrit précédemment, une station de séchage 35, une station de contrôle 36 et une station de déchargement 37. La machine 29 comprend également des moyens de convoyage du verre entre deux stations 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 adjacentes.
De façon avantageuse, la machine 29 comprend en outre une station de post-traitement entre la station de séchage 35 et la station de contrôle 36, par exemple pour le dépôt post-impression d’un primaire d’adhésion, afin de maximiser l’adhésion entre le verre et la feuille intercalaire de type poly(butyral vinylique) (PVB) dans le cadre de la fabrication de vitrages feuilletés.
La machine 29 peut comprendre un ordinateur pilotant le tout et assurant la synchronisation des étapes et le partage des informations.
La machine 29 est capable de travailler séquentiellement, ce qui signifie qu’un verre différent se trouve simultanément dans chaque station 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 et subit l’étape du processus associée à la station. Le transfert vers la station suivante s’effectue simultanément pour l’ensemble des verres. Ceci signifie que le temps de cycle de la machine 29 correspond au temps de cycle de l’étape la plus longue du processus.
Si besoin, au préalable, le verre V est bombé selon les procédés de bombage habituels. A l’issue de cette étape, le verre V en 3D est amené jusqu’à la machine d’impression 29.
Au niveau de la station de chargement du verre 30, le verre V est chargé sur la machine 29, sur un convoyeur, sur un chariot ou via un robot chargé de l’emmener de station en station, constituant les moyens de convoyage du verre.
Au niveau de la station de lavage du verre 31, la machine 29 comporte une machine à laver permettant de laver un verre V en 3D. Cette étape peut être facultative si le processus d’impression est positionné directement en sortie de la machine à laver 3D précédent l’assemblage avec la feuille intercalaire type PVB.
Au niveau de la station de scannage du verre 32, la machine 29 comporte un scanner permettant une reconnaissance et une acquisition des dimensions, du positionnement et de la courbure exacte du verre V. Ces informations sont ensuite transmises au robot 3, 103A, 103B utilisé lors de la phase d’impression, au niveau de la station d’impression 34, afin qu’il adapte sa trajectoire aux dimensions réelles de chaque verre V. La reconnaissance du format du verre V permet également la sélection en automatique du processus d’impression à appliquer.
Au niveau de la station de préparation de la surface du verre 33, il est possible de réaliser un dépôt de revêtement de type primaire d’adhésion ou un traitement de surface type plasma ou Corona.
Au niveau de la station de séchage 35, le séchage peut être réalisé à l’aide de lampe(s) UV. Les lampes UV sont disposées sur un rail articulé pouvant se déplacer en hauteur. La largeur des lampes UV permet de sécher le verre V dans toute sa largeur simplement en faisant défiler le verre V sous la rangée de lampes UV. La vitesse de défilement du verre V peut être modulée, ainsi que la distance verticale entre les lampes et le verre V, de manière à adapter la dose d’UV reçue par chaque type de verre.
La station de contrôle 36 peut être dotée d’une caméra permettant de contrôler visuellement le verre V et de détecter la présence d’éventuels défauts. Si la pièce ne comporte pas de défauts, elle est déchargée en sortie de machine. Sinon elle est orientée vers le recyclage des verres.
La machine 29 peut comprendre, entre la station d’impression et la station de séchage, une station configurée pour le contrôle visuel avant l'étape de séchage afin d'enlever facilement un revêtement si nécessaire.
Une station spécifique peut également être prévue pour, dans le cas de la présence de défauts lors de la phase d’impression, repasser le verre V dans le cycle de production (nettoyage de l’encre, encre brulée dans un four haute température, verre transformé en calcin,...).
La présente invention porte enfin sur un procédé d’impression sur verre mettant en œuvre un dispositif d’impression sur verre 1, 101 tel que décrit précédemment. Le procédé comprend les étapes consistant à charger sur le support S un verre V sur une surface duquel une impression est à réaliser, réaliser une impression sur la surface S du verre V par le dispositif d’impression sur verre 1, 101 tel que décrit précédemment et décharger le verre imprimé.
L’étape d’impression peut comprendre le balayage de la surface S selon un motif de balayage en bandes adjacentes tel que décrit précédemment.
La présente invention permet l’impression d’encre directement sur un verre V en 3D, après l’étape de bombage du verre V et présente les avantages suivants :
- économie d’énergie et amélioration du rendement par suppression de l’étape de pré-cuisson de l’encre dans le cas d’une application sur une face deux ou une face trois ;
- l’encre n’a plus d’obligation de présenter des propriétés anti stick, les verres étant bombés avant impression de l’encre ;
- la gamme d’encre potentiellement utilisable est plus large car l’invention permet l’utilisation d’encres digitales organiques, plus répandues que les encres digitales céramiques ;
- le risque de distorsions optiques est réduit car il n’y a pas d’encre sur le verre lors du bombage ;
- réduction du risque de casse du verre pour les mêmes raisons que pour le point précédent ;
- dépôt d’encre indifféremment avant ou après l’étape de feuilletage dans le cas d’un dépôt en face un ou en face quatre ;
- possibilité de réaliser des motifs unitaires ou personnalisés sans changement d’outillage ou d’écran comme en sérigraphie ;
- amélioration de la précision du dépôt par une connaissance réelle de la vitesse de déplacement du verre par rapport aux têtes d’impression.
La présente invention est particulièrement adaptée à tous types de verre pour le marché automobile ou du bâtiment, en particulier les verres non plats.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d’être décrits ont été donnés à titre indicatif et non limitatif et que des modes de réalisation peuvent y être apportés sans que l’on s’écarte pour autant du cadre de la présente invention.
Ainsi, bien que le verre représenté sur les figures soit plat, il est bien entendu que l’invention n’est pas limitée à cet égard et que le dispositif, la machine et le procédé de l’invention trouvent à s’appliquer lorsque le verre a déjà une forme tridimensionnelle.
De même, par souci de simplification, une seule tête d’impression par robot a été représentée dans les figures. L’invention n’est encore pas limitée à cet égard, et un robot selon l’invention pourrait porter simultanément plusieurs têtes d’impression, sans s’écarter du cadre de la présente invention.
Claims (12)
- – Dispositif (1 ; 101) d’impression sur verre, caractérisé par le fait qu’il comprend :
un support (2 ; 102) configuré pour recevoir un verre (V) sur au moins une surface (S) duquel une impression est à réaliser ;
au moins un robot (3 ; 103A, 103B) configuré pour déplacer un bras (5) selon six axes, le bras (5) ayant une extrémité reliée à une base (6) et une extrémité libre opposée ;
un outil d’impression (21), l’outil d’impression (21) comprenant au moins une tête d’impression (22) configurée pour être montée sur l’extrémité libre du bras (5) de l’au moins un robot (3 ; 103A, 103B) ;
un capteur de vitesse (24), configuré pour détecter la vitesse relative d’impression de l’au moins une tête d’impression (22) par rapport à l’au moins une surface (S) du verre (V) ;
des moyens de maintien de distance (25), configurés pour maintenir une distance constante entre l’au moins une tête d’impression (22) et l’au moins une surface (S) du verre (V) ;
des moyens de commande (26) configurés pour commander les mouvements de l’au moins un robot (3 ; 103A, 103B), ajuster la vitesse de déplacement de l’au moins une tête d’impression (22) en fonction de la vitesse relative d’impression et ajuster la distance entre l’au moins une tête d’impression (22) et l’au moins une surface (S) du verre (V) par l’intermédiaire des moyens de maintien de distance (25). - – Dispositif (1 ; 101) d’impression sur verre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l’au moins une tête d’impression (22) est à chargement et déchargement rapide.
- – Dispositif (1 ; 101) d’impression sur verre selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de maintien de distance (25) sont au moins l’un parmi un système de contrainte du verre selon une forme prédéterminée, de préférence par ventouses, un système de balayage de la surface (S) du verre (V) pour enregistrer sa forme et un capteur de distance porté par l’outil d’impression (21).
- – Dispositif (1 ; 101) d’impression sur verre selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de commande (26) sont constitués par au moins l’un parmi un microcontrôleur, un processeur, un microprocesseur, un processeur de signaux numériques (DSP), une matrice prédiffusée programmable (FPGA), un composant à application spécifique (ASIC), un ordinateur, comprenant un logiciel configuré pour piloter le robot, l’outil d’impression et les moyens de maintien de distance.
- Dispositif (1 ; 101) d’impression sur verre selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l’au moins un robot (3 ; 103A, 103B) est configuré pour déplacer l’au moins une tête d’impression (22) selon un motif de balayage en bandes adjacentes, se déplaçant de préférence en continu dans deux sens différents sur deux bandes adjacentes pour réduire le temps d’impression.
- – Dispositif (1) d’impression sur verre selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu’il comprend un unique robot (3) et un portique (23), le robot (3) étant fixé par sa base (6) au portique (23) de façon à ce que la base (6) soit disposée au-dessus du support (2).
- – Dispositif (101) d’impression sur verre selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu’il comprend deux robots (103A, 103B), les bases des robots (103A, 103B) étant de préférence disposées à la même hauteur que le support et de part et d’autre du support.
- – Dispositif (101) d’impression sur verre selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque robot (103A, 103B) réalise une impression sur une moitié de l’au moins surface (S) du verre (V).
- – Dispositif d’impression (1 ; 101) sur verre selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu’il comprend en outre au moins une tête d’impression additionnelle (27) et des moyens de changement (28) de l’au moins une tête d’impression (22) configurés pour remplacer l’au moins une tête d’impression (22) par l’au moins une tête d’impression additionnelle (27), de préférence par chargement et déchargement pneumatique ou magnétique.
- Machine d’impression (29) sur verre, caractérisée par le fait qu’elle comprend, agencées successivement :
une station de chargement du verre (30) ;
une station de lavage du verre (31) ;
une station facultative de scannage du verre (32) ;
une station de préparation de la surface du verre (33) ;
une station d’impression (34) équipée d’un dispositif d’impression sur verre selon l’une des revendications 1 à 9 ;
une station de séchage (35) ;
une station de contrôle (36) ;
une station de déchargement (37) ; et
deux stations adjacentes étant reliées par des dispositifs de convoyage du verre, de préférence des rouleaux ou un tapis roulant. - – Machine d’impression (29) sur verre selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu’elle comprend en outre une station de post-traitement (PT) entre la station de séchage (35) et la station de contrôle (36).
- – Procédé d’impression sur verre mettant en œuvre un dispositif d’impression (1 ; 101) sur verre selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu’il comprend :
charger sur le support (2) un verre (V) sur au moins une surface (S) duquel une impression est à réaliser ;
réaliser une impression sur la surface (S) du verre (V) ;
décharger le verre (V) imprimé.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20231215 |