WO2010072961A2 - Matrice intermediaire pour la fabrication d'un moule de pneumatique realisee par frittage laser - Google Patents

Matrice intermediaire pour la fabrication d'un moule de pneumatique realisee par frittage laser Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the field of vehicle tires, in particular the manufacture of a tire vulcanization mold.
  • a vulcanization mold for a tire generally comprises a support and a so-called "final" seal carried by the support.
  • the final lining made for example of aluminum, comprises a set of lining elements such as beads or slats whose particular function is to form the tire surface sculptures, in particular tread patterns. These slats are in the form of inserts whose feet are embedded in the final lining. Since the final liner defines the molding shape of the mold, it is sometimes referred to as a positive mold to describe the shape of that liner.
  • the final lining is obtained by an overmolding operation of aluminum on a so-called "final" matrix having the form of a molded negative.
  • This final matrix is for single use only. Indeed, because of the complex shapes of the tire tread, the separation of the final lining of the final matrix can not be achieved in a simple manner without deterioration of the final matrix. Since the final matrix is intended to be sacrificed, it is generally made of inexpensive and easily breakable material such as plaster.
  • the final matrix is in turn obtained by molding plaster on a so-called "intermediate" lining having the shape of a positive mold, that is to say having a shape similar to that of the final liner.
  • the slats intended to form part of the final packing are encrusted in the final matrix, with the exception of the lamellar feet which remain projecting.
  • Separation of the final matrix from the intermediate liner is as complex as the separation of the final liner from the final matrix as described above. Also, to facilitate this separation without sacrificing the intermediate seal, it is made of a flexible material and shape memory such as elastomer or silicone. It is thus possible to deform the intermediate lining to facilitate demolding of the final matrix, without deteriorating the intermediate lining.
  • the intermediate liner then resumes its original shape after demolding, so that it can be reused to make a new final matrix that will be used to manufacture another final liner.
  • a single intermediate seal can make it possible to manufacture several identical molds.
  • the intermediate seal is obtained by an overmolding operation of elastomer or silicone on a so-called "intermediate" matrix in the form of a molded negative.
  • the intermediate matrix is also sometimes called a template.
  • the intermediate die is made of an easily machinable plastic material, for example by molding, machining or stereolithography.
  • the intermediate die must be strong enough to withstand the forces induced by the deformations of the intermediate lining during its manufacture and release.
  • the intermediate matrix comprises fine and fragile details such as intermediate lamellae intended to form notches in the intermediate seal. These notches serve as slots for receiving the final strips used for the production of the final matrix and the final lining.
  • the plastic material used for the manufacture of the intermediate matrix is not always sufficiently strong and it may happen that the fine details of the intermediate die are deteriorated during demolding of the intermediate seal.
  • a known solution of the state of the art is to use an intermediate matrix comprising a support block resin or plastic and thin steel elements reported on the support block. Because the thin elements are made of steel, they are more resistant to demolding the intermediate seal.
  • the manufacture of such an intermediate matrix is complex and expensive to implement and the connection between the steel elements and the resin support leaves traces of joint on the resulting intermediate lining.
  • the invention particularly aims to provide an intermediate die for the manufacture of an intermediate liner for the production of a tire mold which is simple to manufacture.
  • the subject of the invention is an intermediate matrix intended for the manufacture of an intermediate lining used for producing a tire mold, produced by selective melting of powder.
  • the selective melting of powder in particular by laser, is more commonly known as laser sintering, laser sintering or SLM (Selective Laser Melting).
  • the intermediate matrix produced by the selective melting of powder, in particular of metal powder is constructed by superposition of fused layers.
  • the advantage of this part manufacturing technique is that the shape of the part can be modeled by computer and the part can be easily manufactured by sintering on the basis of this modeling. Indeed, the laser can be controlled by a computer comprising a modeling of the workpiece and the workpiece can then be produced by successive sintering of superimposed powder layers. In the case of the manufacture of an intermediate matrix, this technique is particularly well suited because it makes it possible to manufacture a matrix comprising details of very small dimensions, for example slats.
  • the matrix obtained by sintering is very robust because made entirely of metal.
  • the surface condition of this matrix is of good quality and the risk of obtaining appearance defects due to seals is greatly reduced.
  • a matrix according to the invention may further comprise one or more of the following features.
  • the die comprises a wall comprising an outer surface and an opposite inner surface, the wall being arranged such that the inner surface defines a hollow volume interior to the die. Because the matrix is hollow and not massive, a substantial saving of material is achieved during its manufacture. In addition, this reduces the manufacturing time of the matrix.
  • the wall comprises two plates and a reinforcement interposed between the two plates.
  • the matrix comprises at least one intermediate strip projecting from the outer surface of the wall. This intermediate strip is made of solid material and may be intended to form the notches of the intermediate seal. These notches serve as slots for receiving the slats used for the production of the final matrix and the final lining.
  • the matrix comprises at least one matrix reinforcement arranged in the interior volume. The internal volume of the matrix is hollow but reinforced to withstand the overmolding forces of the intermediate die during the manufacture of the intermediate seal.
  • the reinforcement comprises a mesh of partitions.
  • the shape and arrangement of the partitions can be variable.
  • the mesh of partitions is shaped according to predefined arrangements of two-dimensional shapes such as honeycomb, diamond, triangle or square shapes, rectilinear or corrugated, or three-dimensional shapes such as shapes. in cubic, pyramid, diamond ...
  • it is faster to manufacture a hollow matrix reinforced by a mesh of partitions than to manufacture a full matrix.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a matrix as defined above, in which the matrix is manufactured by selective melting of a metal powder.
  • FIG. 1 is a perspective view of a portion I of the intermediate matrix according to the invention
  • Figure 2 is a section of the intermediate die of Figure 1 on which is molded a flexible intermediate lining, a part I is shown in Figure 1
  • Figure 3 is a section of an intermediate die
  • FIG. 4 is a section of a hollow intermediate matrix according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a portion I of the intermediate die 10 according to the invention shown in FIG. 2 and intended for the manufacture of a final lining of a mold for a tire.
  • the intermediate die 10 comprises a support block 12 defined by a wall 14.
  • the wall 14 comprises an outer surface 16 visible in Figure 1 and an opposite inner surface 18 masked in this figure.
  • the matrix 10 comprises, projecting from the outer surface 16, a plurality of intermediate strips 20 made in one piece with the block 12. These strips are intended to form the notches of the intermediate seal. These notches serve as housing for receiving the final strips used for the production of the final matrix and the final lining, and are therefore relatively thin.
  • the die 10 is intended to be overmoulded by a flexible material such as elastomer to form an intermediate lining 22.
  • the intermediate lining 22 is shown in a deformed state, when its separation from the intermediate matrix 10.
  • the wall 14 of the matrix 10 is arranged so that its inner surface 18 defines a volume 24 hollow and internal to the matrix. Volume 24 is visible in Figures 3 and 4.
  • the volume 24 is entirely occupied by a matrix reinforcement 26 made by meshing honeycomb partitions.
  • This reinforcement 26 provides mechanical strength to the wall 14 of the matrix, while maintaining a relatively thin wall.
  • the interior volume 24 is partially occupied by reinforcement zones 28 made by partial meshing of honeycomb partitions.
  • the matrix 10 is made by a selective laser sintering technique of metal powder layers so that the wall 14 and the reinforcements 26 and 28 are made in one piece.
  • the time required for the laser sintering operation of a wall is all the greater as the wall is thick. Indeed, it is necessary to sweep the layer of metal powder with the laser on a larger surface that the wall is thick.
  • the thickness of the wall 14 may vary for example between 0.25 and 2 millimeters so that its external appearance is relatively smooth and allows the formation of tread patterns of the tire which are smooth and net.
  • the thickness of the reinforcement partitions this can vary between 0.05 and 1 millimeter.
  • the reinforcement is intended to ensure the overall rigidity of the matrix 10 and it is therefore not necessary that its surface finish is perfect.
  • the wall 14 is massive, but it is possible to design it by assembling two thin plates between which is interposed a reinforcement.

Abstract

L'invention a pour objet une matrice intermédiaire (10) destinée à la fabrication d'une garniture finale d'un moule pour pneumatique, la matrice étant réalisée par fusion sélective de poudre. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle matrice.

Description

Matrice intermédiaire pour la fabrication d'un moule de pneumatique réalisée par frittage laser
La présente invention concerne le domaine des pneumatiques de véhicule, notamment la fabrication d'un moule de vulcanisation pour pneumatique.
Un moule de vulcanisation pour pneumatique comprend généralement un support et une garniture dite « finale », portée par le support. La garniture finale, réalisée par exemple en aluminium, comprend un ensemble d'éléments de garniture tels que des cordons ou des lamelles qui ont notamment pour fonction de former les sculptures de la surface du pneumatique, en particulier les sculptures de la bande de roulement. Ces lamelles se présentent sous forme d'inserts dont les pieds sont enchâssés dans la garniture finale. Etant donné que la garniture finale définit la forme de moulage du moule, on parle parfois de positif moule pour décrire la forme de cette garniture.
La garniture finale est obtenue par une opération de surmoulage d'aluminium sur une matrice dite « finale » ayant la forme d'un négatif moule. Cette matrice finale est à usage unique. En effet, du fait des formes complexes des sculptures du pneumatique, la séparation de la garniture finale d'avec la matrice finale ne peut pas être réalisée de manière simple sans détérioration de la matrice finale. Etant donnée que la matrice finale est destinée à être sacrifiée, elle est généralement réalisée en matériau peu coûteux et facilement cassable tel que du plâtre.
La matrice finale est quant à elle obtenue par moulage de plâtre sur une garniture dite « intermédiaire » ayant la forme d'un positif moule, c'est-à-dire ayant une forme semblable à celle de la garniture finale. Les lamelles destinées à faire partie de la garniture finale sont incrustées dans la matrice finale, à l'exception des pieds de lamelle qui demeurent en saillie. La séparation de la matrice finale d'avec la garniture intermédiaire est une opération aussi complexe que la séparation de la garniture finale d'avec la matrice finale telle que décrite ci-dessus. Aussi, pour faciliter cette séparation sans devoir sacrifier la garniture intermédiaire, celle-ci est réalisée en un matériau souple et à mémoire de forme tel que de l'élastomère ou du silicone. Il est ainsi possible de déformer la garniture intermédiaire pour faciliter le démoulage de la matrice finale, sans pour autant détériorer la garniture intermédiaire. La garniture intermédiaire reprend ensuite sa forme initiale après le démoulage, de sorte qu'elle peut être réutilisée pour fabriquer une nouvelle matrice finale qui servira à la fabrication d'une autre garniture finale. Ainsi, une seule garniture intermédiaire peut permettre de fabriquer plusieurs moules identiques. La garniture intermédiaire est obtenue par une opération de surmoulage d'élastomère ou de silicone sur une matrice dite « intermédiaire » ayant la forme d'un négatif moule. La matrice intermédiaire est également parfois appelée gabarit.
Actuellement, la matrice intermédiaire est réalisée dans une matière plastique facilement usinable, par exemple par moulage, usinage ou stéréolithographie. La matrice intermédiaire doit être suffisamment robuste pour résister aux efforts induits par les déformations de la garniture intermédiaire lors de sa fabrication et de son démoulage.
Il est courant que la matrice intermédiaire comprenne des détails fins et fragiles tels que des lamelles intermédiaires destinées à former des entailles dans la garniture intermédiaire. Ces entailles servent de logements destinés à recevoir les lamelles finales utilisées pour la réalisation de la matrice finale puis de la garniture finale. En outre, la matière plastique utilisée pour la fabrication de la matrice intermédiaire n'est pas toujours suffisamment résistante et il peut arriver que les détails fins de la matrice intermédiaire soient détériorés lors du démoulage de la garniture intermédiaire. Une solution connue de l'état de la technique consiste utiliser une matrice intermédiaire comprenant un bloc support en résine ou plastique et des éléments fins en acier rapportés sur le bloc support. Du fait que les éléments fins sont réalisés en acier, ils sont plus résistants au démoulage de la garniture intermédiaire. Cependant, la fabrication d'une telle matrice intermédiaire s'avère complexe et coûteuse à mettre en œuvre et le raccord entre les éléments en acier et le support en résine laisse des traces de jointement sur la garniture intermédiaire obtenue.
L'invention a notamment pour but de fournir une matrice intermédiaire destinée à la fabrication d'une garniture intermédiaire servant à la réalisation d'un moule pour pneumatique qui soit simple à fabriquer. A cet effet, l'invention a pour objet une matrice intermédiaire destinée à la fabrication d'une garniture intermédiaire servant à la réalisation d'un moule pour pneumatique, réalisée par fusion sélective de poudre.
La fusion sélective de poudre, notamment par laser, est plus communément nommée frittage par laser, frittage laser ou SLM (de l'anglais Sélective Laser Melting). La matrice intermédiaire produite par la fusion sélective de poudre, notamment de poudre métallique, est construite par superposition de couches fusionnées. L'intérêt de cette technique de fabrication de pièces est que la forme de la pièce peut être modélisée par ordinateur et la pièce peut être facilement fabriquée par frittage sur la base de cette modélisation. En effet, le laser peut être piloté par un ordinateur comprenant une modélisation de la pièce et l'on peut alors fabriquer la pièce par frittage successif de couches de poudre superposées. Dans le cas de la fabrication d'une matrice intermédiaire, cette technique est particulièrement bien adaptée car elle permet de fabriquer une matrice comprenant des détails de dimensions très petites, par exemple des lamelles.
En outre, la matrice obtenue par frittage est très robuste car réalisée entièrement en métal. L'état de surface de cette matrice est de bonne qualité et le risque d'obtenir des défauts d'aspect dus à des joints est considérablement réduit.
Une matrice selon l'invention peut en outre comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
La matrice comprend une paroi comprenant une surface extérieure et une surface intérieure opposée, la paroi étant agencée de sorte que la surface intérieure définit un volume creux intérieur à la matrice. Du fait que la matrice est creuse et non massive, on réalise une économie conséquente de matière lors de sa fabrication. En outre, cela réduit le temps de fabrication de la matrice.
La paroi comprend deux plaques et un renfort intercalé entre les deux plaques. - La matrice comprend au moins une lamelle intermédiaire en saillie de la surface externe de la paroi. Cette lamelle intermédiaire est réalisée en matériau massif et peut être destinée à former les entailles de la garniture intermédiaire. Ces entailles servent de logements destinés à recevoir les lamelles utilisées pour la réalisation de la matrice finale puis de la garniture finale. - La matrice comprend au moins un renfort de matrice agencé dans le volume intérieur. Le volume intérieur de la matrice est donc creux mais renforcé pour résister aux effort de surmoulage de la matrice intermédiaire lors de la fabrication de la garniture intermédiaire.
Le renfort comprend un maillage de cloisons. La forme et l'arrangement des cloisons peut être variable. Par exemple, le maillage de cloisons est conformé selon des arrangements prédéfinis de formes en deux dimensions telles que des formes en nid d'abeille, en losange, en triangle ou en carré, rectilignes ou ondulées, ou encore en trois dimensions telles que des formes en cube, en pyramide, en diamant... Dans le procédé de frittage laser, il est plus rapide de réaliser un maillage de cloisons par balayage du laser le long de courbes linéaires ou de petites structures, que de réaliser un matériau plein et massif par balayage du laser sur des surfaces complètes. Ainsi, il est plus rapide de fabriquer une matrice creuse renforcée par un maillage de cloisons que de fabriquer une matrice pleine. De manière alternative il est également possible de réaliser la structure du renfort à l'aide d'un réseau de poutres reliées entre elles de manière à former un ensemble structurel. -A-
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une matrice telle que précédemment définie, dans lequel on fabrique la matrice par fusion sélective d'une poudre métallique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'une partie I de la matrice intermédiaire selon l'invention, la figure 2 est une section de la matrice intermédiaire de la figure 1 sur laquelle est moulée une garniture intermédiaire souple, dont une partie I est représentée à la figure 1 , la figure 3 est une section d'une matrice intermédiaire creuse selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une section d'une matrice intermédiaire creuse selon un second mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1 une partie I de la matrice intermédiaire 10 selon l'invention représentée sur la figure 2 et destinée à la fabrication d'une garniture finale d'un moule pour pneumatique.
La matrice intermédiaire 10 comprend un bloc support 12 délimité par une paroi 14. La paroi 14 comprend une surface extérieure 16 visible sur la figure 1 et une surface intérieure opposée 18 masquée sur cette figure.
La matrice 10 comprend, en saillie de la surface extérieure 16, plusieurs lamelles intermédiaires 20 réalisées d'un seul tenant avec le bloc 12. Ces lamelles sont destinées à former les entailles de la garniture intermédiaire. Ces entailles servent de logements destinés à recevoir les lamelles finales utilisées pour la réalisation de la matrice finale puis de la garniture finale, et sont à ce titre relativement fines.
Comme représenté sur la figure 2, la matrice 10 est destinée à être surmoulée par un matériau souple tel que de l'élastomère pour former une garniture intermédiaire 22. Sur la figure 2, la garniture intermédiaire 22 est représentée dans un état déformé, lors de sa séparation d'avec la matrice intermédiaire 10. Pour réaliser des économies de matière, la paroi 14 de la matrice 10 est agencée de sorte que sa surface intérieure 18 définit un volume 24 creux et intérieur à la matrice. Le volume 24 est visible sur les figures 3 et 4.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3, le volume 24 est entièrement occupé par un renfort 26 de matrice réalisé par maillage de cloisons en nid d'abeille. Ce renfort 26 permet d'apporter de la résistance mécanique à la paroi 14 de la matrice, tout en conservant une paroi relativement fine. Selon un second mode de réalisation représenté sur la figure 4, le volume intérieur 24 est partiellement occupé par des zones de renfort 28 réalisées par maillage partiel de cloisons en nid d'abeille.
La matrice 10 est réalisée par une technique de frittage laser sélectif de couches de poudre métallique de sorte que la paroi 14 et les renforts 26 et 28 sont réalisés d'un seul tenant.
Lors de la fabrication d'une telle matrice, le temps nécessaire à l'opération de frittage laser d'une paroi est d'autant plus élevé que la paroi est épaisse. En effet, il est nécessaire de balayer la couche de poudre métallique avec le laser sur une surface d'autant plus importante que la paroi est épaisse.
On comprend donc que la fabrication du renfort 26 ou 28 par maillage de cloisons est plus rapide que si la matrice 10 était de réalisation massive et ne comprenait pas de renfort interne.
En ce qui concerne l'épaisseur de la paroi 14, celle-ci peut varier par exemple entre 0,25 et 2 millimètres pour que son aspect extérieur soit relativement lisse et permette la formation de sculptures de la bande de roulement du pneumatique qui soient lisses et nettes. Concernant l'épaisseur des cloisons du renfort, celle-ci peut varier entre 0,05 et 1 millimètre. En effet, le renfort est destiné à assurer la rigidité globale de la matrice 10 et il n'est par conséquent pas nécessaire que son état de surface soit parfait. Enfin, on notera que dans l'exemple représenté, la paroi 14 est massive, mais il est possible de la concevoir par assemblage de deux plaques fines entre lesquelles est intercalé un renfort.

Claims

REVENDICATIONS
1. Matrice intermédiaire (10) destinée à la fabrication d'une garniture intermédiaire servant à la réalisation d'un moule pour pneumatique, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par fusion sélective de poudre.
2. Matrice (10) selon la revendication précédente, comprenant une paroi (14) comprenant une surface extérieure (16) et une surface intérieure (18) opposée, la paroi (14) étant agencée de sorte que la surface intérieure (18) définit un volume (24) creux intérieur à la matrice (10).
3. Matrice (10) selon la revendication précédente, dans laquelle la paroi (14) comprend deux plaques et un renfort intercalé entre les deux plaques.
4. Matrice (10) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant au moins une lamelle intermédiaire (20) en saillie de la surface externe (16) de la paroi (14).
5. Matrice (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant au moins un renfort (26) de matrice (10) agencé dans le volume intérieur (24).
6. Matrice (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le renfort (26) de matrice (10) comprend un maillage de cloisons, agencées par exemple en nid d'abeille, en carré ou en losange, rectilignes ou ondulées, ou encore en trois dimensions telles que des formes en cube, en pyramide, en diamant....
7. Procédé de fabrication d'une matrice (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on fabrique la matrice (10) par fusion sélective d'une poudre métallique.
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