WO2021234068A1 - Procédé de remplissage d'une cartouche d'encre et d'une station de remplissage mettant en œuvre ledit procédé - Google Patents

Procédé de remplissage d'une cartouche d'encre et d'une station de remplissage mettant en œuvre ledit procédé Download PDF

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WO2021234068A1
WO2021234068A1 PCT/EP2021/063413 EP2021063413W WO2021234068A1 WO 2021234068 A1 WO2021234068 A1 WO 2021234068A1 EP 2021063413 W EP2021063413 W EP 2021063413W WO 2021234068 A1 WO2021234068 A1 WO 2021234068A1
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cartridge
ink
filling
filled
internal reservoir
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PCT/EP2021/063413
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Eddy MARIE-COUSTE
César THEARD
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Definitions

  • the present invention relates to a method of filling an ink cartridge and a filling station implementing said method. It applies, in particular, to ink cartridge refillers for all types of inkjet printers.
  • Ink cartridges are consumables that have become indispensable for individuals and businesses today, as inkjet printing is so popular especially given its attractive price-performance ratio.
  • the inkjet printer market is split between different brands, which have switched to different printing technologies.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks with a completely innovative approach.
  • the present invention relates to a method of filling an ink cartridge for a printer in an ink filling station, comprising the following steps: - determination of the type of cartridge to be filled; - Search in a database for at least one item of information associated with said cartridge to be filled; - Placement of the cartridge to be filled in the ink filling station, said ink cartridge to be filled comprising a wall separating one or more internal reservoirs of the cartridge from the outside of the cartridge; - Drilling an opening passing through the wall from the outside of the cartridge towards said internal reservoir, the position of said through opening depending on the information associated with said cartridge to be filled; filling by ink injection through said through opening of said internal reservoir under ink injection conditions relating to the ink injection rate and time dependent on said information associated with said cartridge to be filled, the filling of ink from the reservoir is carried out through a filling needle introduced into said internal reservoir, the depth of penetration of the filling needle into the internal reservoir being fixed, or changing over time in a
  • the steps of drilling, filling, sealing and putting under pressure or depression can be precisely adapted to all types of cartridges, the data necessary for carrying out these steps being entered in the database. It is therefore only necessary to manually enter the cartridge reference, therefore corresponding to the type of cartridge to be filled, to place the cartridge in the filling station, the rest of the steps being completely automatic until the cartridge is returned. to the user.
  • the operator provides information on the quality of the cartridge delivered and in a single step without operator intervention, the process allows the cartridge to be returned to the initial condition of the consumable, as required by the manufacturer's equipment (volume, pressure, thermodynamics, kinetics).
  • the analysis of the on-board electronics allows this to be achieved.
  • the needle described in prior art documents such as WO2007030504 has only two positions: entry or exit / depressed or withdrawn / inner or outer.
  • the dynamic positioning of the needle proceeds from a truly inventive process because it allows phased filling, respecting the differences in spongy reservoirs inside the cavity containing the ink: there are many cartridges of felts of different densities and static and dynamic characteristics, in superimposed layers ... and to respect the specific characteristics of the manufacturer, it is impossible to fill in a single phase the different layers since flow rates, pressures and time are required. different absorption between layers. This step makes it possible to have a variable and scalable flow, time or depth.
  • sealing by deposition of molten plastic material makes it possible to reconstitute the previously pierced cartridge and return it to a state corresponding almost entirely to its original state, ensuring its proper functioning and that of the dedicated printer.
  • the internal volume of the cartridge changes considerably in percentage between adhesive closure and plugging by material filling the orifice.
  • the cartridge reservoir remains in communication with secondary spaces from which it should remain independent.
  • the volumes differ, bringing about fundamental changes in physical and thermodynamic conditions (pressure, volume, fluidic flows, etc.).
  • the pressurizing or vacuum step is also an arrangement for recreating the pressure conditions inside the cartridge as required by the manufacturer of the cartridge.
  • the invention is advantageously implemented according to the embodiments and variants set out below, which are to be considered individually or in any technically operative combination.
  • the insufflation or the suction of air into the internal reservoir is carried out through an air injection needle introduced into the molten plastic material, said needle being withdrawn after reaching the set pressure and after reaching a degree of crystallinity of the plastic less than or equal to 20%.
  • the insufflation or suction of air into the internal reservoir is effected through an ink outlet of said cartridge.
  • the information associated with the cartridge to be filled comprises at least the elements of the following group: a) the number of through-openings to be drilled; b) the position of each through-opening hole to be made; c) the type of technology of each internal reservoir of the cartridge; d) the types of ink to be injected; e) the number of filling points for each type of ink to be injected; f) the filling rate of each internal reservoir of the cartridge; g) the ink filling pressure of each internal reservoir; h) the duration of filling each internal reservoir of the cartridge; i) the number of through-opening seals to be carried out; j) the position of each through opening seal to be made; k) the melting temperature, the injection rate and the injection pressure gradient of the sealing material for each through opening to be sealed; l) the filling pressure of each internal tank.
  • the method further comprises: an emptying step preceding the piercing step, during which each internal reservoir of the cartridge is emptied of a residual ink volume; a priming step following the pressurization or vacuum step, during which a predetermined volume of ink filled in the cartridge is expelled from the cartridge at an ink outlet of the cartridge.
  • the cartridge can on the one hand be perfectly emptied of any still residual, and on the other hand prepared for its use after filling, by bringing the filled ink close to the ink outlet, and in particular by avoiding any air pockets forming in the cartridge preventing ink from escaping when printing for the first time with the cartridge.
  • the method further comprises a step of cleaning one or more printheads of the cartridge, said cleaning step preceding the piercing step.
  • the printheads are freed from impurities due to the previous use of the cartridge, and make it possible to return an ink cartridge in near-new condition to the user.
  • the present invention relates to a station for filling an ink cartridge for a printer according to the implementation of the filling method according to the invention, said station comprising: - an outer envelope provided with an opening for placing and returning the cartridge; - a carousel of supports adapted to accommodate different types of cartridges; - a milling unit comprising a mobile milling tool; an ink injection unit comprising a carousel of filling needles, and one or more ink tanks to be injected; a sealing material injection unit comprising a reserve of one or more sealing materials, a heating element for the sealing material and a movable nozzle; an interface to a database comprising the information associated with the type of cartridge; - a pressurizing or vacuum unit, comprising one or more air injection needles and a reversible compression system; a central electronic unit adapted to process the information associated with the type of cartridge and to control the drilling, ink injection and material injection units, and the support carousel.
  • the filling station further comprises: - a printhead cleaning unit; - an emptying unit, comprising a tank for emptying the residual ink in the cartridge; a priming unit, comprising means for expelling a predetermined volume of ink filled in the cartridge at an ink outlet of the cartridge.
  • the filling station 100 comprises an outer casing 110 of substantially straight parallelepiped shape with an inset in one of the vertices, although any other shape is possible.
  • the main objective of the outer casing 110 is to protect the interior of the filling station 100, and to provide an aesthetic visual of the filling station 100, said station being intended to be placed in particular in a space accessible to the public.
  • the outer casing 110 has an opening 111 for placing and returning the cartridge, the opening being optionally closed by a door with automatic or manual opening, in order to secure access to said opening 111 during operation of the cartridge. filling station 100.
  • the outer casing 110 also has a man-machine interface 112, such as a touch screen as shown in FIG. , or a screen and / or keyboard, microphone, camera, etc. It is expected that a user wishing to fill a cartridge 200 can enter the type of cartridge he wishes to fill, that is to say generally the manufacturer's reference of said cartridge.
  • a man-machine interface 112 such as a touch screen as shown in FIG. , or a screen and / or keyboard, microphone, camera, etc.
  • a central electronic unit 113 Inside the filling station 100 is arranged a central electronic unit 113, this unit being more particularly a microprocessor.
  • the central electronic unit 113 is connected to the man-machine interface 112, so as to be able to process the information entered through this interface, as well as to the support carousel 130, and to the milling units 140, of injections. ink 150 and sealing material injection 160 described further downstream, as well as more broadly to any electronic element of the filling station 100.
  • the previously cited units, as well as a number of other units and components shown below are grouped together within a tool block 120, as can be seen at .
  • central electronic unit 113 is also connected to an interface 114 for accessing a database 180.
  • the database 180 advantageously consists of a non-volatile storage memory 181 included in the filling station 100, said memory being able to be easily updated by an operator having access to said memory.
  • the database 180 is a server 182 remote from the filling station 100, the access interface being in this case an access module to a wired or non-wired network, making it possible to access the server 182.
  • the database 180 contains, for each type of cartridge listed, information associated with said cartridge. More precisely, said information comprises data relating to the filling steps which will be described below, so that the steps can be adapted to any type of cartridge, while respecting the constraints given by the manufacturer of the cartridge, and the constraints intrinsic to the cartridge, such as in particular its geometry.
  • the information associated with the type of cartridge is searched for in the database 180. This information is then loaded into a memory, preferably volatile, of the central electronic unit 113, said information being subsequently used to execute the filling of the cartridge according to the constraints of the determined type of cartridge.
  • the opening 111 for placing and returning the cartridge gives access to a support 131 suitable for the cartridge 200 to be filled.
  • the elements presented are represented on the in their state of assembly within the filling station 100, and on the according to an exploded view showing only the tool block 120.
  • a carousel of suitable supports 130 is arranged inside the filling station 100 so that the support 131 adapted for the cartridge 200 to be filled can be positioned opposite the opening 111 by rotating the cartridge. carousel of suitable supports 130.
  • the support 131 comprises a first conical tube with a taper depending on the type of cartridge, the first conical tube being inserted into an ink outlet of the cartridge 200 by its narrowest side, so as to create a sealed connection between the tube and the cartridge 200.
  • the first conical tube thus exerts pressure on an outlet valve of the cartridge 200, so as to open the valve.
  • a milling unit 140 comprising a mobile milling tool 141 is arranged inside the filling station 100.
  • the milling unit 140 is arranged above the carousel of suitable supports 130, so that the cartridge 200 positioned on its support 131 can be positioned opposite the milling tool 141 by rotating the carousel of suitable supports 130.
  • the milling tool 141 is movable along two axes in the two dimensions of space complementary to the axis of movement of the cartridge support carousel, so as to be able to pierce the cartridge 200 at different positions, and to be able to control the drilling depth in the cartridge 200.
  • an ink injection unit 150 is arranged inside the filling station 100.
  • the ink injection unit 150 is arranged above the carousel of suitable supports 130, so that the cartridge 200 positioned on its support 131 can be positioned opposite the unit of ink. ink injection 150 by rotating the carousel of suitable supports 130.
  • the ink injection unit 150 comprises a filling needle carousel 151, a filling needle suitable for the type of cartridge and / or the type of ink to be filled selectable.
  • the selected filling needle is movable along two axes in the two dimensions of the space complementary to the axis of movement of the cartridge support carousel, so as to be able to inject ink into the cartridge 200 at the various pierced openings. previously, and to be able to control the depth of injection into the cartridge 200.
  • the ink injection unit 150 comprises one or more ink tanks connected to the selected filling needle, said tanks generally each corresponding to a different ink color, namely black, yellow, magenta. and cyan.
  • the ink injection unit 150 also includes a second conical tube with a taper of between 1 and 3%, the second tube being positioned in the opening previously drilled by its narrower end, so in obtaining a pressure-tight connection between the filling needle and the cartridge 200, the filling needle being inserted into the second conical tube during filling.
  • a sealing material injection unit 160 is arranged inside the filling station 100.
  • the sealing material injection unit 160 is arranged above the carousel of suitable supports 130, so that the cartridge 200 positioned on its support 131 can be positioned opposite the unit. injection of sealing material 160 by rotating the carousel of suitable supports 130.
  • the sealing material injection unit 160 includes a heating element for the sealing material, such as a nozzle with a heating resistor.
  • the nozzle is movable along two axes in the two dimensions of space complementary to the axis of movement of the cartridge support carousel, so as to be able to seal the various openings drilled previously, and to be able to control the depth of deposit of the material. sealing.
  • the sealant injection unit 160 includes one or more sealant reservoirs supplying the heater element.
  • the supply of sealing materials is made from extruded plastics wire, or in some other readily storable form.
  • the sealing material is a polylactic acid (PLA) polymer comprising between 0 and 5% additive, the additive having properties of reducing the crystallization kinematics of the PLA polymer.
  • PVA polylactic acid
  • Such an additive is, for example, talc.
  • a pressurizing or vacuum unit 170 is arranged inside the filling station 100.
  • the pressurizing or vacuum unit 170 is arranged above the carousel of suitable supports 130, so that the cartridge 200 positioned on its support 131 can be positioned opposite the placing unit. under pressure or depressurization 170 by rotating the carousel of suitable supports 130.
  • the pressurizing or vacuum unit 170 includes an air injection needle which is inserted into the molten sealing material as it cools, and therefore solidifies.
  • an overpressure or underpressure is created in the cartridge by blowing or sucking air through the air injection needle.
  • the air injection needle is withdrawn from the cartridge when the nominal pressure of the cartridge reservoir (s) is reached, and when the molten material is strong enough not to yield to the pressure or overpressure created, but still sufficiently ductile to spontaneously close the opening left during the withdrawal of the air injection needle.
  • the air injection needle is movable along two axes in the two dimensions of the space complementary to the axis of movement of the cartridge support carousel, so as to be able to pressurize or depressurize each of the reservoirs of the cartridge 200 corresponding to the different openings drilled previously.
  • the overpressure or underpressure in the cartridge 200 is obtained by a reversible compression system, such as the variation of the volume of a compression or decompression chamber, the chamber being hermetically connected to the injection needle of air or a reversible pump.
  • the volume of said chamber is varied by moving a piston hydraulically, pneumatically, electrically, or any other known means.
  • said chamber is a syringe, the piston of which is moved by means of a mechanical actuator.
  • the flow and pressure characteristics are controlled by command in connection with the information associated with the cartridge.
  • the filling station 100 also comprises a unit for cleaning the print head 190 of the cartridge, a unit 191 for emptying the residual ink in the cartridge 200, said emptying unit comprising a drain tank of the residual ink, and a priming unit 192, said priming unit allowing, for example by suction of air at an ink outlet of the cartridge 200 such as a printhead, to discharging the ink filled in the cartridge through said ink outlet, so as to allow immediate use of the cartridge, without risk of deterioration of the cartridge 200 or of the associated printer.
  • ink filling carousel 151 the air injection needle, the cleaning and draining nozzles are, in the non-limiting example presented here, arranged in a selector 193.
  • the selector 193 is shown on the seen from below, the needles and tips not being shown.
  • the indices 1 to 6 shown in the figure correspond to the location of carousels making it possible to select the various aforementioned elements.
  • the filling station 100 advantageously comprises a presence tester for the cartridge 200, a chip reader in order to read the information contained in an integrated chip of the cartridge 200, as well as a cartridge plate, making it possible to ensure a position of the cartridge 200 at the bottom of the support 131 for perfect sealing of the ink outlet and for precise positioning for the various operations described further upstream.
  • the sealing material injection unit 160 also includes a wheel which crushes the PLA after the removal of the air injection needle, since some printers only provide a spacing of a few tenths of a millimeter between the top of the cartridge and the printer housing. Thus, any excess material is smoothed out after sealing to ensure a flat surface on the cartridge surface at the sealing location.
  • the filling unit 150 includes a peristaltic pump accurate to tenth of a milliliter, and the filling time controlled by central electronic unit 113 is accurate to one hundredth of a second. In this way, the filling volume of the cartridge is carried out very precisely.
  • the pressurization or depression is carried out with an accuracy of a tenth of a bar.
  • All of the electrical components of the filling station 100 are supplied with electricity through an electricity supply interface, itself connected to a plug for connecting to an electrical network or any other source of electrical energy. .
  • a first step 310 of determining the type of cartridge to be filled the user enters the manufacturer's reference of the cartridge 200 through the man-machine interface 112. This information is stored in a memory of the electronic unit. central 113.
  • step 320 of searching in a database information associated with the cartridge to be filled is sought in the database 180 from the manufacturer reference recorded previously. This information is then stored in the memory of the central electronic unit.
  • the information associated with the cartridge to be filled is made up of several pieces of information, and includes at least the elements of the following list: the number of through-opening holes to be made, the position of each through-opening hole at perform, the type of technology of each internal reservoir of the cartridge, the types of ink to be injected, the number of filling points for each type of ink to be injected, the filling rate of each internal reservoir of the cartridge, the ink filling pressure of each internal reservoir, the filling time of each internal reservoir of the cartridge, the number of through-opening seals to be performed, the position of each through-opening sealing to be performed, the temperature of fusion, the injection speed and the injection pressure gradient of the sealing material for each through opening to be sealed, the filling pressure of each internal reservoir.
  • the filling method 300 then comprises a step of placing 330 the cartridge 200 in the filling station 100.
  • the installation is performed by the user wishing to fill the cartridge 200 by positioning the cartridge 200 on the corresponding support 131. the type of cartridge to be filled.
  • the support 131 is selected by the filling station from the information associated with the type of cartridge to be filled, the support carousel 130 being actuated until the support 131 corresponding to the type of cartridge to be filled is positioned in front of the opening of the cartridge. insertion and return of the cartridge 111.
  • a 200 printer cartridge has a substantially rectangular parallelepiped shape, with three main dimensions, the dimension of which is substantially smaller than the other two is designated as the width of the cartridge.
  • a printer cartridge 200 has one side with an ink outlet that can be referred to as the underside of the cartridge and an opposite side that can be referred to as the top of the cartridge.
  • the user When placing the cartridge, the user positions the cartridge on the support 131 from below.
  • the cartridge 200 has an outer wall separating one or more internal reservoirs from the exterior of the cartridge, and may include, on part of an exterior wall, an exterior double wall adjacent to at least one interior reservoir.
  • an optional step 331 of cleaning the printhead (s) of the cartridge may be performed by the printhead cleaning unit 190, depending on the type of cartridge. cartridge 200 to fill. This step can itself be followed by an emptying step 332 using the emptying unit 191, aimed at eliminating any residual ink volume before filling the cartridge 200.
  • a drilling step 340 an opening passing through the outer wall to at least one of the internal reservoirs is drilled by the milling unit 140.
  • the drilling is carried out directly above the rearmost internal reservoir in the fluid flow chain to the ink outlet, in the case of a cartridge with communicating internal reservoirs.
  • the bore diameter is less than half the width of the cartridge.
  • the wall has an outer skin and an inner skin
  • a first piercing of the outer skin and a second piercing of the inner skin are made.
  • the diameter of the second hole is smaller than the diameter of the first hole.
  • the drilling diameter of the outer skin is greater than that of the inner skin to allow: - a depression of the first conical tube guaranteeing a perfect seal with the internal reservoir; - a sequential plugging by the efficient sealing unit for a hydrodynamic configuration identical to the situation before filling, that is to say that the openings are closed only on the thickness of a skin and allow the circulation of fluid liquid or gas between the skins.
  • the filling process 300 comprises a step 341 of inserting the first conical tube into the opening drilled during the preceding step 340, in order to guarantee the pressure-tightness between the internal reservoir and the needle. filling, introduced in the next step.
  • the filling method 300 comprises a step of filling 350 by injecting ink by the ink injection unit 150 through the through opening pierced in the internal reservoir under conditions of ink injections dependent on the information associated with said cartridge to be filled.
  • Said conditions are in particular the nominal volume of the cartridge to be filled, the maximum filling pressure so as not to disturb or deteriorate the pressure management valves between the internal reservoirs and the fluid outlet, in the case of multiple communicating reservoirs, as well as than an ink injection speed to respect the volume absorption capacity of the foam in the ink tank.
  • the filling needle is introduced into the first conical tube, until it enters the reservoir of the cartridge 200.
  • the depth of penetration of the filling needle into the internal reservoir is fixed, or evolves over time in a continuous or discrete manner, the depth being dependent on the information associated with the cartridge, and more precisely on the reservoir technology used in the cartridge (liquid, spongy, multi-stage spongy reservoir, etc.) as well as its gravity state.
  • a sealing step 360 the through opening is sealed by cooling a deposit of the molten plastic material by the sealing material injection unit 160 in said through opening under dependent sealing conditions. information associated with the cartridge to be filled.
  • a speed of ejection of the molten material to plug the opening to be sealed without creating a bead on one side of the wall or of the skin, and without risking significant necking during cooling and therefore the retraction of the material , an optimum melting temperature as well as a pressure gradient of the injection of molten material are elements of the information associated with the cartridge to be filled.
  • the internal reservoir (s) are brought to a set pressure by blowing or sucking air by the pressurizing or depression unit 170 in the internal reservoir, the setpoint pressure given by the information associated with the cartridge.
  • the insufflation or aspiration of air into the internal reservoir is carried out through the air injection needle introduced into the molten plastic material, said needle being withdrawn after reaching the set pressure and after reaching with a degree of crystallinity of the plastic less than or equal to 20%.
  • the sealing material is a polylactic acid (PLA) polymer comprising between 0 and 5% additive, said additive having properties of reducing the crystallization kinematics of said PLA polymer.
  • PLA polylactic acid
  • The represents a graph of the rate of crystallinity, as a percentage of the material, as a function of the cooling rate, in degrees Celsius per minute, of said material.
  • the material graphic of the represents the behavior of a PLA without additive (squares on the graph) and of a PLA with 5% talc (cross on the graph). It emerges here that the use of additive in the PLA makes it possible to achieve a degree of crystallinity of less than 20% with a much lower cooling rate compared to a pure PLA. In other words, the crystallinity level of 20% can be reached in a very short time for a supplemented PLA compared to a pure PLA, without requiring cooling means or prolonged waiting.
  • the optimum melting temperature of the PLA is determined for a controlled deposition under the initial conditions for cooling, and therefore the control of the crystallization time for injection of the. pressure.
  • the step of putting under pressure or depression 370, more precisely the insufflation or the aspiration of air into the internal reservoir, is carried out through an ink outlet of said cartridge.
  • a predetermined volume of ink is expelled from the cartridge 200, so that the ink filled in the cartridge reaches the ink outlet of the cartridge, and the cartridge is thus ready for use without risking damaging it or damaging the associated printer.
  • the filled and ready-to-use cartridge is presented in front of the opening 111 of the filling station 100, and returned to the user.
  • References Designations 100 Filling station 110 Outer casing 111 Cartridge installation opening and return 112 Human Machine Interface 113 Central electronic unit 114 Database access interface 120 Tool block 130 Support carousel 131 Cartridge holder 140 Milling unit 141 Milling tool 150 Ink injection unit 151 Ink filling needle carousel 160 Sealing material injection unit 170 Pressure or vacuum unit 180 Database 181 Non-volatile storage memory 182 Remote server 190 Print head cleaning unit 191 Emptying unit 192 Priming unit 200 Ink cartridge to refill 300 Ink cartridge filling process 310 Cartridge type determination step 320 Database search step 330 Cartridge installation step 331 Printhead cleaning step 332 Emptying step 340 Drilling step 341 Insertion step of the first conical tube 350 Filling step 360 Sealing step 370 Pressure or depression stage 380 Priming step 390 Cartridge return step

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Abstract

L'invention concerne un procédé de remplissage d'une cartouche d'encre pour imprimante dans une station de remplissage d'encre, comprenant les étapes suivantes : - détermination du type de cartouche à remplir; - recherche dans une base de données d'une information associée à ladite cartouche à remplir; - mise en place de la cartouche dans la station, ladite cartouche comprenant une paroi séparant un réservoirs de la cartouche de l'extérieur; - perçage d'une ouverture traversant la paroi de l'extérieur vers ledit réservoir, la position de l'ouverture dépendant de l'information; - remplissage par injection d'encre à travers l'ouverture dans des conditions d'injections d'encre dépendantes de l'information; - scellage par refroidissement d'un dépôt de matière plastique dans l'ouverture dans des conditions de scellage dépendantes de l'information; - mise sous pression ou dépression, pendant laquelle un réservoir interne est porté à une pression de consigne par insufflation ou aspiration d'air.

Description

Procédé de remplissage d’une cartouche d’encre et d’une station de remplissage mettant en œuvre ledit procédé Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un procédé de remplissage d’une cartouche d’encre et d’une station de remplissage mettant en œuvre ledit procédé. Elle s’applique, en particulier, aux dispositifs de remplissage de cartouches d’encres pour tous types d’imprimantes à jet d’encre.
Les cartouches d’encre sont des consommables devenus indispensables aujourd’hui pour les particuliers et les entreprises, car l’impression à jet d’encre est très répandue compte tenu notamment de son rapport qualité-prix attractif.
Le marché des imprimantes à jet d’encre se réparti entre différentes marques, qui ont opté pour différentes technologies d’impression.
Chaque technologie impose des contraintes techniques spécifiques aux cartouches développées par ces différents fabricants.
Les cartouches d’encre disponibles sur le marché de nos jours sont des produits hautement technologiques, répondant à des contraintes de géométrie, de pressurisation, de contrôle du débit, etc. très précises.
Bien souvent, le remplissage d’une cartouche vide ne peut se faire que à l’aide d’un outillage particulier, adapté à la cartouche en question, et nécessitant des connaissances particulières de l’opérateur en charge du remplissage.
Il existe aujourd’hui des techniques de recyclage par remplissage de cartouches d’encre spécifiques à chaque technologie de cartouche, comme connu du document de publication du brevet EP 1013446 déposé par la société SEIKO EPSON, ou encore le document de publication du brevet US 6158851 déposé par la société Hewlett-Packard.
Il existe aussi le document WO2007030504 qui décrit une machine avec plusieurs opérations que l’opérateur doit suivre selon une aide à l’utilisation. Il existe aussi le document US2006109320 qui décrit une machine et un procédé à utiliser pour recharger des cartouches à jet d'encre avec de nombreuses étapes manuelles.
Il apparaît que les procédés et dispositifs proposé dans ces documents concernent un type de cartouche spécifique, en particulier des types de cartouches proposées par les sociétés déposantes.
A cause des grandes différences entre les technologies de cartouches, et à cause de la grande complexité de ces technologies, il n’existe aujourd‘hui pas de procédé ni de dispositif entièrement automatique de remplissage de tout type de cartouches actuellement sur le marché, mais uniquement des techniques spécifiques à un type de cartouche.
Il n’est également pas connu de technique permettant de reconstituer l’état d’origine de la cartouche après remplissage, ce afin de permettre un nombre de recyclages/remplissages pratiquement illimité, et de garantir des conditions d’utilisation identiques à celle d’une cartouche neuve, notamment afin de ne pas détériorer l’imprimante correspondante.
Finalement, il n’est pas connu de procédé et de dispositif universel pour tout type de cartouche, permettant de remplir tout type connu de cartouche pour imprimante à jet d’encre
 Présentation de l'invention
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice.
A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un procédé de remplissage d’une cartouche d’encre pour imprimante dans une station de remplissage d’encre, comprenant les étapes suivantes :
- détermination du type de cartouche à remplir ;
- recherche dans une base de données d’au moins une information associée à ladite cartouche à remplir ;
- mise en place de la cartouche à remplir dans la station de remplissage d’encre, ladite cartouche d’encre à remplir comprenant une paroi séparant un ou plusieurs réservoirs internes de la cartouche de l’extérieur de la cartouche  ;
- perçage d’une ouverture traversant la paroi de l’extérieur de la cartouche vers ledit réservoir interne, la position de ladite ouverture traversante dépendant de l’information associée à ladite cartouche à remplir ;
- remplissage par injection d’encre à travers ladite ouverture traversante dudit réservoir interne dans des conditions d’injections d’encre relatives au débit d’injection d’encre et au temps dépendantes de ladite information associée à ladite cartouche à remplir, le remplissage d’encre du réservoir est effectué à travers une aiguille de remplissage introduite dans ledit réservoir interne, la profondeur de pénétration de l’aiguille de remplissage dans le réservoir interne étant fixe, ou évolutive au cours du temps de manière continue ou discrète, ladite profondeur étant dépendante de l’information associée à la cartouche ;
- scellage par refroidissement d’un dépôt de matière plastique fondue dans ladite ouverture traversante dans des conditions de scellage dépendantes de l’information associée à ladite cartouche à remplir, ledit matériau plastique est un polymère d’acide polylactique (PLA) comprenant entre 0 et 5% d’additif, ledit additif ayant des propriétés de réduction de la cinématique de cristallisation dudit polymère PLA ;
- mise sous pression ou dépression consécutive à l’étape de scellage, pendant laquelle l’au moins un réservoir interne est porté à une pression de consigne par insufflation ou aspiration d’air dans ledit réservoir interne.
Grâce à ces dispositions, les étapes de perçage, de remplissage, de scellage et de mise sous pression ou dépression peuvent être précisément adaptées à tous types de cartouches, les données nécessaires à la réalisation de ces étapes étant renseignées dans la base de données. Il est donc uniquement nécessaire d’entrer manuellement la référence de cartouche, correspondant donc au type de cartouche à remplir, de mettre en place la cartouche dans la station de remplissage, le reste des étapes étant totalement automatique jusqu’à la restitution de la cartouche à l’utilisateur.
L’opérateur donne des informations sur la qualité de la cartouche remise et en une seule étape sans intervention de l’opérateur, le procédé permet la restitution de la cartouche en condition initiale du consommable, tel que le nécessite le matériel du constructeur (volumétrie, pression, thermodynamique, cinétique…). L’analyse de l’électronique embarquée permet d’y aboutir.
L’aiguille décrite dans les documents de l’art antérieur comme le document WO2007030504 ne possède que deux positions : entrée ou sortie / enfoncée ou retirée / intérieure ou extérieure. Dans le du présent procédé, le positionnement dynamique de l’aiguille procède d’un véritable procédé inventif car il permet un remplissage phasé, respectant les différences de réservoirs spongieux à l’intérieur de la cavité contenant l’encre : il y a dans nombre de cartouches des feutres de différentes densités et caractéristiques statiques et dynamiques, en couches superposées… et pour respecter les caractéristiques spécifiques du constructeur, il est impossible de remplir en une seule phase les différentes couches puisqu’il faut des débits, pressions et temps d’absorption différents entre les couches. La présente étape permet d’avoir un débit, un temps ou une profondeur variable et évolutive.
De plus, le scellage par dépôt de matière plastique fondue permet de reconstituer la cartouche précédemment percée et de la remettre dans un état correspondant presque entièrement à son état d’origine, garantissant son bon fonctionnement et celui de l’imprimante dédiée.
Le volume interne de la cartouche change considérablement en pourcentage entre une fermeture par adhésif et un bouchage par matière remplissant l’orifice. Dans le cas du procédé au moment de l’étape de scellage et en cas de double peau, le réservoir de la cartouche reste en communication avec des espaces secondaires desquels il devrait rester indépendant. Ainsi les volumes diffèrent amenant des changements fondamentaux de conditions physiques et thermodynamiques sont respectés (pression, volume, écoulements fluidiques…).
L’étape de mise sous pression ou dépression est également une disposition permettant de recréer les conditions de pression à l’intérieur de la cartouche tel qu’exigé par le fabriquant de la cartouche.
Grâce à ces dispositions, toutes les contraintes liées au type de réservoir d’encre dans la cartouche (c’est-à-dire qu’il soit liquide, spongieux, semi-spongieux, à étages, etc.) peuvent être respectées en injectant l’encre selon un parcours de déplacement en profondeur adapté au type de cartouche.
Grâce à ces dispositions, il est d’une part possible d’utiliser un matériau facilement stockable sous forme de granulés ou de fil, et d’autre part l’utilisation d’un additif permet de réduire considérablement le temps d’attente pour le refroidissement du matériau, et permet donc d’atteindre un degré de cristallisation du matériau prédéterminé de manière plus rapide qu’en absence d’additif. De plus, sans additif il est nécessaire d‘augmenter la cinématique de refroidissement (par exemple par convection) afin d’obtenir un refroidissement dans une durée identique à un matériau avec additif.
L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Dans un mode de réalisation, à ladite étape de mise sous pression ou dépression, l’insufflation ou l’aspiration d’air dans le réservoir interne est effectué à travers une aiguille d’injection d’air introduite dans la matière plastique fondue, ladite aiguille étant retirée après atteinte de la pression de consigne et après atteinte d’un taux de cristallinité de la matière plastique inférieur ou égal à 20%.
Grâce à ces dispositions, il est possible de mettre le ou le réservoirs internes de la cartouche à une pression nominale exigée par le constructeur, et notamment afin de garantir une pression interne constante dans les différentes parties internes du réservoir. L’ouverture laissée par l’aiguille d’injection d’air permettant de mettre le réservoir en surpression ou sous-pression est spontanément refermée dans les conditions décrites ci-dessus, sans risquer de céder face à la surpression ou sous-pression créée dans la cartouche.
Dans un mode de réalisation, à ladite étape de mise sous pression ou dépression, l’insufflation ou l’aspiration d’air dans le réservoir interne est effectué à travers une sortie d’encre de ladite cartouche.
Grâce à ces dispositions, il est possible de réaliser de manière alternative, ou combinée, une mise en surpression ou sous-pression en se servant des ouvertures existantes de la cartouche.
Dans un mode de réalisation, l’information associée à la cartouche à remplir comprend au moins les éléments du groupe suivant :
a) le nombre de perçage d’ouvertures traversantes à effectuer ;
b) la position de chaque perçage d’ouverture traversante à effectuer ;
c) le type de technologie de chaque réservoir interne de la cartouche;
d) les types d’encre à injecter ;
e) le nombre de points de remplissage pour chaque type d’encre à injecter ;
f) le débit de remplissage de chaque réservoir interne de la cartouche ;
g) la pression de remplissage de l’encre de chaque réservoir interne ;
h) la durée de remplissage de chaque réservoir interne de la cartouche ;
i) le nombre de scellages d’ouvertures traversantes à effectuer ;
j) la position de chaque scellage d’ouverture traversante à effectuer ;
k) la température de fusion, la vitesse d’injection et le gradient de pression d’injection du matériau de scellage pour chaque ouverture traversante à sceller ;
l) la pression de remplissage de chaque réservoir interne.
Ces données permettent d’effectuer toutes les étapes essentielles pour le remplissage de la cartouche avec le procédé selon l’invention. Toute donnée supplémentaire permet également d’augmenter encore les performances dudit procédé. De plus, toutes ces données sont soit aisément récupérables auprès des fabricants de cartouches, soit sont fournies par les machines et les outils utilisés pour mettre en œuvre le présent procédé.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre :
- une étape de vidange précédant l’étape de perçage, pendant laquelle chaque réservoir interne de la cartouche est vidé d’un volume d’encre résiduel ;
- une étape d’amorçage suivant l’étape de mise sous pression ou dépression, pendant laquelle un volume prédéterminé d’encre remplie dans la cartouche est expulsé de la cartouche au niveau d’une sortie d’encre de la cartouche.
Grâce à ces dispositions, la cartouche peut d’une part être parfaitement vidée de toute encore résiduelle, et d’autre part préparée à son utilisation après remplissage, en amenant l’encre remplie près de la sortie d’encre, et notamment en évitant toute formation de poches d’air dans la cartouche empêchant la sortie d’encre lors d’une première impression avec la cartouche.
Dans un mode de réalisation, le procédé comporte en outre une étape de nettoyage d’une ou plusieurs têtes d’impression de la cartouche, ladite étape de nettoyage précédant l’étape de perçage.
Grâce à ces dispositions, les têtes d’impression sont libérées d’impuretés dues à la précédente utilisation de la cartouche, et permettent de restituer une cartouche d’encre dans un état proche de l’état neuf à l’utilisateur.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise une station de remplissage d’une cartouche d’encre pour imprimante suivant la mise en œuvre du procédé de remplissage selon l’invention, ladite station comprenant :
- une enveloppe extérieure munie d’une ouverture de mise en place et de restitution de la cartouche ;
- un carrousel de supports adaptés pour accueillir différents types de cartouches ;
- une unité de fraisage comprenant un outil de fraisage mobile ;
- une unité d’injection d’encre comprenant un carrousel d’aiguilles de remplissage, et un ou plusieurs réservoirs d’encre à injecter ;
- une unité d’injection de matériau de scellage comprenant une réserve d’un ou plusieurs matériaux de scellage, un élément chauffant le matériau de scellage et une buse mobile ;
- une interface vers une base de données comportant l’information associée au type de cartouche ;
- une unité de mise sous pression ou dépression, comprenant une ou plusieurs aiguilles d’injection d’air et un système compressif réversible  ;
- une unité électronique centrale adaptée pour traiter l’information associée au type de cartouche et pour commander les unités de perçage, d’injection d’encre et d’injection de matériau, et le carrousel de supports.
Dans un mode de réalisation, comprenant en outre une interface homme-machine permettant de déterminer le type de cartouche à partir d’une information transmise à travers ladite interface.
Dans un mode de réalisation, la station de remplissage comprend en outre :
- une unité de nettoyage de tête d’impression ;
- une unité de vidange, comprenant un réservoir de vidange de l’encre résiduelle dans la cartouche ;
- une unité d’amorçage, comprenant un moyen d’expulsion d’un volume prédéterminé d’encre remplie dans la cartouche au niveau d’une sortie d’encre de la cartouche.
Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce dispositif étant similaires à ceux du procédé objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
 Brève description des figures
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
la représente un schéma en vue en perspective de la station de remplissage selon l’invention ;
la représente un schéma en vue en perspective de l’intérieur de la station de remplissage selon l’invention ;
la représente un schéma en vue en perspective éclatée le bloc d’outil de la station de remplissage selon l’invention ;
la représente un schéma en vue en perspective le dessous du sélecteur de la station de remplissage selon l’invention ;
la représente, sous forme de logigramme, des étapes mises en œuvre dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention.
la représente un graphique du taux de cristallinité en fonction de la vitesse de refroidissement du matériau de remplissage selon l’invention.
La représente une station de remplissage 100 de cartouches d’encre pour imprimantes.
La station de remplissage 100 comprend une enveloppe extérieure 110 de forme sensiblement parallélépipédique droit avec un encart dans un des sommets, bien que tout autre forme soit possible. L’enveloppe extérieure 110 a pour principal objectif de protéger l’intérieur de la station de remplissage 100, et de proposer un visuel esthétique de la station de remplissage 100, ladite station étant destinée à être disposée notamment dans un espace accessible au public.
L’enveloppe extérieure 110 présente une ouverture 111 de mise en place et de restitution de la cartouche, l’ouverture étant optionnellement fermée par une porte à ouverture automatique ou manuelle, afin de sécuriser l’accès à ladite ouverture 111 pendant le fonctionnement de la station de remplissage 100.
Il est par ailleurs prévu que l’enveloppe extérieure 110 possède un capot supérieur et/ou des trappes d’accès à l’intérieur de l’enveloppe extérieure 110, pour permettre des opérations de maintenance.
De manière avantageuse, l’enveloppe extérieure 110 présente également une interface homme-machine 112, telle qu’un écran tactile comme représenté sur la , ou un écran et/ou un clavier, un microphone, une caméra, etc. Il est prévu qu’un utilisateur souhaitant remplir une cartouche 200 puisse saisir le type de cartouche qu’il souhaite remplir, c'est-à-dire généralement la référence constructeur de ladite cartouche.
A l’intérieur de la station de remplissage 100 est disposée une unité électronique centrale 113, cette unité étant plus particulièrement un microprocesseur.
L’unité électronique centrale 113 est connectée à l’interface homme-machine 112, de manière à pouvoir traiter l’information saisie à travers cette interface, ainsi qu’au carrousel de supports 130, et aux unités de fraisage 140, d’injections d’encre 150 et d’injection de matériau de scellage 160 décrites plus en aval, ainsi que plus largement à tout élément électronique de la station de remplissage 100. Les unités précédemment citées, ainsi qu’un nombre d’autres unités et composants présentés ci-après sont regroupés au sein d’un bloc d’outils 120, comme cela est visible à la .
Par ailleurs, l’unité électronique centrale 113 est également connectée à une interface 114 d’accès à une base de données 180.
La base de données 180 est avantageusement constituée d’une mémoire de stockage 181 non volatile comprise dans la station de remplissage 100, ladite mémoire pouvant être aisément mise à jour par un opérateur ayant accès à ladite mémoire.
Selon une variante de réalisation, la base de données 180 est un serveur 182 distant de la station de remplissage 100, l’interface d’accès étant dans ce cas un module d’accès à un réseau filaire ou non, permettant d’accéder au serveur 182.
La base de données 180 contient, pour chaque type de cartouche répertorié, une information associée à ladite cartouche. Plus précisément, ladite information comprend des données relatives aux étapes de remplissage qui vont être décrites par la suite, de manière à ce que les étapes puissent être adaptées à tout type de cartouche, tout en respectant les contraintes données par le constructeur de la cartouche, et les contraintes intrinsèques à la cartouche, comme notamment sa géométrie.
Lorsque l’utilisateur détermine le type de cartouche à remplir via l’interface homme-machine 112, l’information associée au type de cartouche est recherchée dans la base de données 180. Cette information est ensuite chargée dans une mémoire, de préférence volatile, de l’unité électronique centrale 113, ladite information étant par la suite utilisée pour exécuter le remplissage de la cartouche selon les contraintes du type de cartouche déterminé.
Comme cela est visible sur la , représentant l’intérieur de la station de remplissage 100, l’ouverture 111 de mise en place et de restitution de la cartouche donne accès un support 131 adapté pour la cartouche 200 à remplir.
Par la suite, les éléments présentés sont représentés sur la dans leur état de montage au sein de la station de remplissage 100, et sur la selon une vue éclatée représentant uniquement le bloc d’outils 120.
Un carrousel de supports adaptés 130 est agencé à l’intérieur de la station de remplissage 100 de manière à ce que le support 131 adapté pour la cartouche 200 à remplir puisse être positionné en vis-à-vis de l’ouverture 111 par rotation du carrousel de supports adaptés 130.
Selon le type de cartouche 200 à remplir, le support 131 comprend un premier tube conique d’une conicité dépendant du type de cartouche, le premier tube conique étant inséré dans une sortie d’encre de la cartouche 200 par son côté le plus étroit, de façon à créer une connexion étanche entre le tube et la cartouche 200. De plus, le premier tube conique exerce ainsi une pression sur une valve de sortie de la cartouche 200, de manière à ouvrir la valve.
Comme cela est également visible à la et 3, une unité de fraisage 140 comprenant un outil de fraisage 141 mobile est agencé à l’intérieur de la station de remplissage 100.
L’unité de fraisage 140 est agencée au-dessus du carrousel de supports adaptés 130, de manière à ce que la cartouche 200 positionnée sur son support 131 puisse être positionnée en vis-à-vis de l’outil de fraisage 141 par rotation du carrousel de supports adaptés 130.
L’outil de fraisage 141 est mobile selon deux axes dans les deux dimensions de l’espace complémentaires à l’axe de déplacement du carrousel de supports de cartouches, de façon à pouvoir percer la cartouche 200 à différentes positions, et à pouvoir contrôler la profondeur du perçage dans la cartouche 200.
Comme cela est également visible à la , une unité d’injection d’encre 150 est agencé à l’intérieur de la station de remplissage 100.
L’unité d’injection d’encre 150 est agencée au-dessus du carrousel de supports adaptés 130, de manière à ce que la cartouche 200 positionnée sur son support 131 puisse être positionnée en vis-à-vis de l’unité d’injection d’encre 150 par rotation du carrousel de supports adaptés 130.
L’unité d’injection d’encre 150 comprend un carrousel d’aiguilles de remplissage 151, une aiguille de remplissage adaptée au type de cartouche et/ou au type d’encre à remplir pouvant être sélectionnée.
L’aiguille de remplissage sélectionnée est mobile selon deux axes dans les deux dimensions de l’espace complémentaires à l’axe de déplacement du carrousel de supports de cartouches, de façon à pouvoir injecter de l’encre dans la cartouche 200 aux différentes ouvertures percées auparavant, et à pouvoir contrôler la profondeur d’injection dans la cartouche 200.
De plus, l’unité d’injection d’encre 150 comprend un ou plusieurs réservoirs d’encre reliés à l’aiguille de remplissage sélectionnée, lesdits réservoirs correspondants généralement chacun à une couleur d’encre différente, à savoir noir, jaune, magenta et cyan.
De plus, l’unité d’injection d’encre 150 comprend également un second tube conique d’une conicité comprise entre 1 et 3%, le second tube étant positionné dans l’ouverture percée précédemment par son extrémité la plus étroite, de manière à obtenir une connexion étanche à la pression entre l’aiguille de remplissage et la cartouche 200, l’aiguille de remplissage étant insérée dans le second tube conique lors du remplissage.
Comme cela est également visible à la , une unité d’injection de matériau de scellage 160 est agencée à l’intérieur de la station de remplissage 100.
L’unité d’injection de matériau de scellage 160 est agencée au-dessus du carrousel de supports adaptés 130, de manière à ce que la cartouche 200 positionnée sur son support 131 puisse être positionnée en vis-à-vis de l’unité d’injection de matériau de scellage 160 par rotation du carrousel de supports adaptés 130.
L’unité d’injection de matériau de scellage 160 comprend un élément chauffant le matériau de scellage, tel que qu’une buse munie d’une résistance chauffante.
La buse est mobile selon deux axes dans les deux dimensions de l’espace complémentaires à l’axe de déplacement du carrousel de supports de cartouches, de façon à pouvoir sceller les différentes ouvertures percées auparavant, et à pouvoir contrôler la profondeur de dépôt du matériau de scellage.
De plus, l’unité d’injection de matériau de scellage 160 comprend un ou plusieurs réservoirs de matériaux de scellage alimentant l’élément chauffant. En règle générale, la réserve de matériaux de scellage est composée de fil extrudé de plastiques, ou sous autre forme aisément stockable.
Plus particulièrement, le matériau de scellage est un polymère d’acide polylactique (PLA) comprenant entre 0 et 5% d’additif, l’additif ayant des propriétés de réduction de la cinématique de cristallisation du polymère PLA. Un tel additif est par exemple le talc.
Comme cela est également visible à la , une unité de mise sous pression ou dépression 170 est agencée à l’intérieur de la station de remplissage 100.
L’unité de mise sous pression ou dépression 170 est agencée au-dessus du carrousel de supports adaptés 130, de manière à ce que la cartouche 200 positionnée sur son support 131 puisse être positionnée en vis-à-vis de l’unité de mise sous pression ou dépressurisation 170 par rotation du carrousel de supports adaptés 130.
L’unité de mise sous pression ou dépression 170 comprend une aiguille d’injection d’air qui est insérée dans le matériau de scellage fondu en cours de refroidissement, et donc en cours de solidification.
Pendant la solidification du matériau scellage, une surpression ou sous-pression est créée dans la cartouche par insufflation ou aspiration d’air à travers l’aiguille d’injection d’air.
L’aiguille d’injection d’air est retirée de la cartouche lorsque la pression nominale du ou des réservoirs de la cartouche est atteint, et lorsque le matériau fondu est suffisamment solide pour ne pas céder devant la pression ou la surpression créée, mais encore suffisamment ductile pour refermer spontanément l’ouverture laissée lors du retrait de l’aiguille d’injection d’air.
L’aiguille d’injection d’air est mobile selon deux axes dans les deux dimensions de l’espace complémentaires à l’axe de déplacement du carrousel de supports de cartouches, de façon à pouvoir pressuriser ou dépressuriser chacun des réservoirs de la cartouche 200 correspondants aux différentes ouvertures percées auparavant.
La surpression ou la sous-pression dans la cartouche 200 est obtenue par un système compressif réversible, telle la variation du volume d’une chambre de compression ou de décompression, la chambre étant reliée de manière hermétique à l’aiguille d’injection d’air ou une pompe réversible. Le volume de ladite chambre est varié par le déplacement d’un piston de manière hydraulique, pneumatique, électrique, ou tout autre moyen connu. Dans sa version la plus simplifiée, ladite chambre est une seringue dont le piston est déplacé grâce à un actionneur mécanique. Dans le cas de l’utilisation d’une pompe, les caractéristiques de débit et de pressions sont maîtrisées par commande en lien à l’information associée à la cartouche.
De manière avantageuse, la station de remplissage 100 comprend également une unité de nettoyage de tête d’impressions 190 de la cartouche, une unité de vidange 191 de l’encre résiduelle dans la cartouche 200, ladite unité de vidange comprenant un réservoir de vidange de l’encre résiduelle, et une unité d’amorçage 192, ladite unité d’amorçage permettant, par exemple par aspiration d’air au niveau d’une sortie d’encre de la cartouche 200 telle qu’une tête d’impression, de faire sortir l’encre remplie dans la cartouche par ladite sortie d’encre, de façon à permettre une utilisation immédiate de la cartouche, sans risque de détérioration de la cartouche 200 ou de l’imprimante associée.
Il convient de préciser que le carrousel de remplissage d’encre 151, l’aiguille d’injection d’air, les embouts de nettoyage et de vidange sont, dans l’exemple non limitatif présenté ici, agencés dans un sélecteur 193.
Le sélecteur 193 est représenté à la en vue de dessous, les aiguilles et embouts n’étant pas représentés. Les indices 1 à 6 représentés à la figure correspondent à l’emplacement de carrousels permettant de sélectionner les différents éléments précités.
De plus, la station de remplissage 100 comprend avantageusement un testeur de présence de la cartouche 200, un lecteur de puce afin de lire les informations contenues dans un puce intégrée de la cartouche 200, ainsi qu’un plaqueur de cartouche, permettant d’assurer une position de la cartouche 200 en fond de support 131 pour une étanchéité parfaite de la sortie d’encre et pour un positionnement précis pour les diverses opérations décrites plus en amont.
De plus, de manière avantageuse, l’unité d’injection de matériau de scellage 160 comprend également une roue qui vient écraser le PLA après le retrait de l’aiguille d’injection d’air, car certaines imprimantes ne prévoient un espacement que de quelques dixièmes de millimètres entre le haut de la cartouche et le carlingage de l’imprimante. Ainsi, tout excès de matière est aplani après le scellage afin de garantir une surface plane sur la surface de la cartouche à l’endroit du scellage.
Il convient de préciser que l’ensemble des outils et des parties mobiles des unités et composant exposés plus en amont sont motorisés au moyen de moteurs pas à pas, permettant d’atteindre une précision de déplacement dans les trois dimensions spatiales de l’ordre du demi-dixième de millimètre.
L’unité de remplissage 150 comprend une pompe péristaltique précise au dixième de millilitre, et la durée du remplissage contrôlée par l’unité électronique centrale 113 est précise au centième de seconde. De cette manière, le volume de remplissage de la cartouche est effectué de manière très précise.
La mise sous pression ou dépression est effectuée avec une précision au dixième de bar.
L’ensemble des composants électriques de la station de remplissage 100 sont alimentés en électricité par le biais d’une interface d’alimentation en électricité, elle-même reliée à une fiche de branchement à un réseau électrique ou tout autre source d’énergie électrique.
À présent va être décrit un procédé de remplissage 300 d’une cartouche d’encre à l’aide de de la station de remplissage 100.
La est un logigramme représentant des étapes du procédé remplissage 300 décrits ci-après.
Au cours d’une première étape 310 de détermination du type de cartouche à remplir, l’utilisateur saisit la référence constructeur de la cartouche 200 à travers l’interface homme-machine 112. Cette information est stockée dans une mémoire de l’unité électronique centrale 113.
Ensuite, au cours d’une étape 320 de recherche dans une base de données, une information associée à la cartouche à remplir est recherchée dans la base de données 180 à partir de la référence constructeur enregistrée précédemment. Cette information est ensuite stockée dans la mémoire de l’unité électronique centrale.
L’information associée à la cartouche à remplir est composée de plusieurs éléments d’information, et comprend au moins les éléments de la liste suivante : le nombre de perçages d’ouvertures traversantes à effectuer, la position de chaque perçage d’ouverture traversante à effectuer, le type de technologie de chaque réservoir interne de la cartouche, les types d’encre à injecter, le nombre de points de remplissage pour chaque type d’encre à injecter, le débit de remplissage de chaque réservoir interne de la cartouche, la pression de remplissage de l’encre de chaque réservoir interne, la durée de remplissage de chaque réservoir interne de la cartouche, le nombre de scellages d’ouvertures traversantes à effectuer, la position de chaque scellage d’ouverture traversante à effectuer, la température de fusion, la vitesse d’injection et le gradient de pression d’injection du matériau de scellage pour chaque ouverture traversante à sceller, la pression de remplissage de chaque réservoir interne.
Ces éléments d’information permettent d’adapter le procédé de remplissage 300 à tout type de cartouche, à condition que le type de cartouche soit référencé dans la base de données 180. Ces éléments d’information sont déterminés à partir de la géométrie de chaque type de cartouche ainsi que des données constructeur relatives à chaque type de cartouche.
Le procédé de remplissage 300 comprend ensuite une étape de mise en place 330 de la cartouche 200 dans la station de remplissage 100. La mise en place est effectuée par l’utilisateur souhaitant remplir la cartouche 200 en positionnant la cartouche 200 sur le support 131 correspondant au type de cartouche à remplir. Le support 131 est sélectionné par la station de remplissage à partir de l’information associée au type de cartouche à remplir, le carrousel de supports 130 étant actionné jusqu’à positionner le support 131 correspondant au type de cartouche à remplir devant l’ouverture de mise en place et de restitution de la cartouche 111.
En général, une cartouche d’imprimante 200 possède une forme sensiblement parallélépipédique rectangle, avec trois dimensions principales, dont la dimension qui est sensiblement inférieure aux deux autres est désignée comme étant la largeur de la cartouche.
En général, une cartouche d’imprimante 200 possède une face comportant une sortie d’encre pouvant être désignée comme étant le dessous de la cartouche est une face opposée pouvant être désignée comme étant le dessus de la cartouche.
Lors de la mise en place de la cartouche, l’utilisateur positionne la cartouche sur le support 131 par le dessous.
La cartouche 200 possède une paroi extérieure séparant un ou plusieurs réservoirs internes de l’extérieur de la cartouche, et peut comprendre, sur une partie d’une paroi extérieure, une double paroi extérieure adjacente à au moins un réservoir interne.
Avant l’étape de perçage 340 décrite ci-dessous, une étape optionnelle de nettoyage 331 de la ou des têtes d’impression de la cartouche peut être réalisée par l’unité de nettoyage de tête d’impressions 190, en fonction du type de cartouche 200 à remplir. Cette étape peut elle-même être suivie d’une étape de vidange 332 à l’aide de l’unité de vidange 191, visant à éliminer tout volume d’encre résiduel avant remplissage de la cartouche 200. Ces deux techniques sont connues en soit de l’état de la technique et ne sont pas explicitées ici.
Au cours d’une étape de perçage 340, une ouverture traversant la paroi extérieure vers au moins un des réservoirs internes est percée par l’unité de fraisage 140.
Le perçage est effectué à l’aplomb du réservoir interne le plus reculé dans la chaine de circulation du fluide vers la sortie d’encre, dans le cas d’une cartouche à réservoirs internes communicants.
Le diamètre de perçage est inférieur à la moitié de la largeur de la cartouche.
Lorsque la paroi comporte une peau extérieure et une peau intérieure, il est réalisé un premier perçage de la peau extérieure et un second perçage de la peau intérieure. Le diamètre du second perçage est inférieur au diamètre du premier perçage.
Ainsi, le perçage est étagé. Le diamètre de perçage de la peau extérieure est supérieur à celui de la peau intérieure afin de permettre :
- un enfoncement du premier tube conique garantissant une parfaite étanchéité avec le réservoir interne ;
- un bouchage séquentiel par l’unité de scellage efficient pour une configuration hydrodynamique identique à la situation avant remplissage, c'est-à-dire que les ouvertures ne sont rebouchées que sur l’épaisseur d’une peau et permettent la circulation de fluide liquide ou gazeux entre les peaux.
Avantageusement, le procédé de remplissage 300 comprend une étape 341 d’insertion du premier tube conique dans l’ouverture percée lors de l’étape 340 précédente, ce afin de garantir l’étanchéité à la pression entre le réservoir interne et l’aiguille de remplissage, introduite lors de l’étape suivante.
Le procédé de remplissage 300 comprend une étape de remplissage 350 par injection d’encre par l’unité d’injection d’encre 150 à travers l’ouverture ouverture traversante percée dans le réservoir interne dans des conditions d’injections d’encre dépendantes de l’information associée à ladite cartouche à remplir.
Lesdites conditions sont notamment le volume nominal de la cartouche à remplir, la pression de remplissage maximale afin de ne pas dérégler ou détériorer les valves de gestion de pression entre des réservoir internes et la sortie du fluide, dans le cas de réservoirs multiples communicants, ainsi qu’une vitesse d’injection de l’encre pour respecter la capacité d’absorption volumique de la mousse dans le réservoir d’encre.
Plus précisément, l’aiguille de remplissage est introduite dans le premier tube conique, jusqu’à s’introduire dans le réservoir de la cartouche 200.
La profondeur de pénétration de l’aiguille de remplissage dans le réservoir interne est fixe, ou évolutive au cours du temps de manière continue ou discrète, la profondeur étant dépendante de l’information associée à la cartouche, et plus précisément de la technologie de réservoir utilisée dans la cartouche (réservoir liquide, spongieux, spongieux à multiples étages, etc.) ainsi que de son état gravifique.
Ensuite, lors d’une étape de scellage 360, l’ouverture traversante est scellée par refroidissement d’un dépôt de la matière plastique fondue par l’unité d’injection de matériau de scellage 160 dans ladite ouverture traversante dans des conditions de scellage dépendantes de l’information associée à la cartouche à remplir.
Plus précisément, une vitesse d’éjection du matériau en fusion pour boucher l’ouverture à sceller sans créer de bourrelet d’un côté de la paroi ou de la peau, et sans risquer une striction importante lors du refroidissement et donc la rétractation du matériau, une température optimale de fusion ainsi qu’un gradient de pression de l’injection de matériau en fusion sont des éléments de l’information associée à la cartouche à remplir.
Ensuite, lors d’une étape de mise sous pression ou dépression 370, le ou les réservoirs internes sont portés à une pression de consigne par insufflation ou aspiration d’air par l’unité de mise sous pression ou dépression 170 dans le réservoir interne, la pression de consigne donnée par l’information associée à la cartouche.
Avantageusement, l’insufflation ou l’aspiration d’air dans le réservoir interne est effectué à travers l’aiguille d’injection d’air introduite dans la matière plastique fondue, ladite aiguille étant retirée après atteinte de la pression de consigne et après atteinte d’un taux de cristallinité de la matière plastique inférieur ou égal à 20%.
Comme indiqué plus en amont, le matériau de scellage est un polymère d’acide polylactique (PLA) comprenant entre 0 et 5% d’additif, ledit additif ayant des propriétés de réduction de la cinématique de cristallisation dudit polymère PLA.
La représente un graphique du taux de cristallinité, en pourcentage du matériau, en fonction de la vitesse de refroidissement, en degré Celsius par minute, dudit matériau. Le graphique du matériau de la représente le comportement d’un PLA sans additif (carrés sur le graphique) et d’un PLA avec 5% de talc (croix sur le graphique). Il ressort ici que l’utilisation d’additif dans le PLA permet d’atteindre un taux de cristallinité inférieur à 20% avec une vitesse de refroidissement bien inférieure comparé à un PLA pur. En d’autres termes, le taux de cristallinité de 20% peut être atteint en une durée très courte pour un PLA additionné comparé à un PLA pur, sans nécessiter de moyens de refroidissement ou d’attente prolongée.
De plus, il convient de souligner que lors de l’étape de scellage 360, la température optimale de fusion du PLA est déterminée pour un dépôt maîtrisé dans les conditions initiales pour le refroidissement, et donc la maîtrise du temps de cristallisation pour injection de la pression.
De manière alternative, l’étape de mise sous pression ou dépression 370, plus précisément l’insufflation ou l’aspiration d’air dans le réservoir interne, est effectué à travers une sortie d’encre de ladite cartouche.
Au cours d’une étape d’amorçage 380, un volume d’encre prédéterminé est expulsé de la cartouche 200, de manière à ce que l’encre rempli dans la cartouche atteigne la sortie d’encre de la cartouche, et que la cartouche soit ainsi prête à l’emploi sans risquer de la détériorer ou de détériorer l’imprimante associée.
Finalement, au cours d’une étape 390 de restitution de la cartouche 200, la cartouche remplie et prête à l’emploi est présentée devant l’ouverture 111 de la station de remplissage 100, et restituée à l’utilisateur.
Références Désignations
100 Station de remplissage
110 Enveloppe extérieure
111 Ouverture de mise en place et restitution de la cartouche
112 Interface homme-machine
113 Unité électronique centrale
114 Interface d’accès à une base de données
120 Bloc d’outils
130 Carrousel de supports
131 Support de cartouche
140 Unité de fraisage
141 Outil de fraisage
150 Unité d’injections d’encre
151 Carrousel d’aiguilles de remplissage d’encre
160 Unité d’injection de matériau de scellage
170 Unité de mise sous pression ou dépression
180 Base de données
181 Mémoire de stockage non volatile
182 Serveur distant
190 Unité de nettoyage de tête d’impressions
191 Unité de vidange
192 Unité d’amorçage
200 Cartouche d’encre à remplir
300 Procédé de remplissage d’une cartouche d’encre
310 Etape de détermination du type de cartouche
320 Etape de recherche dans une base de données
330 Etape de mise en place de la cartouche
331 Etape de nettoyage des têtes d’impression
332 Etape de vidange
340 Etape de perçage
341 Etape d’insertion du premier tube conique
350 Etape de remplissage
360 Etape de scellage
370 Etape de mise sous pression ou dépression
380 Etape d’amorçage
390 Etape de restitution de la cartouche

Claims (9)

  1. Procédé (300) de remplissage d’une cartouche d’encre (200) pour imprimante dans une station de remplissage (100) d’encre, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    - détermination du type de cartouche à remplir (310) ;
    - recherche dans une base de données (320) d’au moins une information associée à ladite cartouche à remplir ;
    - mise en place de la cartouche à remplir (330) dans la station de remplissage d’encre, ladite cartouche d’encre à remplir comprenant une paroi séparant un ou plusieurs réservoirs internes de la cartouche de l’extérieur de la cartouche  ;
    - perçage (340) d’une ouverture traversant la paroi de l’extérieur de la cartouche vers ledit réservoir interne, la position de ladite ouverture traversante dépendant de l’information associée à ladite cartouche à remplir ;
    - remplissage (350) par injection d’encre à travers ladite ouverture traversante dudit réservoir interne dans des conditions d’injections d’encre relatives au débit d’injection d’encre et au temps dépendantes de ladite information associée à ladite cartouche à remplir, le remplissage d’encre du réservoir est effectué à travers une aiguille de remplissage introduite dans ledit réservoir interne, la profondeur de pénétration de l’aiguille de remplissage dans le réservoir interne étant fixe, ou évolutive au cours du temps de manière continue ou discrète, ladite profondeur étant dépendante de l’information associée à la cartouche ;
    - scellage (360) par refroidissement d’un dépôt de matière plastique fondue dans ladite ouverture traversante dans des conditions de scellage dépendantes de l’information associée à ladite cartouche à remplir, ledit matériau plastique est un polymère d’acide polylactique (PLA) comprenant entre 0 et 5% d’additif, ledit additif ayant des propriétés de réduction de la cinématique de cristallisation dudit polymère PLA ;
    - mise sous pression ou dépression (370) consécutive à l’étape de scellage, pendant laquelle l’au moins un réservoir interne est porté à une pression de consigne par insufflation ou aspiration d’air dans ledit réservoir interne.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à ladite étape de mise sous pression ou dépression (370), l’insufflation ou l’aspiration d’air dans le réservoir interne est effectué à travers une aiguille d’injection d’air introduite dans la matière plastique fondue, ladite aiguille étant retirée après atteinte de la pression de consigne et après atteinte d’un taux de cristallinité de la matière plastique inférieur ou égal à 20%.
  3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à ladite étape de mise sous pression ou dépression (370), l’insufflation ou l’aspiration d’air dans le réservoir interne est effectué à travers une sortie d’encre de ladite cartouche.
  4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’information associée à la cartouche à remplir comprend au moins les éléments du groupe suivant :
    a) le nombre de perçages d’ouvertures traversantes à effectuer ;
    b) la position de chaque perçage d’ouverture traversante à effectuer ;
    c) le type de technologie de chaque réservoir interne de la cartouche;
    d) les types d’encre à injecter ;
    e) le nombre de points de remplissage pour chaque type d’encre à injecter ;
    f) le débit de remplissage de chaque réservoir interne de la cartouche ;
    g) la pression de remplissage de l’encre de chaque réservoir interne ;
    h) la durée de remplissage de chaque réservoir interne de la cartouche ;
    i) le nombre de scellages d’ouvertures traversantes à effectuer ;
    j) la position de chaque scellage d’ouverture traversante à effectuer ;
    k) la température de fusion, la vitesse d’injection et le gradient de pression d’injection du matériau de scellage pour chaque ouverture traversante à sceller ;
    l) la pression de remplissage de chaque réservoir interne.
  5. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre :
    - une étape de vidange (332) précédant l’étape de perçage, pendant laquelle chaque réservoir interne de la cartouche est vidé d’un volume d’encre résiduel ;
    - une étape d’amorçage (380) suivant l’étape de mise sous pression ou dépression (370), pendant laquelle un volume prédéterminé d’encre remplie dans la cartouche est expulsé de la cartouche au niveau d’une sortie d’encre de la cartouche.
  6. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de nettoyage (331) d’une ou plusieurs têtes d’impression de la cartouche, ladite étape de nettoyage précédant l’étape de perçage (340).
  7. Station de remplissage (100) d’une cartouche d’encre pour imprimante suivant la mise en œuvre du procédé (300) de remplissage selon l’une des revendications 1 à 6, ladite station comprenant :
    - une enveloppe extérieure (110) munie d’une ouverture de mise en place et de restitution de la cartouche (111);
    - un carrousel (130) de supports (131) adaptés pour accueillir différents types de cartouches ;
    - une unité de fraisage (140) comprenant un outil de fraisage (141) mobile ;
    - une unité d’injection d’encre (150) comprenant un carrousel d’aiguilles de remplissage (151), et un ou plusieurs réservoirs d’encre à injecter ;
    - une unité d’injection de matériau de scellage (160) comprenant une réserve d’un ou plusieurs matériaux de scellage, un élément chauffant le matériau de scellage et une buse mobile ;
    - une interface (114) vers une base de données (180, 181, 182) comportant l’information associée au type de cartouche ;
    - une unité de mise sous pression ou dépression (170), comprenant une ou plusieurs aiguilles d’injection d’air et un système compressif réversible  ;
    - une unité électronique centrale (113) adaptée pour traiter l’information associée au type de cartouche et pour commander les unités de perçage, d’injection d’encre et d’injection de matériau, et le carrousel de supports.
  8. Station de remplissage (100) selon la revendication 7, comprenant en outre une interface homme-machine (112) permettant de déterminer le type de cartouche à partir d’une information transmise à travers ladite interface.
  9. Station de remplissage (100) selon la revendication 7, comprenant en outre :
    - une unité de nettoyage de tête d’impression (190) ;
    - une unité de vidange (191), comprenant un réservoir de vidange de l’encre résiduelle dans la cartouche ;
    - une unité d’amorçage (192), comprenant un moyen d’expulsion d’un volume prédéterminé d’encre remplie dans la cartouche au niveau d’une sortie d’encre de la cartouche.
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