Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection (pour moulage de micro-pièces) constitué d'une presse à injection dans laquelle sont disposés un porte-moule portant un moule amovible dans lequel au moins une empreinte de moulage est prévue, un contre-moule agencé afin d'exercer une pression de moulage sur le moule. Elle concerne également un procédé de moulage correspondant.

Etat de la technique

[0002] La demande de brevet EP0272138 décrit un procédé de moulage de plastique initiée par injection de résine fondu dans un moule à une forte pression. Les deux parties du moule mobiles l'une par rapport à l'autre sont posées sur quatre barres de serrage fixées aux quatre coins du moule. Ces barres comportent des caractéristiques d'allongement élastique d'une longueur delta L, afin de compenser un éventuel défaut de parallélisme entre les deux faces adjacentes du moule. Etant donné que le moule doit être placé au centre des quatre barres, l'arrangement ne peut être utilisé que pour un petit nombre de pièces à mouler. Par ailleurs, la configuration avec quatre barres devant être montées de façon strictement parallèles requiert une très grande précision, rendant le dispositif complexe et coûteux à mettre en œuvre. [0003] Le document US7763191 décrit un procédé et un appareil pour effectuer une opération d'injection-compression du type à matriçage.

L'appareil comporte un moule renfermant une colonnette d'écartement en deux parties. L'appareil est conçu pour produire une légère compression axiale pendant une injection sous haute pression. Le moulage par injection-compression a pour avantages une pression de tassement plus basse, une qualité des pièces homogène, une contrainte résiduelle moindre et une grande précision dimensionnelle par rapport au moulage par injection classique, et il est bien adapté à la fabrication de pièces extrêmement minces ou de pièces de forme complexe, pour lesquelles le moulage par injection classique ne peut pas répondre aux exigences de qualité ou exige un tonnage de serrage très élevé. Cependant, la solution décrite implique un contrôle du procédé au moyen d'étapes d'injection avec des cycles réitérés de moulage exécutés en effectuant des réglages avec des calculs entre chaque cycle jusqu'à ce que la force de la cavité converge avec la force de serrage, afin d'obtenir l'épaisseur correcte de la pièce à mouler.

[0004] FR1414485 décrit d'une façon générale le moulage des résines thermoplastiques, et plus particulièrement un procédé pour le moulage sous pression rapide de différentes résines thermoplastiques à partir d'une masse visqueuse pour obtenir des articles ayant des formes relativement minces ou dont l'épaisseur peut varier considérablement, sans déformation. La solution décrite implique l'introduction dans la cavité du moule d'une quantité mesurée de matière chauffée en fonction du volume de la cavité.

[0005] On connaît par ailleurs un dispositif de moulage de micro-pièces dans lequel un moule destiné au moulage d'une pluralité de pièces est logé entre un porte-moule et un contre-moule, le contre-moule étant traversé par autant de buses d'injection qu'il y a de pièces à injecter. Ce type de dispositif donne de bons résultats, avec des pièces de qualité convenable lorsque le moule comporte un nombre restreint de cavité, par exemple une cavité unique, double ou quadruple. Toutefois, dès que le nombre de cavité est augmenté, la qualité des pièces produites devient aléatoire, causant des proportions inacceptables de pièces devant être rejetées. [0006] Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques.

Bref résumé de l'invention

[0007] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif et un procédé de moulage exempts des inconvénients précités. [0008] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif et un procédé de moulage pour micro-pièces permettant de produire un nombre élevé de pièces, tout en conservant un niveau de qualité conforme aux exigences souvent très strictes des micro-pièces destinées à des mécanismes de haute précision tels que des élément optiques ou des pièces de mouvements horlogers.

[0009] Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un dispositif et un procédé de moulage permettant de produire des pièces de dimensions très petites et de très faibles tolérances avec une grande fiabilité et à un coût avantageux.

[0010] Pour ce faire, l'invention prévoit un dispositif d'injection (pour moulage de micro-pièces) constitué d'une presse à injection comprenant: un porte-moule, portant un moule amovible dans lequel au moins une empreinte de moulage est prévue; et un contre-moule, agencé pour être fermé contre le moule de manière à exercer une pression de moulage sur le moule lorsque le contre-moule est fermé contre le moule, lors d'une opération de moulage par injection de matière dans les empreintes du moule; le dispositif comprenant par ailleurs un compensateur d'assiette adapté pour se déformer sous l'influence d'une force appliquée de façon inégale sur la surface du moule lors de l'application de la pression par le contre-moule, de manière à assurer une répartition sensiblement uniforme de la pression sur la surface du moule.

[0011] Grâce à cette architecture, le dispositif selon l'invention permet d'effectuer des moulages en grandes séries avec des lots comportant plusieurs pièces, comme par exemple 8, 12, 16, 24, 32 pièces ou même plus, en fonction des profils et des dimensions.

[0012] Dans un mode de réalisation, le compensateur d'assiette comprend un secteur d'appui venant en appui contre le porte-moule et un secteur élastique comportant une zone élastiquement déformable de manière à se déformer sous l'influence d'une force appliquée. [0013] Le compensateur d'assiette est avantageusement constitué en une seule pièce, facilitant ainsi son intégration dans des installations de moulage préexistantes, à des coûts raisonnables.

[0014] Egalement de manière avantageuse, la zone élastiquement déformable est dimensionnée de manière à supporter au moins d'environ 10 à 20% au-delà d'une force d'injection lors de l'application de la pression par le contre-moule et de l'injection de matière dans les empreintes du moule.

[0015] L'invention prévoit par ailleurs un procédé de moulage de pièce par injection de matière dans un moule pourvu d'une pluralité

d'empreintes de pièces à mouler comportant les étapes consistant à

positionner un moule pourvu d'une pluralité d'empreintes contre un porte-moule;

fermer le moule en appliquant un contre-moule contre la portion ouverte des empreintes;

exercer une pression contre le moule, ladite pression étant au moins partiellement retransmise au niveau d'un compensateur d'assiette; et corriger un éventuel déséquilibre d'alignement du moule et/ou de la pression appliquée sur la surface du moule par déformation du compensateur d'assiette en réaction au déséquilibre.

[0016] De manière avantageuse, après une phase d'ouverture du moule, l'extracteur de pièces exerce une force d'expulsion des pièces moules hors de leur empreinte respective.

Brève description des figures

Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 4, présentées uniquement à des fins

d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles :

- la figure 1 a montre une vue en élévation d'un exemple de dispositif de moulage selon l'invention, en position fermée ; - la figure 1 b montre une vue en élévation de l'exemple de la figure 1 a, en position d'ouverture du moule;

- la figure 2 est une représentation schématique en perspective du dispositif de moulage de la figure 1 en position d'ouverture du moule ;

- la figure 3 est une représentation schématique de face d'un exemple de moule; et

- la figure 4 montre une vue en perspective d'une carcasse de moule, selon un mode de réalisation.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention [0017] La figure 1 a illustre un exemple de réalisation dans lequel un moule 10 est constitué d'une plaquette de moulage dans laquelle une pluralité d'empreintes 1 1 (ou cavités ou profils) à l'image inverse des pièces à produire sont formées. Dans l'exemple illustré, la plaquette comporte une seule empreinte permettant de mouler une roue dentée avec pignon. [0018] Un support de moule ou porte-moule 13 sous la forme d'un disque permet le positionnement et le maintien du moule 10 sur une des faces du porte-moule. Dans l'exemple illustré, deux douilles de maintien à collerette 12 (visibles en figure 2) de support de moule sont prévues de part et d'autre de ce dernier pour assurer son maintien contre le porte-moule 13. Face au moule 10 et au porte-moule 13, un contre-moule 14 est prévu. Dans l'exemple de réalisation illustré, le contre-moule 14 est également en forme de disque, avec une face prévue pour interfacer avec le moule 10, afin de former la dernière paroi des empreintes 1 1 .

[0019] Tel qu'illustré à la figure 1 a, une pluralité de buses 16, alimentée par un tunnel d'approvisionnement 17 en matériau à injecter, permettent d'effectuer l'apport requis en matériau d'injection. On utilise de

préférence une buse par empreinte. [0020] En variante, on peut aussi prévoir plus d'une buse par empreinte ou une buse pour plusieurs empreintes. La figure 3 montre une vue schématique de face d'un exemple de moule 10 comprenant quatre empreintes 1 1 représentant un forme d'engrenage. Un exemple d'une pièce (un roue avec un pignon) 1 1 1 fabriquée par le dispositif d'injection de l'invention est montré à la figure 3. Il va de soi que la forme des

empreintes 1 1 peut prendre toutes autres formes correspondant à la pièce à produire, par exemple une microlentille.

[0021] Tous les éléments décrits ci-dessus sont avantageusement mis en place dans une enceinte de moulage 40 comportant une pluralité de blocs démontables, conformés pour loger les éléments de moulage avec un ajustement soigné, précis et fiable. La figure 4 montre une vue en perspective d'une carcasse de moule 100 comprenant une plaque de réception 130 comportant une pluralité de cavités 131 (huit dans l'exemple de la figure 4). Chacune des cavités 131 est configurée pour recevoir un porte-moule 13 et de le pré-positionner par rapport au contre-moule 14. La carcasse de moule 100 comprend également une plaque contre-moule 140 dans laquelle vient se loger le contre-moule 14 (ou les contre-moules 14). La plaque contre-moule 140 peut en outre comprendre des canaux d'injection 160, distribuant le matériau à injecter par le tunnel

d'approvisionnement 17 vers chacune des buses 16.

[0022] Le dispositif étant destiné au moulage de micro-pièces, les dimensions des différents éléments constituants sont prévues avec un haut niveau de précision. Il en est de même pour les éléments de l'enceinte 40 de moulage qui doivent permettre de positionner, ou centrer, le moule 10, les empreintes et le contre-moule 14 de façon très précise. La précision du centrage d'une partie du moule avec l'autre est faite par les goupilles de centrage 1 5. Les deux douilles 12 maintenues avec des vis sont légèrement plus longues que l'épaisseur du porte-moule 13. En laissant un jeu radial entre le diamètre extérieur de la douille de maintien à collerette 12 et l'alésage du porte-moule 13, ce dernier va être centré en XY par les deux goupilles 1 5. Ce qui ne nécessite plus de grande précision d'alignement entre les alésages des cavités 131 de la plaque de réception 130. Le centrage est indépendant du nombre d'empreintes 1 1 car chacune est centrée de manière individuelle.

[0023] Conformément à l'invention, comme on le voit aux figures 1 a, 1 b et 2, le porte-moule 13 est positionné contre un compensateur d'assiette 20 dont les particularités sont décrites ci-après.

[0024] Le compensateur d'assiette 20 est un élément déformable élastiquement, permettant, grâce à ses déformations, de maintenir un alignement optimal des éléments du moule. Les déformations du compensateur d'assiette 20 sont dues à son architecture et aux matériaux le constituant. Dans l'exemple de réalisation illustré aux figures, le

compensateur d'assiette 20 comporte trois secteurs: un secteur d'appui 21 contre le porte-moule 13; un secteur élastique 23, à l'opposé du secteur d'appui 21 ; et un secteur de jonction 22, formant un dégagement circonférentiel entre les deux autres secteurs 21 et 23. [0025] Le secteur de jonction 22 comporte un diamètre inférieur aux diamètres des deux secteurs adjacents, formant ainsi une zone libre entre ces deux secteurs. Le secteur élastique 23 comporte par ailleurs une zone élastiquement déformable 24, s'étendant circonférentiellement sur le secteur élastique 23. Cette zone est dimensionnée de façon à permettre au compensateur d'assiette 20 de réagir aux variations de pression sur la surface du moule 10, afin de compenser ces dernières en se déformant au niveau de la zone élastiquement déformable 24. Après moulage, lorsque la pression n'est plus exercée et que moule 10 est démonté, le compensateur d'assiette 20 reprend sa forme initiale grâce à ses propriétés élastiques. La zone élastiquement déformable 24 du compensateur d'assiette 20 est libre et une surépaisseur rigide 231 dans la zone 23 vient en appui sur une plaque d'appui 120 comprise dans la carcasse de moule 100.

[0026] Dans un mode de réalisation, la zone élastiquement déformable 24 comprend un matériau tel que l'acier Maraging. L'acier Maraging est avantageux pour ses propriétés élastiques stables jusqu'à des températures de 450°C. Par exemple, un acier Maraging de type X2NiCoMo18-9-5 à X3NiCoMoTi 18-9-5, tel que l'acier Maraging W720 produit par Bohler-Stahl peut être utilisé. La zone élastiquement déformable 24 peut également comprendre un autre matériau ayant des propriétés élastiques appropriées selon le cas de charge lié à la géométrie de la pièce et la température liée au type de polymère à injecter.

[0027] Dans l'exemple de dispositif de moulage par injection illustré, l'enceinte de moulage 40 loge également un extracteur 30 de pièces moulées facilitant l'extraction des pièces moulées du moule, après chacune des phases de moulage. Dans l'exemple illustré aux figures 2 et 3, l'extracteur 30 comprend quatre tiges d'extraction 31 dont l'extrémité 32 poussant les pièces moulées est visible à la figure 3. L'extracteur 30 peut venir en appui contre une plaque de poussoir d'extracteur 300 de la carcasse de moule 100.

[0028] Une bande de démoulage 50 peut être avantageusement utilisée afin de faciliter l'extraction des pièces moulées après moulage. On utilise de préférence une bande ayant des propriétés anti-adhésives, comme par exemple une bande à base de PTFE (Téflon).

[0029] Dans les exemples illustrés aux figures 1 et 2, l'enceinte de moulage 40 comporte une première moitié 41 comportant le contre-moule 14 et la ou les buses 16, ainsi qu'une seconde moitié 42 comportant le moule 10, le porte-moule 13 et l'extracteur 30. Lors de la fermeture des deux moitiés 41 , 42 de l'enceinte de moulage 40, les pièces du dispositif, en particulier le moule 10 pourvu de ses multiples empreintes 1 1 de moulage, sont mises en place, alignées, et ajustées précisément. [0030] Lorsque tous les éléments constituants sont bien agencés et fixés, le moule est refermé en plaçant les deux moitiés 41 , 42 d'enceintes l'une contre l'autre tel que montré à la figure 1 a.

[0031] Pendant la fermeture de l'enceinte 40, et donc la fermeture du contre-moule 14 contre le moule 10, le contre-moule 14 exerce une action de centrage avec le moule 10 (comme discuté ci-dessus) et crée une force de pression agissant contre le moule 10. Dans certains cas, en particulier si les empreintes occupent une surface importante, comme dans le cas du moulage d'un grand nombre de micro-pièces, le compensateur d'assiette 20 assure un alignement, en particulier axial, des éléments, en particulier du moule 10 avec le contre-moule 13. Cet alignement permet d'assurer une répartition sensiblement uniforme de la pression sur la surface de moulage, permettant la production de pièces dans des conditions favorables afin d'atteindre des niveaux de production sensiblement élevés. Ainsi, le compensateur d'assiette 20 permet de maintenir les faces adjacentes du porte-moule 13 et du contre-moule 14 bien parallèles entre elles, de sorte que la pression exercée sur le moule soit uniforme sur l'ensemble de la surface de ce dernier. En cas de pression non uniforme, par exemple suite à un mauvais alignement des deux faces précitées, le compensateur d'assiette se déforme de façon à absorber la surpression, rétablissant ainsi une pression uniforme sur l'ensemble de la surface du moule.

[0032] Le maintien de cette pression uniforme sur l'ensemble de la surface du moule permet d'optimiser les conditions dans lesquelles sont réalisées l'injection et le moulage des multiples pièces.

[0033] Le calcul de la force de pression agissant contre le moule 10 peut être réalisé selon la formule d'une poutre encastrée aux deux extrémités, de forme trapézoïdale avec le développement géométrique des diamètres extérieurs et intérieurs de la zone élastique pour les côtés; la différence des rayons pour la longueur, et l'épaisseur de la zone élastiquement

déformable 24 pour la hauteur de la poutre. Le dimensionnement de la zone élastiquement déformable 24 est fait de manière à ce que cette dernière supporte au moins d'environ 10 à 20% au-delà d'une pression d'injection fois la surface de la pièce (c'est-à-dire au moins environ 10 à 20% au-delà une force d'injection), lors de l'application de la pression par le contre-moule 14 et de l'injection de matière dans les empreintes 1 1 du moule 10. La force nécessaire à compresser la zone élastiquement déformable 24, ainsi que la force additionnelle (10 à 20% au-delà une force d'injection) sont prises par la force de fermeture de la presse. Ce

dimensionnement est fait de manière à ce que le système fonctionne en- dessous de la limite élastique du matériau de la zone élastiquement déformable 24 (par exemple l'acier). L'utilisation d'un module de calcul par élément fini de la FAO peut mettre en évidence les zones de contrainte maximum afin d'affiner la géométrie de la zone élastiquement déformable 24. L'expérience montre que la méthode simplifiée décrite ci-dessus est suffisante pour cette application

[0034] Après moulage, les deux moitiés de l'enceinte de moulage se séparent à nouveau. Dans le cas d'un surmoulage, le compensateur d'assiette 20 peut se déformer et permet l'adaptation du moule 10 aux variations d'épaisseur de la bande de démoulage 50, ou de tout autre insert. En effet, les variations d'épaisseur seront reprises par la flexibilité de la zone élastiquement déformable 24. La bande de démoulage 50 permet de faciliter le démoulage des pièces produites.

[0035] On utilise avantageusement un extracteur 30 pour exercer une force vers la face libre des pièces moulées, de façon à les extraire du moule. De même, l'utilisation d'une bande de démoulage 50 facilite l'extraction des pièces moulées en diminuant les risques de collage et en produisant une force additionnelle d'extraction. Entre chaque moulage, la bande 50 est déplacée de façon à présenter pour le moulage suivant une zone de matériau neuve, non déformée, ni altérée par le moulage préalablement effectué.

[0036] Le dispositif d'injection décrit ici permet d'injecter divers matériaux polymères. Par exemple, le dispositif se prête bien à l'injection de matériaux techniques tels que le polyoxyméthylène (POM), le

poly(sulfure de phénylène) (PPS), polymère à cristaux liquides (LPC), polyimide (PI), polyamide (PA, PA6), ces matériaux pouvant être fortement chargés de fibre de verre ou de charges minérale. Cependant, divers autres matériaux se prêtant à l'injection peuvent être utilisé dans le dispositif d'injection de l'invention avec le compensateur d'assiette 20. Une contrainte peut venir des matières utilisées pour les empreintes 1 1 qui sont soumises à l'abrasion et/ou la corrosion liés au polymère transformé. [0037] Le dispositif d'injection de l'invention permet mouler différent types de micro-pièces, notamment des roues et pignons dentés, des boîtiers, des platines (de montres), des composants optiques pour un appareil portable tel qu'un téléphone portable, des microinterrupteurs, des inserts, etc.

[0038] Grâce au procédé selon l'invention, il est possible d'obtenir des niveaux de productivité nettement plus élevés puisque le nombre

d'empreinte peut être considérablement augmenté. En outre, dans l'exemple illustré, il a été possible d'augmenter le nombre d'empreinte de quatre à huit ou seize, et même trente-deux, sans perte de qualité.

Numéros de référence employés sur les figures

10 moule

1 1 empreinte

12 douille de maintien à colerette

13 porte-moule

14 contre-moule

16 buse

17 tunnel d'approvisionnement

20 compensateur d'assiette

21 secteur d'appui

22 secteur de jonction

23 secteur élastique

231 surépaisseur, zone rigide d'appui

24 zone élastiquement déformable

30 extracteur

31 tiges d'extraction

32 trous d'extracteurs d'empreinte

40 enceinte de moulage

41 première moitié de l'enceinte de moulage

42 seconde moitié de l'enceinte de moulage

50 bande de démoulage

100 carcasse de moule

1 1 1 pièce

120 plaque d'appui

130 plaque de réception

131 cavité

140 plaque contre-moule

160 canaux d'injection

300 plaque de poussoir d'extracteur