Procédé de fabrication d’un ensemble comportant un corps et un dispositif pour la régulation thermique dudit corps et ensemble obtenu

[La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d’un ensemble comportant un corps et un dispositif pour la régulation thermique de ce corps, ainsi que l’ensemble obtenu.

En somme, l’invention concerne le domaine des dispositifs dont la mise en œuvre a pour effet d’agir sur la température du corps auquel ils sont associés pour l’élever selon les besoins. Les expressions « réguler la température » ou « contrôler la température » seront utilisées dans ce qui suit et doivent être considérées comme équivalentes.

Une telle invention concerne de très nombreuses activités et pourra trouver une application par exemple dans le domaine de l’aérospatiale où des systèmes de contrôle de la température de tableaux de bords sont mis en œuvre, dans le secteur médical au travers de moyens de contrôle d’appareils d’analyses d’échantillons sensibles aux variations de température, ou encore pour fournir un équipement pour dégivrer des surfaces, faire fondre de la neige, ou adapté au domaine de l’alimentation industrielle, pharmaceutique, etc.

A l’heure actuelle, on trouve d’ores et déjà sur le marché des équipements de régulation de la température de corps tels que des surfaces, portions d’appareils, ou parties constitutives de machines, spécifiquement étudiés pour répondre à bon nombre de besoins.

Ainsi sont par exemple proposés des systèmes de type patchs ou tapis chauffants destinés à être appliqués, voire collés sur le corps considéré. Ces systèmes sont classiquement constitués d’une piste électrique résistive encapsulée entre plusieurs couches d’un polymère ou d’un isolant minéral tel du mica en assurant l’isolation électrique. Leur conception plate et mince garantit une distribution de température sûre et uniforme et convient par exemple pour le montage entre deux surfaces planes ou sur un plan de travail. Ils peuvent aussi être employés pour chauffer seulement une petite zone et sont capables de résister à des températures extrêmement élevées lorsqu’ils comportent du mica. On connait ainsi, de la demande internationale de brevet publiée sous le numéro WO 8810058, un élément chauffant souple ainsi que son procédé de fabrication pour une application dans le domaine de la construction électrique.

L’élément chauffant souple est notamment destiné à être plaqué sur toutes surfaces quelconques à chauffer, ou à être immergé dans un liquide, et est constitué d’au moins deux couches de matériau isolant disposées et solidarisées de part et d’autre d’une troisième couche métallique résistante.

Il est constitué d’au moins deux couches de matériau souple isolant, constituées par un complexe à haute résistance mécanique à la traction, à la déchirure et à la perforation, et non absorbant de l’humidité, lesdites couches de matériau isolant étant disposées et solidarisées de part et d’autre d’une troisième couche métallique résistante.

Cependant, la souplesse du complexe constituant les couches de matériau isolant est telle qu'elle autorise un rayon de courbure de l'élément chauffant très faible.

En outre, la fixation de l’élément chauffant sur le support à chauffer nécessite de prévoir, sur l’une des faces externes de l’élément chauffant, une couche d’adhésif pour la rendre autocollante, ou bien de prévoir un accrochage par d’autres moyens, agrafage rivetage notamment.

D’autres dispositifs de régulation de la température d’un corps disponibles sur le marché ont par ailleurs été conçus sous la forme de cartouches, de colliers, de câbles ou peuvent présenter d’autres formes géométriques spécifiquement adaptées à certaines applications. Ils sont généralement constitués d’un fil d’alliage résistif, conformé pour adopter la forme recherchée, et noyé dans une couche d’un isolant minéral.

Il a toutefois été observé qu’en dépit de l’existence de toute une gamme de dispositifs de contrôle de la température d’un corps, des difficultés d’intégration sont fréquemment rapportées par les utilisateurs.

En effet, comme indiqué ci-dessus, l’installation d’un patch n’est envisageable que sur une surface plane ou de faible rayon de courbure, tandis qu’une cartouche convient uniquement pour des corps présentant l’alésage correspondant. Enfin, les systèmes présentant une forme de collier ne sont proposés que selon une gamme portant sur une plage de diamètres réduite et ne conviennent donc pas pour tous types de supports.

De plus, alors que l’élément chauffant en tant que tel est généralement très petit, les différentes couches de matériaux permettant son isolation électrique finissent par conférer aux dispositifs de régulation thermique existants un volume, et par conséquent un encombrement global importants. Il en va par ailleurs de même pour les organes de connexions électriques dont ils sont éventuellement dotés.

En outre, à ce jour, les seuls systèmes de régulation thermique adaptés au secteur aérospatial disponibles sur le marché sont ceux issus de l’assemblage d’une piste conductrice avec des matériaux compatibles avec le vide, tels que des films polyimide. Or, comme mentionné précédemment, la forme comme l’encombrement de tels systèmes peuvent être handicapants pour une association avec des organes ou des composants souvent très miniaturisés destinés à être implantés sur des engins spatiaux.

Le but de la présente invention est de fournir une solution alternative à celles connues actuellement, permettant de pallier l’ensemble des inconvénients identifiés ci-dessus.

En d’autres termes, le but de l’invention est de fournir une solution permettant de s’affranchir des problèmes découlant de l’encombrement important et des formes ou structures standardisées que présentent les systèmes de contrôle thermique d’un corps proposés par les fabricants actuellement, tout en préservant leurs performances générales en termes d’efficacité, de longévité et de coût.

A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication d’un ensemble formé d’un corps et d’un dispositif de régulation de la température du corps, consistant à réaliser, dans l’ordre, les étapes suivantes :

- Application d’une couche d’un polymère isolant électrique sur au moins une portion dudit corps,

- Application d’une couche d’un alliage résistif sur ledit polymère,

- Gravure de la couche d’alliage résistif en vue de réaliser une piste électrique,

- Application d’une couche d’un polymère isolant électrique sur la couche d’alliage résistif gravée. En somme, un tel procédé a pour avantage d’intégrer dès sa conception un dispositif de régulation thermique directement sur le support ou le corps dont il doit contrôler la température, quel que soit la forme, les dimensions de celui-ci ou la nature du matériau le composant. De plus, dans l’ensemble obtenu au terme du procédé le dispositif de régulation thermique présentera une épaisseur très fine, et épousera parfaitement la forme du corps considéré permettant ainsi une répartition uniforme de la température sur ce dernier et donc une action optimisée.

Conformément à une caractéristique de l’invention, l’étape de gravure peut être réalisée selon le cas par laser, par usinage, ou par attaque chimique.

Par ailleurs, dans le cadre de l’invention il a encore été prévu que le dépôt de chaque couche de polymère isolant électrique peut être réalisé selon le cas par voie humide, par voie sèche, par voie thermique ou par projection thermique.

A ce propos, le dépôt de chaque couche de polymère isolant électrique peut être réalisé par une technique alternativement de dépôt électrolytique, de dépôt chimique statique ou dynamique, de dépôt physique ou chimique en phase vapeur assisté ou non par plasma, de dorure, d’argenture, d’étamage par immersion, de flammage, de projection dynamique par gaz froid.

Le procédé selon l’invention suppose en outre l’utilisation d’un alliage résistif choisi parmi la liste comportant du nickel-chrome tel que l’inconel (marque déposée), du cuivre-nickel, tel que le constantan, et tout autre alliage résistif.

Une caractéristique additionnelle du présent procédé est définie par le fait que l’on utilise un polymère isolant électrique choisi parmi la liste comportant les polymères suivants : polyimide, polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyétheréthercétone (PEEK), silicone, résine, thermoplastique.

D’autre part, l’invention a également prévu la possibilité d’utiliser un corps fabriqué en un matériau adapté pour une impression 3D choisi notamment parmi TABS (acrylonitrile butadiène styrène), le PLA (acide polylact ique), le PETP (polytéréphtalate d’éthylène-glycol), le nylon, le TPU (polyuréthane thermoplastique), le PVA (alcool polyvinylique), le HIPS (polystyrène à impact élevé), les composites comme les fibres de carbone ou les fibres de verre, les résines, les métaux comme le titane, l’acier inoxydable, l’aluminium ou les alliages de nickel. L’invention concerne également un ensemble formé d’un corps et d’un dispositif de modification de la température du corps obtenu par la mise en œuvre du procédé tel que précédemment défini.

Conformément à l’invention, ce même ensemble peut se caractériser en ce qu’il est relié à un système de pilotage à distance de la température à conférer audit corps.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description qui va suivre, qui se rapporte à une variante de mise en œuvre du présent procédé donnant lieu à un exemple d’ensemble comportant un corps et un dispositif de régulation thermique de celui-ci, procédé et ensemble qui ne doivent toutefois pas être considérés comme limitatifs de l’invention.

La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux figures suivantes :

[Fig.1 ] illustre un corps pour lequel il est nécessaire de disposer d’un dispositif de régulation thermique,

Fig.2] illustre la première étape de la mise en œuvre du procédé selon l’invention,

[Fig.3] en illustre la seconde étape,

[Fig.4] en illustre la troisième étape,

[Fig.5] en illustre la quatrième étape ainsi que l’ensemble obtenu, formé du corps de départ et d’un dispositif de régulation thermique de ce même corps, et

[Fig. 6] est une vue schématique d’un autre ensemble obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l’invention.

En référence aux dessins 1 à 5, selon une variante de réalisation envisageable, le présent procédé comporte une première étape consistant à déposer sur une portion plane 7 d’un corps 1 une couche 2 d’une poudre de polyimide par dépôt à la flamme.

Lors d’une seconde étape illustrée à la figure 3, une couche 3 d’inconel (marque déposée) est ensuite déposée par une technique de dépôt en phase vapeur (PVD) sur la couche 2 de polyimide.

Une gravure laser de la couche 3 d’inconel (marque déposée), réalisée au cours d’une étape ultérieure, a pour effet de réaliser un circuit électrique 4. Celui-ci est finalement encapsulé sous une couche 5 de polyimide déposée à la flamme lors de l’étape ultime du présent procédé, aboutissant à un ensemble 6 illustré à la figure 5.

De manière avantageuse, le présent procédé permet également de fabriquer un ensemble 8 tel que celui illustré à la figure 6, comportant un dispositif de régulation thermique déposé sur une portion 9 de géométrie complexe, c’est-à-dire non plane d’un corps 10. A cet effet, les mêmes étapes que celles décrites précédemment peuvent être mises en œuvre :

- une couche 2 d’un polymère isolant électrique, par exemple du polyimide, est déposée sur la portion 9 de forme incurvée du corps 10, par une technique adaptée, par exemple par projection thermique,

- une couche d’inconel (marque déposée) est déposée sur la couche de polyimide par exemple par dépôt en phase vapeur,

- un usinage de la couche d’inconel (marque déposée) permet de réaliser un circuit électrique 4,

- ce dernier est recouvert d’une couche 5 de polyimide déposée par projection thermique 11 .

Tel qu’il ressort de ce qui précède, et comme il a déjà été indiqué ci-dessus, le procédé selon l’invention permet avantageusement de pallier les inconvénients de l’état de la technique, et d’équiper tous types de surface, c’est-à-dire quelle que soit sa forme ou le matériau la constituant, d’un dispositif de régulation thermique formé d’une piste résistive encapsulée entre deux couches d’un matériau isolant électrique.