FR2654538A1 - Procede et dispositif pour realiser un modele de piece industrielle par polymerisation d'un liquide monomere. - Google Patents

Abstract

Ce procédé comporte n étapes successives, chaque étape consistant à introduire dans une cuve (6), à des niveaux croissants d'une étape à l'autre, le liquide monomère et un liquide support de densité supérieure puis à illuminer une partie de la surface d'équilibre du liquide monomère par un rayonnement capable de le polymériser. Il est prévu un système de mémoires (1) relié à un générateur de rayonnement (2) par un circuit de traitement (3) et des moyens d'introduction dans la cuve du liquide monomère (11-13) et du liquide support (16-18). On peut ainsi maintenir l'objet réalisé dans une situation gravifique pratiquement identique à celle qui existait dans les étapes précédentes et permettre, par l'emploi dans ledit liquide porteur de substances diffusantes et luminescentes, une polymérisation homogène de la pièce par l'emploi de sources U.V. traditionnelles (37).

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réaliser un modèle de pièce industrielle par polymérisation d'un liquide monomère.

Cette technique, ainsi que divers procédés pour sa mise en oeuvre, est décrite notamment dans les Actes de l'Ecole de Photochimie Industrielle de Nancy, décembre 1988, CPIC éditeur, pages 542 à 567, et dont on considèrera les enseignements comme faisant partie de la présente description.

L'un des procédés, qui est d'un type auquel appartient l'invention, comporte n étapes successives, chaque étape comprenant successivement - une introduction d'un liquide monomère dans une cuve jusqu'à un niveau prédéterminé, les niveaux prédéterminés hl, h2 h n des n étapes formant une suite croissante - et une exposition du liquide monomère contenu dans la cuve à un rayonnement apte à polymériser le liquide monomère suivant un volume aplati dont la surface s'étend sur une partie de la surface d'équilibre du liquide monomère et dont l'épaisseur s'étend jusqu'au niveau prédéterminé de l'étape précédente, la forme de la pièce industrielle étant déterminée par des informations représentatives de la forme de n sections de la pièce par n plans parallèles et de la disposition mutuelle de ces n sections, ce rayonnement étant dirigé suivant lesdites informations de manière que les profils des surfaces des n volumes aplatis solidifiés soient respectivement identiques au profil des n sections de la pièce et que ces surfaces soient superposées selon ladite disposition mutuelle.

Ce procédé comporte un inconvénient. On constate en effet que les modèles fabriqués à l'aide de ce procédé présentent dans certains cas des défauts de surface.

La présente invention a pour but de pallier à cet inconvénient.

Elle a pour objet un procédé du type mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que chaque étape de rang p comporte en outre, avant ladite exposition, l'introduction dans la cuve d'un liquide support non polymérisable par ledit rayonnement, ce liquide support ayant une densité supérieure à celle du liquide monomère et à celle du monomère solidifié, ce liquide support s'élevant dans la cuve à chaque étape de rang p à un niveau h 1 égal à celui du liquide monomère dans l'étape précédente, de façon à supporter le liquide monomère de niveau hp, p étant un nombre entier prenant successivement les valeurs 2, 3------n.

Dans un mode de mise en oeuvre de procédé selon l'invention, l'exposition du liquide monomère à un rayonnement comporte, à chaque étape - une première exposition d'un cordon périphérique fermé longeant le profil de la surface dudit volume aplati, cette première exposition s'effectuant par déplacement non nécessairement continu d'un faisceau de rayonnement sur la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve, - une évacuation du liquide support et du liquide monomère de la cuve situé à l'extérieur dudit cordon, - et une deuxième exposition du liquide monomère entouré par ledit cordon, cette exposition s'effectuant globalement par un autre rayonnement fixe par rapport à la cuve.

Dans divers modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le liquide monomère est soit du type unifonctionnel, soit du type polyfonctionnel, soit un mélange de liquide monomère unifonctionnel et polyfonctionnel. Le liquide monomère peut aussi contenir un additif sensibilisateur apte à augmenter la vitesse de polymérisation ou un des additifs luminescents.

Le liquide support est de préférence non miscible avec le liquide monomère, mais il peut contenir un additif fluide miscible à la fois avec le liquide support et avec le liquide monomère.

Selon un autre aspect de la présente invention, dans un procédé du type générique précité, on introduit dans la cuve un liquide support non polymérisable, ce liquide support ayant une densité supérieure à celle du liquide monomère, de façon à éliminer le liquide monomère en excès.

La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour réaliser un modèle de pièce industrielle par polymérisation d'un liquide monomère, comportant - une cuve, - des moyens d'introduction d'un liquide monomère dans la cuve, - un système de mémoires contenant des informations représentatives de la forme de la pièce industrielle, - un circuit de traitement relié au système de mémoires et capable de délivrer, à partir de ces informations, des signaux représentatifs de la position d'éléments du volume de la pièce, ces signaux étant délivrés suivant un premier balayage s'effectuant suivant n plans parallèles successifs, - un générateur d'un faisceau de rayonnement relié à la sortie du circuit de traitement, ce faisceau étant apte à provoquer par polymérisation la solidification du liquide monomère, - des moyens reliés au circuit de traitement pour diriger le faisceau vers des portions successives de la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve suivant un deuxième balayage, ce deuxième balayage s'effectuant suivant n plans successifs horizontaux dont le niveau s'élève progressivement au-dessus du fond de la cuve, - des moyens d'asservissement reliés au circuit de traitement et aux moyens d'introduction du liquide monomère, pour régler le niveau du liquide monomère dans la cuve à des valeurs prédéterminées croissantes hl, h2 h n correspondant aux n plans successifs horizontaux, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte en outre - des moyens d'introduction dans la cuve, sous le liquide monomère, d'un liquide support de densité supérieure à celle du liquide monomère - et un système d'asservissement relié au circuit de traitement et aux moyens d'introduction du liquide support, pour régler le niveau de ce liquide support à des valeurs prédéterminées inférieures aux valeurs du niveau du liquide monomère.

Dans un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, celui-ci comporte des moyens reliés au circuit de traitement pour enlever de la cuve le liquide support et une première partie du liquide monomère par une ouverture ménagée dans le fond de la cuve, et une source d'un rayonnement fixe par rapport à la cuve, cette source étant reliée au circuit de traitement pour irradier toute la deuxième partie du liquide monomère restant dans la cuve après l'enlèvement de ladite première partie.

Dans un autre mode de réalisation du générateur selon l'invention, le générateur du faisceau de rayonnement comporte un émetteur laser, et, lesdits moyens pour diriger le faisceau vers la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve comportant un système optique convergent mobile, des moyens pour déplacer le système optique convergent au-dessus de la cuve, et des moyens pour régler la distance de focalisation du système optique.

Dans un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, lesdits moyens pour diriger le faisceau optique vers la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve comportent un réflecteur tournant disposé à la sortie du système optique convergent et capable de modifier l'inclinaison du faisceau par rapport à la verticale.

Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie du dispositif illustré par la figure I, - la figure 3 montre une modification de détail du dispositif illustré par la figure 2, - et la figure 4 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

Sur la figure 1, est représenté un système de mémoires 1, disposé à la sortie d'un ordinateur non représenté qui a été utilisé pour déterminer par la méthode de conception assistée par ordinateur (C.A.O.) les caractéristiques d'une pièce telle qu'une bielle. Un générateur optique 2 est connecté à la sortie du système 1 à travers un circuit de traitement 3. Le générateur 2 peut être un générateur laser, par exemple du type à excimère. Il peut s'agir également d'une source de rayons X, gamma ou d'électrons.

Le générateur 2 émet un rayonnement 4 qui est concentré sur une portion 5 du volume interne d'une cuve 6 par un système optique convergent 7. Un système de commande 8, branché entre la sortie du circuit 3 et le système optique 7, permet de régler la distance de focalisation du système optique 7.

Le dispositif comporte des moyens de déplacement du système optique 7 au-dessus de la cuve 6 dans un plan horizontal 9. Ces moyens comportent des moteurs tels que 10 reliés à la sortie du circuit 3. Un système d'alimentation de la cuve 6 en un liquide monomère comporte une canalisation 11 reliant un réservoir 12 de ce liquide à l'intérieur de la cuve 6. Une pompe électrique 13, commandée par un système d'asservissement 14 du niveau 15 de liquide monomère de la cuve 6, est placée en série sur la canalisation 11. L'entrée du système 14 est reliée électriquement à la sortie du circuit de traitement 3.

Un autre système d'alimentation de la cuve 6 en un liquide support, plus dense que le liquide monomère, comporte une canalisation 16 reliant un réservoir 17 du liquide support à une ouverture ménagée dans le fond de la cuve 6. Une pompe électrique 18 commandée par un système d'asservissement 19 du niveau 20 du liquide support dans la cuve 6, est placée en série sur la canalisation 16.

La figure 2 représente en perspective la cuve 6, ses moyens d'alimentation en liquide ainsi qu'un mode de réalisation préféré des moyens de déplacement du système optique 7. Ces moyens de déplacement comprennent deux moteurs 23 et 24 solidaires de deux rails 25 et 26 fixés longitudinalement sur deux bords supérieurs parallèles de la cuve 6. Les arbres de sortie des moteurs 23 et 24 sont reliés, par des systèmes d'engrenages à vis sans fin, à deux chariots mobiles 27 et 28 coulissant le long des rails 25 et 26. Un troisième rail 29 est fixé transversalement sur des chariots 27 et 28. Un moteur 30 fixé à une extrémité du rail 29 est relié par un système d'engrenage à vis sans fin, à un chariot 31 coulissant le long du rail 29. Le générateur laser 2 est disposé de manière à délivrer un faisceau 32 parallèle au rail 25 vers un réflecteur 33 fixé sur le chariot 28.Le réflecteur 33 dévie le faisceau 32 parallèlement au rail 29 vers un autre réflecteur 34 fixé sur le chariot 31. Le réflecteur 34 réfléchit verticalement le faisceau qu'il reçoit vers le système optique 7 fixé aussi sur le chariot 31. Le système optique 7, à axe vertical et à distance de focalisation variable, concentre l'énergie laser sur une portion superficielle 5 du liquide contenu dans la cuve 6.

La figure 2 montre également le réservoir 12 de liquide monomère, relié au volume intérieur de la cuve par la canalisation Il sur laquelle est disposée la pompe 13. Cette figure montre de plus le réservoir 17 de liquide support, relié à une ouverture du fond de la cuve 6 par la canalisation 16 sur laquelle est disposée la pompe 18.

La figure 3 représente un détail d'une variante du mode de réalisation illustré par la figure 2. Dans cette variante, le chariot 31 comporte, outre un système optique 7 à focalisation variable, un dispositif complémentaire composé de un ou plusieurs miroirs tournants 35 disposés à la sortie du système optique 7. Ces miroirs permettent d'incliner par rapport à la verticale 38 le faisceau laser focalisé ; la rotation de ces miroirs est assurée par des moteurs 36 fixés aussi sur le chariot 31. Les moteurs 36 sont reliés électriquement au circuit de traitement 3 (figure 1).

Le dispositif illustré par les figures 1, 2 et 3 fonctionne de la manière suivante.

Les mémoires du système 1 contiennent des informations, par exemple numériques représentatives de la forme de la pièce à reproduire dont les caractéristiques ont été déterminées à l'aide de l'ordinateur suivant la méthode C.A.O.

Le volume de la pièce est divisé en un certain nombre d'éléments et les informations du système 1 déterminent la position des différents éléments de la pièce par rapport à un système de référence tel qu'un système d'axes trirectangles xyz. Le circuit de traitement 3 permet de classer ces informations dans l'ordre d'un balayage du volume de la pièce et de délivrer des signaux de positionnement correspondants. Ces signaux sont représentatifs d'une part de la forme de n sections de la pièce par n plans parallèles et d'autre part de la disposition mutuelle de ces n sections.

Le procédé de réalisation de la pièce comporte n étapes successives qui sont d'abord décrites dans le cas où on utilise le dispositif illustré par les figures 1 et 2.

Dans une première étape, les signaux du circuit 3 sont transmis à la pompe 13 qui verse dans la cuve 6, initialement vide, du liquide monomère stocké dans le réservoir 12. L'écoulement du liquide est arrêté par le système d'asservissement 14 lorsque le niveau au-dessus du fond de la cuve atteint une valeur prédéterminée hl relativement faible ; le système de commande 8 règle la distance de focalisation du système optique 7 de manière que le point de focalisation du faisceau laser soit situé dans la cuve un peu au dessous du niveau hl, par exemple au niveau h2 . Les
2 signaux du circuit 3 sont également transmis aux moteurs 23 et 24 qui fonctionnent en synchronisme de manière à maintenir le rail 29 perpendiculaire aux rails 26 et 27. Ces signaux sont transmis aussi au moteur 30.Le système optique 7 est ainsi déplacé horizontalement dans le plan 9 suivant le balayage de la pièce à reproduire de façon à exposer au rayonnement laser des portions successives d'une partie de la surface d'équilibre du liquide, cette partie correspondant à une première section de la pièce par le premier des n plans parallèles. Les portions du liquide monomère ainsi exposées sont polymérisées et solidifiées suivant un volume aplati dont la surface s'étend sur ladite partie de surface d'équilibre et dont l'épaisseur correspond au niveau h On obtient ainsi une première tranche du modèle, reposant sur le fond de la cuve.

Dans une deuxième étape, la pompe 18 introduit dans la cuve 6 du liquide support stocké dans le réservoir 17. Ce liquide s'étale dans la cuve sous le liquide monomère, de façon à élever un peu le niveau du liquide monomère au-dessus du niveau hl et à former une couche sous-jacente de liquide support. Le circuit d'asservissement 19 arrête l'écoulement du liquide support lorsque le niveau de la couche sous-jacente atteint le niveau h1 du liquide monomère dans l'étape précédente.

Ensuite la pompe 13 est mise en marche afin de porter le niveau du liquide monomère à une valeur prédéterminée h2 supérieure à hl. Le point de focalisation du système optique 7 est réglé un peu au dessous du niveau h2, par exemple au niveau h1 2 . Le système optique 7 est ensuite
2 déplacé horizontalement de façon à exposer au rayonnement laser des portions successives d'une autre partie de la surface d'équilibre du liquide, cette autre partie correspondant à une deuxième section de la pièce par le deuxième desdits n plans parallèles. Le liquide monomère est ainsi solidifié suivant un autre volume aplati dont l'épaisseur est égale à h2 hl. On obtient ainsi une deuxième tranche du modèle qui adhère par sa surface inférieure à la surface supérieure de la première tranche.

On constate que le matériau polymérisé par l'action du rayonnement laser a une densité supérieure à celle du liquide monomère dont il est issu.

La couche sous-jacente de liquide support a une densité supérieure à celle de ce matériau polymérisé, ce qui lui permet de soutenir les portions solidifiées qui ne sont pas situées directement sur le volume solidifié à l'étape précédente, et d'éviter que ces portions ne tombent au fond de la cuve par suite de leur densité supérieure à celle du liquide monomère. Ce dernier phénomène indésirable peut se produire notamment, en utilisant le procédé selon l'art antérieur, lorsque la surface du modèle a une forme qui s'élargit lorsqu'on passe d'une étape à la suivante. Ce phénomène entraîne alors une détérioration de l'état de surface du modèle. La couche du liquide support sous-jacente selon la présente invention joue ainsi un rôle analogue à celui du volume déjà solidifié sur lequel le nouveau matériau polymère peut se fixer.

Les étapes suivantes sont tout à fait analogues à la deuxième étape qui vient d'être décrite, étant entendu qu'à chaque étape de rang p où le niveau 15 du liquide monomère est réglé à une valeur hp, de niveau 20 du liquide de support est réglé à une valeur hp 1 égale à celle du niveau du liquide monomère à l'étape précédente.

Lorsqu'on utilise le dispositif illustré par les figures 1 et 2, il est clair que chaque portion solidifiée a la forme d'un petit cylindre vertical.

Ces cylindres se raccordent les uns aux autres dans la partie pleine du modèle, mais donnent à la surface extérieure du modèle une forme qui s'éloigne d'autant plus de la réalité que l'écart entre les niveaux successifs hl h est plus important. L'utilisation du dispositif illustré par la figure 3 permet d'améliorer la qualité de surface du modèle en donnant au faisceau laser focalisé, pour la réalisation des portions superficielles du modèle, une inclinaison A par rapport à la verticale 38, identique à l'inclinaison du plan tangent à la surface des éléments correspondants de la pièce à reproduire. Le modèle ainsi réalisé a ainsi une forme plus proche de celle de la pièce à reproduire.

Les liquides monomères qui peuvent être utilisés dans le dispositif selon la présente invention peuvent être classés en deux catégories principales: les monomères unifonctionnels et les monomères polyfonctionnels. Les monomères unifonctionnels se polymérisent par réaction en chaîne sous l'effet du rayonnement, tandis que les monomères polyfonctionnels se polymérisent par réactions avec branchement ou par réticulation. Avec un monomère polyfonctionnel, plus l'intensité du rayonnement est importante, plus la dureté du matériau solidifié est élevée.Toutefois, pour des monomères polyfonctionnels formés de molécules de petite taille, la présence d'un flux excitateur élevé entraîne la formation de radicaux libres ou d'autres espèces réactives en forte quantité qui disparaissent ensuite par suite de processus de recombinaison radicalaires: il en résulte la formation de résines de faibles masses présentant des tensions internes susceptibles de rendre fragile le modèle.

Pour pouvoir exposer les liquides monomères à des flux excitateurs élevés, il est possible d'utiliser soit des monomères polyfonctionnels formés de molécules de plus grande taille, soit des mélanges de monomères unifonctionnels et polyfonctionnels. D'une manière générale, les substances solidifiées formées par réticulation à partir de monomères polyfonctionnels sont insolubles dans les liquides monomères, ce qui n'est pas toujours le cas pour les substances polymérisées à partir de monomères unifonctionnels.

Le liquide photo polymérisable est toujours constitué de deux systèmes : le système amorceur et le système "résine", chacun d'entre eux pouvant être constitué d'un ou de plusieurs types de molécules.

Le système amorceur peut être constitué très simplement d'un seul type de molécule qui, après absorption d'un photon excitateur se décomposera directement par scission homolytique en espèces amorçantes radicaux libres en cas de polymérisation radicalaire, acides forts en cas de polymérisation cationique.

Ces amorceurs sont des acétophénones substituées (haloacétophénones, alcoxyacétophénones), des benzolnes et éthers de benzoînes, des dérivés de benzoyle oxine, des phosphènes oxydes, des cétones aromatiques contenant une liaison carbone-soufre (sulfures, sulfoxydes, sulfones) des composés azoiques ou des a-amino-cétones substituées dans le cas de la polymérisation radicalaire et des sels de diazonium, de dialkyl-4-hydroxyaryl-sulfonium ou de dialkylphénacyl-sulfonium dans le cas de polymérisation cationique.

Le système amorceur peut également contenir un transféreur d'électrons ou d'hydrogène dans le cas où l'amorceur seul ne permet pas la formation de l'espèce amorçante. Les amorceurs utilisés dans ce cas sont des diarylcétones (dérivés de la benzophénone, de la fluorénone, de l'anthrone, de la xanthone, de l'acridone ou de la thioxanthone), des dérivés du benzile (ou diphényléthanedione) ou des cétocoumarines dans le cas de la polymérisation radicalaire et des sels de diaryliodonium, de triarylsulfonium, de triarylsélénonium ou de ferrocénium dans le cas de la polymérisation cationique. Les donneurs d'hydrogène les plus réactifs sont ceux portant l'atome d'hydrogène en a d'un oxygène (les éthers aliphatiques) en d'un azote (les amines aliphatiques et plus particulièrement les amines tertiaires) ou directement attaché à un soufre (thiols et thioéthers).Les alcools et les hydrocarbures aliphatiques, bien que moins réactifs, peuvent également jouer ce rôle. Les amines tertiaires constituent les meilleurs donneurs d'électrons.

Le système amorceur peut contenir un photosensibilisateur au cas où les spectre d'absorption de l'amorceur ne coïncide pas avec la longueur d'onde de la source d'irradiation ou pour accélérer la vitesse de polymérisation.

La photosensibilisation d'amorceurs radicalaires se fait par transfert d'énergie -avec des dérivés de la thioxanthone (isopropylthioxanthone par exemple)- ou par transfert d'électrons. La photosensibilisation d'amorceurs cationiques se fait essentiellement par transfert d'électrons, soit directement avec des molécules de types arènes (anthracène, perylène par exemple) ou la phénothiazine, soit indirectement après transfert d'hydrogène avec des dérivés du type cétones aromatiques (thioxanthone, acétophénone, benzophénone).

Le système "résine" peut être constitué soit d'un seul type de monomère soit d'un mélange de monomères mono, di, tri ou même tétrafonctionnels. Le choix est dicté par les caractéristiques désirées du matériau avant polymérisation (viscosité, tension de vapeur), du matériau après polymérisation (insolubilité dans le liquide de départ, état physique solide) et de la réaction de polymérisation (cinétique, retrait ou différence relative entre les densités du matériau avant et après polymérisation). Le choix résulte généralement d'un compromis entre les propriétés présentant un avantage et celles présentant un inconvénient.

Dans le cas de polymérisation radicalaire, on utilise généralement des résines acrylates, polyesters insaturés, thiols-ènes ou uréthanes. Dans le cas de polymérisation cationique on utilise généralement des résines époxy (cycloaliphatiques, de diglycidyléthers aromatiques ou aliphatiques), de divinyléthers, de spiroorthoester ou de spiroorthocarbonate.

Il est également possible d'utiliser un système mixte constitué de monomères polymérisants par voie cationique et par voie radicalaire. Les deux types de systèmes amorceurs doivent alors être présents.

Il peut être utile aussi, dans certains cas, d'ajouter au liquide monomère un additif luminescent, par exemple pour effectuer certaines mesures optiques sur le modèle.

On peut utiliser, comme liquide support, par exemple de l'eau chargée de sels. Toutefois, le liquide support n'étant pas miscible avec le liquide monomère, le niveau 20 du liquide support dans la cuve n'est pas toujours parfaitement constant et la couche de liquide monomère n'a pas toujours une épaisseur constante. Pour pallier cette difficulté éventuelle, il peut être avantageux d'ajouter au liquide support, en faible quantité, une substance soluble à la fois dans le liquide monomère et dans l'eau. Cette substance peut être, à titre d'exemple, un alcool, une acétone, ou un produit tensio-actif. Dans ces conditions, la distance entre les interfaces 15 et 20 est sensiblement indépendante de la région de la cuve où on la mesure.

Un petit objet de surface 5 cm2 et de hauteur 1,5 cm représentant un pont comportant des piles carrées de 1 cm de côté, surmontées d'une traverse s'appuyant sur ces piles, de longueur 5 cm, a été réalisé à l'aide d'un dispositif analogue à celui représenté sur les figures 1 et 2. Le générateur de rayonnement était une lampe à vapeur de mercure haute pression, de puissance 500 W, délivrant un faisceau parallèle capable d'être focalisé.

Un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention est représenté sur la figure 4. Ce mode de réalisation comporte les mêmes éléments que celui illustré sur la figure 1, désignés par les mêmes références numériques. Le dispositif illustré par la figure 4 comporte de plus une canalisation 21 d'évacuation de la cuve, raccordée à une ouverture ménagée dans le fond de la cuve 6, et une pompe 22 insérée dans la canalisation 21 et reliée à la sortie du circuit de traitement 3. Le dispositif de la figure 4 comporte aussi des sources 37 d'un rayonnement fixes par rapport à la cuve, disposées de façon à irradier globalement l'intérieur de la cuve 6.

Le fonctionnement du dispositif illustré par la figure 4 est modifié par rapport à celui de la figure 1 comme expliqué ci-dessous.

A chaque étape, le déplacement du système optique 7 n'est commandé par le circuit 3 que pour solidifier un cordon périphérique fermé longeant le profil de la partie de surface à irradier. Le liquide monomère contenu alors dans la cuve comporte une première partie extérieure au cordon et une deuxième partie entourée par le cordon.

Le circuit 3 met alors en marche la pompe 22 de façon à enlever de la cuve le liquide support (s'il s'agit d'une étape d'ordre au moins égale à 2) et la première partie du liquide monomère.

Puis le circuit 3 déclenche le fonctionnement des sources de rayonnement 37, de façon à solidifier en un court instant toute la surface située à l'intérieur du cordon.

Cette solidification en deux phases successives permet de diminuer le temps total de solidification et d'augmenter l'homogénéité du matériau du modèle.

A l'étape suivante du procédé, on introduit dans la cuve du liquide monomère et du liquide support de façon à permettre la polymérisation d'une autre tranche du modèle.

Bien entendu, contrairement à ce qui est représenté schématiquement sur la figure 4, les sources fixes de rayonnement 37 peu stigmatiques sont disposées au-dessus de la cuve de façon à pouvoir illuminer son volume intérieur sans gêner le déplacement du système optique 7. De plus, le dispositif peut comporter des moyens non représentés pour écarter de la cuve le chariot mobile 31 pendant l'irradiation effectuée par les sources 37, de façon que ce chariot et ses accessoires ne puissent être interposés sur le trajet du rayonnement fixe.

Il est possible d'adapter sans difficulté au dispositif illustré par la figure 4 des systèmes annexes. C'est ainsi qu'il est possible de mettre en place un système de vidange du liquide monomère entouré par le cordon, de façon à obtenir un modèle creux.

Enfin, selon un dernier mode de mise en oeuvre de l'invention, on n'utilise pas, dans un premier temps, de liquide porteur comme par exemple l'eau salée dont il a été fait mention plus haut. La pièce est donc réalisée par sa surface comme cela a été également précisé par une méthode de couches traditionnelles, en elle-même connue.

Dans ces procédés connus, la pièce volumique contenant du monomère non polymérisé est sortie du bac contenant ledit monomère pour être polymérisé en masse par photopolymérisation à l'aide de sources U.V.

conventionnelles. Toutefois, pour la réalisation de pièces de grande taille, la présence de liquide à l'intérieur de la pièce induit, quand celle-ci n'est plus immergée dans son bain de monomère, des déformations liées à des effets gravifiques.

L'utilisation du procédé décrit ici permet de pallier cet inconvénient majeur en remplaçant le monomère par un liquide non miscible porteur, non pas couche après couche, mais en une fois après réalisation de la pièce par sa surface. Dans ces conditions, l'objet réalisé est maintenu pratiquement en absence d'effets gravifiques et ne se déforme plus.

Le liquide porteur peut avantageusement être obtenu à partir d'eau additionnée de sels dont la densité est adaptée pour permettre d'éliminer le monomère, qui doit avoir une densité inférieure à celle du liquide porteur. L'emploi d'un tel fluide, transparent aux rayonnements U.V.

utilisés classiquement pour polymériser en masse l'objet dans une étape ultérieure, permet en outre une limitation des effets thermiques induits par cette réticulation photochimique.

Ce liquide porteur peut enfin présenter d'autres particularités - contenir des substances diffusant la lumière, comme des particules de solides divisés: alumine, oxyde de titane, etc... qui permettent à la lumière provenant des sources U.V. d'être diffusée dans tout le réacteur, permettant d'atteindre des zones masquées.

- contenir des substances luminescentes et en particulier fluorescentes.

L'utilisation dans le milieu porteur de telles substances permet, par l'émission à une longueur d'onde adaptée, une absorption homogène ou quasi homogène de lumière dans la pièce et, plus précisément, dans le monomère liquide. Dans ces conditions, la polymérisation est isotrope et la pièce ne subit qu'une déformation isotrope. En revanche, dans les procédés traditionnels, l'absorption de lumière a lieu sur des profondeurs faibles et est susceptible d'induire par une polymérisation spatialement résolue dans le temps, des déformations incompatibles avec le cahier des charges du concepteur de la pièce.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour réaliser un modèle de pièce industrielle par polymérisation d'un liquide monomère, comportant n étapes successives, chaque étape comprenant successivement - une introduction d'un liquide monomère dans une cuve jusqu'à un niveau prédéterminé, les niveaux prédéterminés hl, h2 h n des n étapes formant une suite croissante - et une exposition du liquide monomère contenu dans la cuve à un rayonnement apte à polymériser le liquide monomère suivant un volume aplati dont la surface s'étend sur une partie de la surface d'équilibre du liquide monomère et dont l'épaisseur s'étend jusqu'au niveau prédéterminé de l'étape précédente, la forme de la pièce industrielle étant déterminée par des informations représentatives de la forme de n sections de la pièce par n plans parallèles et de la disposition mutuelle de ces n sections, ce rayonnement étant dirigé suivant lesdites informations de manière que les profils des surfaces des n volumes aplatis solidifiés soient respectivement identiques au profil des n sections de la pièce et que ces surfaces soient superposées selon ladite disposition mutuelle, caractérisé en ce que chaque étape de rang p comporte en outre, avant ladite exposition, l'introduction dans la cuve (6) d'un liquide support non polymérisable par ledit rayonnement, ce liquide support ayant une densité supérieure à celle du liquide monomère et à celle du monomère solidifié, ce liquide support s'élevant dans la cuve à chaque étape de rang p à un niveau hop 1 (20) égal à celui du liquide monomère dans l'étape précédente, de façon à supporter le liquide monomère de niveau h (15), p étant un

p nombre entier prenant successivement les valeurs 2, 3-------n.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'exposition du liquide monomère à un rayonnement comporte, à chaque étape - une première exposition d'un cordon périphérique fermé longeant le profil de la surface dudit volume aplati, cette première exposition s'effectuant par déplacement d'un faisceau de rayonnement sur la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve, - une évacuation du liquide support et du liquide monomère de la cuve (6) situé à l'extérieur dudit cordon - et une deuxième exposition du liquide monomère entouré par ledit cordon, cette exposition s'effectuant globablement par un autre rayonnement fixe par rapport à la cuve.

3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le liquide monomère est du type unifonctionnel.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide monomère est du type polyfonctionnel.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide monomère est un mélange de liquide monomère unifonctionnel et de liquide monomère polyfonctionnel.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide monomère contient un additif sensibilisateur apte à augmenter la vitesse de polymérisation.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide monomère contient un additif luminescent.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide de support est non miscible avec le liquide monomère.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide support contient un additif fluide miscible à la fois avec le liquide support et avec le liquide monomère.

10. Procédé pour réaliser un modèle de pièce industrielle par polymérisation d'un liquide monomère comportant n étapes successives, chaque étape comprenant successivement - une introduction d'un liquide monomère dans une cuve jusqu a un niveau prédéterminé, les niveaux prédéterminés hl, h2 h des n étapes formant

n une suite croissante - et une exposition du liquide monomère contenu dans la cuve à un rayonnement apte à polymériser le liquide monomère suivant un volume aplati dont la surface s'étend sur une partie de la surface d'équilibre du liquide monomère et dont l'épaisseur s'étend jusqu'au niveau prédéterminé de l'étape précédente, la forme de la pièce industrielle étant déterminée par des informations représentatives de la forme de n sections de la pièce par n plans parallèles et de la disposition mutuelle de ces n sections, ce rayonnement étant dirigé suivant lesdites informations de manière que les profils des surfaces des n volumes aplatis solidifiés soient respectivement identiques au profil des n sections de la pièce et que ces surfaces soient superposées selon ladite disposition mutuelle, caractérisé en ce que, après l'exécution des n étapes successives, on introduit dans la cuve (6) un liquide support non polymérisable, ce liquide support ayant une densité supérieure à celle du liquide monomère, de façon à éliminer le liquide monomère en excès.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'exposition du liquide monomère à un rayonnement comporte, à chaque étape - une première exposition d'un cordon périphérique fermé longeant le profil de la surface dudit volume aplati, cette première exposition s'effectuant par un déplacement non nécessairement continu d'un faisceau de rayonnement sur la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve, - une formation, au-dessus de l'objet en cours de fabrication, d'une couche de monomère de hauteur connue, et en ce que, après l'étape finale d'élimination du liquide monomère en excès par introduction du liquide support non polymérisable, on procède à une polymérisation du liquide monomère contenu à l'intérieur du volume défini par les cordons périphériques antérieurement exposés.

12. Procédé selon la revendication il, caractérisé en ce que l'étape finale de polymérisation est mise en oeuvre par activation d'une source lumineuse U.V. externe.

13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on utilise un liquide transparent aux rayonnements actifs pour effectuer la polymérisation en volume.

14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on utilise, pour la polymérisation en volume, un liquide contenant des substances diffusantes.

15. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on utilise, pour la polymérisation en volume des substances luminescentes susceptibles de permettre une absorption plus homogène de la lumière réémise à l'intérieur du volume à polymériser.

16. Dispositif pour réaliser un modèle de pièce industrielle par polymérisation d'un liquide monomère, comportant - une cuve (6), - des moyens (11, 12, 13) d'introduction d'un liquide monomère dans la cuve, - un système de mémoires (1) contenant des informations représentatives de la forme de la pièce industrielle, - un circuit de traitement (3) relié au système de mémoires (I) et capable de délivrer, à partir de ces informations, des signaux représentatifs de la position d'éléments du volume de la pièce, ces signaux étant délivrés suivant un premier balayage s'effectuant suivant n plans parallèles successifs, - un générateur (2) d'un faisceau de rayonnement relié à la sortie du circuit de traitement (3), ce faisceau étant apte à provoquer par polymérisation la solidification du liquide monomère, - des moyens (10) reliés au circuit de traitement pour diriger le faisceau vers des portions successives de la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve suivant un deuxième balayage, ce deuxième balayage s'effectuant suivant n plans successifs horizontaux dont le niveau s'élève progressivement au-dessus du fond de la cuve, - des moyens d'asservissement (14) reliés au circuit de traitement (3) et aux moyens d'introduction (11, 12, 13) du liquide monomère, pour régler le niveau du liquide monomère dans la cuve (6) à des valeurs prédéterminées croissantes hl, h2 h correspondant aux n plans successifs horizontaux,

n caractérisé en ce qu il comporte, en outre - des moyens d'introduction (16, 17, 18) dans la cuve (6), sous le liquide monomère, d'un liquide support de densité supérieure à celle du liquide monomère - et un système d'asservissement (19) relié au circuit de traitement (3) et aux moyens d'introduction (16, 17, 18) du liquide support, pour régler le niveau de ce liquide support à des valeurs prédéterminées inférieures aux valeurs du niveau du liquide monomère.

17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (21, 22) reliés au circuit de traitement (3) pour enlever de la cuve (6) le liquide support et une première partie du liquide monomère par une ouverture ménagée dans le fond de la cuve, et une source (37) d'un rayonnement fixe par rapport à la cuve, cette source étant reliée au circuit de traitement (3) pour irradier toute la deuxième partie du liquide monomère restant dans la cuve après l'enlèvement de ladite première partie.

18. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le générateur du faisceau de rayonnement comporte un émetteur laser, et, lesdits moyens pour diriger le faisceau vers la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve comportant un système optique convergent (7) mobile, des moyens (10) pour déplacer le système optique convergent au-dessus de la cuve, et des moyens (8) pour régler la distance de focalisation du système optique (7).

19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdits moyens pour diriger le faisceau vers la surface d'équilibre du liquide monomère dans la cuve (6) comportent un réflecteur tournant (35) disposé à la sortie du système optique convergent (7) et capable de modifier l'inclinaison du faisceau par rapport à la verticale (38).