CA1053960A - Procede et dispositifs pour l'usinage photochimique d'objets - Google Patents

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION:

Procédé pour l'usinage photochimique d'un objet, du type consistant substantiellement à recouvrir la surface à usiner de l'objet d'une couche d'un polymère photosensible; à préparer une image ou masque: à entourer l'objet ainsi préparé d'une enveloppe transparente; à soumettre la couche photosensible à
travers l'enveloppe et le masque à l'action de la lumière et à
dissoudre les parties non polymérisées de la couche photosensible, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer le masque sur l'en-veloppe transparente. Et, un dispositif pour l'application de ce procédé.

Description

10539f~0 La présente invention concerne un procede et un dispositif pour l'usinage photochimique d'un objet.
Par usinage, ilfaut comprendre des operations telles que gravure, decoupage de précision, usinage d'allègement, exe-cution d'empreintes, mise au point d'outillage et toutes operations similaires.
Par objet, il faut comprendre tous articles en metal ou ceramique telle que verre, cristal, porcelaine, ces articles étant indifféremment utilitaires ou decoratifs et les surfaces à
usiner pouvant indifferemment être planes, developpables ou gau-ches. Les materiaux peuvent être opaques ou transparents.
d~ Une application particulière concerne la gravure de pièces metalliques telles que bascules et canons en armurerie.
Selon la presente invention, il est prevu un procede pour l'usinage photochimique d'un objet, du type consistant subs-tantiellement à recouvrir la surface à usiner dudit objet d'une ~; couche d'un polymère photosensible; à preparer une image ou masque; à entourer l'objet ainsi prepare d'une enveloppe trans-;; parente; à soumettre la couche photosensible à travers l'enveloppe -et le masque à l'action de la lumière et à dissoudre les parties non polymerisees de la couchç photosensible, caracterise en ce -qu'il consiste à appliquer le masque sur cette enveloppe trans-parente.
Selon la presente invention, il est aussi prevu un dispositif pour l'application du procede selon la revendication 1, - caracterise en ce qu'il'consiste substantiellement en la combinaison d'au moins un support pour l'objet à usiner prealablement recouvert, ~-- sur ses parois à usiner, d'une couche photosensible, d'une en- - ~-veloppe transparente entourant l'objet à usiner, et d'un masque applique sur ladite enveloppe.

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Le choix de la résine photosensible est dicté par la piece mise ei~ oeuvre, par la nature chimique de la surface a traiter et, dans une certaine mesure par la finesse des détails à reproduire.
Le masque appliqué sur ladite couche photosensible peut être réalisé par la projection directe d'une image. Il peut ~galement être constitué par un masque figurant le profil corré-latif à l'usinage. Un tel masque peut etre appliqué sur la couche photosensible soit par pression, soit par dépression.
- 10L'isolation a pour effet de polymeriser la couche photosensible et de la rendre insoluble au niveau des plages ~ touchees~par le rayonnement lorsqu'on utilise un photopolymère :~ ' , ... .
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négatif. Dans le cas contraire, l'effet est inversé.
La dissolution des parties de la couche photosensible non polymérisée se fera avantageusement par l'action d'un bain chimique approprié.
Ce procédé peut être appliqué à l'intervention de moyens simples, eux-m8mes déterminés par la morphologie et les dimensions des pièces à usiner. Il en résulte que le procédé peut être complété par des phases additionnelles au prorata de ses applications. Par exemple, si l'on envisage l'usinage de matériaux transparents tels que des articles en verre ou en cristal, il s'im-- pose une opération supplémentaire en raison de leur transparence ,` et des difficultés d'accrochage du ph~polymère.
Pour une telle mise en oeuvre du procédé de l'invention, les surfaces des articles transparents seront parfaitement dé-, graissées avant sensibilisation en vue de faciliter l'accrocha-ge. De plus, en vue de l'insolation, le photopolymère sera rendu - opaque par l'addition d'un colorant évitant au rayonnement de percer la couche photosensible avec, pour conséquence, de se ~; réfléchir surla face opposée.
,j,!, ', 20 On pourrait atteindre un résultat similaire en recou- -vrant au préalable les surfaces non usinées par un vernis empê-chant la réflexion~ le photopolymère étant ensuite déposé sur lesdites surfaces vernies.
- A simple titre d'exemple non limitatif, deux applica-~-- tions caractériRtiques sont décrites plus en détail ci-après -en se référant aux dessi~s annexés dans lesquels: -la figure 1 représente schématiquement en vue explosée les éléments intervenant dans l'application du procédé pour - l'usinage d'une bascule d'arme de chasse;
'; 30 les figures 2 et 3 représentent schématiquement en vue , ~
; explosée, respectivement en élévation et en plan, les éléments : de la figure 1 dans une première phase caractéristique d'appli-: ' ~:.- . -,t -3-~ ~-~ ' : ' - , - , ,,, 10539~0 :- cation du procédé
.~ la figure 4 (deuxième feuille de dessins) représente schématiquement une vue en direction de la flèche F4 de la figu-re 2;
~, les figures 5 et 6 représentent schématiquement en vue ; ~`
.-. explosée, respectivement en élévation et en plan, les éléments de ~-- la figure 1 dans une deuxième phase caractéristique d'applica-: tion du procédé;
la figure 7 représente schématiquement une vue en di-, . 10 rection de la flèche F7 de la figure S;
.- la figure 8 représente schématiquement les éléments de - la figure 1 assemblés et prêts par la phase d'insolation;
.. la figure 9 représente schématiquement à échelle agran-die la partie indiquée en F9 à la figure 8;
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y~ la figure 10 représente schématiquement en coupe trans-: e ~ i . versale un dispositif applicable plus spécialement pour l'usina-. ge de surfaces gauches;
. la figure 11 représente schématiquement à échelle a-grandie la partie indiquée en Fll à la figure 10;
-~ 20 les figures 12, 13 et 14 représentent schématiquement l'action du procédé de l'invention appliquant une résine photo-- ~ sensible négative;
les figures 15, 16 et 17 représentent schématiquement l'action du procédé de l'invention appliquant une résine photo-- ; sensible positive.
.; -, Comme représenté schématiquement en vue explosée à la , figure 1, un dispositif conforme a l'invention peut consister . . substantiellement en un support formé de deux parties mutuelle-~- ment emboitables 1-2 entre lesquelles peut être fermement immo-s'~ -. 30 bilisée la pièce à usiner 3. Lesdits éléments 1-2 sont tels que, lorsqu'ils sont mutuellement emboîtés en immobilisant la pièce à
~-- usiner 3, on réalise un ensemble d'allure prismatique sur lequel peut être glissé à frottement doux un manchon transparent 4 ~' ~
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10539~;0 (figures 2 à 8). La pièce à usiner 3 a été au préalable, au moins æur ses faces à usiner, recouverte d'une couche d'une substance photosensible connue en soi. Egalement, avant mise en place dudit manchon transparent 4, un masque 5 est appliqué sur les faces à
usiner, en l'occurrence sur une face supérieure et sur deux faces laterales.
Ce dispositif est, par une soupape 6, susceptible d'être raccordé, par exemple par un tuyau flexible 7, à une pompe à vide 8 (figure 8).
Dans l'exemple schématisé aux figures 1 à 9, l'écran 5 est fixé à ladite partie 1 du support, par exemple à l'inter-vention d'un élément de fixation 9. Cette disposition est telle qu'au départ ledit écran 5 se trouve redressé, permettant ainsi ~
la mise en place de la pièce à usiner 3 et de l'élément d'emboîte- ~-ment 2, après quoi le susdit écran 5 est rabattu sur les faces supérieure et latérales de la pièce à usiner; le manchon transpa-rent 4 peut ensuite être aisément mis en place en enfermant ainsi complètement les deux demi-cellules emboîtées 1-2, la pièce à usiner 3 et l'écran 5. Un joint d'étanchéité 10 est prévu entre les bords dépassants, respectivement de la partie frontale 11 de la pi~ce 1 et de l'encadrement 12 du manchon transparent 4. La-dite soupape 6 est conditionnée d'une telle manière qu'elle est susceptible de mettre en relation la zone comprise entre l'ensem-ble 1-2-3-5 et le manchon transparent 4 avec la pompe à vide 8.
Le dispositif ainsi réalisé ~ soumis à insolation, la lumière atteignant le susdit masque 5 au travers du manchon transparent 4. Lorsque l'insolation aura été suffisante pour :
polymériser les parties ad hoc de la couche de résine photosen- -sible recouvrant la pièce 3, cette dernière est dégagée et sou- -,; .
~ 30 mise à l'action d'un bain chimique approprié en vue de dissoudre les parties non polymérisées.

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Comme schématisé sommairement aux figures 10 et 11, pour l'usinage d'articles présentant des surfaces gauches, on mettra en oeuvre une cellule enveloppante 13 réalisée, par exemple, à partir d'une résine synthétique souple et transpa-rente.
Dans l'exemple schématisé, cette cellule est constituée par deux demi-coquilles 13'-13"; le masque du profil est, par exemple, obtenu par usinage photochimique d'une couche métallique 14 vaporisée sous vide à l'intérieur de la cellule. Celle-ci en-veloppe complètement la pièce 15 et peut également être soumiseaux effets d'une pompe à vide.
Le dispositif ainsi préparé peut, comme dans l'exemple précédent, être successivement soumis à l'insolation, puis à un traitement ~ un bain chimique pour dissoudre les parties de résine photosensible non polymérisées.
Quels que soient les pièces, articles, surfaces usinées, et quels que soient aussi les dispositif~ mis en oeuvre, le procédé selon l'invention agira comme schématisé soit aux figures 12 à 14, soit aux figures 15 à 17, selon que l'on mette en oeuvre une résine photosensible négative ou une résine photosensible - positive. Dans les figures 12 et 15, 16 représente la pièce à usi-ner, 17 la couche photosensible, 18 le masque, en l'occurrence - formé par un film 19 et une couche d'émulsion 20. La lumière est diri8ée en direction des fl~ches F. Dans lesdites figures 12 et 15, on a représenté la face d'exposition ou d'insolation.
Exem~le ~ratiaue:
Pour appliquer le procédé de l'invention, par exemple sur une bascule d'arme de chasse, il pourra 8tre procédé dans ; l'ordre comme suit: après dégraissage de la pièce en trichloréthy-.. ~ , . .
lène en phase vapeur, celle-ci est immergée dans le photo-polymère et retirée de ce dernier apr~s un temps et à une vites-- se fonction de l'épaisseur de la couche désirée et de la dilu-.,, ~ -6-. .
' ' ' 10539~;0 tion du produit. Comme photopolymère, on utilisera évidemment des produits du commerce dont, par exemple, le produit connu sous la dénomination KMER. Selon le cas, on pourrait évidemment utiliser un photopolymère choisi parmi les produits connus sous les matr,i-cules KPR, KPR2, KPR3, KTFR, KOR, KPL, tous produits bien connus de l`homme de l'Art. La pièce ainsi recouverte du photopolymère est soumise à une phase d`étuvage, par exemple à une température de 120C, et pendant une durée de l`ordre de 10 minutes, en vue de durcir la couche sensible. La pièce à usiner est ensuite introdui-te dans une demi-cellule dont la fonction est de réaliser son posi-tionnement par rapport au masque. Ensuite est placée la seconde cellule qui coiffe la pièce à usiner de manière à donner à l'en-semble pièce-cellule une forme prismatique. Sur la pièce est ra-battu le masque. Cet ensemble est enfermé dans un manchon en P.V.C. souple et transparent. Le dispositif ainsi préparé est sou- -mis à l'action d'une pompe à vide, laquelle peut ultérieurement être écartée après fermeture de la soupape. L'ensemble est soumis à l'insolation, la lumière atteignant le susdit masque au travers du manchon. Lorsque l'insolàtion aura été suffisante pour polymé-riser les parties ad hoc de la couche de résine photosensible recouvrant la pièce, cette dernière est dégagée et soumise à
l'action du bain de développement approprié en vue de dissoudre les parties non polymérisées. Le solvant sera évidemment choisi au prorata de la résine photosensible.
Au prorata des résines photosensibles précitées, on pourra utiliser les solva~ts connus tels que, respectivement, KPR Thinner* KOR Thinner, KMER Thinner, KTFR Thinner.
Enfin, la pièce est ensuite étuvée, par exemple pour être portée à une température de l'ordre de 120C pendant une durée de l'ordre de 10 minutes en vue d'effectuer le durcissement de la couche photosensible subsistante.
L'usinage peut s'effectuer par pulvérisation de Fe C13 marquesde commerce de la compagnie Kodak . .
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105~60 sous pression et ~ une température de l'ordre de 55C, ce pendant une durée de l'ordre de 2 minutes.
Le procéde peut être terminé par des phases complémen-taires au prorata des travaux d'usinage à effectuer.
On observera qu'après développement de l'image, l'opé-rateur a la faculté d'effectuer un dépôt métallique par voie élec-trolytique. On obtiendra ainsi une gravure en relief. Celle-ci peut néanmoins également être obtenue en disposant, dans la cel-lule, un masque négatif ou en utilisant un polymère positif.
- lO Au cas où l'on désire procéder à un placage d'or, par exemple dans la gravure, il serait judicieux de réaliser cette opération par immersion dans un bain chimique ou électrolytique avant d'effectuer le "strippage" de la résine photosensible.
Comme dit précédemment, les pièces à usiner, et plus -~ particulièrement de telles pièces présentant des surfaces non dé- -veloppables, pourraient être entièrement enveloppées d'une matière ~ transparente après application de l'image ou du masque et avant ;- insolation.
; Dans les figures 13 et 16, est représenté schématique-ment l'état de la pièce après développement et, dans les figures - 14 et 17, est représenté schématiquement l'état de ladite pièce après application du bain chimique, par exemple après une attaque acide.
On observera que la résine photosensible négative (fi-gure 13) qui n'a pas subi le rayonnement, respectivement, l'inso-lation, est diluée lors du développement. La résine photosensible - positive ~figure 16) réagit de manière inverse. Il a été établi que le procédé de l'invention peut être appliqué sur toutes pièces, tous articles ou surfaces en acier au carbone ou allié, Y 30 acier à outil, acier inoxydable, acier réfractaire, acier au colombium, d'aluminium, de cuivre, de magnésium, de molybd~ne, de zinc, de beryllium, nickel, silicium, germanium, sur du verre, lOS39~;0 du cristal, de la porcelain~ de la céramique en général.
Cette énonciation est purement exemplaire.
Ce que je revendique être mon invention et désire protéger par Brevet d'Invention est;

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Claims (7)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé pour l'usinage photochimique d'un objet, du type consistant substantiellement à recouvrir la surface à
usiner dudit objet d'une couche d'un polymère photosensible; à
préparer une image ou masque; à entourer l'objet ainsi préparé
d'une enveloppe transparente; à soumettre ladite couche photosensi-ble à travers ladite enveloppe et ledit masque à l'action de la lumière et à dissoudre les parties non polymérisées de ladite couche photosensible, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer ledit masque sur ladite enveloppe transparente.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à immobiliser ledit objet dans une cellule et à
disposer ladite cellule dans ladite enveloppe.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il consiste à réaliser une dépression dans ladite enve-loppe transparente, qui est flexible, pour appliquer ledit masque contre ladite enveloppe.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'en vue de l'insolation, le photopolymère est rendu opaque par l'addition d'un colorant évitant au rayonnement de percer la couche photosensible.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'en vue de l'insolation, les surfaces ne devant pas être usinées sont, au préalable, recouvertes par un vernis empêchant la réflexion, le photopolymère étant ensuite déposé sur lesdites surfaces vernies.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les surfaces à usiner sont dégraissées avant sensibi-lisation en vue de faciliter l'accrochage.

7. Dispositif pour l'application du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste substantiellement en la combinaison d'au moins un support pour l'objet à usiner préalablement recouvert, sur ses parois à usiner, d'une couche photosensible, d'une enveloppe transparente entourant ledit objet à usiner, et d'un masque applique sur ladite enveloppe.