CH722221A2 - Procédé de surmoulage - Google Patents

Abstract

L'article est, par exemple, un composant horloger.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] L'invention concerne un procédé de surmoulage adapté pour réaliser un surmoulage en alliage métallique au moins partiellement amorphe, le surmoulage formant un décor, aussi dit motif, destiné à être rapporté sur un article ou formant un article en tant que tel.

Arrière-plan technologique

[0002] Plusieurs documents décrivent des procédés de surmoulage d'un article avec des motifs en alliage amorphe.

[0003] On peut citer les documents EP 2 315 673 et CH 715 132 qui décrivent des procédés d'incrustation du métal amorphe dans des creusures ménagées dans l'article. Ces procédés sont peu adaptés pour réaliser des surmoulages en relief et nécessitent une étape de terminaison pour rectifier la surface des surmoulages.

[0004] Du document EP 2 370 865, on connaît un procédé de décoration d'un article avec un décor en relief réalisé dans un métal amorphe. Le procédé consiste à utiliser un masque à travers lequel est injecté le métal. Il y a donc un surplus de métal amorphe sur les zones esthétiques et ces dernières doivent dès lors subir une étape de terminaison.

[0005] Dans les procédés d'injection avec moule, plusieurs problèmes se posent pour le métal amorphe. Il n'est pas possible de chauffer le moule à une température proche du point de fusion car la vitesse de refroidissement doit être suffisamment grande pour éviter la cristallisation. Ensuite, l'utilisation de moules métalliques classiques impose des sections de canaux d'injection similaires à l'épaisseur de la cavité à remplir pour éviter de solidifier trop tôt dans les canaux, ce qui empêcherait l'alliage d'atteindre la cavité. Cela impacte négativement la flexibilité des géométries des pièces injectées, notamment pour les pièces de petites dimensions où il faut remplir par une nappe d'alliage qui couvre l'entièreté d'une face de la pièce.

Résumé de l'invention

[0006] La présente invention vise à pallier les manquements précités en proposant un procédé de surmoulage permettant, d'une part, d'injecter sans problèmes de solidification dans les canaux d'injection et sans risque de cristallisation du métal amorphe et, d'autre part, d'obtenir un surmoulage ne requérant pas nécessairement de rectification à l'issue de l'injection.

[0007] A cet effet, il est proposé de partir d'une ébauche faisant office d'outil d'injection destiné à être surmoulé. L'ébauche est réalisée dans un matériau à faible effusivité thermique ou revêtue d'une couche d'un matériau à faible effusivité thermique afin de minimiser l'extraction de chaleur par cette dernière lors du surmoulage. Il est aussi proposé d'injecter depuis une face opposée ou connexe à une autre face destinée à être surmoulée via des trous traversants ménagés au sein de l'ébauche et débouchant sur une cavité formant le négatif du surmoulage à réaliser. En d'autres mots, il est aussi proposé d'injecter depuis une portion d'une surface, opposée ou connexe à une autre portion de la surface destinée à être surmoulée via des trous traversants ménagés au sein de l'ébauche et débouchant sur une cavité formant le négatif du surmoulage à réaliser. Selon l'invention, la cavité peut être ménagée dans l'ébauche et/ou dans le moule d'injection accueillant l'ébauche.

[0008] La faible effusivité thermique de l'ébauche garantit l'absence de solidification dans les trous traversants en amont de la cavité et ainsi l'apport de l'alliage à l'état liquide dans la cavité. Préférentiellement, pour un résultat optimal, il est également proposé d'utiliser un moule d'injection réalisé dans un matériau à faible effusivité thermique. Ceci permet à l'alliage d'épouser parfaitement la forme de la cavité du moule et/ou de l'ébauche pour reproduire fidèlement la géométrie et l'état de surface de la cavité. Il s'ensuit que les surmoulages sont terminés d'un point de vue géométrique et esthétique à l'état brut d'injection, aucune rectification n'étant dès lors nécessaire.

[0009] L'utilisation d'une ébauche réalisée en tout ou en partie dans un matériau à faible effusivité thermique permet de ménager des trous traversants de très petites sections sans risque de figer le métal avant d'atteindre la cavité du moule. Ces trous traversants de très petites sections évitent de fragiliser l'ébauche et permettent de créer des surmoulages de petites dimensions.

[0010] En résumé, le procédé de surmoulage selon l'invention permet de flexibiliser la géométrie des surmoulages, d'améliorer la reproduction des états de surface du moule et/ou de l'ébauche sur le surmoulage et de réaliser des „surmoulages net-shape“. Ce procédé permet ainsi de réaliser des surmoulages avec des formes complexes.

[0011] Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé de surmoulage pour réaliser un surmoulage formant un décor à rapporter sur un article ou un article en tant que tel, ledit surmoulage étant dans un alliage métallique au moins partiellement amorphe, le procédé comprenant les étapes de :

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Mise à disposition d'une ébauche faisant office d'outil d'injection avec une première face destinée à être surmoulée et une deuxième face servant de point d'entrée pour une injection de l'alliage métallique à l'état liquide, ladite ébauche étant munie d'au moins un trou traversant s'étendant entre la première face et la deuxième face et débouchant au niveau du surmoulage à réaliser, le trou traversant formant un canal pour l'injection de l'alliage métallique, ladite ébauche étant réalisée dans un premier matériau ayant une effusivité thermique inférieure ou égale à 7000 W K<-1>m<-2>s<1/2>, de préférence inférieure ou égale à 3500 W K<-1>m<-2>s<1/2>ou étant au moins en partie revêtue d'une couche réalisée dans ledit premier matériau,

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Mise à disposition d'un moule d'injection, ledit moule d'injection et/ou l'ébauche comprenant une empreinte formant le négatif du surmoulage à réaliser,

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Positionnement de l'ébauche au sein du moule d'injection avec le trou traversant disposé en regard de l'empreinte du moule d'injection si ledit moule d'injection comporte une empreinte,

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Injection à l'état liquide de l'alliage métallique depuis la deuxième face de l'ébauche au travers du trou traversant débouchant sur l'empreinte pour obtenir l'ébauche avec le surmoulage,

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Démoulage de l'ébauche avec le surmoulage,

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Désolidarisation du surmoulage de l'ébauche pour former le décor à rapporter ou l'article en tant que tel.

Brève description des figures

Les figures 1 à 5 représentent schématiquement les étapes du procédé selon l'invention.

La figure 6 représente le surmoulage formant un décor rapporté sur une lunette.

La figure 7 représente des surmoulages formant respectivement une ancre et une roue.

La figure 8 représente une variante de la figure 3 où l'empreinte pour le surmoulage est ménagée uniquement dans l'ébauche.

La figure 9 représente une autre variante de la figure 3 où l'empreinte pour le surmoulage est ménagée dans l'ébauche et dans le moule.

Description détaillée de l'invention

[0013] L'invention concerne un procédé pour réaliser un surmoulage qui est un décor à rapporter sur un article ou qui est un article en tant que tel. L'article peut, également à titre d'exemple, être un composant horloger. Il peut plus spécifiquement s'agir d'un composant d'habillage choisi parmi la liste non exhaustive comprenant une carrure, un fond, une lunette, une couronne, un poussoir, un maillon de bracelet, un bracelet, une boucle ardillon, un fermoir, un cadran, une applique et une aiguille. Il peut également s'agir d'un composant du mouvement choisi parmi la liste non exhaustive comprenant une masse oscillante, un pont de platine, une ancre, une roue et une platine. Par exemple, comme montré à la figure 7, le surmoulage 2 formant l'article en tant que tel est une ancre 11 ou une roue 12. Le décor peut, toujours à titre d'exemple, être des indices et des chiffres à rapporter sur un composant horloger. Typiquement, le surmoulage 2, aussi dit décor, est rapporté sur un cadran ou une lunette 1 (fig.6).

[0014] Le procédé est plus spécifiquement adapté pour un surmoulage réalisé dans un alliage métallique au moins partiellement amorphe. On entend par au moins partiellement amorphe avec plus de 50% de phase amorphe. On peut citer à titre d'exemple l'alliage Pt850, l'alliage Pd600, l'alliage Vit105 et l'alliage Ni53.

[0015] Le procédé est illustré aux figures 1 à 5 pour une variante et aux figures 8 et 9 pour des autres variantes. Le procédé sera illustré ci-après pour la variante des figures 1 à 5 où l'empreinte pour le surmoulage est ménagée dans le moule d'injection. Pour les variantes des figures 8 et 9, le concept du procédé est le même avec pour seul changement que l'empreinte pour le surmoulage est respectivement ménagée dans l'ébauche ou dans l'ébauche et dans le moule d'injection.

[0016] Par ailleurs, le procédé est illustré ci-après pour une ébauche avec une géométrie à plusieurs faces. Il est également envisageable de mettre en œuvre le procédé pour une géométrie avec une seule surface comme par exemple une surface de révolution dans le cas d'un tore. Dans ce cas, le terme face utilisé ci-après se comprendra au-delà de sa définition géométrique et désignera de manière plus générale une portion de la surface de l'ébauche servant de point d'entrée de l'alliage liquide par rapport à une autre portion de la surface de l'ébauche servant de point de sortie de l'alliage liquide, avec des portions qui peuvent être connexes ou non.

[0017] Dans une première étape (fig.1), une ébauche 3 faisant office d'outil d'injection est mise à disposition. Cette ébauche est réalisée dans un matériau ayant une faible effusivité thermique. On entend par faible effusivité thermique une valeur inférieure ou égale à 7000 W K<-1>m<-2>s<1/2>, voire inférieure ou égale à 3500 W K<-1>m<-2>s<1/2>. Ce matériau peut être une céramique (zircone, Macor,...), un métal (titane ou alliage de titane,...) ou un matériau synthétique tel qu'un polymère et en particulier un silicone ou un caoutchouc. Par exemple, il pourrait s'agir d'une céramique telle que la zircone qui a une effusivité thermique de 2400 W K<-1>m<-2>s<1/2>. Si l'ébauche possède une effusivité thermique supérieure à 7000 W K<-1>m<-2>s<1/2>, on peut lui appliquer au moins en partie une couche en surface qui a une effusivité thermique inférieure ou égale à 7000 W K<-1>m<-2>s<1/2>, voire inférieure ou égale à 3500 W K<-1>m<-2>s<1/2>.

[0018] L'ébauche 3 est munie d'un ou plusieurs trous traversants 4. Selon l'invention, ces trous traversants font office de canaux d'injection et s'étendent entre la face 3a qui est la face destinée à être surmoulée et une autre face 3b qui sert de point d'entrée pour l'injection. Cette autre face peut être opposée à la face 3a ou éventuellement être connexe à la face 3a. Dans l'exemple illustré, la face 3a est la face supérieure et la face 3b est la face opposée qui est donc la face inférieure. Le trou 4 est débouchant au niveau de l'emplacement où doit figurer le surmoulage et définit un canal d'injection 5 pour le passage du métal ou de l'alliage liquide 8 (fig.3). Selon les dimensions du surmoulage à réaliser, l'ébauche comporte un ou plusieurs trous traversant par surmoulage. Préférentiellement, pour éviter de fragiliser le matériau de l'ébauche, les trous traversants ont une section de faibles dimensions. Ce trou à faible section peut être réalisée, par exemple, par laser femtoseconde. La section du trou peut être constante ou variable sur sa longueur. Par exemple, le trou peut avoir une forme conique s'évasant vers la face supérieure 3a tel que montré à la figure 2, ce qui permet pour certaines variantes de libérer facilement le surmoulage avec l'alliage figé dans le canal d'injection à l'issue du procédé. Le trou peut avoir une section circulaire, oblongue ou autres. Par exemple, des trous avec une section oblongue sont envisageables pour augmenter la section d'approvisionnement sur des surmoulages allongés tels que des indices. Les trous peuvent également ne pas être droits mais plutôt présenter des coudes ou des formes complexes, ceci afin de pouvoir flexibiliser le positionnement du point d'entrée pour l'injection.

[0019] Préférentiellement, la plus grande dimension de la section du trou est comprise entre 0,1 et 2 mm, plus préférentiellement entre 0,2 et 1 mm, et encore plus préférentiellement entre 0,25 et 0,5 mm. Si la section est variable le long du trou, la plus grande section sera considérée et au sein de cette section, la plus grande dimension sera mesurée.

[0020] Par exemple, pour un trou traversant entre la face supérieure et la face inférieure de l'ébauche, pour une épaisseur de l'ébauche comprise entre 0,3 et 3 mm, la gamme de rapport diamètre/longueur du trou sera comprise entre 0,08 et 1,7 mm pour un diamètre d'une section circulaire compris entre 0,25 et 0,5 mm. De manière générale, ce rapport diamètre/longueur du trou allant de 0,08 à 1,7 mm peut être maintenu quelle que soit l'épaisseur de l'ébauche. Par ailleurs, la section des trous traversants au niveau de la face supérieure est inférieure ou égale à la section des surmoulages à remplir, projetée dans le plan de la face supérieure pour éviter que l'alliage ne déborde au-delà du surmoulage à remplir. Préférentiellement, la section des trous traversant au niveau de la face supérieure est inférieure à la section des surmoulages projetée dans le plan de la face supérieure. Plus préférentiellement, la section des trous traversant au niveau de la face supérieure est inférieure d'un facteur d'au moins 1,2 par rapport à la section des surmoulages projetée dans le plan de la face supérieure.

[0021] Dans une deuxième étape (fig.3), l'ébauche 3 est placée dans un moule 6 muni dans une de ses deux parties d'une empreinte 7 formant une cavité ayant une forme correspondante à la forme du surmoulage à réaliser. En variante pour la figure 8, le moule peut être dépourvu d'une empreinte et c'est l'ébauche 3 qui comporte une empreinte 13 formant une cavité. En variante pour la figure 9, le moule 6 comporte une empreinte 7 et l'ébauche 3 comporte également une empreinte 13 formant la cavité avec les deux cavités destinées à communiquer. Le surmoulage remplira donc les cavités de l'ébauche et du moule.

[0022] Selon l'invention, le moule est réalisé dans un matériau ayant préférentiellement une faible effusivité thermique avec une valeur inférieure ou égale à 7000 W K<-1>m<-2>s<1/2>, de préférence inférieure ou égale à 3500 W K<-1>m<-2>s<1/2>ou il est au moins en partie revêtu d'une couche dans ce matériau à faible effusivité thermique. Selon l'invention, ce matériau peut être une céramique (zircone, Macor,...), un métal (titane ou alliage de titane,...) ou préférentiellement un polymère tel qu'un silicone ou un caoutchouc. En effet, malgré les températures élevées du métal en fusion lors de l'injection, par exemple 700°C pour un alliage Pt850 ou 1200°C pour un alliage Vit105, il a été constaté qu'il est possible d'utiliser un moule en polymère sans dégrader ce dernier. Il y a plusieurs avantages à utiliser un moule en polymère :

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Leur effusivité thermique très faible (< 500 W K-1 m-2 s1/2) permet de remplir des géométries complexes,

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Leur élasticité, notamment pour les élastomères, permet d'épouser précisément la surface de l'ébauche, et de compenser les tolérances de fabrication de cette dernière, par exemple les angles,

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Leur élasticité permet également de créer des décors 3D avec des contre-dépouilles qui ne seraient pas démoulables avec un moule rigide,

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Le coût de fabrication d'un moule polymère est bien plus faible que celui d'un moule métallique ou céramique.

[0023] Pour des raisons similaires, le choix du matériau en polymère sera également judicieux pour l'ébauche.

[0024] Dans une troisième étape également représentée à la figure 3, l'alliage liquide 8 est injecté au travers du trou traversant 4 agissant comme canal d'injection 5 depuis la face inférieure 3b de l'ébauche 3. L'alliage est chauffé et injecté à une température égale ou supérieure à sa température de solidus dans le cas de l'utilisation d'un procédé d'injection classique. Dans le cas de l'utilisation d'un procédé d'injection à chauffe rapide d'une préforme au moins partiellement amorphe (> 50%), comme par exemple du „rapid discharge forming“, la température d'injection est définie pour que la viscosité soit inférieure à 1000 Pa.s. Durant l'injection, le moule peut être chauffé jusqu'à une température inférieure ou égale à la température de transition vitreuse de l'alliage amorphe injecté.

[0025] Dans une quatrième étape non représentée, le moule est retiré.

[0026] Ensuite, dans une cinquième étape visible aux figures 4 et 5 pour deux variantes différentes, le surmoulage 2 est désolidarisé de l'ébauche 3. Selon la variante de la figure 4, il est désolidarisé en meulant les quelques points d'attache entre le surmoulage et l'outil. Ensuite, le surmoulage est rapporté sur l'article à décorer visible à la figure 6. Selon la variante de la figure 5, les surmoulages 2 avec les carottes 10 de l'alliage amorphe issues des canaux d'injection 5 sont désolidarisés de l'ébauche. L'ensemble peut être déchaussé grâce au retrait de l'alliage lors de la solidification. Le déchaussement sera facilité si les trous traversants présentent une géométrie en cône comme représenté à la figure 2. Ces carottes peuvent former des moyens de fixation pour rapporter le décor à l'article. Par exemple, elles peuvent former des pieds de fixation à introduire dans l'article. Dans cette variante, avant le déchaussement, le pied 9 formé au niveau de la face inférieure avec l'alliage d'injection 8 solidifié dans le canal d'injection est retiré. Ce pied peut être retiré en rectifiant mécaniquement la face inférieure.

[0027] Selon l'invention, il est également envisageable d'utiliser le procédé décrit ci-avant pour fabriquer des surmoulages qui en tant que tels forment un article. Ainsi, les surmoulages peuvent être des pièces fonctionnelles telles qu'une ancre 11 ou une roue 12 comme représenté à la figure 7. Tout comme pour le décor à rapporter, la pièce peut comporter sur sa face inférieure un relief issu des carottes formées par la solidification du métal amorphe dans les canaux d'injection.

[0028] Le procédé peut optionnellement comporter une étape additionnelle non représentée de finition sur les surmoulages afin d'obtenir des états de surface particuliers ou d'usiner des géométries non moulables.

Claims (14)

1. Procédé de surmoulage pour réaliser un surmoulage (2) formant un décor à rapporter sur un article (1) ou un article en tant que tel, ledit surmoulage (2) étant dans un alliage métallique (8) au moins partiellement amorphe, le procédé comprenant les étapes de: – Mise à disposition d'une ébauche (3) faisant office d'outil d'injection avec une première face (3a) destinée à être surmoulée et une deuxième face (3b) servant de point d'entrée pour une injection de l'alliage métallique (8) à l'état liquide, ladite ébauche (3) étant munie d'au moins un trou traversant (4) s'étendant entre la première face (2a) et la deuxième face (3b) et débouchant au niveau du surmoulage (2) à réaliser, le trou traversant (4) formant un canal (5) pour l'injection de l'alliage métallique (8), ladite ébauche (3) étant réalisée dans un premier matériau ayant une effusivité thermique inférieure ou égale à 7000 W K-1 m-2 s1/2, de préférence inférieure ou égale à 3500 W K-1 m-2 s1/2 ou étant au moins en partie revêtue d'une couche réalisée dans ledit premier matériau, – Mise à disposition d'un moule d'injection (6), ledit moule d'injection (6) et/ou l'ébauche (3) comprenant une empreinte (7,13) formant le négatif du surmoulage (2) à réaliser, – Positionnement de l'ébauche (3) au sein du moule d'injection (6) avec le trou traversant (4) disposé en regard de l'empreinte (7) du moule d'injection (6) si ledit moule d'injection (6) comporte une empreinte (7), – Injection à l'état liquide de l'alliage métallique (8) depuis la deuxième face (3b) de l'ébauche (3) au travers du trou traversant (4) débouchant sur l'empreinte (7,13) pour obtenir l'ébauche (3) avec le surmoulage (2),

– Démoulage de l'ébauche (3) avec le surmoulage (2), – Désolidarisation du surmoulage (2) de l'ébauche (3) pour former le décor à rapporter ou l'article en tant que tel.

2. Procédé de surmoulage selon la revendication précédente, dans lequel ledit moule d'injection (6) est réalisé dans un deuxième matériau ayant une effusivité thermique inférieure ou égale à 7000 W K<-1>m<-2>s<1/2>, de préférence inférieure ou égale à 3500 W K<-1>m<-2>s<1/2>ou étant au moins en partie revêtu d'une autre couche réalisée dans ledit deuxième matériau.

3. Procédé de surmoulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le surmoulage (2) et au moins une carotte (10) formée par la solidification de l'alliage liquide (8) dans le canal d'injection (5) sont désolidarisés de l'ébauche (3), l'ensemble avec le surmoulage (2) et la carotte (10) formant le décor à rapporter ou l'article en tant que tel.

4. Procédé de surmoulage selon la revendication précédente, dans lequel l'ensemble est désolidarisé par déchaussement.

5. Procédé de surmoulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la section du trou traversant (4) au niveau de la première face (3a) est inférieure à la section du surmoulage (2) projetée dans le plan de la première face (3a).

6. Procédé de surmoulage selon la revendication précédente, dans lequel la section du trou traversant (4) au niveau de la première face (3a) est inférieure d'un facteur d'au moins 1,2 par rapport à la section du surmoulage (2) projetée dans le plan de la première face (3a).

7. Procédé de surmoulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plus grande dimension de la section du trou traversant (4) est comprise entre 0,1 et 2 mm, préférentiellement entre 0,2 et 1 mm.

8. Procédé de surmoulage selon la revendication précédente, dans lequel la plus grande dimension de la section du trou traversant (4) est comprise entre 0,25 et 0,5 mm.

9. Procédé de surmoulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première face (2a) est une face supérieure de l'ébauche (3) et dans lequel la deuxième face (2b) une face inférieure de l'ébauche (3) opposée à ladite face supérieure (2a), le trou traversant (4) s'étendant entre la face supérieure et la face inférieure au travers de l'épaisseur de l'ébauche (3).

10. Procédé de surmoulage selon la revendication 9, dans lequel le rapport entre la plus grande dimension de la section du trou traversant (4) et l'épaisseur de l'ébauche (3) est compris entre 0,08 et 1,7.

11. Procédé de surmoulage selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le trou traversant (4) forme un cône s'évasant depuis la face inférieure vers la face supérieure.

12. Procédé de surmoulage selon l'une des revendications 2 à 11, dans lequel le premier matériau et/ou le deuxième matériau est un polymère.

13. Procédé de surmoulage selon la revendication précédente, dans lequel le premier matériau et/ou le deuxième matériau est un silicone ou un caoutchouc.

14. Procédé de surmoulage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'article est un composant horloger.