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- PROCEDE ET DISPOSITIF POUR
LE NETTOYAGE D'ELEMENTS SOLIDES
L'invention concerne un procédé de nettoyage d'élé-
ments solides, tels que des moules, et plus particulière-
ment de nettoyage de moules de verrerie.
Bien que l'invention concerne différentes industries,
son exposé se limitera au nettoyage des moules de verrerie.
Les moules de verrerie notamment utilisés pour la fabrica-
tion de bouteilles ou flacons sont de plusieurs types, il
s'agit par exemple des moules ébaucheurs et des moules fi-
nisseurs. Ces moules travaillent le plus souvent à des ca-
dences très élevées, c'est-à-dire qu'ils produisent un
nombre important de bouteilles ou flacons très rapidement.
En cours de fabrication, ces moules et plus par-
ticulièrements, les zones venant en contact avec le verre,
sont traités par des agents tels que des graisses. En
conséquence, ce type de moules s'encrasse très rapidement
et doit donc être nettoyé régulièrement pour obtenir des
produits finis de bonne qualité.
Dans les verreries travaillant à des cadences usuel-
les, les moules ébaucheurs sont nettoyés environ tous les
deux jours et les moules finisseurs, environ une fois par
semaine.
Les techniques habituellement utilisées pour le net-
toyage des moules de verrerie sont de type mécanique. Il
s'agit par exemple des techniques de sablage ou bien de
polissage. Il apparait que ces techniques sont tout à fait
satisfaisantes du point de vue nettoyage, et permettent
d'éliminer toute la couche de salissure qui se dépose lors
de l'utilisation.
Par contre, il est apparu que ces traitements sont
généralement trop sévères. En effet, simultanément à
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l'élimination des salissures, ce type de traitements en-
dommage le métal constituant le moule. Un tel endommagement
du moule qui correspond à chaque nettoyage à une érosion
d'environ 10 microns à la surface du moule a des consé-
quences néfastes.
En effet, les dimensions de la cavité ou empreinte,
c'est-à-dire du lieu où le produit est formé, sont aug-
mentées,
ce qui entraîne soit une consommation de verre
plus importante pour un même produit soit une variation de
la contenance de l'article pour une consommation de verre
constante. Les dimensions extérieures des articles sont
également modifiées, et ne conviennent plus alors à la de-
mande. De plus, ces déformations conduisent à des problèmes
de démoulage qui entraînent généralement des défauts ou une
casse des produits finis. Le plus souvent, les produits
finis présentent un état de surface qui se dégrade avec le
vieillissement du moule. Ces inconvénients conduisent à des
coûts d'entretien pour réparation des moules généralement
élevés et à un remplacement prématuré de ces moules.
Le brevet français publié sous le numéro 2 641 718
décrit une méthode de nettoyage permettant d'éliminer dif-
férents types de salissures sur des surfaces par exemple
métalliques sans usure ou dégradation du métal. Il s'agit
d'une technique de photo ablation par impact laser. Des
essais ont montré que l'application de cette méthode au
nettoyage des moules de verrerie permet effectivement
d'éliminer la couche de salissures sans dégradation de la
surface du moule. Par contre, l'application de cette mé-
thode au nettoyage des moules présente des inconvénients
qui la rendent inacceptable d'un point de vue industriel.
En effet, le temps nécessaire pour effectuer le nettoyage
d'un moule par cette méthode est trop important et n'est
pas conciliable avec les cadences nécessaires de nettoyage
des moules de verrerie.
Les moules présentent en outre des géométries souvent
compliquées qui rendent difficiles leur nettoyage par un
rayon laser qui ne peut atteindre tous les recoins et no-
tamment les gorges et les ailettes présentes à la surface
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extérieure du moule. Les zones des moules permettant l'em-
boîtement et l'accrochage des différentes parties consti-
tuant les moules, les unes aux autres, sont également très
difficiles d'accès par un faisceau laser. Le nettoyage de
ces zones par une telle technique nécessiterait des mani-
pulations délicates et a priori relativement lentes.
L'invention a pour but un procédé de nettoyage de
moules qui n'entraîne aucune dégradation de la surface, qui
permet un nettoyage total de la surface et qui soit compa-
tible avec les cadences de nettoyage de moules de l'indus-
trie.
Durant leurs études, les inventeurs ont su mettre en
évidence une caractéristique essentielle des salissures ou
tout du moins de leur nature. Il est en effet apparu que
les salissures présentes sur les moules de verrerie, après
leur utilisation, sont de deux types. Le moule est d'une
part recouvert sur toute sa surface d'une couche rela-
tivement épaisse et molle, constituée plus particulièrement
de matières grasses ou organiques, et d'autre part, il est
recouvert d'une fine couche de matière minérale résultant
certainement de la corrosion du métal du moule. Cette fine
couche se trouve directement en contact avec la surface du
moule et donc sous la première couche décrite. Par ail-
leurs, cette fine couche n'apparait que sur la surface du
moule en contact avec le verre chaud, c'est-à-dire, au ni-
veau de l'empreinte ou cavité du moule.
Les objectifs énoncés précédemment sont atteints selon
l'invention par un procédé de nettoyage d'éléments solides
tels que des moules de verrerie, en au moins une étape
d'élimination des graisses ou matières organiques suivie
d'au moins une étape de nettoyage par photo ablation par
impact laser d'au moins une partie de la surface des élé-
ments.
Selon une variante avantageuse, l'étape de nettoyage
par photo ablation par impact laser concerne les surfaces
en contact avec le verre chaud.
La première étape peut être réalisée à des cadences
relativement rapides et permet d'éliminer toutes les sa-
lissures du premier type, c'est-à-dire les graisses ou
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matières organiques. La seconde étape de nettoyage par im-
pact laser qui est limitée à une partie seulement de la
surface et plus particulièrement aux zones de contact avec
le verre chaud, c'est-à-dire à l'empreinte ou cavité du
moule, permet d'éliminer la fine couche résultant de la
corrosion du métal dans cette zone. Cette surface étant
limitée et de plus très facile d'accès, ce nettoyage peut
s'adapter aux cadences industrielles des verreries.
De façon préférée, l'élimination des graisses ou ma-
tières organiques se fait par une technique combinant
l'action de bains lessiviels, notamment basiques et l'ac-
tion d'ultra-sons. Les bains lessiviels sont plus particu-
lièrement des bains contenant de la lessive de soude et des
agents tensio-actifs.
De façon préférée également, l'impact laser est obtenu
par un rayon laser délivrant une densité de puissance crête
comprise entre quelques mégawatts par cm2 et quelques di-
zaines de mégawattes par cm', par impulsion d'une durée
comprise entre quelques nanosecondes et quelques dizaines
de nanosecondes et possédant une fréquence de tir ajustable
de 0 à 30 Hz.
Le procédé ainsi décrit permet d'atteindre les résul-
tats escomptés, c'est-à-dire un nettoyage total de la sur-
face des moules, sans aucune dégradation de ladite surface
et un un temps suffisamment rapide pour s'adapter aux ca-
dences requises notamment pour le nettoyage des moules de
verrerie.
L'invention propose également un dispositif pour la
mise en oeuvre du procédé. Ce dispositif pour le nettoyage
d'éléments solides tels que des moules de verrerie comprend
d'une part des moyens assurant l'élimination des graisses
ou matières organiques des moules et d'autre part un laser
associé à des moyens orientant le rayon sur au moins la
surface des moules en contact avec le verre chaud.
De façon préférée, les moyens assurant l'élimination
des graisses ou matières organiques sont une série de cuves
combinant des effets de bains comprenant une base telle que
de la lessive de soude et des agents tensio-actifs et
d'ultra-sons.
De façon préférée également, le laser est un laser YAG
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dopé au néodyme, d'une longueur d'onde de 1,06 microns dé-
livrant une énergie d'environ 500 millijoules par impul-
sion, d'une durée comprise entre quelques nanosecondes et
quelques dizaines de nanosecondes et de préférence entre 10
5 et 30 nanosecondes, et possédant une fréquence de tir
ajustable de 0 à 30 Hz. De préférence encore, la durée
d'impulsion est 22 nanosecondes.
Selon un mode de réalisation avantageux, le nettoyage
supplémentaire de la surface des moules en contact avec le
ver~e chaud est réalisé à l'aide d'un dispositif permettant
un balayage du faisceau laser sur des moules immobiles.
Le dispositif est avantageusement associé à un robot
et des organes de transport tels que des paniers, per-
mettant de déplacer les moules dans les différentes cuves
puis de les amener en position fixe pour subir le nettoyage
par impact laser.
D'autres détails et caractéristiques avantageux de
l'invention ressortiront ci-après des exemples de réalisa-
tion en référence aux figures 1, 2 qui représentent :
- figure 1, un exemple de dispositif pour le dé-
graissage des moules,
- figure 2, une représentation schématique d'un dis-
positif permettant le balayage du faisceau laser sur une
partie des moules.
Les moules utilisés dans l'industrie verrière pour la
fabrication de récipients en verre tels que bouteilles ou
flacons sont de différents types. Il s'agit par exemple des
moules ébaucheurs et des moules finisseurs. Ces moules sont
soumis à des cadences de travail très importantes. Ils
peuvent produire une bouteille toutes les cinq secondes
environ. Pour maintenir de telles cadences ces moules sont
continuellement refroidis, graissés, revêtus d'agents dé-
moulants, etc.. Tous ces éléments contribuent à l'encras-
sement des moules sur lesquels apparaissent des résidus,
des dépôts graisseux ou organiques et tout type de salis-
sures qu'il est nécessaire d'éliminer très régulièrement
par un nettoyage adéquat.
Sur la figure 1, sont schématisées un ensemble de
plusieurs cuves 1 dans lesquelles les moules 2 vont
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transiter successivement afin de subir un dégraissage to-
tal. Les moules 2 pouvant avoir des formes diverses, ils
ont été représentés très simplement. Les moules 2 sont
soumis au travers de ces différentes cuves 1 à des actions
combinées d'effets de bains lessiviels et d'ultra-sons. Les
bains comportent, par exemple, de la lessive de soude as-
sociée à des agents tensio-actifs. Le bain lessiviel pos-
sède par exemple un pH voisin de 14. La présence de plu-
sieurs cuves 1 est nécessaire pour éventuellement autoriser
des passages dans un bain lessiviel puis dans un bain de
rinçage puis dans un bain de passivation ou de "déwatering"
c'est-à-dire qui évite une corrosion ultérieure. Ce type
d'installation est par exemple du type de celle commercia-
lisée par la Société FISA qui propose dans sa gamme des
modèles VST, des installations adaptées au dégraissage de
tels moules.
Après passage sur cette installation, les dépôts de
matière grasse ou organique qui recouvrent généralement
toute la surface des moules, sont éliminés. Les moules 2
comportent souvent des endroits, non visibles sur les fi-
gures, très difficiles d'accès pour effectuer un nettoyage.
Ces zones difficiles d'accès, sont plus particulièrement
les gorges et les ailettes présentes sur la surface externe
des moules ou bien les zones permettant l'emboîtement ou
l'accrochage des différentes parties du moule. Ce type de
nettoyage où les moules 2 sont placés dans des bains permet
d'éliminer les dépôts de graisse ou de matière organique y
compris dans ces zones.
Par ailleurs, ce type de nettoyage n'entraîne aucune
dégradation ou érosion des matériaux constituant les
moules.
Les vitesses de nettoyage de cette technique sont tout
à fait compatibles avec les cadences requises dans l'in-
dustrie =
verrière. De plus, il est possible d'associer à ces
cuves 2, un ensemble robotisé de paniers 3 qui va permettre ~
d'assurer le transfert des moules 2 d'une cuve 1 à une au-
tre. Ces paniers 3 sont supportés par des crochets 4 ma-
noeuvrés par des robots de manutention, non représentés,
suspendus à un rail de guidage 5 placé au-dessus des cuves
1. Ce dispositif permet également le transfert des moules 2
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à la seconde installation sur laquelle il sera revenu par
la suite, lors de la description de la figure 2.
A la fin de cette première étape, c'est-à-dire après
passage des moules 2 dans les cuves 1, une partie impor-
tante des résidus qui les recouvrait après utilisation, a
été éliminée. Par contre, il apparaît que sur les zones en
contact avec le verre chaud, c'est-à-dire la cavité ou em-
preinte du moule, il subsiste une fine couche de résidus
résultant, a priori, de la corrosion du métal du moule.
Ces résidus ont une dureté supérieure à celle des mé-
taux constituant les moules. Il est donc très délicat de
les éliminer sans détériorer la surface des moules. De
plus, la fine couche de résidus n'est pas homogène et le
traitement qui lui est appliqué s'attaque simultanément à
la surface métallique du moule. En effet, beaucoup de
techniques notamment mécaniques telles que microbillage,
sablage ou grenaillage, permettant d'éliminer cette fine
couche de résidus, conduisent simultanément à une usure de
la surface du moule. Cette usure qui se répète à chaque
nettoyage devient la principale cause d'usure et peut con-
tribuer à une augmentation de la consommation de verre, une
augmentation des risques de défauts lors du démoulage et à
une diminution de la durée d'utilisation possible de ces
moules.
La seconde phase de nettoyage illustrée sur la figure
2 permet d'éviter ces inconvénients. Sur cette figure 2, le
rail 5 n'est pas représenté mais il permet tout de même de
conduire les moules 2, à l'aide des chariots 3 également
non représentés, au poste de travail de la seconde étape du
nettoyage.
Les moules 2 sont déposés sur un plan de travail 6 qui
laisse subsister un passage 7. Au travers de ce passage 7,
passe un tube creux 8 muni d'un orifice 9 et associé à un
jeu de miroirs 10. Ce tube 8 est comparable à un périscope.
Ce tube 8 peut être animé d'un mouvement de
translation verticale dans les deux sens et d'un mouvement
de rotation par un système de motorisation non représenté
sur la figure 2.
Une source 11 schématiquement représentée émet un
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le
8
faisceau laser 12 qui est transmis au sein du tube 8 par
les miroirs 10 et réémis au niveau de l'orifice 9. L'émis-
sion de ce faisceau 12 par l'orifice 9 associé aux mouve-
ments du tube 8 permet un balayage complet de la surface de
l'empreinte du moule. L'association des deux mouvements
peut en effet permettre de communiquer à l'orifice 9 un
mouvement hélicoïdal dont le pas est choisi tel que le =
faisceau laser couvre toute la surface de l'empreinte du
moule 2.
Le laser utilisé est du type YAG dopé au néodyme tel
que celui décrit dans le brevet d'invention français 2 641
718.
Cette seconde phase de nettoyage, décrite sur la fi-
gure 2, permet d'éliminer la fine couche de résidus qui
résiste à la première phase de nettoyage lors du passage
dans les cuves 1. De plus, la surface du moule reste in-
tacte après ce nettoyage et ne présente pas d'usure. En
effet, contrairement à d'autres techniques qui consistent à
détruire ces résidus, la technique de nettoyage par laser
consiste à s'attaquer à l'interface résidus-métal. or, il
apparaît que cette interface présente une résistance infé-
rieure à celle de la fine couche de résidus et à celle du
métal constituant le moule 2. Il est donc possible de
rompre cette interface sans altérer le métal.
Pour cela, le faisceau laser crée un échauffement ra-
pide à volume constant qui crée une onde de pression qui
entraîne la rupture de cette interface.
Pour éviter que la fine couche de résidus ainsi déta-
chée ne vienne encrasser les dispositifs placés sous le
plan de travail 6, un système d'aspiration 13 entraîne ces
résidus.
Le dispositif ainsi décrit à l'aide des figures 1 et 2
permet un nettoyage total de la surface des moules sans dégradation de cette
surface. De plus, un tel dispositif
est tout à fait compatible avec les cadences requises par
l'industrie verrière pour le nettoyage des moules. En ef-
fet, la seconde phase, c'est-à-dire le balayage laser,
étant limitée au nettoyage de l'empreinte du moule, c'est-
à-dire là où se forme la couche résultant de la corrosion
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du métal du moule, le temps de traitement est bien moins
important que s'il fallait traiter toute la surface du
moule. De plus, l'empreinte est très facile d'accès pour le
faisceau laser et ne nécessite donc pas d'outillage spécial
=
ou de manoeuvre compliquée.
- Le nettoyage selon l'invention présente en outre
l'avantage de pouvoir augmenter la durée d'utilisation d'un
même moule sur une machine de formage. En effet, l'usure
lors du nettoyage étant quasi-inexistante, les moules peu-
vent être nettoyés un nombre de fois plus important avant
d'être mis au rebut et peuvent ainsi être utilisés plus
longtemps, avec une bonne qualité, notamment un bon état de
surface, des produits finis.
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