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PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION DE SAC
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un
procédé de fabrication rapide et sûr de sacs souples,
ou plus généralement à un procédé de fabrication de
contenant souples, et un dispositif permettant la mise
en oeuvre d'un tel procédé de fabrication.
Les sacs en question sont par exemple
utilisés pour contenir des objets devant être isolés de
l'environnement extérieur. Ces objets peuvent être des
composants stériles, par exemple des bouchons, des
bouteilles, des seringues, destinés à être déchargés
sur une ligne de fabrication pour l'industrie
pharmaceutique ou agroalimentaire, ou des déchets issus
d'un procédé de fabrication de l'industrie
pharmaceutique agro-alimentaire ou nucléaire. Les sacs
doivent donc présenter une grande qualité de
réalisation, tout en ayant un coût de revient réduit.
Ces sacs sont réalisés par assemblage de
deux films en plastique souple au moyen d'une soudeuse
haute fréquence.
Un procédé de réalisation de tels sacs
largement connu comporte les étapes suivantes.
- découpe de deux films à partir d'une
gaine de film avec un outil tranchant, type cutter, à
l'aide d'un patron, ceci manuellement,
- solidarisation des deux films à l'aide
d'une soudeuse haute fréquence manuellement et coup par
coup.
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Le procédé actuel ne permet pas la
réalisation de forme complexe. En outre, le procédé
actuel ne permet pas de garantir une régularité des
soudures sur toute la périphérie des sacs, ce qui
détériore l'aspect visuel et peut faire croire que les
sacs sont de mauvaise qualité, alors que ceux-ci sont
parfaitement étanches. En effet, l'opérateur doit
déplacer manuellement la soudeuse ou les deux films
pour effectuer la soudure sur tout le pourtour du sac.
Le soudage étant effectué manuellement, sa
qualité dépend de l'expérience de l'opérateur.
En outre, les temps de cycle sont longs et
les conditions de travail sont difficiles.
C'est par conséquent un but de la présente
invention d'offrir un procédé de fabrication de sacs
souples rapide, simple et offrant des sacs dont
l'aspect visuel est amélioré.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Le but précédemment énoncé est atteint par
un procédé de fabrication dans lequel la solidarisation
des deux films en une même matière est obtenue par
soudure laser.
La fabrication est alors rapide, les
soudures sont régulières. En effet, la soudure laser
permet de réaliser une soudure continue.
De manière particulièrement avantageuse, la
matière des films est soit un mélange de polyéthylène
(PE) et d'éthylène-acétate de vinyle (Ethyl Vinyl
Acetate ou EVA en terminologie anglo-saxonne) avec une
proportion en EVA comprise entre 13,5% et 18% en masse,
soit du polyurétane (PU).
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La présente invention a également pour
objet un dispositif pour la réalisation de sac
comportant une station de soudure laser, la source
laser se déplaçant automatiquement suivant un programme
donné.
De manière avantageuse, une station de
découpe automatique est également prévue, pour découper
la gaine suivant la forme du sac voulu après la
soudure. La présente invention a alors pour avantage
d'éviter de recourir à un patron pour la découpe.
Par conséquent, la présente invention a
principalement pour objet l'utilisation d'une source
laser pour souder deux films superposés, lesdits films
étant réalisés avec le même matériau plastique, pour
fabriquer des sacs souples étanches.
L'épaisseur de chacun des films est par
exemple comprise entre 200 pm et 300 pm.
Les deux films sont avantageusement issus
d'une gaine, ce qui facilite la mise en place puisque
les deux films sont solidarisés l'un à autre par leurs
bords latéraux. En outre, les deux films sont
légèrement collés ce qui améliore le soudage. Par
ailleurs, cette légère adhérence est suffisante pour
éviter l'insertion de particules entre les deux films,
les risques de contamination sont donc réduits.
La présente invention a également pour
objet un dispositif de fabrication de sacs souples
comportant une table, sur laquelle sont destinés à être
superposés deux films en matériau souple aptes à être
soudés au moyen d'un faisceau laser, une source laser,
des moyens aptes à produire un déplacement relatif de
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la source laser et de la table et une unité de commande
destinée à piloter lesdits moyens de déplacement pour
effectuer une soudure selon une forme préprogrammée.
Par exemple, les moyens de déplacement
déplacent la source laser par rapport à la table dans
un plan parallèle à la table, ce qui simplifie le
dispositif.
L'unité de commande comporte
avantageusement des moyens pour modifier l'intensité du
faisceau laser émis par la source laser en fonction de
la géométrie de la soudure à réaliser, ce qui permet la
réalisation d'une soudure homogène.
Le dispositif selon l'invention, peut, de
manière avantageuse, comporter des moyens de découpe,
et des moyens aptes à produire un déplacement relatif
entre les moyens de découpe et la table, lesdits moyens
de déplacement étant pilotés par l'unité de commande
pour découper dans la soudure, ou le long de la soudure
à l'extérieur de celle-ci.
On peut prévoir que les moyens de
déplacement de la source laser sont également destinés
à déplacer les moyens de découpe.
Le dispositif peut comporter un dévidoir de
films, et un tapis roulant pour disposer les films sur
la table, l'actionnement du tapis roulant provoquant
une distribution automatique des films sur la table.
Le dispositif de fabrication de sacs selon
l'invention peut également comporter des moyens
d'immobilisation des films sur le tapis, par exemple
par aspiration.
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La présente invention a également pour
objet un procédé de fabrication de sacs souples mettant
en oeuvre le dispositif de fabrication selon la présente
invention, comportant les étapes :
5 - programmation de l'unité de commande en
fonction de la forme du sac pour le déplacement de la
source laser,
- mise en place de deux épaisseurs de film
sur la table,
- actionnement des moyens de déplacement de
la source laser et allumage du faisceau laser,
-déplacement de la source laser suivant la
forme programmée,
- extinction du faisceau laser et arrêt des
moyens de déplacement de la source laser,
- découpe du sac dans la soudure ou à
l'extérieur de celle-ci.
De manière avantageuse, l'allumage du
faisceau laser a lieu après que la source laser a
commencé à se déplacer.
Le procédé de fabrication selon l'invention
peut comporter l'étape préalable de focalisation du
faisceau laser sur le film en contact avec la table, ce
qui améliore la soudure.
Le procédé de fabrication selon l'invention
peut comporter l'étape de programmation de l'unité de
commande pour le déplacement des moyens de découpe.
Le procédé de fabrication selon l'invention
peut comporter l'étape après la découpe, d'évacuation
du sac par expulsion d'air à travers la table.
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BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
l'aide de la description qui va suivre et de la figure
unique en annexe qui est une vue en perspective d'un
exemple de réalisation d'un dispositif de fabrication
de sac selon la présente invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur la figure unique, on peut voir une
représentation schématique d'un dispositif de
fabrication de sac selon la présente invention.
Le dispositif comporte une table 2 sur
laquelle les deux films à souder sont destinés à être
disposés. Sur la figure, les films ne sont pas disposés
sur la table.
Dans la suite de la description, nous
désignerons par film inférieur, le film en contact avec
la table 2, et, par film supérieur, le film qui n'est
pas en contact avec la table 2.
On définit un repère XYZ, X et Y étant deux
axes orthogonaux définissant un plan parallèle à la
table et Z étant un axe orthogonal à la table.
Par exemple, on utilise une gaine 4
aplatie, formée par un film tubulaire, de sorte qu'elle
soit formée de deux films superposés raccordés par
leurs extrémités latérales. La gaine est enroulée et
forme une bobine, la longueur de film nécessaire étant
obtenue en déroulant la gaine 4. La bobine est disposée
sur un dévidoir 6.
La gaine 4 est réalisée par extrusion.
De manière avantageuse, le dispositif
comporte un tapis roulant 8 pour amener la partie de la
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gaine 4 dans laquelle le sac va être réalisé, jusqu'à
l'endroit du soudage. Le tapis roulant 8 peut former
toute la surface de la table 2, le soudage et la
découpe éventuelle étant effectués sur ce tapis 8. Ceci
permet d'amener facilement la partie à souder et
d'évacuer rapidement le sac terminé.
De manière avantageuse, la table 2 comporte
des moyens d'immobilisation des films. Par exemple, il
s'agit des moyens d'aspiration assurant un plaquage de
la gaine sur la table. Pour cela, la table, plus
particulièrement le tapis roulant 8, comporte une
pluralité d'orifices 9 connectée à un système
d'aspiration ; la gaine est alors maintenue au niveau
de chacun des orifices 9. Les moyens d'aspiration
peuvent former également des moyens d'expulsion d'air
pour provoquer un décollement du sac une fois celui-ci
terminé.
Les deux films sont légèrement collés l'un
à l'autre du fait des forces électrostatiques, ainsi
une immobilisation du film inférieur suffit à
immobiliser les deux films par rapport à la table, et
évite de devoir recourir à des moyens pour immobiliser
le film supérieur
Selon l'invention, le dispositif comporte
des moyens de soudage laser 10.
Les moyens de soudage 10 comportent une
source laser, par exemple de type laser C02 de puissance
comprise entre 40W et 100W.
La source laser 10 est avantageusement
focalisée sur le film inférieur. Ainsi, le faisceau
laser traverse le film supérieur, provoque
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l'échauffement du film inférieur et la fusion des
films. Ceux-ci sont alors la solidarisés au moyen d'une
soudure. La focalisation sur le film inférieur permet
de limiter les pertes thermiques. En effet dans ce cas
l'échauffement est confiné entre la table 2 et le film
supérieur. Dans le cas d'une focalisation sur le film
supérieur, l'échauffement ne serait pas confiné, une
partie de l'échauffement ne participerait pas à
réaliser la soudure, la soudure serait alors plus
longue à obtenir.
Les moyens de soudage 10 sont motorisés
pour pouvoir être déplacés selon les directions X et Y
et permettre la réalisation de sac de toute forme.
Les moyens de soudage 10 sont pilotés par
une unité de commande (non représentée) au moyen d'un
logiciel. Le logiciel est paramétré suivant la forme du
sac à fabriquer.
De manière particulièrement avantageuse,
l'unité de commande, en plus de commander le
déplacement de la source lacer 10, gère également
l'intensité du faisceau laser, ceci en fonction de la
trajectoire du faisceau. Par exemple, lorsque le
faisceau laser parcourt une courbe, son intensité est
diminuée pour éviter un échauffement excessif. En
effet, un tel échauffement excessif provoquerait une
inhomogénéité de la soudure tout au long du contour du
sac. L'unité de commande fait donc correspondre
l'intensité du laser avec la géométrie de la soudure.
Ainsi, plus le rayon de courbure de la
courbe est petit, plus l'intensité du faisceau laser
est réduite. La soudure ainsi obtenue est sensiblement
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identique sur tout le contour, quelles que soient les
formes successives courbes et rectilignes, composant le
contour.
Il est prévu que le faisceau laser ne
déborde pas de la gaine, afin d'éviter une brûlure de
la table. Pour cela, on programme par exemple l'unité
de commande en fonction des dimensions de la gaine,
notamment sa largeur.
Lors du démarrage de l'étape de soudage, le
faisceau laser est avantageusement activé après mise en
mouvement de la source laser 10, afin d'éviter de
surchauffer la zone où démarre la soudure.
Nous avons mentionné précédemment que les
deux films sont légèrement collés l'un à l'autre du
fait des forces électrostatique, ce léger collage
permet d'éviter la présence d'air entre les deux films,
la qualité de la soudure en est améliorée. Par
ailleurs, cela permet de réduire l'intensité du
faisceau laser nécessaire.
De manière avantageuse, le dispositif
comporte des moyens de découpe 12 de la gaine.
Les moyens de découpe 12 comportent un
couteau. Le couteau est déplacé automatiquement suivant
un programme défini en fonction de la forme du sac.
Le couteau 12 est piloté par l'unité de
commande qui fait parcourir au couteau soit un trajet
identique à celui du faisceau laser, le couteau
découpera la gaine dans la soudure, soit un trajet
bordant la soudure à l'extérieur de celle-ci.
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Le couteau, lors de la découpe des deux
films simultanément, frotte légèrement sur la table,
sans la détériorer.
Les moyens de découpe sont mobiles le long
5 de l'axe Z pour amener le couteau 12 en contact avec la
gaine et ensuite est mobile le long des axes X et Y,
pour découper la gaine 4 suivant toute forme.
A titre d'exemple, le dispositif comporte
un portique 14 s'étendant le long de l'axe Y, celui-ci
10 est mobile le long de l'axe X, et un chariot 16 mobile
sur le portique le long de l'axe Y. Ce chariot porte à
la fois le couteau 12 et la source laser 10. A la fois
le portique 14 et le chariot 16 sont motorisés.
Ainsi, en déplaçant simultanément le
chariot 16 et le portique 14, on peut faire parcourir à
la source laser 10 et au couteau 12 toutes formes dans
un plan parallèle au plan de la table.
On peut prévoir d'articuler le couteau 12
pour que, une fois la soudure réalisée, celui-ci vienne
en contact avec la gaine 4.
La position de la source laser 10 est
ajustable le long de l'axe Z pour permettre la
focalisation du faisceau laser. Cet ajustement peut
être manuel puisqu'il est effectué au début de la
fabrication d'une série de sacs à partir d'un type de
gaine.
On peut utiliser comme matériau pour
réaliser les films, par exemple du polyuréthane.
De manière particulièrement avantageuse, on
utilise du polyéthylène chargé en EVA (éthylène-acétate
de vinyle), la charge en EVA étant entre 13,5% et 18%
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en masse. Par exemple, chacun des films présente une
épaisseur comprise entre 200 pm et 300 pm.
Les inventeurs ont constaté que
l'intervalle [13,5%, 18%] pour la proportion en masse
d'EVA permettait de réaliser la soudure de films de
polyéthylène chargé en EVA au moyen d'un laser. En
effet, pour une proportion en EVA inférieure à 13,5%,
le faisceau laser traverse les films sans transmettre
suffisamment d'énergie thermique pour fondre les films
et les solidariser. Pour une proportion en EVA
supérieure à 18 %, l'absorption d'énergie thermique est
au contraire trop élevée, le faisceau troue les
films.
Grâce à ce procédé de fabrication de
soudure par laser, en utilisant des gaines en
polyéthylène chargé EVA dans une proportion
particulière, le temps de fabrication d'un sac est
compris entre trois à quatre minutes, alors que la
fabrication par soudure haute fréquence nécessite 15
minutes.
En outre, la soudure obtenue est continue
sur tout le contour du sac, puisque le faisceau laser
reste en contact avec le film pendant toute l'étape de
soudage. Par ailleurs, du fait de la gestion de
l'intensité du faisceau laser en fonction du profil de
la soudure, celle-ci reste homogène.
Nous allons maintenant décrire les
différentes étapes de réalisation d'un sac par le
procédé selon l'invention.
La gaine 4 est déroulée par actionnement du
tapis roulant, les moyens d'aspiration étant également
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en fonction pour assurer une immobilisation de la gaine
4 sur le tapis 8, ce qui lui permet de suivre le tapis 8.
Lorsqu'une longueur suffisante de gaine 4
est déroulée et est en place sur le tapis roulant 8, le
déplacement du tapis 8 est arrêté.
Les moyens de soudage laser 10 sont ensuite
activés.
Plus particulièrement, la source laser 10
est mise en mouvement, puis le faisceau laser est
allumé. Préalablement, la position verticale de la
source laser 40 a été réglée pour que le faisceau laser
soit focalisé sur le film inférieur.
L'unité de commande pilote le déplacement
du faisceau laser dans le plan XY sur la base d'une
forme de sac programmé, en commandant les déplacements
du portique 14 et du chariot 16.
Comme décrit précédemment, l'intensité du
faisceau laser est adaptée en fonction de la courbure
du contour du sac.
Lorsque le faisceau laser a parcouru tout
le contour, le faisceau laser est éteint.
Dans une étape ultérieure, le sac est
découpé dans la soudure ou à l'extérieur de celle-ci.
Cette découpe peut être effectuée
manuellement ou directement par le dispositif, le
couteau 12 porté par le chariot 16 effectuant la
découpe, le déplacement du couteau 12 étant commandé
par l'unité de commande.
Il est avantageux de découper les films
après avoir effectuer la soudure, puisque cela limite
la manipulation des films et permet d'assurer qu'il
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existe une bonne adhérence entre le deux films, cette
adhérence étant favorable pour le bon fonctionnement de
la soudure laser. Par ailleurs, cette adhérence réduit
les risques de contamination des faces des films
destinés à former l'intérieur du sac, le décollement
des films ayant pour effet d'augmenter ce risque de
contamination.
Ce dispositif présente l'avantage de
réaliser une soudure unique et continue, ce qui
améliore l'aspect visuel du sac et conforte
l'utilisateur dans la qualité de celui-ci, notamment
dans la qualité de son étanchéité.
Par ailleurs, le procédé de fabrication est
en grande partie automatique, ce qui réduit les
interventions humaines. En effet, grâce au dispositif
selon l'invention, l'opérateur n'a qu'a actionner le
tapis roulant pour mettre en place la gaine sur la
table, puis mettre en route les moyens de soudage par
laser, mettre ensuite en route les moyens de découpe et
évacuer le sac. Ces actions peuvent être obtenues par
une simple pression de boutons distincts.
La qualité de la soudure et le temps requis
pour la fabrication d'un sac sont alors quasi-
indépendants de l'opérateur.
Par ailleurs, le risque de contamination
particulaire des faces intérieures des films est
réduit, puisque la manipulation des films est limitée,
ceux-ci adhèrent l'un à l'autre empêchant
l'introduction de particules entre les deux films.
