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WO 2022/023629
PCT/FR2021/051010
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Machine et procédé de traitement de pièces de différentes formes
Domaine technique
La présente invention concerne une machine de traitement de pièces de
différentes formes.
L'invention concerne également un procédé de traitement. Le domaine de
l'invention est
celui du traitement de surface.
Art antérieur
De manière connue, il existe différentes machines de traitement de surface de
pièces.
Cependant, les machines existantes sont souvent conçues pour un seul type de
traitement
(par exemple dépôt sous vide). D'autres machines combinent plusieurs
traitements, mais
sont conçues pour une seule forme de pièce (par exemple film ou disque).
W02009053614A2 décrit un exemple de machine de traitement, comprenant une
enceinte,
un système de mise sous vide, un système générateur de plasma, un système de
dépôt
sous vide, et un système de transport de pièces.
Exposé de l'invention
Le but de la présente invention est d'améliorer la polyvalence de la machine,
en matière de
traitements proposés.
A cet effet, l'invention a pour objet une machine de traitement de pièces de
différentes
formes, comprenant une enceinte ; un système de mise sous vide ; des systèmes
de
traitement, incluant un système générateur de plasma et/ou un système de dépôt
sous
vide ; et un système de transport apte à déplacer la ou les pièces dans
l'enceinte, quelle
que soit la forme de ces pièces. La machine est caractérisée en ce que les
systèmes de
traitement incluent un système laser conçu pour traiter la ou les pièces
disposées dans
l'enceinte.
Ainsi, l'invention permet d'améliorer la polyvalence de la machine et varier
les traitements
proposés. Les pièces sont traitées par l'un ou l'autre des systèmes de
traitement
successivement, éventuellement en combinaison, de sorte que l'opérateur peut
créer et
choisir ses propres séquences de traitements. L'opérateur peut choisir
d'utiliser les
systèmes dans un ordre ou un autre, faire des répétitions de certains
traitements, et ainsi
de suite.
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La machine peut être configurée de différentes manières, afin de traiter des
petites pièces
(de l'ordre de 1 à 10 cm) ou des grandes pièces (de l'ordre de 0,1 à 1 m, voir
plus).
En outre, les pièces traitées peuvent être réalisées en différents matériaux :
métalliques,
céramiques, composites, plastiques, etc.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément
ou en
combinaison :
- Les systèmes de traitement sont utilisables sélectivement pour traiter la
ou les pièces, soit
séparément des autres systèmes, soit simultanément à l'un ou plusieurs des
autres
systèmes.
- La séquence d'utilisation des systèmes de traitement est paramétrable, avec
un ordre
d'utilisations et/ou un nombre d'utilisations variables.
- Les systèmes de traitement sont utilisables pour traiter directement la
ou les pièces.
- Le système laser est distinct du système générateur de plasma.
- La machine comprend un système de protection du système laser, plus
précisément de
la fenêtre permettant l'entrée du faisceau laser dans l'enceinte.
- Le système de protection comprend un cache mobile devant le système
laser.
- Le système de protection comprend un film transparent défilant devant le
système laser.
- Le système de protection comprend des parois internes qui isolent
optiquement le chemin
du faisceau laser issu du système laser du reste de l'enceinte, et qui protège
des flux venant
des systèmes de traitement.
- Le système de protection comprend une chambre fixée sur une paroi de
l'enceinte et
formée entre la fenêtre du système laser et les pièces à traiter, cette
chambre étant dotée
d'une ouverture vers les pièces afin de définir un angle d'ouverture inférieur
à 45 degrés
entre la fenêtre et l'enceinte.
- Le système laser comprend une unique source laser.
- Le système laser comprend plusieurs sources laser.
- Le système laser comprend une ou plusieurs sources laser à impulsions,
par exemple des
durées d'impulsion de l'ordre de la femtoseconde, la picoseconde ou la
nanoseconde.
- La source laser est mono-spectrale.
- La source laser est multi-spectrale (choix de la longueur d'onde en fonction
du matériau).
- Les sources lasers sont identiques (même longueur d'onde, même durée
d'impulsion,
même polarisation, même forme de faisceau).
- Les sources lasers sont différentes (longueurs d'onde et/ou durées
d'impulsion et/ou
polarisation et/ou formes de faisceau différentes).
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- Le faisceau laser peut présenter des états de polarisation vectoriels
multiples (par
exemple polarisation de type azimuthale, radiale, vortex, etc).
- Le faisceau laser est orientable avec une incidence oblique ou
orthogonale sur la ou les
pièces.
- Le système de transport est apte à déplacer la ou les pièces de telle sorte
que deux zones
de traitement successives soient jointives.
- Le système laser comporte un dispositif de correction du trajet et/ou de
la forme et/ou de
la focalisation du faisceau laser.
- Le système de transport comprend un plateau rotatif destiné à supporter
une ou plusieurs
pièces.
- Le système de transport comprend des tourelles montées sur le plateau
rotatif et destinés
à recevoir une ou plusieurs pièces.
- Les tourelles sont mobiles en rotation par rapport au plateau rotatif.
- Le système de transport comprend des platines montés rotatives sur les
tourelles et
destinées à supporter les pièces.
- Le système laser est disposé latéralement.
- Le système de transport comprend un dispositif de transport longitudinal
destiné à
supporter une ou plusieurs pièces. Le dispositif peut être un chariot, un
convoyeur à
rouleaux, un tapis roulant, ou tout autre moyen adapté.
- Le système de transport comporte un dispositif d'encodage en position.
- Le système de transport comporte des repères visuels et un capteur
optique apte à
coopérer avec les repères.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement de pièces de
différentes
formes, le procédé comprenant :
a) une étape de mise sous vide d'une enceinte dans laquelle se trouvent la ou
les pièces,
puis
une combinaison des étapes suivantes :
b) une étape de traitement laser de la ou des pièces, et
c) une étape de traitement plasma basse pression de la ou des pièces, et/ou
d) une étape de réalisation d'un dépôt sous vide sur une ou des pièces.
Le procédé est caractérisé en ce que les différentes étapes a), b), c) et/ou
d) sont réalisées
dans une même machine, adaptée pour traiter des pièces de différentes formes.
Les étapes b), c) et d) peuvent être réalisées sélectivement, soit séparément
des autres
étapes, soit simultanément à l'une ou plusieurs des autres étapes, pour
traiter la ou les
pièces.
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Avantageusement, les étapes b), c), d) ou leurs combinaisons peuvent être
réalisées selon
une séquence d'utilisation paramétrable, avec un ordre d'utilisations et/ou un
nombre
d'utilisations variables.
Description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre,
donnée
uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins
annexés,
montrant les représentations schématiques suivantes :
[Fig.1] est une vue de dessus d'une machine conforme à l'invention, équipée
d'un système
de transport rotatif.
[Fig.2] est une vue de côté de la machine de la figure 1, montrant le système
de transport
équipé de tourelles et le système laser disposé latéralement.
[Fig.3] est une vue analogue à la figure 1, montrant une variante de système
de transport.
[Fig.4] est une vue analogue à la figure 2, montrant une autre variante de
système de
transport et une variante du système laser.
[Fig.5] est une vue de côté, montrant une autre machine conforme à
l'invention, équipée
d'un système de transport longitudinal.
[Fig.6] est une vue en élévation (vue de côté ou vue de dessus selon la
machine), montrant
une première solution de système de protection du système laser.
[Fig.7] est une vue analogue à la figure 6, montrant cette première solution
de système de
protection dans une autre position.
[Fig.8] est une vue analogue à la figure 6, montrant une deuxième solution de
système de
protection du système laser.
[Fig.9] est une vue analogue à la figure 8, montrant cette deuxième solution
de système de
protection en mouvement.
[Fig.10] est une vue analogue à la figure 6, à plus petite échelle, montrant
une troisième
solution de système de protection du système laser selon une première
configuration.
[Fig.11] est une vue analogue à la figure 10, montrant cette troisième
solution de système
de protection selon une deuxième configuration.
[Fig.12] est une vue analogue à la figure 10, montrant cette troisième
solution de système
de protection selon une troisième configuration.
[Fig.13] est une vue analogue à la figure 10, montrant le système de
protection selon la
première configuration, en utilisation.
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[Fig.14] montre est une vue analogue à la figure 11, montrant le système de
protection
selon la deuxième configuration, en utilisation.
[Fig.15] est une vue analogue à la figure 12, montrant le système de
protection selon la
troisième configuration, en utilisation.
5 [Fig.16] est une vue en élévation (vue de côté ou vue de dessus) d'un
système laser,
montrant une quatrième solution de système de protection du système laser.
[Fig.17] est une vue d'une pièce cylindrique et du faisceau laser incident,
montrant la
défocalisation et la déformation du spot du faisceau laser sur la pièce.
[Fig.18] est une vue en perspective d'une pièce cylindrique et du faisceau
laser incident,
montrant un cas d'incidence oblique et la déformation du spot du faisceau
laser sur la pièce.
[Fig.19] est une vue analogue à la figure 18, montrant une zone à traiter
contigüe à une
zone précédemment traitée.
Description détaillée de l'invention
Les figures 1 et 2 montrent une machine (1) conforme à l'invention, conçue
pour le
traitement de pièces (2) de formes différentes.
Dans le cadre de l'invention, l'expression de formes différentes comprend
des pièces
de géométries et/ou dimensions différentes. Cette expression ne se limite pas
aux pièces
ayant une même géométrie mais des dimensions différentes, par exemple des
films plats
de différentes largeurs. La machine (1) est adaptée pour traiter aussi bien
des pièces de
forme plate, c'est-à-dire avec une épaisseur très faible (moins de 5%) par
rapport aux autres
dimensions, que des pièces en volume, c'est-à-dire avec trois dimensions du
même ordre
de grandeur ou ayant un ordre de grandeur proche. Les pièces peuvent être de
révolution
(par exemple des cylindres), ou encore des parallélépipèdes. Enfin, les pièces
peuvent être
de forme irrégulière, c'est-à-dire des solides composés de surfaces n'étant
pas forcément
orthogonales entre elles, ou ayant des côtés de dimensions inégales.
La machine (1) selon l'invention est conçue pour réaliser des traitements de
surface sur les
pièces (2). Les traitements de surface font partie du domaine d'expertise du
demandeur, et
peuvent inclure sans toutefois s'y limiter les traitements suivants : dépôt
chimique d'un film
mince, activation, décapage ou nettoyage, texturation (c'est à dire la
réalisation de motifs
en relief à la surface de la pièce, ces motifs ayant des dimensions de l'ordre
du nanomètre
jusqu'au dixième de mètre), traitement thermique (c'est-à-dire la modification
de la structure
cristalline d'un métal via un cycle de température prédéterminé).
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Ces traitements sont dits de surface, ou traitements superficiels, dans la
mesure où la zone
d'effet de ces traitements se limite au plus à quelques dixièmes de
millimètres sous la
surface de la pièce, et qu'ils n'ont pas pour objectif de traiter une pièce à
c ur, c'est-à-dire
dans la profondeur de la pièce de manière à ce que l'intégralité de la matière
ait subit le
traitement.
La machine (1) comprend une enceinte (10), un système de mise sous vide (20),
un
système générateur de plasma (30), un système de dépôt sous vide (40), un
système de
transport (50), un système laser (60) et un système de protection (70).
En alternative, la machine (1) peut comporter un système générateur de plasma
(30) mais
pas de système de dépôt sous vide (40), ou bien comporter un système de dépôt
sous vide
(40) mais pas de système générateur de plasma (30).
En général, une telle machine (1) comporte également un système de chauffage
pour le
dégazage des pièces (2) et de l'intérieur de l'enceinte (10) avant tout autre
traitement. La
machine (1) comporte également un système d'injection de gaz purs ou mélanges
de gaz
afin d'introduire dans l'enceinte (10) de façon contrôlée les gaz nécessaires
aux
traitements. Dans un but de simplification, ni le système de chauffage ni le
système
d'injection de gaz ne sont représentés sur les figures.
Avantageusement, les systèmes (10-70) sont utilisables séparément ou
simultanément à
l'un ou plusieurs des autres systèmes (10-70).
- Par exemple, l'opérateur peut choisir d'utiliser le système laser (60) alors
que l'enceinte
(10) est sous vide, en utilisant le système de mise sous vide (20).
- Selon un autre exemple, l'opérateur peut choisir de faire un traitement
avec le système
plasma (30) sur une première pièce (2) simultanément à un traitement avec le
système
laser (60) sur une seconde pièce (2).
De plus, l'ordre d'utilisation et le nombre d'utilisations des différents
systèmes (10-70) sont
paramétrables selon différentes séquences :
- Par exemple, l'opérateur peut choisir de faire un traitement avec le
système laser (60),
puis déplacer les pièces jusqu'au système de traitement plasma (30).
- Selon un autre exemple, l'opérateur peut choisir de faire un premier
dépôt en utilisant le
système de dépôt sous vide (40), puis un traitement laser avec le système
laser (60), puis
un second dépôt avec le système de dépôt sous vide (40).
L'enceinte (10) a une forme parallélépipédique, avec deux parois horizontales
parallèles
constituant le dessus et le dessous de l'enceinte (10), ainsi que quatre
parois verticales
deux à deux parallèles constituant les côtés de l'enceinte (10). Bien entendu,
les parois
peuvent être de formes différentes sans sortir du cadre de l'invention. On
peut imaginer par
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exemple une enceinte (10) cylindrique comportant une seule paroi verticale
cylindrique.
Cette enceinte (10) peut comporter un seul compartiment (11), comme illustré
sur les
figures 1 et 2, ou plusieurs compartiments (11) comme illustré sur la figure
5.
Le système de mise sous vide (20) est destiné à évacuer l'atmosphère présente
dans
l'enceinte (10). Le système (20) peut réaliser un vide d'air, c'est-à-dire
d'une extraction de
l'air présent dans l'enceinte (10) afin qu'il y règne une pression pouvant
aller par exemple
de 10-2Pa jusqu'à 10-9 Pa.
Le système de traitement plasma (30) peut servir à réaliser un décapage des
pièces (2)
afin de les nettoyer en vue d'un autre traitement ultérieur. Egalement, le
système (30) peut
servir à activer une surface de façon à ce qu'elle puisse réagir à un autre
traitement
ultérieur, comme peut l'être un effluvage pour des matières plastiques ou
céramiques. En
combinaison avec le système d'injection de gaz, le système de traitement
plasma (30) peut
servir pour réaliser des dépôts de type PACVD ( plasma assisted chemical
vapor
deposition , Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma en
français).
Le système de dépôt sous vide (40) est destiné à réaliser un dépôt à la
surface des pièces
(2). Par exemple, le système (40) peut être conçu pour un dépôt PACVD ou PVD (
physical
vapor deposition en anglais, Dépôt physique en phase vapeur)> en
français). Le
système de dépôt sous vide (40) peut éventuellement être utilisé pour décaper
les pièces
(2) s'il fournit suffisamment d'espèces ionisées, comme c'est par exemple le
cas pour une
source de dépôt par arc.
Le système de transport (50) est conçu pour recevoir les pièces (2) et les
déplacer dans
l'enceinte (10). Ce système de transport (50) peut être construit de
différentes manières.
Sur l'exemple des figures 1 et 2, le système (50) comprend un plateau (51)
tournant autour
d'un axe central vertical, et des tourelles (52) montées tournantes sur le
plateau (51) autour
d'axes verticaux parallèles à l'axe central, formant un carrousel supportant
une ou plusieurs
pièces (2). Les tourelles (52) permettent d'exploiter la plus grande hauteur
possible de
l'enceinte (10), notamment pour traiter des petites pièces (2). Le plateau
(51) et les tourelles
(52) peuvent tourner dans le même sens ou en sens inverse. Les tourelles (52)
peuvent
être motorisées indépendamment, permettant ainsi de mettre en rotation le
plateau (51) et
les tourelles (52) séparément ou simultanément. En variante, les tourelles
(52) peuvent être
montées de manière fixe sur le plateau (51). Selon une autre variante, le
plateau (51) peut
être dépourvu de tourelles (52).
Selon l'invention, la machine (1) est également équipée du système laser (60),
comprenant
une source laser (61) émettant un faisceau laser (62). La source laser (61)
peut être à
impulsion et émettre des pulses dont les durées sont de l'ordre de la
femtoseconde, la
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picoseconde ou la nanoseconde. La source laser (61) peut être multi-spectrale
(choix de la
longueur d'onde en fonction du matériau).
Comme illustré sur la figure 2, le système laser (60) peut comprendre
plusieurs sources
laser (61) afin de pouvoir traiter plusieurs pièces (2) à la fois, ou
plusieurs zones d'une
grande pièce (2). Les sources lasers (61) peuvent être identiques (même
longueur d'onde,
même durée d'impulsion, même polarisation, même forme de faisceau ) ou
différentes
(longueurs d'onde et/ou durées d'impulsion et/ou polarisation et/ou formes de
faisceau
différentes). Par la suite, il ne sera fait référence qu'a la source laser
(61), même s'il
peut y en avoir plusieurs.
Le système laser (60) comprend une fenêtre (63), qui est optiquement
transparente par
rapport au faisceau (62), et qui marque la transition entre le système laser
(60) et l'enceinte
(10).
Le système (60) comprend différents dispositifs optiques, notamment un
dispositif de
focalisation et de correction (65) du faisceau (62), permettant de concentrer
l'énergie du
faisceau (62) à une distance choisie dudit dispositif (65). Il est nécessaire
de modifier la
focalisation lorsque les pièces (2) à traiter sont de dimensions différentes,
et que la distance
entre la surface d'une pièce (2) et le système laser (60) n'est pas la même
d'une pièce (2)
à l'autre.
Le système (60) comprend également un dispositif de déflexion (66) destiné à
orienter le
faisceau laser (62) et à balayer la surface de la pièce (2) à traiter.
Le système laser (60) peut être utilisé de différentes manières et en vue
d'objectifs
différents :
- Texturation avec ablation de matière de la pièce (2) afin de créer des
cavités à la surface
de la pièce (2). Les cavités peuvent être disposées selon un motif discret,
c'est-à-dire que
les cavités sont disjointes les unes des autres. En alternative, les cavités
peuvent être
disposées selon un motif continu, c'est-à-dire que les cavités sont reliées
les unes aux
autres. Selon une autre alternative, les cavités peuvent comprendre un mélange
de motifs
discret et continu.
- Nanotexturation sans ablation de matière. Dans ce mode d'utilisation, les
impulsions du
faisceau laser (62) engendrent une redistribution de la matière et des motifs
nanométriques
se forment à la surface de la pièce. Selon les conditions opératoires, les
nanomotifs peuvent
être en creux, en bosse ou même les deux. Ceci peut être utilisé pour
augmenter la surface
spécifique de la pièce (2) par exemple.
- Traitement de surface sans ablation de matière, modifiant la structure
cristalline de la
matière.
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- Traitement de surface sans ablation de matière, modifiant la topographie
de la matière.
- Modification chimique de la matière, par exemple lorsque le traitement
laser est réalisé en
présence d'un gaz pur réactif.
D'autres traitements pourront être mis en oeuvre sans sortir du cadre de
l'invention.
La machine (1) peut également comprendre un système de protection (70) destiné
à
protéger la fenêtre (63) du système laser. En effet, si la machine (1) combine
avantageusement les différents systèmes de traitement (20-60) détaillés ci-
dessus, il en
résulte que lesdits systèmes peuvent être gênants l'un pour l'autre. En
particulier, la fenêtre
(63) du système laser (60) doit rester la plus transparente possible afin de
garantir
l'efficacité du traitement laser. Cette perte de transparence peut provenir de
dépôts sur la
fenêtre (63), provenant de la matière ablatée lors de la texturation laser des
pièces (2), ou
bien du système de dépôt sous vide (40), voire du système générateur de plasma
(30). La
protection de la fenêtre (63) peut donc être un avantage majeur pour la
machine (1), non
seulement pour la performance des traitements laser à réaliser, mais également
en termes
de taux de disponibilité de la machine (1), si les opérations de maintenance
visant à nettoyer
ou remplacer la fenêtre (63) sont moins fréquentes.
En pratique, la machine (1) permet la mise en oeuvre de différents procédés,
comprenant :
a) une étape de mise sous vide de l'enceinte (10), puis
une combinaison des étapes suivantes :
b) une étape de traitement laser des pièces (2), et
c) une étape de traitement plasma des pièces (2), et/ou
d) une étape de réalisation d'un dépôt sous vide sur les pièces (2).
Avantageusement, les différentes étapes a) à d) peuvent être réalisées dans la
même
machine (1), adaptée pour traiter des pièces (2) de différentes formes, avec
une grande
polyvalence.
Les étapes a) et b) sont toujours présentes dans le procédé, avec complément
soit l'étape
c), soit l'étape d), soit les deux étapes c) et d). L'ordre des étapes b), c)
ou d) n'est pas
chronologique.
L'étape a) est préalable aux autres étapes b), c) ou d).
Les étapes b), c) et d) peuvent être réalisées sélectivement pour traiter la
ou les pièces,
soit séparément des autres étapes, soit simultanément à l'une ou plusieurs des
autres
étapes.
Les étapes b), c), d) ou leurs combinaisons peuvent être réalisées selon une
séquence
d'utilisation paramétrable, avec un ordre d'utilisations et/ou un nombre
d'utilisations
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variables. Par exemple, l'étape b) peut être réalisée plusieurs fois avant de
réaliser l'étape
c) et/ou d).
D'autres modes de réalisation d'une machine (1) conforme à l'invention sont
montrés aux
figures 3 à 17. Certains éléments constitutifs de la machine (1) sont
comparables à ceux
5 du premier mode de réalisation décrit plus haut et, dans un but de
simplification, portent les
mêmes références numériques.
La figure 3 montre un système de transport (50) comprenant uniquement un
plateau rotatif
(51), sans tourelles (52). Le plateau (51) forme un carrousel sur lequel sont
disposées une
ou plusieurs pièces (2). Cette configuration est avantageuse pour traiter des
pièces (2) de
10 grandes dimensions.
La figure 4 montre un système laser (60) muni d'une unique source (61) et d'un
dispositif
de répartition et/ou d'orientation (67) du faisceau laser (62), de façon à
traiter
simultanément plusieurs petites pièces (2), ou bien plusieurs zones d'une même
grande
pièce (2). Ce dispositif (67) de répartition et/ou d'orientation peut être
basé sur une division
du faisceau (62), par exemple en utilisant des miroirs semi-réfléchissant
comme illustré sur
la figure 4, ou encore sur une déflection du faisceau (62), par exemple en
utilisant des
prismes mis en rotation de façon à ce que les facettes des prismes orientent
le faisceau
(62) successivement en direction d'une zone (ou une pièce) puis vers une
autre. Dans la
suite du document, il sera fait référence au dispositif de répartition (67),
sans préciser s'il
s'agit d'un dispositif de division ou de déflection du faisceau (62).
Lorsque le système de transport (50) comprend un carrousel, le système laser
(60) peut
avantageusement être disposé latéralement. A la différence des machines (1)
dont le
système laser (60) est disposé au-dessus, cette configuration permet de
traiter des pièces
(2) dites en volume , par opposition à des pièces qui sont simplement
plates, comme
des disques ou des films par exemple.
La figure 4 montre aussi des tourelles (52) équipées de platines (53) elles-
mêmes mobiles
en rotation, de sorte que trois rotations pourraient être pilotées
simultanément ou
séparément en fonction des besoins: plateau (51), tourelles (52) et/ou
platines (53).
La figure 5 montre une autre construction de machine (1), comprenant un
système de
transport (50) longitudinal et plusieurs compartiments (11).
Le système de transport longitudinal (50) comprend un chariot (54) supportant
les pièces
(2) et des rouleaux (55) supportant le chariot (54). En alternative, le
système de transport
(50) longitudinal peut comprendre un tapis roulant, un convoyeur à rouleaux
(55) sans
chariot, un chariot (54) associé à une vis sans fin, ou tout autre dispositif
adapté.
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Les compartiments (11) de l'enceinte (10) sont séparés par des parois
intérieures verticales
munies de vannes (12), permettant de cloisonner ou faire communiquer les
compartiments
(11) voisins. Cette construction est avantageuse pour protéger l'un des
systèmes (20-60)
d'une pollution générée par l'utilisation d'un des autres systèmes. Le système
plasma (30)
est monté sur la paroi supérieure d'un premier compartiment (11), le système
de dépôt sous
vide (40) est monté sur la paroi supérieure d'un deuxième compartiment (22),
et le système
laser (60) est monté sur la paroi supérieure d'un troisième compartiment (11).
D'autres
configurations peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.
Seul un système de mise sous vide (20) est représenté dans un but de
simplification. Une
telle machine (1) comporte en général plusieurs systèmes de mise sous vide
(20), car
pendant un traitement, un compartiment (11) peut être isolé des autres
compartiments (11).
Il faut alors que ce compartiment (11) dispose de son système (20) de pompage.
La même
chose est vraie pour les systèmes de chauffage et d'injection de gaz.
Les figures 6 à 16 montrent différentes variantes de systèmes de protection
(70) du système
laser (60). Les solutions imaginées pour être intégrées au système de
protection (70) sont
nombreuses, et peuvent être utilisées en combinaison afin de tirer parti des
avantages de
chacune et d'augmenter l'efficacité de la protection globale résultante.
Sur les figures 6 et 7, le système (70) comprend un cache (71) mobile devant
la fenêtre
(63), entre une position ouverte où le cache (71) est écarté de la fenêtre
(63), lorsque
le système laser (60) est en utilisation, et une position fermée où le
cache (71) est
positionné devant la fenêtre (63), lorsque le système laser (60) n'est pas en
cours
d'utilisation alors qu'un autre système est utilisé. Ainsi la durée
d'exposition de la fenêtre
(63) à des projections provenant d'autres systèmes est réduite. Ce cache (71)
peut être
une plaque de la forme de la fenêtre (63), mue en translation par un vérin
(72). Toute autre
solution technique pertinente peut également être considérée, comme par
exemple un
diaphragme.
Sur les figures 8 et 9, le système (70) comprend un film (73) mobile devant la
fenêtre (63)
entre deux rouleaux (74). Ce film (73) doit être optiquement transparent par
rapport au
faisceau (62) et apporter le moins de perturbations optiques audit faisceau
(62). Ce film
(73) vise à collecter les projections qui peuvent parvenir des autres systèmes
(20-50), ou
des pièces (2) à traiter si une texturation par ablation est en cours.
Avantageusement,
l'opérateur peut choisir de laisser le film (73) en position fixe et de le
faire défiler uniquement
lorsqu'il estime que le film (73) a reçu trop de projections, ou alors de le
faire défiler en
continu afin de garantir une transparence maximale du film (73) en permanence.
Une
avance automatique après une certaine durée peut également être envisagée.
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Sur les figures 10 à 15, le système de protection (70) comprend une chambre
(75) munie
d'une ouverture (76) et disposée devant la fenêtre (63). Il s'agit ici d'une
solution
géométrique visant à augmenter l'écart entre la fenêtre (63) et l'ouverture
(76) d'entrée du
faisceau (62) dans l'enceinte (10). La chambre (75) définit un angle solide
caractérisé par
le ratio entre la longueur de la chambre (75) et la largeur de l'ouverture
(76). Si cet angle
est trop ouvert, comme montré sur les figures 10 et 13, les projections
provenant des
traitements n'ont pas de difficultés à pénétrer cette chambre (75) et à venir
se déposer sur
la fenêtre (63). Mais si l'angle est fermé, comme illustré sur les figures 12
et 15, la chambre
(75) constitue un tunnel que les projections n'arrivent pas à remonter,
évitant ainsi leur
dépôt sur la fenêtre (63). De préférence, la chambre (75) définit un angle
d'ouverture
inférieur à 45 degrés entre la fenêtre (63) et l'ouverture (76). Encore de
préférence, cet
angle d'ouverture est l'angle d'ouverture latéral, par distinction avec
l'angle d'ouverture
vertical.
Sur la figure 16, le système de protection (70) est réalisé en prévoyant un
angle oblique
entre le faisceau (62) et la fenêtre (63), et un angle d'incidence oblique
entre le faisceau
laser (62) et la surface des pièces à traiter (2). De cette façon, les
projections issues de la
texturation sont émises dans une direction qui n'est pas celle de la fente de
passage du
faisceau laser (62) à travers la fenêtre (63). Les projections dirigées vers
la fenêtre (63)
sont ainsi réduites, voire éliminées.
Dans une variante de cette version du système de protection, on garde un angle
orthogonal
de franchissement de la fenêtre (63) par le faisceau laser (62) et le combine
à une incidence
oblique sur la surface de la pièce (2). Ceci peut par exemple être obtenu en
désaxant le
faisceau laser (62) par rapport au centre du plateau rotatif (51) ou en
inclinant la fenêtre
(63) par rapport à la paroi de l'enceinte (10).
En variante non représentée, le système de protection (70) peut comprendre des
parois
disposées entre la fenêtre (63) et l'enceinte (10), de façon à isoler
optiquement le chemin
du faisceau laser (62) et ainsi protéger la fenêtre (63) des projections.
Les figures 17 et 18 illustrent l'intérêt de munir le système laser (60) d'un
dispositif de
correction de trajectoire, de focalisation ou de forme. En particulier, ce
dispositif peut être
utilisé lors du traitement de pièces (2) ne présentant pas une surface
orthogonale par
rapport au faisceau (62). La figure 17 montre un faisceau (62), projeté sur
une surface de
la pièce (2) qui n'est pas orthogonale avec la direction du faisceau (2). Pour
faciliter la
compréhension, le faisceau (62) est représenté parallèle et de section
circulaire. On voit
sur la figure 18 que le spot (68) résultant de la projection du faisceau (62)
sur la pièce (2)
n'est pas un cercle mais une ellipse. Ceci est problématique, en particulier
si le but du
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traitement laser est de réaliser une texturation comprenant des cavités
circulaires. Dans ce
contexte, le dispositif de correction permet de modifier la forme du faisceau
laser (62) de
façon à, dans cet exemple, corriger la déformation induite par la surface. Le
système laser
(60) peut inclure un module de mise en forme avant le dispositif de
correction, afin d'obtenir
par exemple des structures non circulaires déterminées.
La figure 17 montre aussi que la localisation du point d'impact du faisceau
(62) sur la pièce
(2) a un impact sur la distance à parcourir entre le spot (68) et la source
laser (61). Si le
faisceau (62) est décalé vers la droite de la pièce (2), alors la distance à
parcourir est plus
grande. En réalité, le faisceau (62) n'est pas strictement parallèle mais est
convergent, de
façon à être focalisé sur la surface de la pièce (2). Si le chemin à parcourir
par le faisceau
(62) a une longueur variable, alors la focalisation est perdue. Il est donc
judicieux de munir
le système (60) d'un dispositif de correction de la focalisation.
La figure 19 montre une pièce (2) cylindrique dont une partie a déjà été
traitée et dont une
nouvelle zone (64) est prête à être traitée. La machine (1) pouvant être
destinée à traiter
une surface importante d'une ou des pièces (2), il convient de faire défiler
cette surface
devant le ou les systèmes (20-60) en utilisation. Le système de transport (50)
est donc
conçu de façon à déplacer la pièce (2) de sorte que deux zones de traitement
(64)
successives soient contiguës. Ce point sera plus particulièrement illustré en
prenant pour
exemple le traitement laser, bien que cette caractéristique du système de
transport (50)
puisse être mise en oeuvre avec les autres systèmes (30, 40).
La réalisation d'un traitement laser implique que la surface de la pièce (2)
doit être
positionnée en regard de la fenêtre (63) du système laser (60). Le système
laser (60)
comprend des dispositifs optiques complexes, nécessitant un ajustement
mécanique et une
stabilité importants. Le boîtier du système laser (60) est positionné de façon
fixe. Le
déplacement relatif du faisceau (62) par rapport à la pièce (2) est réalisé en
déplaçant les
dispositifs optiques du système laser (60) et/ou en déplaçant la pièce (2) à
traiter. Il en
découle que le traitement des pièces (2) se fait généralement par zones (64)
successives,
avec éventuellement plusieurs zones (64) traitées en parallèle par plusieurs
faisceau laser
(62). Le système laser (60) traite la partie de la pièce (2) qui lui est
apparente. La pièce (2)
est déplacée de façon à mettre une zone à traiter suivante en regard du
système laser (60).
De préférence, ce déplacement est opéré simultanément au traitement en cours.
En
alternative, ce déplacement peut être opéré en alternance avec le traitement.
Ceci est
illustré sur la figure 19, où on voit qu'une partie d'une pièce (2)
cylindrique a déjà été traitée
et qu'une nouvelle zone (64) est prête à être traitée.
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La précision de positionnement de la pièce (2) peut par exemple être augmentée
au moyen
d'un dispositif d'encodage de la position, comprenant par exemple un codeur
disposé au
sein de la chaîne cinématique mettant en mouvement le plateau (51) ou le ou
les chariots
(54). En alternative ou en complément, on peut prévoir des repères visuels
aptes à coopérer
avec un ou des capteurs optiques. Ces repères visuels peuvent par exemple être
des
marques réalisées sur la pièce (2) de façon à être repérées par une caméra. On
peut
également envisager que les repères visuels soient les zones déjà traitées
elles-mêmes, si
ces zones présentent une couleur ou une texture différente qui puisse être
détectée par un
capteur ou par une caméra, avec par exemple l'utilisation d'une lumière
polarisée ou ayant
une longueur d'onde choisie.
La pièce (2) peut être mobile en continu en regard du système laser (60), sans
que cela ne
change l'interprétation des dispositions expliquées ci-avant. La zone (64) en
cours de
traitement devient alors une zone de superficie plus petite, et actualisée
beaucoup plus
fréquemment.
Par ailleurs, la machine (1) peut être conformée différemment des figures 1 à
19 sans sortir
du cadre de l'invention, qui est défini par les revendications. En outre, les
caractéristiques
techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-
dessus peuvent
être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles.
Ainsi, la machine (1)
peut être adaptée en termes de coût, de fonctionnalités et de performance.
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