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WO 2023/047347 PCT/IB2022/059014
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Procédé de formage du bois
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un procédé de formage
du bois,
en particulier pour la réalisation d'objets en bois par pression.
Etat de la technique
[0002] De manière générale, le pressage du bois est une
technique de
réalisation d'objets en bois connue. Cette technique consistant à exercer
une force importante contre la surface d'une ébauche en bois, souvent
placée dans un moule, permet de compresser le bois afin de lui donner une
forme prédéfinie, tout en augmentant la résistance de l'objet dû à sa
densification. Cette technique possède aussi l'avantage de permettre la
réalisation de formes en creux non fraisable, par exemple des formes
polygonales avec des angles nets, ce qui n'est pas possible par fraisage à
cause du diamètre de la tête de fraisage.
[0003] Dans la vaste majorité des cas, la compression
s'effectue dans une
direction perpendiculaire aux fibres du bois. En effet, la pression nécessaire
pour compresser un morceau de bois dans une direction transverse aux
fibres est bien moindre que celle nécessaire à la compression du même
morceau de bois dans une direction parallèle aux fibres. En d'autres termes,
rapprocher les fibres par compression nécessite moins d'énergie qu'écraser
une fibre sur elle-même.
[0004] Il a aussi été suggéré de comprimer le bois dans une direction
parallèle aux fibres. Ces procédés sont cependant peu utilisés. En effet, les
pressions mises en oeuvre durant une compression parallèle aux fibres du
bois peuvent être extrêmement importantes, et impossibles à obtenir avec
des presses ordinaires ou des objets de grande dimension.
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[0005] EP1706248 décrit un objet de bois tel qu'un boitier
pour appareil
électronique obtenu par compression d'une ébauche préalablement usinée
(par exemple par fraisage). Dans ce document, le fond de la matrice (ou
moule) dans laquelle est placée l'ébauche est fortement incurvé afin
d'éviter les problèmes de démoulage ainsi que de netteté des contours de
l'objet final. La pièce nécessite un usinage, par exemple un fraisage,
préalable d'une cavité dont la profondeur va simplement être renforcée
par le pressage. Seul le fond de la cavité est soumis à la compression ; en
revanche la surface supérieure de l'ébauche ne subit pas de déformation
sous l'action de la presse de forme. L'aspect esthétique des bords externes
et internes de l'objet est déterminé principalement par le fraisage.
Bref résumé de l'invention
[0006] Un but de la présente invention est de proposer un
procédé de
formage d'un objet en bois exempt des limitations des procédés connus
dans l'art antérieur.
[0007] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé
de
formage d'un objet en bois qui soit écologique et économique.
[0008] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé
de
formage d'un objet en bois qui permette d'obtenir rapidement des faces
latérales et frontales particulièrement propres et des arêtes franches.
[0009] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé
de
formage d'un objet en bois qui permette d'obtenir rapidement des flancs
résistants aux chocs et à l'humidité.
[0010] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au
moyen
d'un Procédé de formage d'un objet en bois comportant les étapes
suivantes :
-obtention d'une ébauche par découpage d'une pièce de bois
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selon une direction transversale aux fibres du bois;
-positionnement de l'ébauche par une matrice ;
-pressage de l'ébauche au moyen d'une presse de forme mise en
appui contre une face libre de l'ébauche, en exerçant une pression selon
une direction parallèle aux fibres du bois
caractérisé en ce que la pression lors du pressage est supérieure à 1,5*106
N/m 2,
en ce que le pressage est effectué à froid,
en ce que le pressage est effectué à sec,
et en ce que la matrice comporte un flanc de positionnement en appui
contre l'ébauche lors du pressage et formant un premier angle n'excédant
pas 5 avec les fibres du bois de l'ébauche positionnée dans la matrice,
et/ou en ce que la presse de forme comporte un flanc de poinçonnage en
appui contre l'ébauche lors du pressage, le deuxième flanc de poinçonnage
formant un deuxième angle n'excédant pas 50 avec les fibres du bois de
l'ébauche positionnée dans la matrice.
[0011] La pression lors du pressage est de préférence
supérieure à 2*106
N/m2, préférentiellement supérieure à 5*106N/m2. La force utilisée pour
presser les fibres dans le sens parallèle aux fibres et de l'ordre de dix à
vingt
fois supérieure par rapport à une compression perpendiculaire aux fibres.
[0012] Le flanc de poinçonnage coulisse le long des fibres de
l'ébauche
lors du pressage.
[0013] Le flanc de poinçonnage peut coulisser le long des
fibres de
l'ébauche lors du pressage, sans participer à leur compression longitudinale,
ou seulement de manière très limitée si les flancs de poinçonnage ne sont
pas parallèles aux fibres.
[0014] Dans un mode de réalisation, tout le flanc de
poinçonnage et le
flanc de positionnement coulissent le long des fibres de l'ébauche lors du
pressage.
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[0015] La compression parallèlement aux fibres du bois
confère des
avantages à l'objet résultant.
[0016] En particulier, les faces, les arêtes et les contours
de l'objet final
sont particulièrement nets car définis par les fibres du bois qui sont
comprimées sur elles-mêmes, mais conservent leur rectilinéarité.
[0017] Dans le cas de flancs de poinçonnage et de
positionnement
parallèles aux fibres du bois lors du pressage, les faces latérales de l'objet
le
long de ces flancs sont définies par la surface latérale de fibres contiguës
comprimées, sans que les extrémités des fibres n'apparaissent sur ces faces.
[0018] II en résulte des faces latérales de haute qualité, ayant une
rugosité très faible, notamment des faces latérales particulièrement lisses à
la sortie de la presse.
[0019] Même un angle inférieur à 5 entre les flancs de
poinçonnage
et/ou de positionnement d'une part et les fibres du bois d'autre part
permet de limiter le nombre de fibres dont l'extrémité aboutit sur des faces
latérales de l'objet, et donc d'obtenir des faces propres et lisses.
[0020] Ces faces latérales et/ou frontales définies par des
fibres
comprimées dans le sens longitudinal sont particulièrement résistantes à
des chocs et à l'humidité.
[0021] L'ébauche ne nécessite pas l'usinage préalable d'une cavité ou
d'un logement concave.
[0022] La ou les portions concaves de la pièce peuvent être
obtenues
uniquement par pressage, sans usinage préalable.
[0023] Grâce aux pressions importantes utilisées, il n'est
pas nécessaire
d'humidifier ni de chauffer le bois pour le déformer.
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[0024] La pression supérieure à 1,5*106 N/m2 , de préférence
supérieure
à 2*106 N/m2, de préférence supérieure à 5*106 N/m2, permet d'obtenir des
objets possédant des faces et des arêtes nettes, y compris des objets ayant
un profil ou une cavité polygonale.
5 [0025] Des tests ont montré qu'une pression supérieure à 1,5*106 N/m2
permet de compresser au moins 50% de la hauteur (dans le sens des fibres
du bois) de l'ébauche pour des essences de bois ayant une densité
inférieure ou égale à 0.5 kg/dm3. A titre d'exemple, pour un bois d'une
densité moyenne de 0.5 kg/dm3, la hauteur de l'ébauche peut être
compressée d'au maximum 50% sans que l'objet final n'en souffre. Pour
des bois de densité inférieure, une compression encore plus importante
peut être exercée sans dommages, par exemple pour un bois d'une densité
de 0.4 kg/dm3, la hauteur maximale de l'ébauche peut être compressée de
60% sans porter atteinte à l'intégrité de l'objet.
[0026] La presse de forme et la matrice peuvent comporter des flancs de
guidage coulissant l'un contre l'autre lors du pressage. Le ou les flancs de
guidage permettent avantageusement de maintenir la matrice avec
précision durant le pressage, pour garantir une déformation contrôlée et
un formage de précision. L'ébauche est ainsi immobilisée au moment du
pressage.
[0027] Un flanc de guidage de la matrice peut guider la
presse de forme
durant le pressage, contribuant ainsi à l'obtention de flancs nets des parties
compressées.
[0028] L'étape de pressage peut être réalisée à l'aide d'une
presse de
forme comprenant un premier flanc perpendiculaire aux fibres du bois, et
un deuxième flanc plan, les deux flancs plans étant joints par le flanc de
poinçonnage.
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[0029] L'étape de pressage peut comprendre une phase de
guidage de
la presse de forme, le flanc de guidage de la matrice guidant la presse de
forme.
[0030] Les flancs de guidage sont avantageusement parallèles
à la
direction de pressage.
[0031] Les flancs de guidage sont avantageusement parallèles
à la
direction longitudinale des fibres du bois.
[0032] Le bois est ainsi comprimé longitudinalement, en
s'appuyant
latéralement contre le flanc de positionnement de la matrice.
[0033] Une hauteur maximale de l'ébauche dans le sens des fibres du
bois peut être réduite lors du pressage.
[0034] La hauteur du flanc de guidage de la matrice peut être
supérieure à la hauteur maximale de l'ébauche avant pressage.
[0035] La première surface, la deuxième surface, et/ou un
fond de la
matrice, peuvent être structurés.
[0036] La résolution minimale du relief de la structuration
peut être très
fine, c'est-à-dire comprise entre 10 pm et 50 pnn, permettant ainsi la
réalisation de structures très fine à la surface du bois.
[0037] Le flanc de poinçonnage peut comprendre un premier
chanfrein
permettant notamment de lisser la transition flanc intérieur/fond intérieur
de l'objet réalisé.
[0038] Le premier chanfrein peut former un angle avec une
surface de
fond de la matrice d'au plus 35 .
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[0039] Le flanc de positionnement de la matrice peut
comprendre un
second chanfrein permettant notamment de lisser la transition flanc
extérieur/fond extérieur de l'objet réalisé.
[0040] Le second chanfrein peut former un angle avec une
surface de
fond de la matrice d'au plus 550
.
[0041] La presse de forme peut comprendre un profil
transverse ou
longitudinal en escalier permettant notamment d'approximer des courbes
difficiles à réaliser.
[0042] Le pas de l'escalier peut être très fin, typiquement
compris entre
0.01nnm et 0.2mm.
[0043] Le procédé peut comprendre une étape d'extraction de
l'ébauche
de manière à désolidariser l'ébauche de la matrice et/ou de la presse de
forme après l'étape de pressage de l'ébauche.
[0044] L'ébauche peut avoir une densité avant pressage
inférieure à 0.75
kg/dm3, de préférence, inférieure à 0.5 kg/dm3.
[0045] Le bois dans lequel est découpée l'ébauche peut être
du
châtaignier, de l'okoumé, de l'arolle, du tilleul, de l'aulne, du peuplier, du
balsa, de l'épicéa, du sapin, de l'érable, du noyer, du frêne ou du hêtre.
[0046] Une étape d'usinage mécanique de l'ébauche peut être
introduite avant l'étape de pressage pour augmenter sa porosité et réduire
sa densité.
[0047] L'usinage mécanique peut comporter plusieurs micro-
forages
dans le sens des fibres du bois.
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[0048] Les micro-forages peuvent être réalisés au moyen d'un
forêt, ou
par étampage, par exemple au moyen d'aiguilles enfoncées simultanément
dans une direction parallèle aux fibres du bois.
[0049] Une extrémité de la presse de forme en contact avec
l'ébauche
peut comprendre un profil biseauté.
[0050] Selon l'invention, ces buts sont aussi atteints par
l'objet en bois
obtenu par le procédé décrit ci-dessus.
Brève description des figures
[0051] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont
indiqués dans
la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
- La figure 1 illustre des découpes possibles d'une ébauche dans un
bloc de bois.
- La figure 2 illustre une matrice contenant une ébauche de bois.
- La figure 3a illustre une étape de pressage dans laquelle une
presse de forme est amenée contre une ébauche dans une
matrice.
- La figure 3b illustre une étape de pressage dans laquelle la presse
de forme a compressé une partie de l'ébauche.
- La figure 4 illustre une coupe transversale d'une matrice
contenant une ébauche de bois, le flanc de positionnement de la
matrice étant incliné.
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- La figure 5 illustre une coupe transversale d'une matrice
contenant une ébauche de bois ainsi qu'une presse de forme, le
flanc de positionnement de la matrice et le flanc de guidage de la
presse étant inclinés.
- La figure 6 illustre une coupe transversale d'une presse de forme
possédant un poinçon avec un flanc de poinçonnage incliné.
- La figure 7 illustre une coupe transversale d'une matrice avec un
logement particulier contenant une ébauche de bois.
- La figure 8 illustre une coupe transversale d'une presse de forme
ayant un profil particulier à deux poinçons.
- La figure 9 illustre une coupe transversale d'une matrice dont le
fond est structuré.
- La figure 10a illustre une coupe transversale d'une presse de
forme avant pressage permettant diverses pressions sur la surface
d'une ébauche.
- La figure 10b illustre une coupe transversale d'une presse de
forme après pressage permettant diverses pressions sur la surface
d'une ébauche.
- Les figures 11a et 11b illustrent des presses de forme avec un
chanfrein.
- La figure 12 illustre une matrice dont le fond possède un
chanfrein.
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- La figure 13 illustre deux positions d'un dispositif d'extraction de
la presse de forme après pressage.
- La figure 14a illustre une presse de forme dont un flanc latéral
comprend une portion en escalier.
5 - La figure 14b illustre une vue de dessous d'une
presse de forme
dont le profil comporte des portions en escalier.
- Les figures 15a et 15b illustrent des presses de formes
comprenant plusieurs poinçons.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0052] La présente invention concerne un procédé de formage
d'un
10 objet en bois par compression d'une ébauche, la compression étant réalisée
dans une direction parallèle aux fibres du bois.
[0053] Des exemples d'objets en bois pouvant être obtenus par
le
procédé de l'invention incluent par exemple des jouets, des manches de
coutellerie, des objets de décoration, de vaissellerie, des boîtes, des boîtes
pour l'horlogerie, des boîtes à bijoux, des contenants ou emballages pour
produits cosmétiques, des éléments vestimentaires ou de mode tels que des
boutons, des semelles de chaussure, etc.
[0054] Le présent procédé est particulièrement adapté pour des
contenants de produits visqueux tels que des pommades, de crèmes, voire
de liquides. En effet, la densification résultant du pressage diminue la
porosité du bois lui conférant ainsi une imperméabilité suffisante pour
contenir des produits visqueux ou liquides. Ainsi le risque de transfert de
molécules du bois vers une matière en contact ou inversement est faible car
les canaux de transport sont clos. De plus, le bois est naturellement un
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matériau noble au potentiel antibactérien, agréable au toucher et souvent
possédant une odeur ressentie comme agréable.
[0055] La figure 1 illustre des exemples de découpe possible
d'une
ébauche 11 dans une pièce de bois 10. La découpe est réalisée selon des
lignes de découpe 12 dans une direction transverse aux fibres du bois afin
de permettre une compression parallèle aux fibres du bois dans un
deuxième temps. Le terme transverse est ici à comprendre au sens de non-
parallèle i.e., l'angle entre les lignes de découpe 12 et les fibres du bois
est non nul.
[0056] L'ébauche 11 obtenue par découpage est ensuite positionnée
dans ou par une matrice 20. Cette matrice comporte un flanc de
positionnement 21 en appui contre l'ébauche. Comme illustré sur la figure
2, l'ébauche est positionnée à l'intérieur de la matrice, de sorte qu'une des
faces de l'ébauche transverses aux fibres du bois soit libre et de sorte que
le
flanc de positionnement et le fond de la matrice entourent l'ébauche sur le
reste de sa surface. Le positionnement de l'ébauche peut consister en un
simple placement de l'ébauche par la partie ouverte de la matrice destinée
à guider la presse de forme ou, dans certains modes de réalisation plus
complexes, l'ébauche peut être introduite latéralement dans un logement
de la matrice. Un tel mode de réalisation est illustré sur la figure 7, où les
contraintes géométriques de l'ébauche nécessitent qu'elle soit placée dans
la matrice 20, par exemple par coulissage selon une direction
perpendiculaire à la direction de pressage. Il est aussi possible de
positionner l'ébauche au moyen d'une ouverture usinée dans l'ébauche, ou
de parties de matrice serrables.
[0057] Une fois l'ébauche 11 positionnée contre la matrice
20, un
pressage de cette ébauche par une presse de forme 30 est réalisé. La
direction du pressage est parallèle aux fibres de bois de l'ébauche. La presse
de forme est mise en appui contre la face libre de l'ébauche et une pression
est exercée sur la presse de forme de sorte à déformer l'ébauche jusqu'à
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reproduire en négatif tout ou partie du volume de la presse de forme et/ou
de la matrice dans l'ébauche.
[0058] Une caractéristique du présent procédé consiste en ce
que le
pressage est effectué à froid et à sec. Le pressage à chaud permet de
réduire la force de pression nécessaire à la déformation du bois.
Cependant, l'augmentation de la température du bois contribue au
desséchement de celui-ci, ayant pour conséquence une plus grande
sensibilité aux déformations, notamment aux retraits qui doivent être
ensuite compensés ou aux fissures. Une telle compensation peut être
facilitée par un étuvage du bois avant pressage ou via une matrice
rétractable dans certaines directions. Cependant, ces étapes viennent
compliquer le procédé et le rendent ainsi plus coûteux.
[0059] Le pressage à sec signifie aussi que l'ébauche de bois
ne nécessite
aucun trempage avant pressage, typiquement, aucun trempage dans une
résine durcissante ou aucun étuvage.
[0060] La presse de forme comporte un flanc de poinçonnage
303 en
appui contre l'ébauche lors du pressage.
[0061] La figure 3a illustre une première étape de ce procédé
dans
laquelle l'ébauche 11 a été positionnée dans la matrice 20 en appui contre
le flanc de positionnement 21 et une presse de forme 30 est déplacée en
direction de la surface libre de l'ébauche. La figure 3b illustre une seconde
étape dans laquelle une partie centrale de la presse de forme 30 a
compressé l'ébauche 20 jusqu'à l'obtention d'un renfoncement par rapport
à la partie latérale de l'ébauche.
[0062] Lors de l'étape de pressage, la presse de forme 30 est amenée
mécaniquement contre la surface libre de l'ébauche 11. Afin de minimiser
les déplacements latéraux de la presse de forme durant le mouvement en
direction de l'ébauche, la matrice peut être pourvue d'un premier flanc de
guidage 24 pour guider la presse de forme. Ce premier flanc de guidage
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peut consister, dans un mode de réalisation préférentiel, en une portion du
flanc de positionnement 21. Dans un autre mode de réalisation non
représenté, le flanc de guidage 24 de la matrice peut être un élément
modulaire disposé solidairement sur la matrice de sorte à augmenter la
surface servant à guider la presse de forme. Une fonctionnalité de ce
premier flanc de guidage 24 est de garantir un guidage précis de la presse
de forme lors du pressage par rapport à la matrice et à l'ébauche.
[0063] Comme illustré sur les figures 3a et 3b, la presse de
forme peut
également comprendre un deuxième flanc de guidage 32 venant coulisser
contre le premier flanc de guidage 24 et/ou contre le flanc de
positionnement de la matrice lors du mouvement de la presse de forme 30.
Afin d'optimiser le guidage de la presse, le diamètre de la presse de forme
au niveau du deuxième flanc de guidage est légèrement inférieur au
diamètre interne de la matrice au niveau du premier flanc de guidage de la
matrice de sorte à laisser un jeu compris entre 0.01mm et 0.5mm nécessaire
à l'extraction de l'objet après le pressage .
[0064] Afin de garantir un maintien optimal de l'ébauche 11
pendant le
pressage, le flanc de positionnement 21 de la matrice est, idéalement,
parallèle à la direction des fibres de bois. Cependant, afin de faciliter le
démoulage de l'objet en bois après le pressage, au moins un flanc de
positionnement de la matrice peut être légèrement incliné d'un premier
angle a par rapport aux fibres du bois de sorte à former un cône tronqué
dont le diamètre le plus large se trouve au niveau de la face libre de
l'ébauche. Un tel mode de réalisation est illustré sur la figure 4. Ce premier
angle a peut atteindre au maximum 5 par rapport à la direction de
pressage, c'est-à-dire la direction des fibres du bois de l'ébauche
lorsqu'elle
se trouve positionnée dans la matrice.
[0065] Dans un mode de réalisation, la matrice comprend un
flanc de
positionnement incliné comme décrit ci-dessus afin de faciliter le
démoulage et un flanc de guidage essentiellement vertical dans le
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prolongement du flanc de positionnement afin de garantir le guidage de la
presse pendant le pressage.
[0066] Le jeu entre le premier flanc de positionnement 21 et
l'ébauche
est de préférence très réduit avant le pressage, afin de permettre l'insertion
de l'ébauche dans la matrice mais de garantir son immobilisation lors du
pressage tout en évitant les déformations latérales. Dans un mode de
réalisation préférentiel, ce jeu est de préférence inférieur à 0,5mnn.
[0067] La presse de forme 30 illustrée sur la figure 5
comprend un
deuxième flanc de guidage 32 qui est, de manière similaire au flanc de
positionnement 21, incliné d'un troisième angle 13 par rapport au sens de
compression de sorte à s'adapter à l'inclinaison du flanc de positionnement.
Le troisième angle 13 peut atteindre au maximum 10 par rapport à la
direction de pressage. La figure 5 illustre un mode de réalisation dans
lequel le flanc de guidage de la presse de forme 32 forme un angle 0 de
sorte à correspondre à l'inclinaison du flanc de positionnement 21.
[0068] Il est possible d'avoir une matrice, respectivement
une presse de
forme, avec un ou plusieurs flancs de positionnement, respectivement de
guidage, qui sont inclinés, et au moins un autre flanc de positionnement,
respectivement de guidage, parallèle aux fibres du bois et permettant ainsi
effectivement un guidage de la presse de forme contre la matrice tout au
long de son déplacement.
[0069] L'inclinaison du deuxième flanc de guidage 32 de la
presse de
forme un angle 13 par rapport aux fibres du bois permet par exemple de
faciliter le démoulage de l'ébauche après l'étape de pressage. Cependant,
cette inclinaison exclut un guidage de la presse de forme dans la matrice
car dès le moment où le deuxième flanc de guidage de la presse de forme
entre en contact avec le premier flanc de guidage 24 de la matrice, le
mouvement vertical de la presse de forme en direction de l'ébauche est
interdit.
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[0070] Dans un autre mode de réalisation, la matrice 20 est
démontable
afin de faciliter le démoulage de l'objet de bois après pressage.
Alternativement ou complémentairement, la matrice peut être pourvue
d'extracteurs permettant également de faciliter le démoulage de l'objet.
5 [0071] Deux problèmes distincts peuvent se poser lors du démoulage.
Premièrement, la presse de forme 30 et l'ébauche peuvent rester solidaire
l'une à l'autre, et deuxièmement, la matrice et l'ébauche peuvent
également rester solidaire l'une à l'autre.
[0072] Afin de séparer la presse de forme de l'ébauche après
le
10 pressage, un support de démoulage peut être disposé au-dessus de la
matrice, comme illustré sur la figure 13. Le support de démoulage peut
comprendre des tiges mobiles par rapport à la matrice et parallèles à l'axe
de pressage permettant d'appuyer sur une portion latérale supérieure de la
matrice de sorte à éloigner mécaniquement la matrice contenant l'ébauche
15 pressée de la presse de forme.
[0073] Dans un autre mode de réalisation, les tiges mobiles
sont
remplacées par une bague de maintien permettant d'appuyer sur l'ébauche
lorsque la presse de forme est retirée de sorte à extraire la presse de forme
de l'ébauche.
[0074] Le deuxième flanc de poinçonnage 32 sur la presse de forme 30
forme un deuxième angle y avec les fibres du bois. Afin de permettre une
plus large variété de formes à presser dans l'ébauche ainsi qu'afin de
faciliter le démoulage de l'objet et de la presse après le pressage, cet angle
peut varier entre 0 et 50. Ainsi le profil de la presse de forme au niveau de
son flanc de poinçonnage peut être légèrement conique comme illustré sur
la figure 6. Ce deuxième angle y permet de plus d'obtenir une qualité
supérieure de la surface interne de l'objet en bois.
[0075] Alternativement, des extracteurs peuvent être utilisés
pour sortir
l'objet de la matrice après pressage. Ces extracteurs consistent par exemple
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en des éléments modulaires de la matrice ou de la presse de forme.
Typiquement, si le flanc de poinçonnage de la presse de forme est vertical,
c'est-à-dire si l'angle y est égal à 00, il est préférable d'ajouter des
extracteurs.
[0076] Dans un mode de réalisation préférentiel illustré sur la figure 6,
la presse de forme 30 comprend une première surface plane 301
perpendiculaire aux fibres du bois lorsque l'ébauche 11 est positionnée
dans la matrice 20 ainsi qu'une deuxième surface plane 302 reliées entre
elles par le flanc de poinçonnage 303 de la presse de forme. La première
surface plane et le flanc de poinçonnage forment ensemble un poinçon
déterminant la forme et/ou le volume de compression de l'ébauche. Lors de
l'étape de pressage, la première surface plane 301 est la première partie de
la presse de forme à entrer en contact avec l'ébauche et pénètre ensuite à
l'intérieur de celle-ci sous l'effet de la pression.
[0077] Dans un autre mode de réalisation illustré sur la figure 8, la
presse de forme 30 comprend plusieurs poinçons permettant de réaliser
plusieurs empreintes distinctes dans l'ébauche 11. Chaque poinçon
comprend une première surface plane 301 perpendiculaire aux fibres du
bois lorsque l'ébauche est positionnée dans la matrice, une deuxième
surface plane 302 ainsi qu'un flanc de poinçonnage 303 reliant la première
surface plane à la deuxième surface plane.
[0078] Le terme poinçon est ici utilisé pour désigner la ou
les portion(s)
saillante(s) de la presse de forme à son extrémité la plus proche de
l'ébauche lors du pressage. Les figures 15a et 15b illustrent des presses de
formes pourvues de plusieurs poinçons, par exemple trois poinçons, dont la
largeur peut varier. Les poinçons sont ainsi délimités soit, latéralement, par
le flanc de poinçonnage 303 de la presse de forme, soit par des
renfoncements 305 de la presse de forme.
[0079] La résolution minimale du bois pour un pressage avec
une presse
de forme comprenant plusieurs poinçons, c'est-à-dire la distance minimale
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entre les extrémités les plus proches de deux poinçons consécutifs, est
comprise entre 0.1mm et lOmm, de manière préférentielle entre 0.5mm et
8mm, typiquement entre lmm et 5mm. Cette résolution dépend de
plusieurs paramètres, tels que l'essence de bois et/ou la profondeur de
pressage. La figure 15a illustre une presse de forme avec une résolution de
l'ordre de 3mm, c'est-à-dire que la largeur des renfoncements 305 est
environ égale à 3mm. La figure 15b illustre un mode de réalisation dans
lequel la résolution est d'environ 2mm et dans lequel les renfoncements
sont particulièrement excentrés par rapport au centre de la presse de
forme.
[0080] La géométrie de la portion inférieure du flanc de
poinçonnage
303 de la presse de forme 30, c'est-à-dire la portion entrant en contact en
premier avec l'ébauche lors du pressage, est particulièrement importante
en ce qui concerne la netteté des flancs et de la transition fond/flanc de
pièce de bois résultant du pressage.
[0081] Dans un mode de réalisation, le flanc de poinçonnage
forme un
angle vif avec la portion de la presse de forme perpendiculaire aux fibres
du bois.
[0082] Comme illustré sur les figures lia et 11 b, le flanc
de poinçonnage
303 peut aussi être pourvu d'un chanfrein 304 afin d'obtenir un chanfrein
correspondant sur l'ébauche après pressage. Un tel chanfrein est
typiquement utilisé pour lisser la transition flanc/fond de la pièce obtenue
après pressage de l'ébauche.
[0083] Pour une forme intérieure, la transition entre les
flancs verticaux
et la surface de fond de la matrice 23 possède typiquement un angle vif
avec un chanfrein d'au plus 350, préférentiellement d'au plus 30 .
[0084] Alternativement ou complémentairement, le flanc de
poinçonnage 303 peut également être pourvu d'un arrondi, dont l'angle
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avec la surface de fond de la matrice ne dépasse pas 35 ,
préférentiellement 30 .
[0085] Dans un mode de réalisation non représenté, le flanc
de guidage
303 peut également comprendre un chanfrein sur une portion supérieure,
de sorte à réaliser un chanfrein sur une forme extérieure de l'ébauche
pendant le pressage. Pour de telles chanfrein sur des formes extérieures,
l'angle du chanfrein peut typiquement aller jusqu'à 50 .
[0086] Comme illustré sur la figure 12, le flanc de
positionnement 21 de
la matrice peut également comprendre un chanfrein 211 au niveau de la
transition flanc de positionnement/surface de fond de la matrice.
[0087] Un tel chanfrein 211 permet notamment de faciliter
l'extraction
de l'ébauche de la matrice après le pressage. Il permet aussi d'obtenir une
transition nette entre les flancs externes de l'ébauche et la surface externe
du fond de l'ébauche. Le chanfrein 211 forme typiquement un angle avec
une surface de fond de la matrice d'au plus 55 , préférentiellement de 45 .
[0088] Afin d'améliorer le rendu de la pièce obtenue de
l'ébauche par
pressage, le flanc de poinçonnage 303 de la presse de forme 30 peut
comprendre un profil en escalier dont le pas est relativement petit par
rapport à la taille de l'ébauche. Un tel profil en escalier permet notamment
d'approximer une courbe, dont la réalisation par pressage peut être
complexe, sans altérer le rendu visuel. Il permet aussi d'améliorer la netteté
de certaines transitions flancs/fond de l'ébauche.
[0089] Dans un mode de réalisation illustré sur la figure
14a, le profil de
la transition entre le flanc de poinçonnage et la partie inférieure de la
presse de forme comprend un escalier dont le pas, c'est-à-dire la largeur
d'une marche d'escalier, est compris entre 0.01 mm et 0.2mm. Les marches
d'escaliers sont ainsi perpendiculaires aux fibres du bois de l'ébauche
lorsqu'elle se trouve dans la matrice.
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[0090] Dans un autre mode de réalisation, le flanc de guidage
comprend
un profil en escalier dont les marches sont parallèles aux fibres du bois de
l'ébauche. La figure 14b illustre un profil en escalier de la presse de forme
obtenu par coupe selon un plan orthogonal aux fibres du bois de l'ébauche
dans la matrice. Comme expliqué ci-dessus, le pressage de portions courbes,
notamment lorsque leur courbure est parallèle aux fibres du bois pendant
le pressage peut être problématique au niveau de la netteté des flancs
lorsque l'angle de la courbe est important. L'approximation d'une telle
courbe par une portion en escalier dont les segments rectilignes sont nets
au pressage permet de résoudre ce problème.
[0091] La netteté des flancs peut dépendre de la vitesse de
pressage. De
manière générale, une vitesse de pressage élevée permet d'obtenir des
flancs plus nets. Cette vitesse est typiquement comprise entre, 4mm/s et
180mm/s.
[0092] Lors de l'étape de pressage, l'ébauche 11 peut être compressée
sur la totalité de sa surface libre ou sur une ou plusieurs zones prédéfinies
et correspondants à la géométrie de la presse de forme. Ainsi, la hauteur
maximale H de l'ébauche dans le sens des fibres du bois peut se trouver
réduite après pressage si la totalité de l'ébauche est compressée. Au
contraire, la hauteur maximale H de l'ébauche dans le sens des fibres du
bois peut rester identique après pressage si seule une zone de l'ébauche est
compressée.
[0093] Sur la figure 3a, l'ébauche possède une hauteur
maximale avant
pressage H tandis que, comme illustré sur la figure 3b, l'ébauche possède
une hauteur maximale après pressage H' et une hauteur minimale après
pressage H". Dans tous les cas les relations suivantes sont toujours vérifiées
:
H -> H' -> H".
Si seule une partie de l'ébauche est pressée, alors H = H'> H", tandis que si
la totalité de l'ébauche est pressée, alors H > H' > H".
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[0094] L'étape de pressage peut être réalisée en exerçant une
pression
continue de la presse de forme 30 sur la surface libre de l'ébauche de sorte
à comprimer en une seule fois la totalité de la hauteur souhaitée. De façon
complémentaire ou alternative, l'étape de pressage peut être réalisée en
5 exerçant un martelage, c'est-à-dire, une succession de pressions de la
presse
de forme contre la surface libre de l'ébauche.
[0095] Le martelage permet une diminution de la force de
pression
nécessaire pour presser une hauteur similaire, et/ou une densification du
bois sur une plus grande profondeur.
10 [0096] Alternativement, ou additionnellement, l'ébauche ou la matrice
ou la presse de forme peut être soumise à des vibrations, par exemple à des
vibrations dans le sens longitudinal des fibres du bois à une fréquence
entre 1Hz et 1MHz, afin de la mettre en vibration et de faciliter la
compression de l'ébauche par la presse de forme. Ces vibrations facilitent la
15 pénétration de la presse de forme dans le bois, facilitent les glissements
des
fibres les unes contre les autres, et peuvent contribuer à le ramollir en
l'échauffant légèrement lors du pressage. Ainsi, comme dans le cas du
martelage, la soumission de l'ébauche à ces vibrations permet une
diminution de la force de pression nécessaire pour presser une hauteur
20 similaire, et/ou une densification du bois sur une plus grande profondeur.
[0097] La structuration correspond à la création d'un relief
par pressage
sur une portion de l'ébauche, ce relief étant comparativement petit par
rapport à la taille de l'ébauche. Les reliefs obtenus par structuration ont
typiquement une résolution minimale de l'ordre de la taille des canaux
conduisant l'eau dans le bois, c'est-à-dire de comprise entre 10 pm et 50
[0098] La profondeur du relief de structuration dans le sens
de pressage
est inférieure à la distance de déplacement de la presse de forme dans
l'ébauche. La profondeur des structures dans le sens de pressage peut être
inférieure à 2mm.
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[0099]
Dans un mode de réalisation, la presse de forme est structurée de
sorte à imprimer le motif en négatif sur l'ébauche lors du pressage.
Alternativement ou complémentairement, la surface de fond de la matrice
est également structurée de sorte à imprimer en négatif le motif sur la
surface externe de l'ébauche en contact avec le fond de la matrice.
[00100] La structuration permet entre autres la réalisation de logos,
marques, textes, motifs ainsi que de texturages particulier pouvant avoir
une fonction physique ou esthétique.
[00101]
Alternativement ou complémentairement, un élément structuré
peut être disposé entre la presse de forme et l'ébauche, ou entre l'ébauche
et la surface de fond de la matrice, de sorte que lors du pressage, le motif
de l'élément structuré soit reproduit en négatif sur l'ébauche. L'élément
structuré peut être par exemple un tissu, un morceau de cuir, un morceau
de papier, une feuille d'arbre, etc. Dans un mode de réalisation, une
première étape de pressage permet de former l'ébauche, notamment les
flancs, puis, une seconde étape de pressage permet de structurer des
portions de l'ébauche formée.
[00102] La partie de la presse de forme en contact avec l'ébauche lors du
pressage peut être structurée de sorte à produire une image en négatif ou
en positif sur l'ébauche. La première surface plane et/ou la deuxième
surface plane de la presse de forme peuvent être structurées.
[00103] De manière similaire, la figure 9 illustre un mode de réalisation
dans lequel la matrice, dans ce cas une surface de fond de la matrice 23
opposé à la surface libre de l'ébauche, peut aussi être structuré afin
d'obtenir un motif en positif ou en négatif sur la face de l'ébauche opposée
à sa face libre.
[00104] Cette structuration de la presse de forme et/ou de la matrice
permet de combiner le pressage d'une ébauche dans le but de former un
objet en bois et l'impression en négatif ou en positif d'un motif.
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[00105] Les structures peuvent comprendre par exemple une image, un
motif, un logo, un texte, des nervures, des rainures, etc, sur la surface de
la
presse de forme dans le but de s'imprimer en négatif dans l'ébauche.
[00106] De façon évidente, l'essence de bois choisie pour l'ébauche
influence considérablement les paramètres de pressage et la variété
d'objets réalisables. En effet, plus un bois est dense, plus la force de
pression à exercer pour le comprimer d'une hauteur donnée est
importante. Ainsi, plus la densité du bois choisi est faible, plus la
compression peut être importante et donc plus le volume comprimé est
grand.
[00107] Ainsi, dans un mode de réalisation, l'ébauche est découpée dans
un bois ayant une densité inférieure à 0.75 kg/dm3, de façon préférentielle,
dans un bois ayant une densité inférieure à 0.5 kg/dm3. Des essences de
bois adaptées sont par exemple le peuplier ou le tilleul (environ 0.5
kg/dm3), l'épicéa (environ 0.45 kg/ dm3), le balsa (environ 0.14 kg/ dnn3).
D'autres essences telles que le châtaignier, l'érable, le hêtre, le sapin,
l'okoumé, l'arolle ou l'aulne sont aussi particulièrement adaptées au cadre
de la présente invention. La liste de ces essences n'est en aucun cas
limitative, le présent procédé de pressage fonctionnant avec des essences
de bois ayant une densité allant jusqu'à 0.75 kg/dm3, voire jusqu'à 0.85
kg/dm3.
[00108] Afin d'augmenter la porosité du bois et de faciliter ainsi l'étape
de pressage, une étape préliminaire d'usinage mécanique de l'ébauche
peut être réalisée. Dans un mode de réalisation, une série de micro-forages
est effectuée à l'aide d'un forêt, ou par étampage avec des aiguilles, de
sorte à diminuer la densité de l'ébauche avant le pressage. Les trous ainsi
percés par micro-forage sont comblés lors de la compression, L'objet
résultant peut être rendu suffisamment étanche pour contenir des produits
visqueux (crèmes, pâtes, etc) ou même liquides.
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[00109] Le procédé de l'invention peut aussi être utilisé pour fabriquer
des objets qui ne comportent pas de portions concaves sur leur face
supérieure, mais également seulement des portions convexes. Dans un
mode de réalisation, le procédé est utilisé pour fabriquer des pièces de jeu
en bois, par exemple des briques de construction emboîtables.
[00110] Dans un mode de réalisation, l'extrémité de la presse de forme
entrant en contact en premier avec l'ébauche lors du pressage possède un
profil biseauté et/ou tranchant de sorte à faciliter sa pénétration dans le
bois. Un tel profil permet en outre d'obtenir des flancs de l'objet en bois
propres après pressage et d'éviter un éventuel travail de ponçage après le
pressage.
[00111] Dans un mode de réalisation illustré sur les figures 10a et 10b,
différentes pressions peuvent être exercées sur des zones différentes de
l'ébauche durant une seule étape de pressage à l'aide de la presse de
forme. Comme illustré sur les figures 10a et 10b, une force de pression F2
est exercée sur une première zone latérale de l'ébauche tandis qu'une
autre force de pression F1 est exercée sur la partie centrale de l'ébauche.
De cette façon, différentes hauteurs et densités de compression peuvent
être atteintes au moyen d'une seule étape de pressage tout en garantissant
un maintien optimal de l'ébauche dans la matrice durant le pressage.
[00112] La possibilité d'obtenir différentes forces de pressions au moyen
d'une seul presse de forme est par exemple obtenue en disposant un
ressort au-dessus de la zone latérale de la presse de forme (i.e. au-dessus de
la zone correspondant à la force de pression F2). Ainsi, lorsqu'une même
force de pression est appliquée sur le haut de la presse de forme, le ressort
permet d'absorber une partie de la force de pression sur la zone latérale de
l'ébauche tandis que la pression sur la zone centrale est maximale.
[00113] Le présent procédé peut aussi être appliqué pour assembler par
pressage une seconde ébauche en bois à la première ébauche. Dans un
mode de réalisation non représenté, une seconde ébauche est placée entre
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la première ébauche et la presse de forme. Les deux ébauches sont alors
assemblées l'une à l'autre lors de l'étape de pressage sous l'effet de la
pression exercée par la presse de forme. L'assemblage des deux ébauches
peut être facilité par pressage préalable de deux profils correspondants sur
chacune des faces des ébauches destinées à être en contact avec l'autre.
[00114] Alors que la direction des fibres du bois de la première ébauche
est toujours parallèle au sens du pressage, la direction des fibres du bois de
la seconde ébauche peut, elle, être parallèle, perpendiculaire ou oblique
par rapport à la direction de pressage. Cette latitude permet de créer des
motifs intéressant sur l'objet final ainsi que soit de faciliter le pressage
en
diminuant la pression nécessaire pour comprimer les deux ébauches, ou
alors pour l'obtention d'un objet final particulièrement résistant. Il est
aussi
possible de combiner des essences de bois de différentes densités et
différentes résistances à la compression.
[00115] L'assemblage de deux pièces obtenues par le procédé de pressage
peut aussi être obtenu après le pressage de chaque pièce, par exemple à
l'aide de tenons et/ou mortaises. La pièce destinée à être insérée dans
l'autre peut être séchée avant son insertion ; en reprenant l'humidité de
l'air ambiant, elle aura tendance à se dilater pour renforcer la liaison
tenon-mortaise.
[00116] Alternativement ou complémentairement, le procédé de
pressage de la présente invention peut également être appliqué à une
ébauche issue du collage de deux ou plus pièces de bois afin de permettre
le pressage d'ébauche plus grandes. Le collage peut typiquement être
effectué dans le sens des fibres du bois des deux pièces. La résistance au
pressage d'un collage est essentiellement identique à une ébauche non-
collée. Par ailleurs, les lignes de collage sont pratiquement invisibles après
pressage.
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Numéros de référence employés sur les figures
10 Pièce de bois
11 Ebauche
5 12 Ligne de découpe
20 Matrice
21 Flanc de positionnement
211 Second chanfrein
22 Logement
10 23 Surface de fond de la matrice
24 Premier flanc de guidage
Presse de forme
31 Poinçon
32 Deuxième flanc de guidage
15 301 Première surface plane
302 Deuxième surface plane
303 Flanc de poinçonnage
304 Premier chanfrein
305 Renfoncement
20 40 Tige mobile
Premier angle
y Deuxième angle
Troisième angle
25 H Hauteur maximale avant pressage
H' Hauteur maximale après pressage
H" Hauteur minimale après pressage
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