ESSILOR possède un savoir-faire certain concernant le report de films à la surface des verres produits. Nous présentons ici deux différents procédés de report, le premier déjà utilisé et le second encore en phase de développement dans l’entreprise.
1.1. Le collage d’un film de protection sur le verre
Les étapes de détourage et de surfaçage des verres à correction variable nécessitent une protection de la face convexe du verre. Cette protection est constituée d’un film de PVC adhésif sans colle. Le collage de ce film est réalisé avec un applicateur de films commercial, élaboré par la société 3M [28], dans lequel le verre est positionné. Le film de protection est posé sur le module et maintenu de façon étanche par un anneau. Un vide est créé dans le module, ce qui a pour effet de faire monter le vérin par aspiration et provoquer le plaquage du film contre le verre.
Figure II-1: Le collage du film protecteur du verre aux étapes d’usinage
P=Patm vide
Ce procédé est suffisant pour coller un film protecteur en PVC à la surface des verres, mais il n’est adapté qu’aux seuls films facilement étirables à température ambiante.
1.2. Le procédé de report MARS
Le prototype MARS est une machine en développement conçue pour conformer un film plan flexible fonctionnalisé sur une lentille optique [29]. Cette machine a été réalisée à partir du module commercial de 3M mentionné précédemment. Le système a donc été complété et amélioré pour permettre le chauffage du film optique avant son report. Il a également été doté d’un tampon en silicone possédant la forme, la taille, et la dureté appropriées à la face à traiter et au rayon de courbure du verre. Dans le descriptif suivant le collage est assuré, à titre d’exemple, par une colle UV ; le procédé MARS est en mesure de réaliser le report de film adhésif sans l’utilisation de la colle UV. La Figure II-2 décrit schématiquement la séquence opératoire employée dans le procédé MARS.
Figure II-2: Les étapes du report du procédé MARS avec une colle liquide 1 P=Patm P=Patm P=Patm vide vide 2 3 4 5
Le verre est déposé sur son support à l’intérieur de l’enceinte à vide et de la colle liquide est placée à sa surface. Le film fonctionnalisé est placé au-dessus et maintenu par un anneau. Le film est chauffé par convection jusqu’à sa température de formage (Figure II-2-1). Le tampon vient au contact du film et le déforme jusqu’à atteindre un seuil de pression mécanique déterminé (Figure II-2-2). Cette étape permet de préformer le film. Une dépression est ensuite créée au sein du module à vide par système Venturi et entraîne la montée par aspiration du plateau porte-lentille et de la lentille optique (Figure II-2-3). Cette étape permet l’initiation du contact conformal entre la lentille optique et le film tout en étalant la colle liquide. Le tampon est de nouveau abaissé afin de propager l’établissement du contact conformal entre la lentille et le film (Figure II-2-4). Le collage définitif du film sur le verre est réalisé par polymérisation UV de la colle dans une autre zone de la machine. Le cycle s’achève par la remontée du tampon et la coupure du vide dans l’enceinte (Figure II-2-5).
1.3. Le procédé de report BST
Un troisième procédé de report, appelé BST [30], a été développé chez ESSILOR afin notamment de transférer des films polarisants à la surface de lentilles optiques. Ce procédé sépare l’étape de thermoformage de l’étape de report :
le thermoformage : Le film polarisant est chauffé avec de l’air chaud jusqu’à sa température de transition vitreuse (Figure II-3-1). Il est ensuite thermoformé par emboutissage entre deux moules métalliques complémentaires (Figure II-3-2 et 3). Le moule est retiré après refroidissement du film, il a la forme d’une coque (Figure II-3- 4) qui correspond à la géométrie du moule;
Figure II-3 : Le thermoformage selon BST
le report : A ce stade, le film a alors la forme exacte du verre sur lequel il doit être
placé. De la colle liquide (Figure II-4-1) est déposée à la surface du verre et le retournement de la coque est réalisé à l’aide d’un tampon souple en silicone (Figure II- 1-2). Le tampon est ensuite déplacé vers la lentille de façon à plaquer le film sur la surface convexe du verre (Figure II-4-3) tout en étalant la colle de façon homogène.
Figure II-4 : Le report selon BST
1.4. Évaluation de la compatibilité de ces procédés avec le report du film pixellisé
Les outils mis en place chez ESSILOR pour le report de films protecteurs ou fonctionnalisé ne nous satisfont pas pour le report du film pixellisé pour les raisons suivantes :
l’utilisation d’un tampon dans le cas de MARS nous fait redouter l’endommagement de la microstructure du film pixellisé qui est une structure pouvant s'avérer comme fragile. En effet, nous avons vu dans le chapitre 1 que le film fonctionnalisé d'intérêt pixellisé est composé de microcuves de l'ordre de 20 µm de profondeur, de 100 µm de côté, et de parois de quelques micromètres, remplies d’un ou de plusieurs liquides fonctionnels, et insérées entre deux films polymères souples. Bien que le système complet puisse être considéré incompressible, nous avons préféré, pour éviter l’écrasement de la microstructure, ne pas avoir à utiliser le tamponnage du procédé MARS.
le film thermoformé au moyen du procédé MARS subit au cours de l'emboutissage, lorsqu’il entre en contact avec le verre hôte, un refroidissement qui est relativement rapide et aussi, à notre sens, de manière incontrôlée. D'une part, la montée du couple vérin support est imposée par la mise sous vide de la chambre et se produit dans un temps très court. D'autre part le régime transitoire correspondant à l'échange thermique entre le film préalablement chauffé et le verre froid – essentiellement régi par le mécanisme de conduction et donc par les seules propriétés thermophysiques des
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matériaux mis en jeux – est lui aussi court compte tenu de la faible masse thermique du film. Dans ces conditions, et si dans le même temps l'hétéro-assemblage film / verre est scellé au moyen d'une colle peu compliante, il peut se produire un phénomène de trempe préjudiciable induisant le piégeage de contraintes mécaniques. La Photo II-1 est un cliché infrarouge provenant de MARS qui montre le refroidissement d’un film de PET initialement chaud lorsqu’il entre en contact le substrat. Ce refroidissement est presque instantané, ici le film passe de 170 °C à 60 °C en moins d’une demi-seconde.
Photo II-1 : Refroidissement du film lors de sa mise en contact avec le verre
Le phénomène de double retournement de concavité est préjudiciable pour les sollicitations auxquelles est soumis le système et notamment lorsqu’on aura à traiter des couches minérales fragiles comme les antireflets, les couches barrière ou les électrodes conductrices.
L’enduction et l'étalement de la colle liquide au moment du thermoformage ne permet pas de maîtriser parfaitement son épaisseur entre le film et le verre de sorte que le risque de rajouter un niveau de puissance corrective non souhaitée est à prendre en considération.