CA3117015A1 - Meta-materiau acoustique et procede pour sa fabrication additive - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un méta-matériau acoustiques (100), ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Le méta-matériau acoustique comprend une pluralité de canaux (101) ayant chacun une même section transversale avec un rayon hydraulique entre 5 et 300 pm, disposés avec un espacement périodique (t) entre canaux adjacents entre 2 et 600 pm. On peut ainsi obtenir un réseau hautement dense de micro-canaux acoustiques pouvant offrir une absorption et/ou impédance acoustiques optimales sur une large bande de fréquences. Son procédé de fabrication est un procédé de fabrication additive comprenant plusieurs étapes consécutives de dépôt de matériau pour former, dans chaque étape, une couche (203) comportant une pluralité de cellules (204) périodiquement répétées, séparées par des parois (104). Les couches (203) déposées dans les étapes consécutives de dépôt de matériau sont empilées avec leurs cellules (204) respectives alignées de manière à former les canaux (101).

Description

META-MATERIAU ACOUSTIQUE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION
ADDITIVE
Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine des méta-matériaux acoustiques, ainsi que celui de leur fabrication.
Les absorbeurs acoustiques ont un large éventail d'applications. Parmi celles-ci, on compte notamment l'aéronautique, où des tels éléments sont utilisés pour absorber au moins partiellement le bruit généré par les moteurs d'aviation et ainsi réduire sa transmission à l'environnement extérieur. Parmi les moteurs d'aviation les plus courants on compte les turboréacteurs à
double flux (en anglais : turbofan ). Un turboréacteur à double flux comprend une soufflante et un générateur de gaz incorporant au moins un compresseur, une chambre de combustion, une turbine et une tuyère. Le bruit total produit par un tel turboréacteur à double flux peut donc comprendre le bruit de jet, de combustion, de soufflante, de compresseur et de turbine. Cependant, le bruit le plus dominant est généralement celui émis par la soufflante, qui peut s'étendre sur une large bande de fréquences, comme illustré sur la Fig. 10, avec des composantes tonales correspondant aux fréquences de passage des pales de la soufflante. Afin d'augmenter le rendement énergétique des turboréacteurs à double flux, la tendance générale est d'augmenter leur taux de dilution, c'est-à-dire, la proportion du débit d'air impulsé par la soufflante par rapport à celui utilisé
pour la combustion dans le générateur de gaz, et donc le diamètre de la soufflante. En conséquence, les soufflantes des dernières générations de turboréacteurs à double flux ont tendance à tourner plus lentement, et donc à émettre du bruit à de plus basses fréquences.
Afin de réduire le bruit émis par les moteurs d'aviation, il est donc courant de recouvrir certaines zones, telles que les nacelles contenant ces moteurs, d'absorbeurs acoustiques tels que des panneaux sandwich à nid d'abeille. Dans ce type d'absorbeurs acoustiques, chaque cellule du nid d'abeille peut fonctionner comme un résonateur de Helmholtz pour atténuer le bruit. Toutefois, la plage fréquentielle d'atténuation acoustique de tels Date Reçue/Date Received 2021-05-04

2 absorbeurs est limitée et, pour être efficace aux basses fréquences, ils doivent être particulièrement volumineux, ce qui est d'autant plus pénalisant que la surface à recouvrir peut être très grande pour les turboréacteurs à double flux et très haut taux de dilution.
Comme alternative aux panneaux sandwich à nid d'abeille, il a donc été proposé d'utiliser des matériaux poreux, dont les pores individuels agissent comme des résonateurs de Helmholtz. Toutefois, la plupart des matériaux poreux disponibles ont une trop faible résistance mécanique, tandis que les plus résistants, comme par exemple le matériau métallique divulgué dans US 7,963,364 B2, sont excessivement lourds. En outre, ils ne fournissent une atténuation importante qu'aux fréquences de résonance et ne permettent pas d'absorber le bruit sur une large plage de fréquences.
L'utilisation de la fabrication additive a été proposée par Z. Liu, J.
Zhan, M. Fard, et J. L. Davy dans Acoustic properties of a porous polycarbonate material produced by additive manufacturing , Materials Letters, vol. 181, pp. 296-299, (oct. 2016) pour produire des absorbeurs acoustiques comportant des microcanaux. Ces absorbeurs acoustiques n'ont toutefois aussi qu'une plage de fréquences d'absorption assez étroite.
Il a également été proposé, par exemple par Qian, Y. 3., Kong, D. Y., Liu, S. M., Sun, S. M., 8( Zhao, Z., dans Investigation on micro-perforated panel absorber with ultra-micro perforations. , Applied Acoustics, 74(7), pp; 931-935 (2013), d'utiliser des panneaux micro-perforés en tant qu'absorbants acoustiques. Afin d'en élargir la plage de fréquences d'absorption acoustique, Liu, Z., Zhan, 3., Fard, M., 8( Davy, 3., dans Acoustic properties of multilayer sound absorbers with a 3D printed micro-perforated panel. Applied Acoustics, 121, pp. 25-32 (2017), et Yang, W., Bai, X., Zhu, W., Kiran, R., An, 3., Chua, C. K., 8( Zhou, K. dans 3D
Printing of Polymeric Multi-Layer Micro-Perforated Panels for Tunable Wideband Sound Absorption . Polymers, 12(2), p. 360 (2020) ont proposé aussi de superposer plusieurs de ces panneaux et de les produire par fabrication additive. Toutefois, ces absorbants acoustiques relativement fragiles semblent difficilement applicables dans des environnements dans lesquels Date Reçue/Date Received 2021-05-04

3 ils seraient soumis à abrasion ou autres contraintes mécaniques, comme notamment les nacelles de moteurs d'aviation.
Des méta-matériaux acoustiques avec plusieurs couches superposées dans le sens de l'épaisseur, produits par fabrication additive, ont été
proposés dans la publication de demande de brevet français FR 1 761 722, ainsi que par Guild, M. D., Rohde, C., Rothko, M. C., 8( Sieck, C. F. dans 3D printed acoustic metamaterial sound absorbers using functionally-graded sonic crystals , Proceedings of Euronoise (2018). On peut comprendre par méta-matériau acoustique un milieu structuré de manière périodique dont les unités constituantes périodiquement répétées affectent de manière collective le passage d'ondes acoustiques. Dans le cas des méta-matériaux susmentionnés, chaque couche superposée peut présenter un treillis avec une périodicité différente, de manière à élargir sa plage de fréquences fréquentielle d'atténuation.
Objet et résumé de l'invention La présente divulgation vise à proposer, dans un premier aspect, un méta-matériau acoustique combinant un haut niveau d'absorption acoustique avec une bonne tenue mécanique, y compris à l'abrasion. Ce méta-matériau acoustique peut comprendre une pluralité de canaux ayant chacun une même section transversale avec un rayon hydraulique entre 5 et 300 pm, ces canaux étant disposés avec un espacement périodique entre canaux adjacents entre 2 et 600 pm.. On peut ainsi obtenir un réseau hautement dense de micro-canaux acoustiques pouvant offrir une absorption et/ou impédance acoustiques optimales sur une large bande de fréquences, avec des absorptions maximales au moins à certaines basses fréquences comme celles dominantes dans le spectre d'émission des soufflantes de turboréacteur à double flux à haut et très haut taux de dilution.
Les canaux peuvent avoir une section transversale sensiblement polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou hexagonale.
Par sensiblement polygonale , on entend que les angles de la section transversale peuvent être arrondis en conséquence des contraintes de Date Reçue/Date Received 2021-05-04

4 fabrication. La section transversale peut toutefois aussi être sensiblement ronde ou ovale. Par sensiblement ronde ou ovale on entend que le contour de la section transversale peut aussi présenter des méplats à cause aussi des contraintes de fabrication.
Afin d'élargir sa bande fréquentielle d'absorption acoustique, le méta-matériau acoustique peut comporter plusieurs pluralités de canaux, chaque pluralité de canaux ayant une section transversale et/ou un espacement périodique des canaux différents. En particulier, ces différentes pluralités de canaux peuvent être arrangées par couches directement adjacentes dans une direction de l'épaisseur du méta-matériau, de telle manière que le méta-matériau acoustique comporte plusieurs couches empilées dans la direction de l'épaisseur, chaque couche comprenant une pluralité de canaux ayant une section transversale et/ou un espacement périodique des canaux qui soient différents. Il est néanmoins aussi envisageable de varier la section transversale et/ou l'espacement de canaux dans un plan perpendiculaire à
la direction de l'épaisseur du méta-matériau.
Afin d'augmenter la longueur des canaux sans augmenter l'épaisseur du méta-matériau acoustique, un ou plusieurs des canaux peuvent être inclinés par rapport à une direction d'épaisseur du méta-matériau, et notamment être hélicoïdaux. Ils peuvent, alternativement ou en complément, être coudés afin aussi d'en augmenter la longueur.
Un deuxième aspect de la présente invention concerne un procédé de fabrication additive du méta-matériau acoustique du premier aspect. Ce procédé de fabrication additive peut comprendre plusieurs étapes consécutives de dépôt de matériau pour former, dans chaque étape, une strate comportant une pluralité de cellules périodiquement répétées, séparées par des parois. Les strates déposés dans les étapes consécutives de dépôt de matériau peuvent être empilés avec leurs cellules respectives alignées de manière à former les canaux.
Le matériau peut comprendre un polymère thermoplastique, et le dépôt alors être effectué par dépôt de fil fondu afin de permettre la fabrication de structures suffisamment fines. Alternativement toutefois, le Date Reçue/Date Received 2021-05-04

5 matériau pourrait comprendre une résine thermodurcissable, et le dépôt de matériau être alors effectué, de manière analogue au dépôt de fil fondu, par extrusion de cette résine thermodurcissable. Afin de renforcer mécaniquement le méta-matériau acoustique, le matériau peut aussi comprendre, à part le polymère thermoplastique ou la résine thermodurcissable, des particules solides en suspension, telles que notamment des fibres, et plus particulièrement des fibres de carbone.
D'autres types de particules solides, telles que, notamment, des nanoparticules ou des microbilles, en particulier en silice, sont également envisageables. Grâce à ces particules solides, le méta-matériau acoustique pourra présenter une résistance mécanique et thermique importante, ainsi que des propriétés d'abradabilité.
Finalement, un troisième aspect de cette divulgation concerne une turbomachine, en particulier un moteur à turbine à gaz tel qu'un turboréacteur à double flux, comportant le méta-matériau acoustique susmentionné, en tant qu'absorbeur acoustique. En particulier, dans un turboréacteur à double flux, le méta-matériau acoustique pourrait être intégré dans une paroi délimitant une veine d'air de soufflante et/ou dans un carter de générateur de gaz.
Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à
la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
¨ la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un turboréacteur à
double flux, ¨ la figure 2 est une vue écorchée en épaisseur d'un méta-matériau acoustique apte à être utilisé comme absorbeur acoustique dans le turboréacteur à double flux de la figure 1, ¨ les figures 3A à 3G sont des vues en coupe transversale, suivant le plan III-III, de différentes formes alternatives envisageables des canaux du méta-matériau de la figure 2, Date Reçue/Date Received 2021-05-04

6 ¨ la figure 4 est un graphique illustrant le coefficient d'absorption acoustique en fonction de la fréquence, pour plusieurs méta-matériaux acoustiques avec des canaux ayant des différentes formes et largeurs, ¨ la figure 5 est une vue en coupe en épaisseur d'un mode de réalisation alternatif du méta-matériau acoustique, avec des canaux de différentes largeurs sur des différentes couches du méta-matériau acoustique, ¨ la figure 6 est un graphique illustrant le coefficient d'absorption acoustique en fonction de la fréquence, pour plusieurs exemples de méta-matériau acoustique multicouches, ¨ les figures 7A, 78 et 7C sont des vues en coupe en épaisseur de plusieurs autres modes de réalisation alternatifs du méta-matériau acoustique, ¨ la figure 8 illustre un dispositif de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication additive du méta-matériau acoustique, ¨ les figures 9A et 98 illustrent deux tracés alternatifs de dépôt de matériau pour la fabrication d'un strate du méta-matériau acoustique, et ¨ la figure 10 est un graphique illustrant l'intensité du bruit émis par un turboréacteur à double flux en fonction de la fréquence.
Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre de manière schématique une turbomachine 1, plus spécifiquement un turboréacteur à double flux. Dans le sens de l'écoulement du fluide, ce turboréacteur à double flux peut comprendre une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et une tuyère 8. L'ensemble peut être entouré par une nacelle 9.
Les compresseurs 3,4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6, 7 forment ensemble le générateur de gaz 10, qui peut être lui-même entouré
par un carénage 11 aboutissant dans la tuyère 8. Ainsi, une veine d'air 12 de la soufflante 2 peut être définie entre le carénage 11 du générateur de gaz 10 et une paroi interne 13 de la nacelle 9. La turbine haute pression 6 peut être reliée au compresseur haute pression 4 par un premier arbre Date Reçue/Date Received 2021-05-04

7 rotatif 14 pour l'entraînement de cette dernière, tandis que la turbine basse pression 7 peut être reliée à la soufflante 2 et au compresseur basse pression 3 par un deuxième arbre rotatif 15 coaxial au premier arbre rotatif 14, de manière analogue. Dans le contexte des moteurs à haut et très haut taux de dilution, un réducteur 16 peut être interposé mécaniquement entre le deuxième arbre rotatif 15 et la soufflante 2, afin de réduire la vitesse de rotation de la soufflante 2 et empêcher que les bouts de pales de la soufflante 2 atteignent des vitesses excessives.
Chacun de ces éléments de la turbomachine 1 peut générer du bruit, mais le bruit généré par la soufflante 2 est généralement dominant. En outre, dans les moteurs à haut et très haut taux de dilution, et en particulier dans ceux équipés d'un réducteur 16, une grande partie du bruit de la soufflante 2 peut être concentré dans des basses fréquences, comme illustré sur la figure 10, montrant le niveau de pression acoustique (SPL) en fonction de la fréquence f. Afin d'absorber au moins une partie du bruit de la soufflante 2, des absorbeurs de bruit 17 peuvent être intégrés dans la paroi interne 13 de la nacelle 9, notamment en amont et en aval des pales de la soufflante 2. Comme illustré, il est cependant aussi envisageable d'intégrer des absorbeurs de bruit 17 dans le carénage 11 du générateur de gaz 10, voire même dans le carter de ce dernier.
Typiquement, les absorbeurs de bruit 17 sont formés par des panneaux sandwich à nid d'abeille. Toutefois, dans les moteurs à haut, voire très haut taux de dilution, ces panneaux peuvent représenter une pénalité
importante en termes de masse et d'encombrement. En outre, il peut être difficile de les disposer directement en regard des bouts de pales de la soufflante, là où l'émission de bruit peut pourtant être la plus intense, puisque la paroi interne 13 de la nacelle 9 comprend typiquement un matériau abradable 18 à cet endroit, afin d'absorber le frottement occasionnel des bouts des pales de la soufflante 2 dû à leurs déformations transitoires.
Les figures 2 à 3G illustrent plusieurs modes de réalisation d'un absorbeur de bruit 17 formé par un méta-matériau acoustique 100 pouvant remplacer de manière effective les absorbeurs de bruit à panneaux Date Reçue/Date Received 2021-05-04

8 sandwich à nid d'abeille, avec un moindre poids et encombrement, et même être disposé directement en regard des pales de la soufflante 2 en tant que matériau abradable 18.
Comme illustré sur la figure 2, ce méta-matériau acoustique 100 peut comporter une pluralité de canaux 101, de forte densité et arrangés périodiquement et s'étendant depuis une surface exposée 102 du méta-matériau 100 jusqu'à sa base 103. Les canaux 101 peuvent être séparés entre eux par des parois 104.
Comme illustré sur les figures 2 et 3A, en coupe transversale, chaque canal 101 peut présenter un contour sensiblement carré. Toutefois, d'autres formes sensiblement polygonales, comme par exemple des formes sensiblement rectangulaires, en losange, triangulaires ou hexagonales sont également envisageables, comme illustré respectivement sur les figures 3B, 3C, 3D et 3E. Des formes non-polygonales, comme par exemple des formes sensiblement rondes ou ovales, sont également envisageables, comme illustré respectivement sur les figures 3F et 3G.
Un rayon hydraulique ri, de la section transversale de chaque canal 101 peut être défini suivant la formule rh=2A/P, où A et P représentent, respectivement, l'aire et le périmètre de la section transversale du canal 101. Indépendamment de la forme de leur section transversale, chaque canal 101 peut avoir un rayon hydraulique rh de, par exemple, entre 5 pm et 300 pm, ce qui, pour des canaux 101 à section carrée ou ronde, correspond à une largeur W entre 10 pm et 600 pm, quoiqu'un coefficient de forme peut être appliqué pour prendre en compte les effets de bord des canaux de sections transversales de différente forme. L'espacement périodique t entre canaux 101 adjacents peut être par exemple entre 2 pm et 600 pm.
L'absorption acoustique des différentes fréquences peut varier sensiblement en fonction du rayon hydraulique ni, et donc de la largeur W, ainsi que de l'espacement périodique t des canaux 101. Ainsi, la figure 4 illustre le coefficient d'absorption a [ALPHA] en fonction de la fréquence acoustique f pour des exemples de méta-matériaux acoustiques 100 avec Date Reçue/Date Received 2021-05-04

9 différentes valeurs de largeur W et d'espacement périodique t des canaux 101. Ainsi, les courbes 401, 402, 403 et 404 correspondent à des méta-matériaux acoustiques 100 avec des canaux 101 sensiblement carrés avec des largeurs W et espacements périodiques t de, respectivement, 133 et 2 pm, 175 et 50 pm, 215 et 100 pm, et 265 et 155 pm. On peut y apprécier comment, quoique le coefficient d'absorption maximum soit proche d'un, et corresponde à sensiblement la même fréquence f entre 2000 et 3000 Hz pour les différentes valeurs de W et t, la bande fréquentielle d'absorption s'élargit avec une diminution de W et t.
Afin d'élargir la plage d'absorption acoustique du méta-matériau 100, il est possible de combiner des pluralités de canaux 101 avec des espacements périodiques différents et/ou des sections transversales de formes et dimensions différentes dans un même méta-matériau 100. Ainsi, on peut envisager que le méta-matériau 100 comporte plusieurs couches superposées dans une direction de l'épaisseur, les canaux 101 présentant une section transversale différente et/ou un espacement différent par couche. Il est même envisageable d'y inclure des couches aux fonctionnalités différentes que l'absorption acoustique, et ne comprenant donc pas des canaux régulièrement espacés ou présentant les dimensions revendiquées. Afin d'éviter l'obstruction des canaux 101 d'une couche par les couches adjacentes, les canaux des différentes couches peuvent être alignés et le pas de maille, c'est-à-dire la somme de la largeur W et l'espacement t, correspondant à chaque couche être un multiple entier du pas de maille minimal parmi les différentes couches. En particulier, le pas de maille de chaque couche peut être 2n fois le pas de maille minimal parmi les différentes couches, où n est un nombre entier. Avec un espacement t constant et une largeur minimale Wmin, la largeur W suivrait donc l'équation W=(Wmin+t)n-t.
La figure 5, illustre un premier exemple de méta-matériau acoustique 100 avec cinq couches 1001,1002, 1003, 1004 et 1005 superposées, ayant des épaisseurs respectives h1, h2, h3, h4 et h5 de 6 mm chacune et des canaux 101 de section carrée, et où la largeur Wi des canaux de la première couche 1001 est de 496 pm, la largeur W2 des canaux de la deuxième couche 1002 est de 148 pm, la largeur W3 des canaux du troisième niveau Date Reçue/Date Received 2021-05-04

10 1003 est de 496 pm, la largeur W4 des canaux du quatrième niveau 1004 est de 1192 pm, et la largeur W5 des canaux du cinquième niveau 1005 est de 496 pm, avec un espacement t constant entre canaux 101 de 200 pm dans chacune des couches, de manière à obtenir un coefficient d'absorption a proche de 1 sur une large plage de fréquences f allant de 2500 à 6500 Hz, tel qu'illustré par la courbe 601 de la figure 6.
D'autres configurations multicouches sont également envisageables.
Ainsi, suivant un deuxième exemple, le méta-matériau acoustique peut ne comprendre que deux couches superposées avec des épaisseurs respectives de 1 et 29 mm, et où la largeur des canaux de la première couche est de 100 pm et celle des canaux de la deuxième couche est de 9 mm, avec un espacement t constant de 200 pm entre canaux 101 dans chacune des couches, de manière à obtenir un coefficient d'absorption a élevé sur une plage de fréquences f allant de 1000 à 3000 Hz, tel qu'illustré par la courbe 602 de la figure 6. Suivant un troisième exemple, le méta-matériau acoustique peut comprendre trente couches superposées, avec chacune 1 millimètre d'épaisseur et un espacement t constant entre canaux de 200 pm, et une largeur des canaux de 4,11 mm pour les couches n 1, 6, 12, 15 à 17, 20, et 22 à 24; 8,42 mm pour les couches n 2, 8, 11, 18, 27 et 29; 69,4 pm pour les couches n 3, 19, 21, 25 et 26; 1,95 mm pour les couches n 4, 5, 7, 13, 14 et 30 ; et 338,8 pm pour les couches n 9, 10 et 28; de manière à obtenir un coefficient d'absorption a élevé sur une plus large plage de fréquences f allant de 1000 à 4500 Hz, tel qu'illustré par la courbe 603 de la figure 6.
Il est également envisageable d'incliner les canaux 101 par rapport à
la direction de l'épaisseur T du méta-matériau 100 comme illustré sur la figure 7A, voire même de les replier comme illustré sur la figure 7B, et cela afin de maximiser la longueur des canaux 101 pour une épaisseur T limitée du méta-matériau 100 entre sa base 103 et sa surface exposée 102. Par ailleurs, dans le même objet, au moins certains des canaux 101 peuvent être enroulés hélicoïdalement autour d'un axe central, comme illustré sur la figure 7C.
Date Reçue/Date Received 2021-05-04

11 La base 103 et les parois 104 du méta-matériau acoustique 100 peuvent être en polymère thermoplastique, par exemple en polyétherimide (PET) ou polyetherethercétone (PEEK), ou en résine thermodurcissable, par exemple une résine époxyde comme celle formant le matériau abradable vendu par 3M sous la dénomination Scotch-Weld EC-3524 B/A. Afin de renforcer ce matériau, notamment quand le méta-matériau acoustique 100 est destiné à être disposé en regard de pièces tournantes, et notamment des pales tournantes d'une soufflante 2, il peut être renforcé par des particules solides, noyées dans la masse, par exemple des fibres, et notamment des fibres de carboneõ des microsphères, par exemple microbilles de verre, ou des nanoparticules telles que la poudre de silice. En fonction de la matière et des renforts utilisés pour la fabrication du méta-matériau acoustique, ceux-ci peuvent présenter une résistance mécanique et thermique importante ainsi que des propriétés d'abradabilité.
Les propriétés acoustiques (p.ex. impédance et absorption) du méta-matériau acoustique 100 peuvent être simulées avec la méthode de matrice de transfert ou TMM (acronyme de l'anglais Transfer Matrix Method ). Dans cette méthode, le nombre d'onde de fluide équivalent et l'impédance caractéristique équivalente peuvent être calculés en utilisant le modèle semi-phénoménologique de Johnson-Champoux-Allard-Lafarge (JCAL) décrivant les effets dissipatifs visco-inertiels à l'intérieur d'un milieu poreux, à partir de six paramètres : porosité, tortuosité, longueur visqueuse et thermique et perméabilité visqueuse et thermique, qui peuvent être simulés avec la méthode asymptotique multi-échelles ou MAM
(acronyme de l'anglais Multi-scale Asymptotic Method). Quand le méta-matériau acoustique 100 comporte plusieurs couches distinctes, le nombre d'onde de fluide équivalent, et l'impédance caractéristique équivalente peuvent être calculés séparément pour chaque couche.
A partir du modèle permettant de calculer les propriétés acoustiques du méta-matériau 100, la forme, dimensions et arrangement des canaux 101 du méta-matériau acoustique 100 peuvent être définis en fonction des plages de fréquence pour lesquelles on souhaite une impédance et/ou absorption acoustiques optimales, en appliquant un algorithme d'optimisation, tel que par exemple la méthode d'optimisation itérative de Date Reçue/Date Received 2021-05-04

12 Nelder-Mead. A chaque itération de l'algorithme d'optimisation, ces paramètres dimensionnels du méta-matériau acoustique 100 peuvent être ajustés pour répondre à d'autres contraintes, comme par exemple celle d'éviter l'obstruction des canaux 101 de chaque couche par les couches adjacentes.
Le méta-matériau acoustique 100 peut être produit par un procédé de fabrication additive basé sur l'extrusion de matière, comme par exemple le procédé de dépôt de fil fondu utilisé pour des matières thermoplastiques.
Ces procédés, particulièrement adaptés à la fabrication de formes complexes avec des parois fines, comprennent plusieurs étapes consécutives de dépôt de matériau. Dans chacune de ces étapes, une tête extrudeuse 200 peut se déplacer suivant un tracé 201 dans un plan transversal X-Y en déposant le matériau 202, qui se solidifie ensuite de manière à former une strate 203. En déplaçant ce plan transversal X-Y
suivant une direction orthogonale Z après le dépôt de chaque strate 203, il est possible d'empiler ces strates 203 pour former le méta-matériau acoustique 100, comme illustré sur la figure 8. Afin de former les canaux 101, chaque strate 203 peut comporter une pluralité de cellules 204 périodiquement répétées, séparées par les parois 104 formées par le dépôt du matériau 202, et les strates 203 déposés dans les étapes consécutives de dépôt de matériau peuvent être empilées avec leurs cellules 204 respectives alignées.
Afin d'éviter au moins partiellement l'entrecroisement du matériau 202 extrudé lors du dépôt d'un strate 203, qui pourrait provoquer la formation de pores entre les canaux 101, le tracé 201 peut être en zig-zag, comme illustré sur la figure 9A. Pour éviter une accumulation de matière et la formation de pores aux intersections entre les parois 104, un écart 0 peut être maintenu entre les angles 205 du tracé 201 à ces intersections.
Toutefois, il est également envisageable, pour une même forme des cellules 204, d'avoir un tracé 201 avec des longs segments entrecroisés, comme illustré sur la figure 98.
Date Reçue/Date Received 2021-05-04

13 Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Date Reçue/Date Received 2021-05-04

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Méta-matériau acoustique (100), comprenant une pluralité de canaux (101) ayant chacun une même section transversale avec un rayon hydraulique entre 5 et 300 pm, avec un espacement périodique (t) entre canaux (101) adjacents entre 2 et 600 pm.

2. Méta-matériau acoustique (100) suivant la revendication 1, dans lequel les canaux (101) ont une section transversale sensiblement polygonale.

3. Méta-matériau acoustique (100) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les canaux (101) ont une section transversale sensiblement ronde ou ovale.

4. Méta-matériau acoustique (100) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant plusieurs pluralités de canaux (101), chaque pluralité de canaux (101) ayant une section transversale et/ou un espacement périodique des canaux (101) différents.

5. Méta-matériau acoustique (100) suivant la revendication 4, comportant plusieurs couches empilées dans une direction de l'épaisseur, chaque couche comprenant une pluralité de canaux (101) ayant une section transversale et/ou un espacement périodique des canaux (101) différents.

6. Méta-matériau acoustique (100) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel un ou plusieurs des canaux (101) sont inclinés par rapport à une direction de l'épaisseur du méta-matériau acoustique (100).

7. Méta-matériau acoustique (100) suivant la revendication 6, dans lequel un ou plusieurs des canaux (101) sont hélicoïdaux.

8. Procédé de fabrication additive du méta-matériau acoustique (100) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant plusieurs étapes consécutives de dépôt de matériau pour former, dans Date Reçue/Date Received 2021-05-04 chaque étape, un strate (203) comportant une pluralité de cellules (204) périodiquement répétées, séparées par des parois (104), les strates (203) déposés dans les étapes consécutives de dépôt de matériau étant empilés avec leurs cellules (204) respectives alignées de manière à former les canaux (101).

9. Procédé de fabrication additive suivant la revendication 8, dans lequel le matériau comprend un polymère thermoplastique.

10. Procédé de fabrication additive suivant la revendication 9, dans lequel le dépôt du matériau s'effectue par dépôt de fil fondu.

11. Procédé de fabrication additive suivant la revendication 8, dans lequel le matériau comprend une résine thermodurcissable.

12. Procédé de fabrication additive suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le matériau comprend des particules solides en suspension.

13. Procédé de fabrication additive suivant la revendication 12, dans lequel les particules solides sont des fibres.

14. Turbomachine (1) comportant, en tant qu'absorbeur acoustique, le méta-matériau acoustique (100) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7.
Date Reçue/Date Received 2021-05-04