CH716026B1 - Additive manufacturing process by laser beam of a mechanical part with a technical and / or decorative function and a mechanical part with a technical and / or decorative function. - Google Patents

Additive manufacturing process by laser beam of a mechanical part with a technical and / or decorative function and a mechanical part with a technical and / or decorative function. Download PDF

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CH716026B1
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Miko Csilla
Brait Anaïs
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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication additive par laser d'une pièce mécanique à fonction technique et/ou décorative, ce procédé comprenant les étapes de : se munir d'un faisceau laser (16) dont le fonctionnement va être commandé au moyen d'un ordinateur dans lequel est introduit un fichier informatique CAO qui est découpé en une ou plusieurs strates qui, une fois superposées, permettent de former la structure de la pièce mécanique recherchée ; se munir d'un substrat (6) réalisé en un matériau céramique et le disposer dans une enceinte de fabrication (2) dans laquelle on crée une atmosphère d'un gaz neutre ; déposer sur le substrat (6) au moins une première couche d'une poudre d'un premier matériau métallique à fusionner ; égaliser la première couche du premier matériau métallique à fusionner ; soumettre au moyen du faisceau laser (16) la première couche du premier matériau métallique à une étape de fusion sélective en accord avec le fichier informatique CAO ; le cas échéant, déposer sur le substrat (6) une deuxième couche d'une poudre du premier matériau métallique ou bien d'un deuxième matériau métallique qui est différent du premier matériau métallique ; égaliser la deuxième couche et soumettre cette deuxième couche à une étape de fusion sélective au moyen du faisceau laser (16) ; le cas échéant, répéter les opérations jusqu'à obtenir la pièce mécanique recherchée ; sortir la pièce mécanique de l'enceinte de fabrication (2), enlever le surplus de matériau et nettoyer l'ensemble et, le cas échéant, soumettre la pièce à des opérations de finition comme le polissage.The invention relates to a method of additive manufacturing by laser of a mechanical part with a technical and / or decorative function, this method comprising the steps of: providing a laser beam (16) whose operation will be controlled by means of a computer into which is introduced a CAD computer file which is cut into one or more layers which, once superimposed, make it possible to form the structure of the desired mechanical part; provide a substrate (6) made of a ceramic material and place it in a manufacturing chamber (2) in which an atmosphere of a neutral gas is created; depositing on the substrate (6) at least a first layer of a powder of a first metallic material to be fused; leveling the first layer of the first metallic material to be fused; subjecting by means of the laser beam (16) the first layer of the first metallic material to a step of selective melting in accordance with the computer CAD file; where appropriate, depositing on the substrate (6) a second layer of a powder of the first metallic material or else of a second metallic material which is different from the first metallic material; leveling the second layer and subjecting this second layer to a selective melting step by means of the laser beam (16); if necessary, repeat the operations until obtaining the desired mechanical part; remove the mechanical part from the manufacturing chamber (2), remove the excess material and clean the assembly and, if necessary, subject the part to finishing operations such as polishing.

Description

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication additive par faisceau laser de pièces mécaniques. La présente invention concerne également de telles pièces mécaniques notamment obtenues par la mise en oeuvre du procédé de fabrication additive. The present invention relates to an additive manufacturing process by laser beam of mechanical parts. The present invention also relates to such mechanical parts, in particular obtained by implementing the additive manufacturing process.

Arrière-plan technologique de l'inventionTechnological background of the invention

[0002] La technique de fabrication additive par fusion laser de pièces métalliques est connue depuis plus de deux décennies et est employée en particulier dans le domaine de la construction aéronautique et automobile. [0002] The technique of additive manufacturing by laser fusion of metal parts has been known for more than two decades and is used in particular in the field of aircraft and automotive construction.

[0003] Brièvement décrit, le procédé de fusion sélective au moyen d'un faisceau laser, également connu sous sa dénomination anglo-saxonne Selective Laser Melting ou SLM, est une technique de prototypage rapide par fusion d'une poudre d'un matériau métallique au moyen d'un faisceau laser tel qu'un laser au dioxyde de carbone CO2ou un laser YAG dont la puissance maximale est typiquement comprise entre 100 Watts et 2 à 3 kilowatts. Ce procédé de fusion sélective est utilisé pour créer, strate après strate, des objets tridimensionnels à partir de poudres de matériaux métalliques qui sont portées à leur température de fusion grâce à l'énergie fournie par le faisceau laser. Briefly described, the selective melting process by means of a laser beam, also known by its Anglo-Saxon name Selective Laser Melting or SLM, is a rapid prototyping technique by melting a powder of a metallic material by means of a laser beam such as a CO2 carbon dioxide laser or a YAG laser, the maximum power of which is typically between 100 Watts and 2 to 3 kilowatts. This selective melting process is used to create, stratum after stratum, three-dimensional objects from powders of metallic materials which are brought to their melting temperature thanks to the energy supplied by the laser beam.

[0004] Le procédé classique de fabrication additive par laser commence par l'élaboration d'un fichier informatique de type CAO (Conception Assistée par Ordinateur) qui va permettre de définir le volume de la pièce que l'on cherche à concevoir. Ce fichier informatique comprend une ou plusieurs strates à deux dimensions qui, lorsqu'on les superpose, permettent de reconstituer la pièce que l'on souhaite concevoir. [0004] The conventional laser additive manufacturing process begins with the preparation of a computer file of the CAD (Computer Aided Design) type which will make it possible to define the volume of the part which is to be designed. This computer file includes one or more two-dimensional strata which, when superimposed, make it possible to reconstitute the part that one wishes to design.

[0005] Après avoir étalé une couche d'épaisseur uniforme d'un matériau métallique à l'état de poudre sur une plateforme d'une machine de fabrication additive par faisceau laser, le faisceau laser trace une première strate 2D sur la surface de la couche de poudre métallique. Sous l'effet de l'énergie lumineuse apportée par le faisceau laser, la poudre métallique fond, puis se solidifie conformément au tracé de la première strate à 2 dimensions utilisée pour commander le déplacement du faisceau laser. Une nouvelle couche de poudre métallique est étalée sur toute la surface de la plateforme, puis le processus consistant à porter les particules de poudre métallique à leur température de fusion au moyen du faisceau laser est répété jusqu'à ce que la pièce soit terminée. After having spread a layer of uniform thickness of a metallic material in the powder state on a platform of an additive manufacturing machine by laser beam, the laser beam traces a first 2D layer on the surface of the metallic powder coating. Under the effect of the light energy provided by the laser beam, the metal powder melts, then solidifies in accordance with the outline of the first 2-dimensional stratum used to control the movement of the laser beam. A new layer of metal powder is spread over the entire surface of the platform, then the process of bringing the metal powder particles to their melting temperature by means of the laser beam is repeated until the part is finished.

[0006] La fabrication de la pièce par impression additive se fait directement à la surface de la plateforme comme décrit ci-dessus. Dans certains cas, cette fabrication débute par la réalisation, couche après couche, d'un support sur la plateforme, et se poursuit par la réalisation de la pièce proprement dite. Le support sert dans ce cas à soutenir mécaniquement la pièce au fur et à mesure de sa fabrication sur la plateforme de la machine d'impression et permet d'évacuer la chaleur produite par la fusion de la poudre métallique au moyen du faisceau laser. [0006] The manufacture of the part by additive printing is done directly on the surface of the platform as described above. In some cases, this production begins with the production, layer after layer, of a support on the platform, and continues with the production of the part itself. The support is used in this case to mechanically support the part as it is being produced on the platform of the printing machine and allows the heat produced by the melting of the metal powder to be removed by means of the laser beam.

[0007] La pièce ainsi obtenue doit ensuite être précautionneusement retirée de la plateforme de la machine de fabrication additive et nettoyée de la poudre non fusionnée qui l'entoure. Dans le cas où la pièce a été fabriquée avec un support, on sépare la pièce de ce dernier. [0007] The part thus obtained must then be carefully removed from the platform of the additive manufacturing machine and cleaned of the unfused powder which surrounds it. If the part was manufactured with a support, the part is separated from the latter.

[0008] L'un des inconvénients des procédés de fabrication additive par laser classiques réside dans le fait qu'après achèvement de la pièce recherchée, cette pièce doit être désolidarisée de la plateforme de la machine de fabrication additive puis, le cas échéant, détachée de son support. Il s'agit là d'une opération délicate qui demande beaucoup de temps et au cours de laquelle, malgré les précautions prises, de nombreuses pièces se déforment plastiquement et doivent être mises au rebut. [0008] One of the drawbacks of conventional laser additive manufacturing processes lies in the fact that after completion of the desired part, this part must be detached from the platform of the additive manufacturing machine and then, if necessary, detached of its support. This is a delicate operation which takes a lot of time and during which, despite the precautions taken, many parts deform plastically and must be discarded.

[0009] Une autre technique de fabrication additive par faisceau laser consiste à se munir d'un substrat que l'on installe dans la machine avant le début des opérations de fabrication. Ce substrat sur lequel la pièce va être fabriquée vient à fleur avec la surface de la plateforme de la machine de fabrication additive. Another technique of additive manufacturing by laser beam consists in providing a substrate that is installed in the machine before the start of manufacturing operations. This substrate on which the part will be manufactured comes flush with the surface of the platform of the additive manufacturing machine.

[0010] Le substrat qui est métallique permet d'évacuer efficacement la chaleur provoquée par la fusion de la poudre et donc de relaxer au moins en partie les contraintes thermiques qui sont présentes dans la pièce en cours de fabrication. Un traitement thermique additionnel après impression de la pièce permettra d'éliminer complètement les contraintes thermiques. La poudre métallique au moyen de laquelle la pièce est fabriquée est le plus souvent de même nature que le matériau dans lequel est réalisé le substrat car cela favorise l'accrochage de la pièce sur le substrat. Parfois, la composition de l'alliage dans lequel est réalisée la poudre varie légèrement par rapport à la composition de l'alliage du substrat. Il a déjà également été proposé d'utiliser pour fabriquer la pièce une poudre réalisée dans un métal différent de celui dans lequel est réalisé le substrat, ceci pour des raisons de coût par exemple lorsqu'on utilise un métal précieux pour réaliser la pièce, ou bien lorsqu'on utilise un métal différent à usiner comme le titane. The substrate, which is metallic, makes it possible to effectively remove the heat caused by the melting of the powder and therefore to relax at least in part the thermal stresses which are present in the part during manufacture. An additional heat treatment after printing the part will completely eliminate thermal stresses. The metal powder by means of which the part is manufactured is most often of the same nature as the material from which the substrate is made because this promotes the attachment of the part to the substrate. Sometimes the composition of the alloy in which the powder is made varies slightly from the composition of the alloy of the substrate. It has also already been proposed to use to manufacture the part a powder made of a metal different from that in which the substrate is made, for cost reasons, for example when a precious metal is used to make the part, or good when using a different metal to machine such as titanium.

[0011] Par conséquent, jusqu'à présent, pour la fabrication additive de pièces au moyen d'un faisceau laser, le choix du matériau pour le substrat et pour la pièce fabriquée par impression additive sur le substrat se limitait le plus souvent au même métal pour le substrat et la pièce. Dans quelques cas, il a été proposé de réaliser la pièce dans un alliage métallique légèrement différent de celui dans lequel est réalisé le substrat ou bien dans un matériau dont on a montré qu'il était compatible avec le matériau du substrat. [0011] Therefore, until now, for the additive manufacturing of parts by means of a laser beam, the choice of material for the substrate and for the part manufactured by additive printing on the substrate was most often limited to the same metal for the substrate and the part. In some cases, it has been proposed to produce the part in a metal alloy slightly different from that in which the substrate is made or else in a material which has been shown to be compatible with the material of the substrate.

Résumé de l'inventionSummary of the invention

[0012] La présente invention a pour but de procurer un procédé de fabrication additive par laser permettant de varier les choix des matériaux utilisables pour réaliser des pièces mécaniques de manière fiable et reproductible. The object of the present invention is to provide an additive manufacturing process by laser making it possible to vary the choices of materials which can be used to produce mechanical parts in a reliable and reproducible manner.

[0013] A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication additive par laser d'une pièce mécanique à fonction technique et/ou décorative, cette pièce mécanique comprenant un substrat et une structure formée sur le substrat par fabrication additive par laser, ce procédé comprenant les étapes de : se munir d'un faisceau laser dont le fonctionnement va être commandé au moyen d'un ordinateur dans lequel est introduit un fichier informatique CAO à 2 dimensions qui correspond à la structure de la pièce mécanique recherchée, ou bien d'un fichier informatique CAO à 3 dimensions qui est découpé en strates à 2 dimensions qui, une fois superposées, permettent de former la structure de la pièce mécanique recherchée, un autre fichier informatique renfermant les paramètres de fonctionnement du faisceau laser ; se munir d'un substrat réalisé en un matériau céramique dont la température de fusion est supérieure à la température mise en jeu par la fabrication additive par laser ; disposer le substrat sur une plateforme d'une enceinte de fabrication ; fermer l'enceinte de fabrication et créer dans cette enceinte de fabrication une atmosphère d'un gaz neutre ; déposer sur le substrat au moins une première couche d'une poudre d'au moins un premier matériau métallique à fusionner ; égaliser la première couche du premier matériau métallique à fusionner afin que cette première couche présente une épaisseur sensiblement uniforme ; activer le faisceau laser et soumettre au moyen de ce faisceau laser la première couche du premier matériau métallique à une étape de fusion sélective en accord avec le fichier informatique CAO qui correspond à la strate à 2 dimensions de la structure de la pièce mécanique recherchée ; déposer sur le substrat au moins une deuxième couche d'une poudre métallique du même matériau que celui à l'aide duquel a été réalisée la première couche ou bien d'un deuxième matériau métallique qui est différent du premier matériau métallique ; égaliser la deuxième couche et soumettre cette deuxième couche à une étape de fusion sélective au moyen du faisceau laser en accord avec la strate à deux dimensions suivante du fichier informatique CAO ; le cas échéant, répéter les opérations jusqu'à obtenir la pièce mécanique recherchée constituée du substrat et de la structure formée sur le substrat par fabrication additive par laser ; sortir la pièce mécanique de l'enceinte de fabrication, enlever le surplus de matériau métallique et nettoyer l'ensemble, et le cas échéant, soumettre la pièce à des opérations de finition comme le polissage.[0013] To this end, the present invention relates to a method for additive manufacturing by laser of a mechanical part with a technical and / or decorative function, this mechanical part comprising a substrate and a structure formed on the substrate by additive manufacturing by laser, this process comprising the steps of: take a laser beam whose operation will be controlled by means of a computer into which is introduced a 2-dimensional CAD computer file which corresponds to the structure of the desired mechanical part, or else a CAD computer file to 3 dimensions which is cut into 2-dimensional layers which, once superimposed, make it possible to form the structure of the desired mechanical part, another computer file containing the operating parameters of the laser beam; provide a substrate made of a ceramic material whose melting temperature is higher than the temperature involved by additive manufacturing by laser; placing the substrate on a platform of a manufacturing enclosure; close the manufacturing enclosure and create in this manufacturing enclosure an atmosphere of a neutral gas; depositing on the substrate at least a first layer of a powder of at least a first metallic material to be fused; equalizing the first layer of the first metallic material to be fused so that this first layer has a substantially uniform thickness; activate the laser beam and subject by means of this laser beam the first layer of the first metallic material to a selective melting step in accordance with the CAD computer file which corresponds to the 2-dimensional layer of the structure of the desired mechanical part; depositing on the substrate at least a second layer of a metallic powder of the same material as that using which the first layer was produced or of a second metallic material which is different from the first metallic material; equalizing the second layer and subjecting this second layer to a step of selective fusion by means of the laser beam in accordance with the following two-dimensional layer of the computer CAD file; if necessary, repeat the operations until obtaining the desired mechanical part consisting of the substrate and the structure formed on the substrate by additive manufacturing by laser; remove the mechanical part from the manufacturing chamber, remove the excess metallic material and clean the assembly, and if necessary, subject the part to finishing operations such as polishing.

[0014] Grâce à ces caractéristiques, la présente invention procure un procédé de fabrication additive par laser permettant l'utilisation conjointe d'un substrat céramique massif et d'une poudre métallique pour réaliser des pièces mécaniques à fonction technique et/ou décorative de très grande qualité. On a en effet observé que la structure métallique obtenue par fusion laser adhère suffisamment au substrat céramique sur lequel cette structure est fabriquée et permet d'obtenir des pièces mécaniques pouvant être directement utilisées dans les objets dans lesquels ces dernières sont destinées à être montées. Ce résultat est assez surprenant étant donné qu'a priori, l'affinité chimique (ionique/covalence) entre les atomes de métal liés entre eux par des liaisons ioniques et l'oxygène renfermé dans les céramiques dont les atomes sont liés par des liaisons covalentes est faible. Néanmoins, il a notamment été observé que les atomes de titane s'associent bien avec l'oxygène renfermé dans le substrat en céramique pour former des molécules de dioxyde de titane TiO2. De même, les atomes d'aluminium ont une bonne affinité pour les atomes d'oxygène d'un substrat en alumine, en saphir ou en zircone par exemple. [0014] Thanks to these characteristics, the present invention provides an additive laser manufacturing process allowing the joint use of a solid ceramic substrate and a metal powder to produce mechanical parts with a technical and / or decorative function of very high quality. high quality. It has in fact been observed that the metallic structure obtained by laser fusion adheres sufficiently to the ceramic substrate on which this structure is manufactured and makes it possible to obtain mechanical parts which can be directly used in the objects in which the latter are intended to be mounted. This result is quite surprising given that a priori, the chemical affinity (ionic / covalent) between the metal atoms linked together by ionic bonds and the oxygen contained in ceramics whose atoms are linked by covalent bonds is weak. Nevertheless, it has in particular been observed that the titanium atoms associate well with the oxygen contained in the ceramic substrate to form molecules of titanium dioxide TiO2. Likewise, the aluminum atoms have a good affinity for the oxygen atoms of a substrate made of alumina, sapphire or zirconia, for example.

[0015] Le substrat appartient à la pièce mécanique à fonction technique et/ou décorative qui résulte du procédé de l'invention ; ce substrat fait partie intégrante de cette pièce mécanique, et n'est pas destiné à être séparé de la structure obtenue par fabrication additive laser à l'issue du procédé. En effet, on a remarqué que cette structure adhère suffisamment bien à la surface du substrat sur lequel elle a été réalisée pour que la pièce mécanique résultante puisse être intégrée telle quelle dans l'objet auquel elle est destinée. Ainsi, grâce à l'invention, on évite l'étape périlleuse consistant à séparer la pièce obtenue par fabrication additive laser de la plateforme de la machine de fabrication additive, de sorte que les risques de déformation plastique qui peuvent conduire à la destruction de la pièce, sont évités. De même, éviter cette étape de séparation permet de gagner du temps, notamment parce qu'il n'est pas nécessaire de devoir fixer, par exemple par collage, les pièces obtenues par fabrication additive sur des substrats séparés. The substrate belongs to the mechanical part with a technical and / or decorative function which results from the method of the invention; this substrate is an integral part of this mechanical part, and is not intended to be separated from the structure obtained by additive laser manufacturing at the end of the process. In fact, it has been observed that this structure adheres sufficiently well to the surface of the substrate on which it has been produced so that the resulting mechanical part can be integrated as such into the object for which it is intended. Thus, thanks to the invention, the perilous step of separating the part obtained by additive laser manufacturing from the platform of the additive manufacturing machine is avoided, so that the risks of plastic deformation which can lead to the destruction of the piece, are avoided. Likewise, avoiding this separation step saves time, in particular because it is not necessary to have to fix, for example by gluing, the parts obtained by additive manufacturing on separate substrates.

[0016] Selon des formes spéciales d'exécution de l'invention : avant l'étape de fusion sélective de la couche de matériau en poudre, on peut soumettre le substrat à un traitement de surface ; le traitement de surface consiste en une opération d'implantation ionique, en un traitement par torche plasma ou en un traitement de dépôt physique en phase vapeur ; le substrat est préchauffé préalablement à l'étape de fusion sélective de la couche de matériau en poudre ; le substrat est préchauffé jusqu'à une température n'excédant pas 400°C ; l'épaisseur du substrat est d'au moins 100 µm; le gaz neutre est de l'argon et la concentration volumique en oxygène dans l'enceinte de fabrication est inférieure à 0.5% ; le matériau céramique est choisi dans le groupe formé par le verre borosilicate, l'alumine, le saphir, le borure de titane, l'oxyde de titane TiO2, le carbure de titane, le carbure de tungstène, le nitrure de silicium, la zircone, l'émeraude, le rubis et le diamant ; le matériau métallique est choisi dans le groupe formé par l'aluminium, l'acier, le titane, le zirconium, le palladium, le platine, l'argent et l'or ; l'épaisseur d'une couche du matériau déposée sur le substrat est comprise entre 20 µm et 45 µm; le faisceau laser est de type Nd :YAG ; la puissance maximale du faisceau laser est comprise entre 100 Watts et 300 Watts ; la strate à 2 dimensions de la pièce mécanique recherchée présente un contour qui délimite au moins une surface. la taille des particules qui forment les poudres est comprise entre 5 µm et 63 µm, et les poudres de matériaux utilisées sont de type D10-D90, c'est-à-dire que 90% des particules qui forment ces poudres ont un diamètre inférieur à 63 µm, et 10% de ces particules ont un diamètre inférieur à 5 µm.[0016] According to special embodiments of the invention: before the step of selective melting of the layer of powder material, the substrate can be subjected to a surface treatment; the surface treatment consists of an ion implantation operation, a plasma torch treatment or a physical vapor deposition treatment; the substrate is preheated prior to the step of selective melting of the layer of powder material; the substrate is preheated to a temperature not exceeding 400 ° C; the thickness of the substrate is at least 100 µm; the neutral gas is argon and the volume concentration of oxygen in the manufacturing chamber is less than 0.5%; the ceramic material is chosen from the group formed by borosilicate glass, alumina, sapphire, titanium boride, titanium oxide TiO2, titanium carbide, tungsten carbide, silicon nitride, zirconia , emerald, ruby and diamond; the metallic material is chosen from the group formed by aluminum, steel, titanium, zirconium, palladium, platinum, silver and gold; the thickness of a layer of material deposited on the substrate is between 20 μm and 45 μm; the laser beam is of the Nd: YAG type; the maximum power of the laser beam is between 100 Watts and 300 Watts; the 2-dimensional layer of the desired mechanical part has an outline which delimits at least one surface. the size of the particles which form the powders is between 5 µm and 63 µm, and the powders of materials used are of the D10-D90 type, ie 90% of the particles which form these powders have a diameter less than 63 μm, and 10% of these particles have a diameter less than 5 μm.

[0017] La présente invention concerne également une pièce mécanique à fonction technique et/ou décorative, cette pièce mécanique comprenant un substrat en céramique et une structure métallique formée sur le substrat par fabrication additive par laser. [0017] The present invention also relates to a mechanical part with a technical and / or decorative function, this mechanical part comprising a ceramic substrate and a metal structure formed on the substrate by additive laser manufacturing.

[0018] On notera en particulier que soumettre le substrat céramique à un traitement de surface par implantation ionique, torche plasma ou dépôt physique en phase vapeur préalablement à l'étape de fusion sélective de la couche de matériau métallique en poudre permet d'améliorer davantage encore la force d'accrochage de la structure formée sur le substrat avec ce dernier. [0018] It will be noted in particular that subjecting the ceramic substrate to a surface treatment by ion implantation, plasma torch or physical vapor deposition prior to the step of selective melting of the layer of powdered metallic material makes it possible to further improve again the bonding force of the structure formed on the substrate with the latter.

Brève description des figuresBrief description of the figures

[0019] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'un exemple de mise en oeuvre du procédé de fabrication additive selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement en liaison avec le dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de fabrication additive par faisceau laser qui convient pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique de détail qui illustre la situation de l'installation de fabrication additive avant le début du procédé de fabrication additive ; la figure 3 est une vue schématique de détail qui illustre le dépôt de la première couche de matériau en poudre à fusionner sur le substrat ; la figure 4 est une vue schématique de détail qui illustre l'enlèvement du matériau en poudre en excès ; la figure 5 est une vue schématique de détail qui illustre l'étape de fusion sélective au moyen d'un faisceau laser de la première couche de matériau en poudre ; la figure 6 est une vue schématique de détail qui illustre l'étape de fusion sélective d'une couche de matériau en poudre supplémentaire ; la figure 7 est une vue schématique de détail qui illustre l'étape finale de nettoyage du substrat, et la figure 8 illustre schématiquement une étape de préparation du substrat au moyen d'une torche à plasma préalablement au dépôt d'une première couche de matériau en poudre à fusionner sur le substrat.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the following detailed description of an example of implementation of the additive manufacturing process according to the invention, this example being given purely by way of illustration and not limiting only in conjunction with the appended drawing in which: FIG. 1 is a schematic representation of an additive manufacturing installation by laser beam which is suitable for implementing the method according to the invention; FIG. 2 is a detailed schematic view which illustrates the situation of the additive manufacturing installation before the start of the additive manufacturing process; FIG. 3 is a detailed schematic view which illustrates the deposition of the first layer of powdered material to be fused on the substrate; Figure 4 is a schematic detail view which illustrates the removal of excess powder material; FIG. 5 is a detailed schematic view which illustrates the step of selective melting by means of a laser beam of the first layer of powder material; Figure 6 is a schematic detail view which illustrates the step of selectively melting a layer of additional powder material; FIG. 7 is a detailed schematic view which illustrates the final step of cleaning the substrate, and FIG. 8 schematically illustrates a step of preparing the substrate by means of a plasma torch prior to the deposition of a first layer of powder material to be fused onto the substrate.

Description détaillée d'un mode de réalisation de l'inventionDetailed description of an embodiment of the invention

[0020] La présente invention procède de l'idée générale inventive qui consiste à réaliser des pièces mécaniques à fonction technique et/ou décorative d'un seul tenant au moyen d'un procédé de fabrication additive par faisceau laser. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication additive par faisceau laser dans lequel l'utilisation conjointe d'un substrat céramique massif et d'une poudre métallique pour réaliser la structure par fabrication additive laser permet d'obtenir des pièces mécaniques à fonction technique et/ou décorative de très grande qualité. On a en effet observé que la structure métallique obtenue par fusion laser adhère suffisamment au substrat céramique sur lequel cette structure est fabriquée et permet d'obtenir des pièces mécaniques pouvant être directement utilisées dans les objets dans lesquels ces dernières sont destinées à être montées. Il semble que cela soit dû en particulier à la bonne affinité chimique (ionique/covalence) entre les atomes de métal et l'oxygène renfermé dans les céramiques. Ainsi, les atomes de titane s'associent bien avec l'oxygène renfermé dans le substrat en céramique pour former des molécules de dioxyde de titane TiO2. De même, les atomes d'aluminium ont une grande affinité pour les atomes d'oxygène d'un substrat en alumine, en saphir ou en zircone par exemple. L'invention démontre ainsi qu'il est possible de combiner ou de lier entre eux des matériaux qui, jusqu'à présent, étaient considérés comme incompatibles. The present invention proceeds from the general inventive idea which consists in producing mechanical parts with a technical and / or decorative function in a single piece by means of an additive manufacturing process by laser beam. More specifically, the invention relates to an additive manufacturing process by laser beam in which the joint use of a solid ceramic substrate and a metal powder to produce the structure by laser additive manufacturing makes it possible to obtain mechanical parts with a function very high quality technical and / or decorative. It has in fact been observed that the metallic structure obtained by laser fusion adheres sufficiently to the ceramic substrate on which this structure is manufactured and makes it possible to obtain mechanical parts which can be directly used in the objects in which the latter are intended to be mounted. It seems that this is due in particular to the good chemical affinity (ionic / covalent) between the metal atoms and the oxygen contained in the ceramics. Thus, the titanium atoms combine well with the oxygen contained in the ceramic substrate to form TiO2 titanium dioxide molecules. Likewise, the aluminum atoms have a great affinity for the oxygen atoms of a substrate made of alumina, sapphire or zirconia, for example. The invention thus demonstrates that it is possible to combine or link together materials which, until now, were considered incompatible.

[0021] Par contre, on a observé que l'on ne retrouvait pas la même affinité pour l'oxygène renfermé dans le matériau céramique dans le cas de l'or. C'est pourquoi, lorsque l'on souhaite faire croître une structure en or par fusion laser sur un substrat céramique, on préfèrera soumettre préalablement le substrat céramique à un traitement de surface par exemple du type implantation ionique, torche plasma ou bien encore dépôt physique en phase vapeur. Dans le cas d'un traitement plasma, le gaz utilisé pour créer la torche sera de préférence de l'air comprimé renfermant 22% d'oxygène et environ 70% d'azote. On the other hand, it was observed that we did not find the same affinity for the oxygen contained in the ceramic material in the case of gold. This is why, when it is desired to grow a gold structure by laser fusion on a ceramic substrate, it is preferable to subject the ceramic substrate to a surface treatment for example of the ion implantation, plasma torch or even physical deposition type. in the vapor phase. In the case of plasma treatment, the gas used to create the torch will preferably be compressed air containing 22% oxygen and approximately 70% nitrogen.

[0022] Le substrat céramique utilisé pour réaliser la pièce mécanique recherchée fait partie intégrante de cette pièce mécanique et ne nécessite donc pas d'être dissocié de cette dernière une fois le procédé de fabrication terminé. Ce substrat céramique n'est donc pas destiné à être sacrifié et va servir de support permanent pour la structure obtenue grâce à la fabrication additive laser avec laquelle elle forme la pièce mécanique selon l'invention. Les risques de déformer, voire de détruire cette structure que l'on rencontrait dans l'art antérieur lors de la séparation d'une telle structure de son substrat de fabrication sont ainsi évités. The ceramic substrate used to make the desired mechanical part is an integral part of this mechanical part and therefore does not need to be separated from the latter once the manufacturing process is complete. This ceramic substrate is therefore not intended to be sacrificed and will serve as a permanent support for the structure obtained by means of the additive laser manufacturing with which it forms the mechanical part according to the invention. The risks of deforming, or even destroying this structure, which were encountered in the prior art during the separation of such a structure from its manufacturing substrate, are thus avoided.

[0023] Conformément au procédé selon l'invention, on commence par se munir d'un substrat sur lequel on va faire croître une structure par fabrication additive au moyen d'un faisceau laser. Les formes et dimensions du substrat sont choisies en fonction de l'utilisation ultérieure qui sera faite de la pièce mécanique résultant de la mise en oeuvre du présent procédé. Il suffira que le substrat présente au moins une surface plane sur laquelle pourra être réalisée l'opération de fabrication additive. Pour des questions de solidité, on préfèrera cependant que l'épaisseur du substrat ne soit pas inférieure à 100 µm. Ce substrat est réalisé en un matériau céramique dont la température de fusion est supérieure à la température mise en jeu par la fabrication additive par fusion laser. Le substrat est réalisé en un matériau céramique tel que l'alumine Al2O3, le saphir, l'oxyde de titane TiO2ou bien la zircone ZrO2. D'autres matériaux céramiques convenant également bien sont le nitrure de silicium Si3N4et le carbure de titane TiC. According to the method according to the invention, we begin by providing a substrate on which we will grow a structure by additive manufacturing by means of a laser beam. The shapes and dimensions of the substrate are chosen as a function of the subsequent use which will be made of the mechanical part resulting from the implementation of the present method. It will suffice for the substrate to have at least one flat surface on which the additive manufacturing operation can be carried out. For reasons of solidity, however, it will be preferred that the thickness of the substrate is not less than 100 μm. This substrate is made of a ceramic material, the melting point of which is higher than the temperature involved in additive manufacturing by laser melting. The substrate is made of a ceramic material such as alumina Al2O3, sapphire, titanium oxide TiO2 or else zirconia ZrO2. Other ceramic materials which are also suitable are silicon nitride Si3N4 and titanium carbide TiC.

[0024] Une fois le substrat sélectionné et introduit dans une enceinte de fabrication, on dépose sur ce substrat une couche d'un matériau à l'état de poudre que l'on fera ensuite fusionner de manière sélective au moyen du faisceau laser. Ce matériau pulvérulent est différent du matériau dans lequel est réalisé le substrat. Ce matériau pulvérulent est un matériau métallique tel que de l'aluminium, de l'or, du platine, du titane, de l'acier ou bien encore du zirconium. Once the substrate has been selected and introduced into a manufacturing chamber, a layer of a material in the powder state is deposited on this substrate which will then be selectively fused by means of the laser beam. This pulverulent material is different from the material in which the substrate is made. This pulverulent material is a metallic material such as aluminum, gold, platinum, titanium, steel or even zirconium.

[0025] Dans le cas de l'aluminium, le choix se portera de préférence sur un alliage d'aluminium 6061 comprenant entre 95.85 et 98.56% en poids d'aluminium, 0.4 à 0.8% en poids de silicium, un maximum de 0.7% en poids de fer (pas de minimum requis), 0.15 à 0.4% en poids de cuivre, un maximum de 0.15% en poids de manganèse (pas de minimum requis), entre 0.8 et 1.2% de magnésium, entre 0.04 et 0.35% de chrome, un maximum de 0.25% en poids de zinc (pas de minimum requis), un maximum de 0.15% en poids de titane (pas de minimum requis), la concentration des autres éléments ne devant pas excéder 0.05% en poids chacun, la concentration totale de ces autres éléments ne devant pas excéder 0.15% en poids. La poudre d'aluminium 6061 utilisée dans le cadre de la présente invention est formée d'un mélange de particules dont le diamètre est compris entre 5 et 63 µm. In the case of aluminum, the choice will preferably be made on an aluminum alloy 6061 comprising between 95.85 and 98.56% by weight of aluminum, 0.4 to 0.8% by weight of silicon, a maximum of 0.7% by weight of iron (no minimum required), 0.15 to 0.4% by weight of copper, a maximum of 0.15% by weight of manganese (no minimum required), between 0.8 and 1.2% of magnesium, between 0.04 and 0.35% of chromium, a maximum of 0.25% by weight of zinc (no minimum required), a maximum of 0.15% by weight of titanium (no minimum required), the concentration of the other elements not to exceed 0.05% by weight each, the total concentration of these other elements not to exceed 0.15% by weight. The 6061 aluminum powder used in the context of the present invention is formed from a mixture of particles whose diameter is between 5 and 63 μm.

[0026] Des pièces réalisées par dépôt de 10 à 20 couches de la poudre d'aluminium détaillée ci-dessus ont été structurées sur un substrat en zircone. De même, un substrat en zircone a été utilisé pour fabriquer des pièces à partir d'une poudre de titane TiAl6V4. Parts produced by depositing 10 to 20 layers of the aluminum powder detailed above were structured on a zirconia substrate. Likewise, a zirconia substrate has been used to fabricate parts from a titanium powder TiAl6V4.

[0027] Dans le cas de l'or, il s'agit préférentiellement d'or 18 carats renfermant 750 millièmes d'or pur, 50 millièmes d'argent et 198.5 millièmes de cuivre. La poudre d'or utilisée dans le cadre de la présente invention est formée d'un mélange de particules dont le diamètre est compris entre 5 et 45 µm. In the case of gold, it is preferably 18 carat gold containing 750 thousandths of pure gold, 50 thousandths of silver and 198.5 thousandths of copper. The gold powder used in the context of the present invention is formed from a mixture of particles whose diameter is between 5 and 45 μm.

[0028] Des pièces réalisées par dépôt de 10 à 20 couches de la poudre d'or détaillée ci-dessus ont été structurées sur des substrats en saphir et en zircone. Parts made by depositing 10 to 20 layers of the gold powder detailed above were structured on sapphire and zirconia substrates.

[0029] Une fois la couche de matériau en poudre étalée sur le substrat, elle est égalisée par balayage mécanique afin de présenter une épaisseur sensiblement uniforme, typiquement de l'ordre de 15-50 µm. On comprendra qu'au cours de cette opération de balayage, les particules de poudre dont le diamètre ou l'une au moins des dimensions excède l'épaisseur de la couche sont enlevées du substrat. Once the layer of powder material has been spread over the substrate, it is equalized by mechanical scanning in order to have a substantially uniform thickness, typically of the order of 15-50 μm. It will be understood that during this scanning operation, the powder particles whose diameter or at least one of the dimensions exceeds the thickness of the layer are removed from the substrate.

[0030] Une fois la couche de matériau en poudre égalisée, l'enceinte de fabrication est refermée et on crée dans le volume de cette enceinte une atmosphère de gaz neutre. Le gaz neutre choisi est préférentiellement, mais non limitativement, de l'argon, et la concentration volumique en oxygène dans l'enceinte de fabrication est inférieure à 0.5%. Once the layer of powder material is equalized, the manufacturing enclosure is closed and an atmosphere of neutral gas is created in the volume of this enclosure. The neutral gas chosen is preferably, but not limited to, argon, and the volume concentration of oxygen in the manufacturing chamber is less than 0.5%.

[0031] Le dispositif laser utilisé dans le cadre de la présente invention est par exemple un laser de type Yb :YAG, dont la puissance maximale est égale à 100 Watts et qui émet en continu. A titre d'exemple préféré mais non limitatif, selon le type de faisceau laser choisi, la puissance de celui-ci est fixée à une valeur de travail comprise entre 10 et 35 Watts et sa vitesse de déplacement à la surface du substrat est comprise entre 100 et 700 mm/s. Le faisceau laser fait fondre la couche de matériau en poudre répandue sur le substrat selon un tracé déterminé par un ordinateur dans lequel est stocké un fichier informatique CAO. Ce fichier correspond à une ou plusieurs strates à 2 dimensions qui, une fois superposées, permettent de former dans la couche de matériau en poudre la structure de la pièce mécanique recherchée. Un autre fichier informatique renfermant, pour chaque strate de la pièce mécanique recherchée, les paramètres de fonctionnement du faisceau laser tels que la puissance du faisceau laser, la vitesse de déplacement du faisceau laser et le tracé que ce faisceau laser doit parcourir est également utilisé. The laser device used in the context of the present invention is for example a Yb: YAG type laser, the maximum power of which is equal to 100 Watts and which emits continuously. By way of preferred but non-limiting example, depending on the type of laser beam chosen, the power thereof is set at a working value of between 10 and 35 Watts and its speed of movement on the surface of the substrate is between 100 and 700 mm / s. The laser beam melts the layer of powder material spread on the substrate in a pattern determined by a computer in which a computer CAD file is stored. This file corresponds to one or more 2-dimensional layers which, once superimposed, make it possible to form in the layer of powder material the structure of the desired mechanical part. Another computer file containing, for each stratum of the desired mechanical part, the operating parameters of the laser beam such as the power of the laser beam, the speed of movement of the laser beam and the path that this laser beam must travel is also used.

[0032] Chaque strate de matériau fondu a donc une épaisseur comprise entre 15 µm et 50 µm. L'épaisseur de la structure finale peut être de l'ordre de 500 µm à 1 mm. La seule différence entre ces valeurs réside dans le temps de fabrication qui est d'autant plus long que la structure finale est épaisse. Each stratum of molten material therefore has a thickness between 15 μm and 50 μm. The thickness of the final structure can be of the order of 500 μm to 1 mm. The only difference between these values lies in the manufacturing time which is all the longer as the final structure is thick.

[0033] Après avoir structuré la première couche de matériau en poudre en faisant fusionner ce matériau de manière sélective conformément aux instructions renfermées dans le fichier informatique CAO, on enlève le surplus de matériau, puis on dépose sur le substrat une deuxième couche d'un matériau en poudre qui peut être le même que celui utilisé pour réaliser la première couche ou bien être différent. Finalement, on répète les opérations jusqu'à obtenir la pièce mécanique recherchée constituée du substrat et de la structure formée sur le substrat par fabrication additive par laser. La pièce mécanique résultante est sortie de l'enceinte de fabrication, on enlève le surplus de matériau et on nettoie l'ensemble. La pièce mécanique résultante est prête à l'emploi. After having structured the first layer of powder material by fusing this material selectively in accordance with the instructions contained in the CAD computer file, the excess material is removed, then a second layer of a powder material which may be the same as that used to make the first layer or may be different. Finally, the operations are repeated until the desired mechanical part is obtained, consisting of the substrate and the structure formed on the substrate by additive manufacturing by laser. The resulting mechanical part is taken out of the manufacturing enclosure, the excess material is removed and the assembly is cleaned. The resulting mechanical part is ready for use.

[0034] La figure 1 est une représentation schématique d'une installation de fabrication additive par faisceau laser qui convient pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Désignée dans son ensemble par la référence numérique générale 1, cette installation de fabrication additive comprend une enceinte de fabrication 2 à l'intérieur de laquelle est agencée une plateforme 4 sur laquelle est posé un substrat 6. Préférentiellement, la plateforme 4 est couplée avec un premier piston 8 afin de pouvoir être déplacée verticalement de bas en haut et de haut en bas. L'installation de fabrication additive 1 comprend également un premier réservoir 10 et un second réservoir 12 tous deux disposés à l'intérieur de l'enceinte de fabrication 2. Le premier réservoir 10 à l'intérieur duquel se déplace un second piston 14 sert au stockage d'un matériau en poudre à fusionner. Quant au second réservoir 12, il sert de réceptacle aux excès de poudre du matériau à fusionner ainsi qu'aux déchets issus de l'étape de fusion sélective. L'enceinte de fabrication 2 renferme également un faisceau laser 16 disposé à l'aplomb de la plateforme 4 sur laquelle est posée le substrat 6 ainsi qu'une tête de transfert 18 de la poudre du matériau à fusionner. FIG. 1 is a schematic representation of an additive manufacturing facility by laser beam which is suitable for implementing the method according to the invention. Designated as a whole by the general reference numeral 1, this additive manufacturing installation comprises a manufacturing enclosure 2 inside which is arranged a platform 4 on which is placed a substrate 6. Preferably, the platform 4 is coupled with a first piston 8 so that it can be moved vertically from bottom to top and from top to bottom. The additive manufacturing installation 1 also comprises a first reservoir 10 and a second reservoir 12 both arranged inside the manufacturing enclosure 2. The first reservoir 10 inside which a second piston 14 moves is used for storage of a powder material to be fused. As for the second reservoir 12, it serves as a receptacle for the excess powder of the material to be fused as well as for the waste resulting from the selective melting step. The manufacturing enclosure 2 also contains a laser beam 16 placed directly above the platform 4 on which the substrate 6 is placed, as well as a transfer head 18 for the powder of the material to be fused.

[0035] A la figure 2, le substrat 6 est mis à fleur avec une surface d'impression 20 en actionnant, si nécessaire, le premier piston 8 qui commande les déplacements de la plateforme 4 sur laquelle est placé le substrat 6. Dans le même temps, on actionne le second piston 14 de façon à amener une quantité de poudre 22 du matériau à fusionner à la hauteur de la surface d'impression 20. In Figure 2, the substrate 6 is flush with a printing surface 20 by actuating, if necessary, the first piston 8 which controls the movements of the platform 4 on which is placed the substrate 6. In the at the same time, the second piston 14 is actuated so as to bring a quantity of powder 22 of the material to be fused to the height of the printing surface 20.

[0036] A la figure 3, la tête de transfert 18 se charge d'amener la quantité de poudre 22 du matériau à fusionner sur le substrat 6. A cette fin, la tête de transfert 18 est équipée d'une première et d'une seconde raclette 24 et 26 qui peuvent être sélectivement soulevées ou abaissées. Comme visible sur la figure 3, pour amener la quantité de poudre 22 sur le substrat 6, la tête de transfert 18 est translatée vers la gauche de la figure, la première raclette 24 étant soulevée pour ne pas s'opposer à l'avancement de la quantité de poudre 22, et la seconde raclette 26 étant abaissée afin de pouvoir déplacer cette quantité de poudre 22. In Figure 3, the transfer head 18 is responsible for bringing the amount of powder 22 of the material to be fused on the substrate 6. To this end, the transfer head 18 is equipped with a first and with a second squeegee 24 and 26 which can be selectively raised or lowered. As visible in Figure 3, to bring the amount of powder 22 on the substrate 6, the transfer head 18 is translated to the left of the figure, the first squeegee 24 being raised so as not to oppose the advancement of the quantity of powder 22, and the second scraper 26 being lowered in order to be able to move this quantity of powder 22.

[0037] Inversement, à la figure 4, la tête de transfert 18 est déplacée vers la droite de la figure avec la première raclette 24 abaissée et la seconde raclette 26 soulevée pour niveler et tasser la couche de matériau en poudre 28 qui a été amenée sur le substrat 6. Conversely, in Figure 4, the transfer head 18 is moved to the right of the figure with the first squeegee 24 lowered and the second squeegee 26 raised to level and compact the layer of powder material 28 which has been brought. on substrate 6.

[0038] A la figure 5, on procède à la fusion de la couche de matériau en poudre 28 à l'aide du faisceau laser 16. A cet effet, le fonctionnement du faisceau laser 16 va être commandé au moyen d'un ordinateur dans lequel est introduit un fichier informatique CAO qui est découpé en une ou plusieurs strates qui, une fois superposées, permettent de former la structure 30 de la pièce mécanique 32 recherchée. In Figure 5, one proceeds to the melting of the layer of powder material 28 using the laser beam 16. For this purpose, the operation of the laser beam 16 will be controlled by means of a computer in which is introduced a CAD computer file which is cut into one or more layers which, once superimposed, make it possible to form the structure 30 of the desired mechanical part 32.

[0039] A la figure 6, la plateforme 4 sur laquelle est placé le substrat 6 est abaissée par actionnement du premier piston 8 afin d'amener à nouveau le substrat 6 sur la surface duquel a été structurée la première couche de matériau en poudre 28 à fleur avec la surface d'impression 20. Ensuite, si l'on souhaite structurer une nouvelle couche de matériau en poudre sur la surface du substrat 6, on répète les opérations qui ont été détaillées ci-dessus en liaison avec les figures 2 à 5. In Figure 6, the platform 4 on which is placed the substrate 6 is lowered by actuation of the first piston 8 to again bring the substrate 6 on the surface of which has been structured the first layer of powder material 28 flush with the printing surface 20. Then, if it is desired to structure a new layer of powder material on the surface of the substrate 6, the operations which have been detailed above are repeated in connection with FIGS. 2 to 5.

[0040] Finalement, quand la structure 30 recherchée est obtenue en ayant soumis la première couche de matériau en poudre 28 à une étape de fusion sélective au moyen du faisceau laser 16, on peut, si cela est nécessaire, nettoyer la pièce mécanique 32 formée par le substrat 6 et la structure 30 par exemple au moyen d'un aspirateur 34 (voir figure 7). Finally, when the desired structure 30 is obtained by having subjected the first layer of powder material 28 to a selective melting step by means of the laser beam 16, it is possible, if necessary, to clean the mechanical part 32 formed. by the substrate 6 and the structure 30, for example by means of a vacuum cleaner 34 (see FIG. 7).

[0041] Pour améliorer l'adhésion de la structure 30 obtenue par fabrication additive au moyen du faisceau laser 16 sur le substrat 6, il est possible, avant le début des opérations de fabrication, de soumettre le substrat 6 à un traitement de surface au moyen d'une torche plasma 36 (voir figure 8). To improve the adhesion of the structure 30 obtained by additive manufacturing by means of the laser beam 16 on the substrate 6, it is possible, before the start of manufacturing operations, to subject the substrate 6 to a surface treatment at using a plasma torch 36 (see FIG. 8).

[0042] Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées. On comprendra notamment qu'au sens de la présente invention et de ses modes d'exécution particuliers, on entend par „pièce mécanique“ des pièces qui peuvent être sollicitées mécaniquement comme des maillons d'un bracelet de montre, mais également des pièces qui n'ont qu'une fonction décorative telles qu'un cadran pour une pièce d'horlogerie à la surface duquel a été fabriquée une structure matérielle. It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment which has just been described and that various modifications and simple variants can be envisaged by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood in particular that within the meaning of the present invention and its particular embodiments, the term “mechanical part” is understood to mean parts which can be mechanically stressed like links of a watch strap, but also parts which do not 'have only a decorative function such as a dial for a timepiece on the surface of which a material structure has been fabricated.

NomenclatureNomenclature

[0043] 1. Installation de fabrication additive par faisceau laser 2. Enceinte de fabrication 4. Plateforme 6. Substrat 8. Premier piston 10. Premier réservoir 12. Second réservoir 14. Second piston 16. Faisceau laser 18. Tête de transfert 20. Surface d'impression 22. Quantité de poudre 24. Première raclette 26. Seconde raclette 28. Couche de matériau en poudre 30. Structure 32. Pièce mécanique 34. Aspirateur 36. Torche plasma 1. Installation of additive manufacturing by laser beam 2. Manufacturing enclosure 4. Platform 6. Substrate 8. First piston 10. First reservoir 12. Second reservoir 14. Second piston 16. Laser beam 18. Transfer head 20. Printing surface 22. Amount of powder 24. First squeegee 26. Second squeegee 28. Powder layer of material 30. Structure 32. Mechanical part 34. Vacuum cleaner 36. Plasma torch

Claims (18)

1. Procédé de fabrication additive par laser d'une pièce mécanique (32) à fonction technique et/ou décorative, cette pièce mécanique (32) comprenant un substrat (6) et une structure (30) formée sur le substrat (6) par fabrication additive par laser, ce procédé comprenant les étapes de : - se munir d'un faisceau laser (16) dont le fonctionnement va être commandé au moyen d'un ordinateur dans lequel est introduit un fichier informatique CAO qui est découpé en une ou plusieurs strates qui, une fois superposées, permettent de former la structure de la pièce mécanique recherchée, un autre fichier informatique renfermant les paramètres de fonctionnement du faisceau laser ; - se munir d'un substrat (6) réalisé en un matériau céramique dont la température de fusion est supérieure à la température mise en jeu par la fabrication additive par laser ; - disposer le substrat (6) sur une plateforme dans une enceinte de fabrication (2) ; - fermer l'enceinte de fabrication (2) et créer dans cette enceinte de fabrication (2) une atmosphère d'un gaz neutre ; - déposer sur le substrat (6) au moins une première couche (28) d'une poudre d'au moins un premier matériau métallique à fusionner ; - égaliser la première couche (28) du premier matériau métallique à fusionner afin que cette première couche (28) présente une épaisseur sensiblement uniforme ; - activer le faisceau laser (16) et soumettre au moyen de ce faisceau laser (16) la première couche du premier matériau métallique à une étape de fusion sélective en accord avec le fichier informatique CAO qui correspond à la strate à 2 dimensions de la structure (30) de la pièce mécanique (32) recherchée ; - déposer sur le substrat (6) au moins une deuxième couche d'une poudre du même matériau métallique que celui à l'aide duquel a été réalisée la première couche (28) ou bien d'un deuxième matériau métallique qui est différent du premier matériau métallique ; - égaliser la deuxième couche et soumettre cette deuxième couche à une étape de fusion sélective au moyen du faisceau laser (16) en accord avec la strate à deux dimensions suivante du fichier informatique CAO ; - le cas échéant, répéter les opérations jusqu'à obtenir la pièce mécanique (32) recherchée constituée du substrat (6) et de la structure (30) formée sur le substrat (6) par fabrication additive par laser ; - sortir la pièce mécanique (32) de l'enceinte de fabrication (2), enlever le surplus de matériau métallique et nettoyer l'ensemble, et - le cas échéant, soumettre la pièce mécanique (32) à des opérations de finition comme le polissage.1. A method of additive manufacturing by laser of a mechanical part (32) with a technical and / or decorative function, this mechanical part (32) comprising a substrate (6) and a structure (30) formed on the substrate (6) by additive manufacturing by laser, this process comprising the steps of: - provide a laser beam (16) whose operation will be controlled by means of a computer into which is introduced a CAD computer file which is cut into one or more layers which, once superimposed, make it possible to form the structure of the desired mechanical part, another computer file containing the operating parameters of the laser beam; - Provide a substrate (6) made of a ceramic material whose melting temperature is higher than the temperature involved by additive manufacturing by laser; - Arranging the substrate (6) on a platform in a manufacturing enclosure (2); - Close the manufacturing enclosure (2) and create in this manufacturing enclosure (2) an atmosphere of a neutral gas; - depositing on the substrate (6) at least a first layer (28) of a powder of at least a first metallic material to be fused; - leveling the first layer (28) of the first metallic material to be fused so that this first layer (28) has a substantially uniform thickness; - activate the laser beam (16) and subject by means of this laser beam (16) the first layer of the first metallic material to a selective melting step in accordance with the CAD computer file which corresponds to the 2-dimensional stratum of the structure (30) of the desired mechanical part (32); - depositing on the substrate (6) at least a second layer of a powder of the same metallic material as that using which the first layer (28) was produced or else of a second metallic material which is different from the first metallic material; - leveling the second layer and subjecting this second layer to a step of selective fusion by means of the laser beam (16) in accordance with the following two-dimensional layer of the CAD computer file; - If necessary, repeat the operations until obtaining the desired mechanical part (32) consisting of the substrate (6) and the structure (30) formed on the substrate (6) by additive manufacturing by laser; - remove the mechanical part (32) from the manufacturing enclosure (2), remove the excess metallic material and clean the assembly, and - if necessary, subject the mechanical part (32) to finishing operations such as polishing. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant l'étape de fusion sélective de la couche (28) de matériau en poudre, on soumet le substrat (6) à un traitement de surface.2. Manufacturing process according to claim 1, characterized in that before the step of selective melting of the layer (28) of powder material, the substrate (6) is subjected to a surface treatment. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement de surface consiste en une opération d'implantation ionique, en un traitement plasma ou en un traitement de dépôt physique en phase vapeur.3. The manufacturing method according to claim 2, characterized in that the surface treatment consists of an ion implantation operation, a plasma treatment or a physical vapor deposition treatment. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (6) est préchauffé préalablement à l'étape de fusion sélective de la couche (28) de matériau en poudre.4. Manufacturing process according to one of claims 1 to 3, characterized in that the substrate (6) is preheated prior to the step of selective melting of the layer (28) of powder material. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que le substrat (6) est préchauffé jusqu'à une température n'excédant pas 400°C.5. Manufacturing process according to claim 4, characterized in that the substrate (6) is preheated to a temperature not exceeding 400 ° C. 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur du substrat (6) est d'au moins 100 µm.6. Manufacturing process according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thickness of the substrate (6) is at least 100 microns. 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le gaz neutre est de l'argon et la concentration volumique en oxygène dans l'enceinte de fabrication est inférieure à 0.5%.7. Manufacturing process according to one of claims 1 to 6, characterized in that the neutral gas is argon and the volume concentration of oxygen in the manufacturing chamber is less than 0.5%. 8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau céramique est choisi dans le groupe formé par le verre borosilicate, l'alumine, le saphir, le borure de titane, l'oxyde de titane TiO2, le carbure de titane, le carbure de tungstène, le nitrure de silicium, la zircone, l'émeraude, le rubis et le diamant.8. Manufacturing process according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ceramic material is chosen from the group formed by borosilicate glass, alumina, sapphire, titanium boride, titanium oxide. TiO2, titanium carbide, tungsten carbide, silicon nitride, zirconia, emerald, ruby and diamond. 9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le matériau métallique est choisi dans le groupe formé par l'aluminium, l'acier, le platine, l'or, l'argent, le palladium, le zirconium et le titane.9. Manufacturing process according to one of claims 1 to 8, characterized in that the metallic material is chosen from the group formed by aluminum, steel, platinum, gold, silver, palladium. , zirconium and titanium. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau métallique est un alliage d'aluminium 6061 dont les particules ont un diamètre compris entre 5 et 63 µm.10. The manufacturing method according to claim 9, characterized in that the metallic material is a 6061 aluminum alloy, the particles of which have a diameter of between 5 and 63 microns. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau métallique est en or 18 carats 750 millièmes dont les particules ont un diamètre compris entre 5 et 45 µm.11. The manufacturing method according to claim 9, characterized in that the metallic material is 18 carat 750 thousandths gold, the particles of which have a diameter of between 5 and 45 microns. 12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les poudres de matériaux utilisées sont de type D10-D90, c'est-à-dire que 90% des particules qui forment ces poudres ont un diamètre inférieur à 63 µm, et 10% de ces particules ont un diamètre inférieur à 5 µm.12. Manufacturing process according to one of claims 10 and 11, characterized in that the powders of materials used are of the D10-D90 type, that is to say that 90% of the particles which form these powders have a diameter. less than 63 µm, and 10% of these particles have a diameter of less than 5 µm. 13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'épaisseur d'une couche du matériau déposée sur le substrat (6) est comprise entre 10 µm et 50 µm.13. The manufacturing method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the thickness of a layer of material deposited on the substrate (6) is between 10 microns and 50 microns. 14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que le nombre de couches de matériau déposées sur le substrat est compris entre 10 et 20.14. The manufacturing method according to claim 13, characterized in that the number of layers of material deposited on the substrate is between 10 and 20. 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que la puissance du faisceau laser est fixée à une valeur de travail comprise entre 10 et 35 Watts et en ce que sa vitesse de déplacement à la surface du substrat (6) est comprise entre 100 et 700 mm/s.15. The manufacturing method according to one of claims 8 to 14, characterized in that the power of the laser beam is set at a working value of between 10 and 35 Watts and in that its speed of movement on the surface of the substrate (6) is between 100 and 700 mm / s. 16. Procédé de fabrication selon la revendication 15, caractérisé en ce que le faisceau laser (16) est de type Yb :YAG .16. The manufacturing method according to claim 15, characterized in that the laser beam (16) is of the Yb: YAG type. 17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que des strates à 2 dimensions de la pièce mécanique (32) recherchée présentant un contour qui délimite au moins une surface.17. The manufacturing method according to one of claims 8 to 16, characterized in that the 2-dimensional layers of the desired mechanical part (32) having an outline which defines at least one surface. 18. Pièce mécanique à fonction technique et/ou décorative, cette pièce mécanique (32) comprenant un substrat (6) réalisé en un matériau céramique et une structure (30) réalisée en un matériau métallique et formée sur le substrat (6) par fabrication additive par laser.18. Mechanical part with a technical and / or decorative function, this mechanical part (32) comprising a substrate (6) made of a ceramic material and a structure (30) made of a metallic material and formed on the substrate (6) by manufacturing additive by laser.
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