EP3046750A1 - Dispositif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel et procédé associé - Google Patents

Dispositif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel et procédé associé

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EP3046750A1
EP3046750A1 EP15701032.3A EP15701032A EP3046750A1 EP 3046750 A1 EP3046750 A1 EP 3046750A1 EP 15701032 A EP15701032 A EP 15701032A EP 3046750 A1 EP3046750 A1 EP 3046750A1
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EP
European Patent Office
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materials
deposition
induction heating
unit
dimensional object
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15701032.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Cédric MICHEL
Victor ROUX
Tom LEROUGE
David Hauser
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Pollen Am
Original Assignee
Pollen Am
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Filing date
Publication date
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    • B29C2035/0816—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using induction using eddy currents

Definitions

  • the present invention relates to the field of devices and methods for the manufacture of a three-dimensional object by selective deposition of material in successive layers. It thus particularly concerns, but not limited to, the field of three-dimensional printing, also called additive manufacture or rapid prototyping.
  • the invention has applications in different fields, both for industry and for a particular purpose. These areas include automotive, aerospace, medicine such as the dental industry, the military industry, consumer goods, jewelery, the film industry, visualization of projects for architecture or design studies, personal use of 3D printers, or online 3D printing services.
  • the invention thus proposes an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object, a method for producing a three-dimensional object implemented by means of such a device, and a three-dimensional object obtained by this device or process.
  • Three-dimensional printing also known as 3D printing, is an additive manufacturing (or manufacturing) technique developed for rapid prototyping.
  • This technique appeared in the mid-1980s, as a new method of manufacturing real objects from so-called CAD computer files for "Computer Aided Design".
  • CAD computer files for "Computer Aided Design”.
  • an operator draws the object on a computer screen using a CAD tool, in surface or volume mode.
  • the resulting 3D computer file is sent to a specific printer which slices it and deposits or solidifies the material layer by layer to obtain the object. final.
  • three-dimensional printing makes it possible to obtain a real object, typically a prototype, by stacking layers of material, without machining. Stacking layers creates the volume of the object.
  • thermal resistors, lasers and the like are not optimized for versatile consumer use in terms of materials.
  • the object of the invention is to remedy at least partially the needs mentioned above and the drawbacks relating to the embodiments of the prior art.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object, characterized in that it comprises:
  • a material selection unit including materials for producing the three-dimensional object
  • the selection unit being able to convey the materials to the heating unit which brings them into fusion
  • a material deposition unit which ejects the materials after passing through the heating unit on a support, to allow the realization of the three-dimensional object by successive layers of material.
  • the invention it may be possible to reduce or solve all the disadvantages and problems mentioned above in connection with the embodiments according to the prior art.
  • it may be possible to manufacture an object in three dimensions, and more specifically to autonomously make a complete object, which may comprise a plurality of materials, colorized or not, optionally provided with one or more coatings, without having to require a possible subsequent treatment of the object.
  • induction heating through the use of induction heating, significant energy savings can be achieved compared to other additive manufacturing technologies using an energy source to process the materials.
  • the induction can also make it possible to obtain a targeting of the zone to be treated because the energy is converted into heat over a specific zone with a very weak diffusion.
  • the same induction heating process can be used for different materials, which receive a specific treatment according to their composition.
  • the device according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combination.
  • the material selection unit may comprise a first material conditioning part in capsules and a second material distribution part, in particular to the induction heating unit.
  • the capsules can be interchangeable.
  • the packaged materials can be in different forms, especially in liquid or solid form, and more particularly in the form of fine powder.
  • the first material conditioning part may comprise first material capsules for producing the three-dimensional object, and / or second material capsules for producing and / or treating the support, and / or third material capsules. of colorization for the support and / or the three-dimensional object.
  • the second material distribution section may comprise a first material distributor for producing the three-dimensional object, and / or a second material distributor for producing and / or treating the support, and / or a third material dispenser. of colorization for the support and / or the three-dimensional object.
  • the material selection unit may comprise various elements useful for the packaging and distribution of materials, such as, for example, piezoelectric valves, moisture measuring sensors, material identification elements, and indication elements. age of materials, among others.
  • the induction heating unit of the materials may comprise a first inductive heating portion of the materials for producing the three-dimensional object and a second induction heating portion of the materials for producing and / or processing the support.
  • the induction heating unit and in particular the first induction heating part and / or the second induction heating part, may comprise at least one induction heating module, comprising:
  • an insulating tubular element in particular thermally and / or electrically insulating, a rod, in particular a rotary rod, and in particular a helical rod, situated inside the tubular element,
  • the materials being able to penetrate inside the tubular element to be melted by induction heating in contact with the rod.
  • the tubular element may have an inner wall treated to reduce its viscosity, comprising for example a coating of polytetrafluoroethylene (PTFE) or an equivalent.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the rod may preferentially be rotatable. However, the rod can also alternatively be fixed.
  • the shape of the blades of the helical rod can be variable, and the pitch can be variable.
  • the rod may comprise a material that strongly reacts to magnetic fields generated by induction.
  • the induction heating unit may also comprise a variable speed motor connected to the rod, in particular in the case of a rotary rod to allow its rotation, for example by means of a belt or any other drive system.
  • the induction heating unit may also include one or more induction generators.
  • the induction heating unit may further comprise a compartment or storage lock of molten materials for ejection or deposition.
  • the induction heating unit may comprise a plurality of induction heating modules, at least two of the induction heating modules for induction heating of materials of different compositions.
  • the material deposition unit may comprise a first deposition portion of the materials for producing the three-dimensional object and a second deposition portion of the materials for producing and / or processing the support.
  • the material deposition unit in particular the first deposition part and / or the second deposition part, may comprise at least one deposition module by acoustic wave generation.
  • the material deposition unit may comprise a deposition module by other types of material ejection means, for example by pneumatic actuation, by the pressure generation resulting from the actuation of the cell (s). ) piezoelectric (s), or by thermal excitation.
  • the presence of at least one deposition module by acoustic wave generation it may be possible to switch from a mode of ejection of the material point by point (in the form of droplets) to a flow continuous ejection, and vice versa, as specified later.
  • the material deposition unit comprises a plurality of deposition modules by generating acoustic waves.
  • These deposition modules by generating acoustic waves can be flexible.
  • the acoustic wave generation deposition module (s) may be located in the melting chamber or storage chamber of the induction heating unit.
  • the acoustic wave generation deposition module or modules may comprise piezoelectric transducers, possibly associated with Fresnel multifocal zones depending on the viscosity of the molten materials in fluidic form to be treated.
  • Piezoelectric transducers can act as both variable acoustic transmitters and acoustic receivers.
  • the material deposition unit may comprise at least one extrusion orifice, in particular as many extrusion or deposition ports by acoustic wave generation, through which the molten material pushed under the ejection influence of said at least one deposition module by generating acoustic waves.
  • the size of the at least one extrusion orifice may be smaller than the flow capacity of the melt materials in fluid form.
  • Said at least one deposition module by generating acoustic waves may be able to allow the deposition of material continuously or by droplets.
  • the acoustic wave generation deposition module or modules associated with one or more molten material extrusion orifices, can operate in the following manner: a signal received by a deposition module by wave generation acoustic generates an acoustic wave which develops a pressure on the melt, forcing it to pass through an extrusion orifice relative to this deposition module by generating acoustic waves.
  • the signal received by the deposition module by acoustic wave generation can be sent by a computer control system (or electronic control) of the additive manufacturing device according to the invention.
  • the control by this computer control system of signals sent to the deposition modules by acoustic wave generation can make it possible to select one or more extrusion orifices, and thus to control the flow and the volume of melt ejected.
  • the device may further comprise elements for controlling the flow and / or the temperature of the materials, especially in the form of AC current sources.
  • the device may further comprise a computer control system for communicating with a CAD tool and controlling the operation of the device.
  • the subject of the invention is also a method for producing a three-dimensional object by additive manufacture, characterized in that it is implemented by means of a device as defined above, and in that it comprises in particular one or more of the following steps:
  • the invention also relates, in another of its aspects, to a three-dimensional object of additive manufacture, characterized in that it is obtained by a device as defined above or a method as defined above.
  • the invention also relates, in another of its aspects, to an additive manufacturing device for producing a three-dimensional object, characterized in that it comprises:
  • a material selection unit including materials for producing the three-dimensional object
  • the selection unit being able to convey the materials to the heating unit
  • a material deposition unit comprising at least one deposition module by acoustic wave generation, which ejects the materials after passing through the heating unit on a support, to enable the realization of the three-dimensional object by layers of material successive.
  • FIG. 1 illustrates, in block diagram form, an example of an installation comprising an additive manufacturing device according to the invention
  • FIG. 2 represents in more detail the material selection unit of the additive manufacturing device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is another detailed representation of the material selection unit and the print head, comprising the heating unit and the deposit unit, of the additive manufacturing device of FIG. 1,
  • FIG. 4 represents, in section, an example of a heating unit of an additive manufacturing device according to the invention similar to that of FIG. 1,
  • FIG. 5 represents, in top view, the heating unit of FIG. 4 and the deposition unit of the additive manufacturing device according to the invention.
  • FIG. 6 represents, in partial section and in perspective, an example of induction heating module of the heating unit of FIG. 4.
  • FIG. 1 illustrates, in the form of a block diagram, an example of an installation comprising an additive manufacturing device 1 according to the invention.
  • the installation is for example in the form of a housing B, which comprises in particular the device 1 of additive manufacture according to the invention, a support 6 on which a three-dimensional object 2 is intended to be manufactured and a computer control system 18 for communication with a CAD tool 19 and control of the operation of the device 1.
  • the CAD tool 19 can be used to design by computer a cutting plane of a three-dimensional model, which can take into account a variety of materials, which can subsequently be realized by means of the device and the method according to the invention. 'invention.
  • the additive manufacturing device 1 comprises a selection unit 3 of materials, including materials for producing the three-dimensional object 2, an induction heating unit 4 of the materials, the selection unit 3 being able to convey the materials to the heating unit 4 which brings them in fusion, and a material deposition unit 5, which ejects the materials after passing through the heating unit 4 on the support 6, to allow the realization of the three-dimensional object 2 by depositing successive layers of material.
  • the material selection unit 3 comprises a first material conditioning portion 3a and a second material distribution part 3b, in particular to the induction heating unit 4.
  • the selection unit 3 of the materials may allow the selection of the material or materials required to make the three-dimensional object 2 and / or modify the support 6, and route them to the induction heating unit 4.
  • the induction heating unit 4 and the deposition unit 5 of the materials are contained in a printing head P of the device 1 according to the invention, which is able to move horizontally along the arrows Fl along of the horizontal axis X, to eject the molten material from the induction heating unit 4 on the support 6 in the desired locations.
  • the support 6, on which is positioned the three-dimensional object 2 to manufacture is also able to move vertically along the arrows F2, along the vertical axis Z, to be able to adjust its distance vis-à-vis of the printing head P during the deposition of the successive layers of material.
  • the computer control system 18 is connected to the various elements and units of the device 1 according to the invention, which can enable control and communication between these elements, and in particular to ensure the manufacture of the three-dimensional object 2 and the possible finish of the support 6.
  • the computer control system 18 may for example comprise a computer 20, associated with a processing software 21 and an internal memory 22, as well as a communication device 23 connected to the external CAD tool 19 allowing the transfer of data. a computer file associated with the three-dimensional object 2 to be produced.
  • an energy source 24 can be integrated into this computer control system 18.
  • FIG. 2 shows in greater detail the material selection unit 3 of the additive manufacturing device of FIG. 1.
  • the material selection unit 3 comprises a first material conditioning portion 3a and a second material distribution part 3b.
  • the first material conditioning portion 3a comprises capsules 3a, 3a 2 and 3a3 of materials and the second distribution portion 3b comprises distributors 3bi, 3b 2 and 3b3 of materials. More specifically, the first material conditioning portion 3a comprises first capsules 3a1 of materials for producing the three-dimensional object 2, second capsules 3a 2 of materials which allow the realization and / or the possible treatment or finishing of the support 6 and third capsules 3a3 of materials that can allow the colorization of the support 6 and / or the three-dimensional object 2.
  • This second material distribution part 3b thus comprises a first distributor 3bi of materials for producing the three-dimensional object 2, a second distributor 3b 2 of materials for producing and / or processing the support 6, and a third distributor 3b3 of materials to allow the possible colorization of the support 6 and / or the three-dimensional object 2.
  • Each of the first 3bi, second 3b 2 and third 3b3 material distributors have different elements allowing them to carry the delivery of the material capsules from the selection unit 3 to the induction heating unit 4, these elements comprising in particular valves 7, flow control elements 8 and conveying conduits 9, in particular flexible.
  • FIG. 3 which is another detailed representation of the material selection unit 3 and of the print head P, which comprises the induction heating unit 4 and the deposition unit 5 of the device, will now be described. of additive manufacture 1 of Figure 1.
  • the induction heating unit 4 of the materials comprises a first induction heating portion 4a of materials for producing the three-dimensional object 2 and a second induction heating portion 4b of the materials for producing and / or processing the support 6.
  • the first material distributor 3bi of the selection unit 3 is connected to the first induction heating part 4a of the induction heating unit 4, and the second material distributor 3b 2 of the induction unit 4 selection 3 is connected to the second induction heating part 4b of the induction heating unit 4.
  • Each of the first part 4a and second part 4b of induction heating further comprises control elements for bringing the molten material and control the proper operation of the induction heating.
  • control elements comprise, for example, a temperature control element 14 and a material flow control element 15.
  • each of the first part 4a and the second induction heating part 4b comprises at least one induction heating module 10, as will be described hereinafter with reference to FIGS. 4 to 6.
  • FIG. 3 also shows in more detail the deposition unit 5 of the materials, which allows the ejection of the molten materials after passing through the heating unit 4 on the support 6.
  • the material deposition unit 5 allows the ejection of the melt through the generation of acoustic waves.
  • the deposition unit 5 of the materials comprises a first deposition portion 5a of the materials for producing the three-dimensional object 2 and a second deposition portion 5b of the materials for producing and / or processing the support 6.
  • Each of the first part 5a and second part 5b of deposition of the materials comprises at least one deposition module by acoustic wave generation 17, which can be connected together, as shown.
  • the operation of these deposition modules by generating acoustic waves 17 will be described later.
  • each of the first deposition part 5a and the second deposition part 5b of the materials may comprise a plurality of elements necessary for the proper operation of the ejection of the molten material on the support 6, and for example control elements such as material flow control elements 15, similar to those described for the induction heating unit 4.
  • control elements such as material flow control elements 15, similar to those described for the induction heating unit 4.
  • ejection chambers 24 and melt deposition aid elements 25 may be present.
  • the invention proposes to carry out the possible treatment of the support 6 in order to obtain, if necessary, a finished three-dimensional object 2, that is to say usable without requiring a post-processing, the realization and / or the modification of the support 6 can be made through the second distributor 3b 2 of material capsules, connected to the second heating portion 4b itself connected to the second deposition portion 5b.
  • the third distributor 3b3 of the third capsules 3a3 of materials can be connected directly to a selective injection device of colorization materials 26, integrated with the print head P and directly connected to the second deposit part 5b of the deposition unit 5, and more particularly to an ejection chamber 24 of this second deposition portion 5b.
  • FIG. 4 shows, in section, an example of an induction heating unit 4 of the additive manufacturing device 1 according to the invention.
  • FIG. 5 represents, in plan view, the induction heating unit 4 of FIG. 4 and the deposition unit 5 of the additive manufacturing device 1 according to the invention
  • FIG. 6 represents, in partial section and in perspective, an example of induction heating module 10 of the heating unit 4 of FIG. 4.
  • the induction heating unit 4 may comprise for example six induction heating modules 10a-10f.
  • the number of induction heating modules of the heating unit 4 is in no way limiting, and can be determined according to the needs for the realization of the three-dimensional object 3 and / or the realization or modification of the support 6.
  • the additive manufacturing device 1 according to the invention may alternatively comprise a plurality of induction heating units 4 associated with a plurality of melt deposition units 5.
  • Each induction heating module 10a-10f has a tubular element 11, thermally and / or electrically insulating, into which the material to be treated is introduced, for example in the form of powder, liquid or solid.
  • This tubular element 11 advantageously has an internal wall treated to reduce the viscosity, which may in particular be made with PTFE.
  • each induction heating module 10a-10f comprises a rotary rod 12, in particular in helical form, which is located inside the tubular element 11.
  • the helical rod 12 may have blades of variable shape and be composed of a material that strongly reacts to magnetic fields generated by induction.
  • This helical rod 12 serves as a means for driving the materials introduced into the tubular element 11 towards a storage compartment or lock the molten material, heated in contact with the helical rod 12.
  • each induction heating module 10a-10f comprises at least one induction coil portion 13 which extends on the outer wall 11a of the tubular element 11.
  • the same induction coil 13 can extend all around the six induction heating modules 10a-10f, and in particular on the outer wall 11a of the tubular elements 11. a plurality of induction coils 13 may be superimposed on each other along induction heating modules 10a-10f, as shown in FIGS. 4 and 6.
  • the induction heating unit 4 may also comprise one or more variable speed motors connected to the helical rod (s) 12 by means of a belt or any other system of drive to allow the rotation of the rods 12, and also one or more induction generator (s), not shown.
  • the use of a plurality of induction heating modules 10a-10f, thus comprising a plurality of helical rods 12, all subject to the same induction process can make it possible to use a composition of different materials in each induction heating module 10a-10f which, subjected to magnetic fields generated by induction, makes it possible to arrive at different temperatures, depending on the materials present in the tubular elements 11.
  • FIG. 5 represents the deposition unit 5, positioned for example in the lock chamber 30 of the heating unit 4.
  • the deposition unit 5 can comprise a plurality of acoustic wave generation deposition modules 17, associated with a plurality of extrusion orifices 16, through which the pushed melt is ejected under the influence of the acoustic waves generated by the deposition modules 17.
  • the extrusion orifices 16 may advantageously have a size smaller than the flow capacity of the molten materials in fluidic form.
  • the acoustic wave generation deposition modules 17 may in particular comprise piezoelectric transducers, possibly associated with multifocal zones of Fresnel depending on the viscosity of the molten fluid to be treated, and can act as both variable acoustic transmitters and acoustic receivers.
  • a signal for example emitted by the computer control system 18, received by one of the acoustic wave generation deposition modules 17 generates an acoustic wave which develops a pressure on the molten material, thus forcing it to pass through an extrusion orifice 16 associated with this deposition module by generating acoustic waves 17.
  • the computer control and in particular by means of the computer control system 18 of the various signals sent to the various deposition modules by acoustic wave generation 17, can make it possible to select one or more extrusion orifices 16 as required, and control the flow and volume of ejected materials.
  • piezoelectric transducers in the acoustic wave generation deposition modules 17 can make it possible to know and control in real time the vertical position of the print head P along the vertical axis Z as shown in FIG.
  • the selective deposition of the melt by means of acoustic waves of the deposition unit 5 may make it possible to envisage a point-to-point deposition, in the form of droplets, or as a continuous flow of the material on the support 6, the transition from one to the other of these two flow modes being simplified.
  • the additive manufacturing device 1 according to the invention can make it possible to obtain the desired three-dimensional object 2 according to the data of the CAD tool 19.
  • the invention can thus make it possible to avoid resorting to a post-processing of the three-dimensional finished object 2. It allows the simplified realization of a multi-material finished object and makes it possible to obtain autonomous finishes.

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un dispositif (1) de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel (2), caractérisé en ce qu'il comporte une unité de sélection (3) de matériaux, dont des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel (2), une unité de chauffage par induction (4) des matériaux, l'unité de sélection (3) étant apte à acheminer les matériaux vers l'unité de chauffage (4) qui les amène en fusion, et une unité de dépôt (5) des matériaux, qui éjecte les matériaux après passage dans l'unité de chauffage (4) sur un support (6), pour permettre la réalisation de l'objet tridimensionnel (2) par couches de matière successives.

Description

DISPOSITIF DE MANUFACTURE ADDITIVE POUR LA RÉALISATION D'UN OBJET
TRIDIMENSIONNEL ET PROCÉDÉ ASSOCIÉ
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs et procédés pour la fabrication d'un objet en trois dimensions pa r déposition sélective de matière par couches successives. Elle concerne ainsi tout particulièrement, mais de manière non limitative, le domaine de l'impression tridimensionnelle, appelée encore manufacture additive ou prototypage rapide.
L'invention trouve des applications dans différents domaines, à la fois pour l'industrie et pour un usage particulier. Ces domaines comportent notamment l'automobile, l'aérospatiale, la médecine telle que l'industrie dentaire, l'industrie militaire, les biens de consommation, la joaillerie, l'industrie du cinéma, la visualisation de projets pour l'architecture ou les études de design, l'utilisation personnelle d'imprimantes 3D, ou encore les services en ligne d'impression 3D.
L'invention propose ainsi un dispositif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel, un procédé de réalisation d'un objet tridimensionnel mis en œuvre au moyen d'un tel dispositif, ainsi qu'un objet tridimensionnel obtenu par ce dispositif ou procédé.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L'impression tridimensionnelle, encore appelée impression 3D, est une technique de fabrication (ou manufacture) additive développée pour le prototypage rapide. Cette technique est apparue au milieu des années 80, comme une nouvelle méthode de fabrication d'objets réels à partir de fichiers informatiques dits de CAO pour « Conception Assistée par Ordinateur ». Ainsi, un opérateur dessine l'objet sur un écran d'ordinateur en utilisant un outil de CAO, en mode surfacique ou volumique. Puis, le fichier informatique 3D obtenu est envoyé vers une imprimante spécifique qui le découpe en tranches et dépose ou solidifie de la matière couche par couche pour obtenir l'objet final. De cette façon, l'impression tridimensionnelle permet d'obtenir un objet réel, typiquement un prototype, par empilement de couches de matière, sans usinage. L'empilement des couches crée le volume de l'objet.
Depuis son émergence, l'impression tridimensionnelle a donné lieu à différentes technologies coexistantes. On peut ainsi citer, entre autres, la stéréolithographie (ou SLA pour « StereoLithography Apparatus » en anglais), I'extrusion de filament en fusion (ou FDM pour « Fused Déposition Modeling » en anglais), le frittage sélectif par laser (ou SLS pour « Sélective Laser Sintering » en anglais), la fusion par faisceau d'électrons (ou EBM pour « Electron Beam Melting » en anglais), l'impression 3DP (pour « 3D Printing » en anglais) ou encore l'impression 3D par PolyJet.
Depuis quelques années, on peut observer un phénomène de démocratisation de ces technologies, à destination des particuliers. Ce phénomène repose principalement sur les procédés du type SLA et FDM, en les simplifiant et en les miniaturisant. Or, cela pose un problème d'usage car ces procédés ont été développés dans le but de réaliser des prototypes et non des objets finis, adaptés à la consommation, sans avoir à requérir un post-traitement.
De plus, ces deux procédés du type SLA et FDM sont limités en termes de versatilité des matériaux utilisés. En effet, le procédé du type FDM utilise essentiellement des polymères du type ABS (pour « Acrylonitrile Butadiène Styrène ») ou PLA (pour « polylactide »), et le procédé du type SLA utilise principalement des solutions aqueuses de résines. Certains dispositifs utilisant ces procédés répondent alors partiellement à cette problématique de versatilité des matériaux, en ajoutant autant de têtes d'impression que de matériaux pris en charge, ce qui augmente alors leur complexité. De surcroît, de tels dispositifs ne proposent que de légères variations de matériaux, et aucunement des matériaux hétérogènes. Or, l'obtention d'un modèle de consommation issu d'un dispositif de manufacture additive nécessite la prise en charge d'une pluralité de matériaux (par exemple des polyamides, céramiques, métaux, entre autres), ce qui pose le problème de l'adhésion des différents matériaux utilisés et de leur intégrité structurelle. Par ailleurs, ces deux procédés du type SLA et FDM sont aussi limités en termes de fiabilité. En effet, que ce soit pour la mesure de la température, son contrôle ou sa diffusion, les deux procédés nécessitent des composants nombreux et onéreux pour gagner en précision. En particulier, les résistances thermiques du procédé du type FDM impliquent une durée de vie relative et un entretien du dispositif lourd pour les particuliers. Il en va de même pour le procédé du type SLA avec l'utilisation de laser(s) ou de source(s) radiative(s) lumineuse(s). Plus généralement, le contrôle de la position de la tête d'impression, critique tant pour la précision que pour la bonne réalisation d'un modèle tridimensionnel, requiert pour ces deux procédés un nombre conséquent de capteurs supplémentaires, qui rajoutent en complexité et en coût. Or, pour parvenir à réaliser un système polyvalent et fiable, et tout particulièrement pour les particuliers, il convient de maîtriser ces éléments.
En outre, toutes les technologies existantes, à l'exception de l'impression 3DP qui emploie un liant chimique pour solidifier la matière à l'état de poudre, engagent une consommation d'énergie conséquente : résistances thermiques, lasers et équivalents ne sont pas optimisés pour un usage grand public versatile en termes de matériaux.
Enfin, toutes les technologies existantes nécessitent un post-traitement, tant pour « nettoyer » l'objet en sortie de dispositif que pour le parfaire en lui conférant plus de solidité, pour le polir, le revêtir ou encore le coloriser.
Toutes ces limitations et contraintes sont regrettables car néfastes à l'expérience utilisateur, tant dans la faisabilité que dans le résultat, alors qu'il s'agit d'un des principaux enjeux pour développer l'usage et la consommation d'une telle technologie.
EXPOSÉ DE L'INVENTION II existe ainsi un besoin pour proposer un nouveau principe de manufacture additive présentant, entre autres, une capacité de traitement de matériaux hétérogènes dans un même processus, une capacité de finition de l'objet final par un revêtement, colorisé ou non, toujours lors de ce même processus, et une prise en compte des contraintes énergétiques et chimiques inhérentes à une problématique de consommation de masse.
L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un dispositif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une unité de sélection de matériaux, dont des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel,
- une unité de chauffage par induction des matériaux, l'unité de sélection étant apte à acheminer les matériaux vers l'unité de chauffage qui les amène en fusion,
- une unité de dépôt des matériaux, qui éjecte les matériaux après passage dans l'unité de chauffage sur un support, pour permettre la réalisation de l'objet tridimensionnel par couches de matière successives.
Grâce à l'invention, il peut être possible de réduire ou de résoudre l'ensemble des inconvénients et problèmes évoqués précédemment en lien avec les réalisations selon l'art antérieur. En particulier, il peut être possible de fabriquer un objet en trois dimensions, et plus spécifiquement de réaliser de façon autonome un objet complet, pouvant comporter une pluralité de matériaux, colorisés ou non, munis éventuellement d'un ou plusieurs revêtements, sans avoir à requérir à un éventuel traitement ultérieur de l'objet. De plus, grâce à l'utilisation du chauffage par induction, une économie d'énergie importante peut être réalisée par rapport aux autres technologies de manufacture additive utilisant une source d'énergie pour traiter les matériaux. L'induction peut également permettre d'obtenir un ciblage de la zone à traiter car l'énergie est convertie en chaleur sur une zone spécifique avec une très faible diffusion. En outre, un même processus de chauffage par induction peut être utilisé pour différents matériaux, qui reçoivent un traitement spécifique selon leur composition.
Le dispositif selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. L'unité de sélection de matériaux peut comporter une première partie de conditionnement des matériaux dans des capsules et une deuxième partie de distribution des matériaux, notamment vers l'unité de chauffage par induction.
Les capsules peuvent être interchangeables. Les matériaux conditionnés peuvent être sous différentes formes, notamment sous forme liquide ou solide, et plus particulièrement sous forme de poudre fine.
La première partie de conditionnement des matériaux peut comporter des premières capsules de matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel, et/ou des deuxièmes capsules de matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support, et/ou des troisièmes capsules de matériaux de colorisation pour le support et/ou l'objet tridimensionnel.
La deuxième partie de distribution des matériaux peut comporter un premier distributeur de matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel, et/ou un deuxième distributeur de matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support, et/ou un troisième distributeur de matériaux de colorisation pour le support et/ou l'objet tridimensionnel.
L'unité de sélection des matériaux peut comporter différents éléments utiles au conditionnement et à la distribution des matériaux, tels que par exemple des valves piézoélectriques, des capteurs de mesure d'humidité, des éléments d'identification des matériaux et d'indication de l'âge des matériaux, entre autres.
L'unité de chauffage par induction des matériaux peut comporter une première partie de chauffage par induction des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel et une deuxième partie de chauffage par induction des matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support.
L'unité de chauffage par induction, et notamment la première partie de chauffage par induction et/ou la deuxième partie de chauffage par induction, peut comporter au moins un module de chauffage par induction, comportant :
- un élément tubulaire isolant, en particulier isolant thermiquement et/ou électriquement, - une tige, en particulier une tige rotative, et notamment hélicoïdale, située à l'intérieur de l'élément tubulaire,
- au moins une portion de bobine à induction s'étendant sur la paroi extérieure de l'élément tubulaire,
les matériaux étant aptes à pénétrer à l'intérieur de l'élément tubulaire pour être amenés en fusion par chauffage par induction au contact de la tige.
L'élément tubulaire peut présenter une paroi intérieure traitée pour réduire sa viscosité, comportant par exemple un revêtement en polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou un équivalent.
La tige peut préférentiellement être rotative. Toutefois, la tige peut aussi en variante être fixe.
Dans le cas d'une tige rotative hélicoïdale, la forme des pales de la tige hélicoïdale peut être variable, et le pas peut être variable.
La tige peut comporter un matériau réagissant fortement aux champs magnétiques générés par induction.
L'unité de chauffage par induction peut encore comporter un moteur à vitesse variable relié à la tige, notamment dans le cas d'une tige rotative pour permettre sa rotation, par exemple au moyen d'une courroie ou tout autre système d'entraînement. L'unité de chauffage par induction peut également comporter un ou plusieurs générateurs à induction. L'unité de chauffage par induction peut encore comporter un compartiment ou sas de stockage des matériaux en fusion en vue de leur éjection ou déposition.
L'unité de chauffage par induction peut comporter une pluralité de modules de chauffage par induction, au moins deux des modules de chauffage par induction permettant le chauffage par induction de matériaux de compositions différentes.
L'unité de dépôt des matériaux peut comporter une première partie de dépôt des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel et une deuxième partie de dépôt des matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support.
L'unité de dépôt des matériaux, notamment la première partie de dépôt et/ou la deuxième partie de dépôt, peut comporter au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques. En variante, l'unité de dépôt des matériaux peut comporter un module de dépôt par d'autres types de moyens d'éjection de la matière, par exemple par actionnement pneumatique, par la génération de pression issue de l'actionnement de cellule(s) piézo-électrique(s), ou encore par excitation thermique.
Grâce à la présence d'au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques, il peut être possible de passer d'un mode d'éjection de la matière en point par point (autrement dit sous forme de gouttelettes) à un flux continu d'éjection, et vice versa, comme précisé par la suite. En outre, il peut être possible d'adapter le volume de matière à déposer sur le support par le contrôle de la fréquence et de l'amplitude de l'onde acoustique. De plus, il peut être possible d'interagir sans contact avec les différents matériaux utilisés pour réaliser l'objet tridimensionnel et/ou le support. Enfin, il peut être possible de déterminer à la volée la position de la tête d'impression du dispositif, comportant l'unité de chauffage par induction et l'unité de dépôt, par rapport au support.
De manière avantageuse, l'unité de dépôt des matériaux comporte une pluralité de modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques. Ces modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques peuvent être modulables.
Le ou les modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques peuvent être situés dans le compartiment ou sas de stockage des matériaux en fusion de l'unité de chauffage par induction.
Le ou les modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques peuvent comporter des transducteurs piézo-électriques, éventuellement associés à des zones multifocales de Fresnel en fonction de la viscosité des matériaux en fusion sous forme fluidique à traiter.
Les transducteurs piézo-électriques peuvent faire office à la fois d'émetteurs acoustiques variables et de récepteurs acoustiques.
L'unité de dépôt des matériaux peut comporter au moins un orifice d'extrusion, notamment autant d'orifices d'extrusion que de modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques, au travers duquel est éjectée la matière en fusion poussée sous l'influence dudit au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques. La taille dudit au moins un orifice d'extrusion peut être inférieure à la capacité d'écoulement des matériaux en fusion sous forme fluidique.
Ledit au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques peut être apte à permettre la déposition de matière en continu ou par gouttelettes.
Le ou les modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques, associé(s) à un ou plusieurs orifices d'extrusion de matériaux en fusion, peuvent fonctionner de la manière suivante : un signal reçu par un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques génère une onde acoustique qui développe une pression sur la matière en fusion, la forçant à passer au travers d'un orifice d'extrusion relatif à ce module de dépôt par génération d'ondes acoustiques.
Le signal reçu par le module de dépôt par génération d'ondes acoustiques peut être envoyé par un système de commande informatique (ou électronique de contrôle) du dispositif de manufacture additive selon l'invention. Le contrôle par ce système de commande informatique de signaux envoyés aux modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques peut permettre de sélectionner un ou plusieurs orifices d'extrusion, et ainsi de maîtriser le flux et le volume de matière en fusion éjectée.
Le dispositif peut en outre comporter des éléments de contrôle du flux et/ou de la température des matériaux, notamment sous forme de sources de courant alternatif.
Le dispositif peut encore comporter un système de commande informatique permettant la communication avec un outil de CAO et le contrôle du fonctionnement du dispositif.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de réalisation d'un objet tridimensionnel par manufacture additive, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un dispositif tel que défini précédemment, et en ce qu'il comporte notamment l'une ou plusieurs des étapes suivantes :
- acheminement sélectif de matériaux depuis l'unité de sélection vers l'unité de chauffage, notamment par le biais d'au moins un distributeur de matériaux,
- chauffage sélectif de matériaux par l'unité de chauffage jusqu'à la fusion des matériaux, - utilisation d'au moins une tige, en particulier d'au moins une tige rotative, et notamment hélicoïdale, pour le chauffage par induction et le contrôle du flux des matériaux,
- dépôt sous forme de gouttelettes ou en continu de la matière en fusion par l'unité de dépôt sur le support,
- refroidissement de la matière déposée,
- déplacement du support relativement à l'unité de dépôt pour permettre le dépôt de couches successives de matière,
- réalisation d'un objet tridimensionnel multi-matériaux par utilisation de capsules de matériaux différents, chauffés à des températures différentes par l'unité de chauffage,
- traitement du support par le biais de l'unité de dépôt de matériaux pour lui conférer des propriétés de revêtement, notamment d'adhésion et/ou de colorisation.
L'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un objet tridimensionnel de manufacture additive, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un dispositif tel que défini précédemment ou un procédé tel que défini précédemment.
En outre, l'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une unité de sélection de matériaux, dont des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel,
- une unité de chauffage des matériaux, l'unité de sélection étant apte à acheminer les matériaux vers l'unité de chauffage,
- une unité de dépôt des matériaux comportant au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques, qui éjecte les matériaux après passage dans l'unité de chauffage sur un support, pour permettre la réalisation de l'objet tridimensionnel par couches de matière successives.
Les caractéristiques précédemment énoncées pour le dispositif de manufacture additive, le procédé et l'objet tridimensionnel selon l'invention peuvent être prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 illustre, sous forme de schéma bloc, un exemple d'installation comportant un dispositif de manufacture additive conforme à l'invention,
- la figure 2 représente plus en détails l'unité de sélection de matériaux du dispositif de manufacture additive de la figure 1,
- la figure 3 est une autre représentation détaillée de l'unité de sélection de matériaux et de la tête d'impression, comportant l'unité de chauffage et l'unité de dépôt, du dispositif de manufacture additive de la figure 1,
- la figure 4 représente, en coupe, un exemple d'unité de chauffage d'un dispositif de manufacture additive selon l'invention semblable à celui de la figure 1,
- la figure 5 représente, en vue de dessus, l'unité de chauffage de la figure 4 et l'unité de dépôt du dispositif de manufacture additive selon l'invention, et
- la figure 6 représente, en coupe partielle et en perspective, un exemple de module de chauffage par induction de l'unité de chauffage de la figure 4.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER On a illustré sur la figure 1, sous la forme d'un schéma bloc, un exemple d'installation comportant un dispositif 1 de manufacture additive conforme à l'invention.
L'installation se présente par exemple sous la forme d'un boîtier B, qui comporte notamment le dispositif 1 de manufacture additive conforme à l'invention, un support 6 sur lequel un objet tridimensionnel 2 est destiné à être fabriqué et un système de commande informatique 18 pour la communication avec un outil de CAO 19 et le contrôle du fonctionnement du dispositif 1.
L'outil de CAO 19 peut permettre de concevoir par ordinateur un plan de découpe d'un modèle tridimensionnel, pouvant tenir compte d'une variété de matériaux, lequel peut par la suite être réalisé par le biais du dispositif et du procédé conformes à l'invention.
Conformément à l'invention, le dispositif 1 de manufacture additive comporte une unité de sélection 3 de matériaux, dont des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 2, une unité de chauffage par induction 4 des matériaux, l'unité de sélection 3 étant apte à acheminer les matériaux vers l'unité de chauffage 4 qui les amène en fusion, et une unité de dépôt 5 des matériaux, qui éjecte les matériaux après passage dans l'unité de chauffage 4 sur le support 6, pour permettre la réalisation de l'objet tridimensionnel 2 par dépôt de couches de matière successives.
Plus précisément, l'unité de sélection 3 de matériaux comporte une première partie 3a de conditionnement des matériaux et une deuxième partie 3b de distribution des matériaux, notamment vers l'unité de chauffage par induction 4. Ainsi, l'unité de sélection 3 de matériaux peut permettre la sélection du ou des matériaux requis pour réaliser l'objet tridimensionnel 2 et/ou modifier le support 6, et les acheminer jusqu'à l'unité de chauffage par induction 4.
Par ailleurs, l'unité de chauffage par induction 4 et l'unité de dépôt 5 des matériaux sont contenues dans une tête d'impression P du dispositif 1 selon l'invention, qui est apte à se déplacer horizontalement selon les flèches Fl le long de l'axe horizontal X, pour pouvoir éjecter la matière en fusion issue de l'unité de chauffage par induction 4 sur le support 6 aux endroits voulus.
De plus, le support 6, sur lequel est positionné l'objet tridimensionnel 2 à fabriquer, est également apte à se déplacer verticalement selon les flèches F2, le long de l'axe vertical Z, pour pouvoir ajuster sa distance vis-à-vis de la tête d'impression P lors du dépôt des couches successives de matière. Le système de commande informatique 18 est quant à lui relié aux différents éléments et unités du dispositif 1 selon l'invention, pouvant permettre le contrôle et assurer la communication entre ces éléments, et notamment pour assurer la fabrication de l'objet tridimensionnel 2 et la finition éventuelle du support 6.
Ainsi, le système de commande informatique 18 peut par exemple comporter un ordinateur 20, associé à un logiciel de traitement 21 et une mémoire interne 22, ainsi qu'un dispositif de communication 23 relié à l'outil de CAO 19 externe permettant le transfert d'un fichier informatique associé à l'objet tridimensionnel 2 à réaliser. De plus, une source d'énergie 24 peut être intégrée à ce système de commande informatique 18.
On a représenté plus en détails sur la figure 2 l'unité de sélection 3 de matériaux du dispositif de manufacture additive de la figure 1.
Comme indiqué précédemment, l'unité de sélection 3 de matériaux comporte une première partie 3a de conditionnement des matériaux et une deuxième partie 3b de distribution des matériaux. La première partie 3a de conditionnement des matériaux comporte des capsules 3ai, 3a2 et 3a3 de matériaux et la deuxième partie 3b de distribution comporte des distributeurs 3bi, 3b2 et 3b3 de matériaux. Plus précisément, la première partie 3a de conditionnement des matériaux comporte des premières capsules 3ai de matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 2, des deuxièmes capsules 3a2 de matériaux qui permettent la réalisation et/ou le traitement ou finition éventuels du support 6, et des troisième capsules 3a3 de matériaux qui peuvent permettre la colorisation du support 6 et/ou de l'objet tridimensionnel 2.
En fonction des besoins pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 2 et la finition éventuelle du support 6, ces capsules de matériaux sont amenées vers le distributeur de matériaux de la deuxième partie 3b de distribution. Cette deuxième partie 3b de distribution des matériaux comporte ainsi un premier distributeur 3bi de matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 2, un deuxième distributeur 3b2 de matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support 6, et un troisième distributeur 3b3 de matériaux pour permettre la colorisation éventuelle du support 6 et/ou de l'objet tridimensionnel 2. Chacun des premier 3bi, deuxième 3b2 et troisième 3b3 distributeurs de matériaux comportent différents éléments leur permettant de réaliser l'acheminement des capsules de matériaux depuis l'unité de sélection 3 vers l'unité de chauffage par induction 4, ces éléments comportant notamment des vannes 7, des éléments de contrôle de flux 8 et des conduits d'acheminement 9, notamment flexibles.
On va maintenant décrire la figure 3 qui est une autre représentation détaillée de l'unité de sélection 3 de matériaux et de la tête d'impression P, qui comporte l'unité de chauffage par induction 4 et l'unité de dépôt 5 du dispositif de manufacture additive 1 de la figure 1.
Comme on peut le voir sur cette figure 3, l'unité de chauffage par induction 4 des matériaux comporte une première partie de chauffage par induction 4a des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 2 et une deuxième partie de chauffage par induction 4b des matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support 6.
Plus particulièrement, le premier distributeur de matériaux 3bi de l'unité de sélection 3 est relié à la première partie de chauffage par induction 4a de l'unité de chauffage par induction 4, et le deuxième distributeur de matériaux 3b2 de l'unité de sélection 3 est relié à la deuxième partie de chauffage par induction 4b de l'unité de chauffage par induction 4.
Chacune des première partie 4a et deuxième partie 4b de chauffage par induction comporte par ailleurs des éléments de contrôle permettant d'amener la matière en fusion et de contrôler le bon fonctionnement du chauffage par induction. Ces éléments de contrôle comportent par exemple un élément de contrôle de la température 14 et un élément de contrôle de flux de matière 15.
Par ailleurs, chacune des première partie 4a et deuxième partie 4b de chauffage par induction comporte au moins un module de chauffage par induction 10, comme il sera décrit par la suite en référence aux figures 4 à 6.
Par ailleurs, la figure 3 représente également plus en détails l'unité de dépôt 5 des matériaux, qui permet l'éjection des matériaux en fusion après passage dans l'unité de chauffage 4 sur le support 6. De façon avantageuse, l'unité de dépôt 5 des matériaux permet l'éjection de la matière en fusion par l'intermédiaire de la génération d'ondes acoustiques. Plus précisément, l'unité de dépôt 5 des matériaux comporte une première partie de dépôt 5a des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 2 et une deuxième partie de dépôt 5b des matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support 6.
Chacune des première partie 5a et deuxième partie 5b de dépôt des matériaux comporte au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17, lesquels peuvent être reliés entre eux, comme représenté. Le fonctionnement de ces modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17 sera décrit par la suite.
Par ailleurs, chacune des première partie de dépôt 5a et deuxième partie de dépôt 5b des matériaux peut comporter une pluralité d'éléments nécessaires au bon fonctionnement de l'éjection de la matière en fusion sur le support 6, et par exemple des éléments de contrôle tels que des éléments de contrôle du flux de matière 15, semblables à ceux décrits pour l'unité de chauffage par induction 4. De plus, des chambres d'éjection 24 et des éléments d'aide à la déposition de la matière en fusion 25 peuvent être présents.
Par ailleurs, l'invention se proposant de réaliser le traitement éventuel du support 6 afin d'obtenir, le cas échéant, un objet tridimensionnel 2 fini, autrement dit utilisable sans nécessiter d'un post-traitement, la réalisation et/ou la modification du support 6 peut être réalisée par l'intermédiaire du deuxième distributeur 3b2 de capsules de matières, relié à la deuxième partie de chauffage 4b elle-même reliée à la deuxième partie de dépôt 5b. En complément de ce processus, le troisième distributeur 3b3 des troisièmes capsules 3a3 de matériaux peut être relié directement à un dispositif d'injection sélectif de matériaux de colorisation 26, intégré à la tête d'impression P et directement relié à la deuxième partie de dépôt 5b de l'unité de dépôt 5, et plus particulièrement à une chambre d'éjection 24 de cette deuxième partie de dépôt 5b. Dans la mise en œuvre de la colorisation du support 6, diverses solutions peuvent être envisagées comme l'utilisation de chaleur sélective, d'un rayonnement, ou encore d'un agent réactif dans des solutions colorisées. On va maintenant décrire encore plus en détails l'unité de chauffage par induction 4 et l'unité de dépôt 5 du dispositif de manufacture additive 1 conforme à l'invention, en référence aux figures 4 à 6.
Plus précisément, la figure 4 représente, en coupe, un exemple d'unité de chauffage par induction 4 du dispositif de manufacture additive 1 selon l'invention. La figure 5 représente, en vue de dessus, l'unité de chauffage par induction 4 de la figure 4 et l'unité de dépôt 5 du dispositif de manufacture additive 1 selon l'invention, et la figure 6 représente, en coupe partielle et en perspective, un exemple de module 10 de chauffage par induction de l'unité de chauffage 4 de la figure 4.
Comme on peut le voir par comparaison des figures 4, 5 et 6, l'unité de chauffage par induction 4 peut comporter par exemple six modules de chauffage par induction 10a-10f. Bien entendu, le nombre de modules de chauffage par induction de l'unité de chauffage 4 n'est nullement limitatif, et peut être déterminé en fonction des besoins pour la réalisation de l'objet tridimensionnel 3 et/ou la réalisation ou modification du support 6. De même, le dispositif de manufacture additive 1 selon l'invention peut, en variante, comporter une pluralité d'unités de chauffage par induction 4 associée à une pluralité d'unités de dépôt 5 de matière en fusion.
Chaque module de chauffage par induction 10a-10f a un élément tubulaire 11, isolant thermiquement et/ou électriquement, dans lequel est introduite la matière à traiter, par exemple sous forme de poudre, de liquide ou de solide. Cet élément tubulaire 11 présente avantageusement une paroi intérieure traitée pour réduire la viscosité, celle- ci pouvant notamment être réalisée avec du PTFE.
De plus, chaque module de chauffage par induction 10a-10f comporte une tige rotative 12, notamment sous forme hélicoïdale, qui est située à l'intérieur de l'élément tubulaire 11. La tige hélicoïdale 12 peut présenter des pales de forme variable et être composée d'un matériau réagissant fortement aux champs magnétiques générés par induction. Cette tige hélicoïdale 12 sert de moyen d'entraînement des matériaux introduits dans l'élément tubulaire 11 vers un compartiment de stockage ou sas 30 de la matière en fusion, chauffée au contact de la tige hélicoïdale 12. En outre, chaque module de chauffage par induction 10a-10f comporte au moins une portion de bobine à induction 13 qui s'étend sur la paroi extérieure lia de l'élément tubulaire 11.
Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 5, une même bobine à induction 13 peut s'étendre tout autour des six modules de chauffage par induction 10a- lOf, et notamment sur la paroi extérieure lia des éléments tubulaires 11. De plus, plusieurs bobines à induction 13 peuvent être superposées les unes aux autres le long des modules de chauffage par induction 10a-10f, comme représenté sur les figures 4 et 6.
Par ailleurs, l'unité de chauffage par induction 4 peut également comporter un ou plusieurs moteurs à vitesse variable relié(s) à la ou aux tige(s) hélicoïdale(s) 12 au moyen d'une courroie ou tout autre système d'entraînement pour permettre la rotation des tiges 12, et également un ou plusieurs générateur(s) à induction, non représenté(s).
De façon avantageuse, l'utilisation d'une pluralité de modules de chauffage par induction 10a-10f, comportant ainsi une pluralité de tiges hélicoïdales 12, tous assujettis au même procédé d'induction, peut permettre d'utiliser une composition de matériaux différents dans chaque module de chauffage par induction 10a-10f qui, soumises à des champs magnétiques générés par induction, permet d'arriver à des températures différentes, en fonction des matériaux présents dans les éléments tubulaires 11.
Par ailleurs, la figure 5 représente l'unité de dépôt 5, positionnée par exemple dans le sas 30 de l'unité de chauffage 4. Comme on peut le voir sur cette figure 5, l'unité de dépôt 5 peut comporter une pluralité de modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17, associée à une pluralité d'orifices d'extrusion 16, au travers desquels est éjectée la matière en fusion poussée sous l'influence des ondes acoustiques générées par les modules de dépôt 17.
Les orifices d'extrusion 16 peuvent avantageusement présenter une taille inférieure à la capacité d'écoulement des matériaux en fusion sous forme fluidique. Les modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17 peuvent notamment comporter des transducteurs piézo-électriques, éventuellement associés à des zones multifocales de Fresnel en fonction de la viscosité du fluide en fusion à traiter, et peuvent faire office à la fois d'émetteurs acoustiques variables et de récepteurs acoustiques.
Pour permettre l'éjection de la matière en fusion par l'unité de dépôt 5 sur le support 6, le fonctionnement de la déposition par ondes acoustiques est le suivant : un signal, par exemple émis par le système de commande informatiques 18, reçu par un des modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17 génère une onde acoustique qui développe une pression sur la matière en fusion, la forçant ainsi à passer au travers d'un orifice d'extrusion 16 associé à ce module de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17.
Le contrôle par ordinateur, et notamment par le biais du système de commande informatique 18 des différents signaux envoyés aux différents modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17, peut permettre de sélectionner un ou plusieurs orifices d'extrusion 16 en fonction des besoins, et de maîtriser le flux et le volume de matières éjectés.
Par ailleurs, l'utilisation de transducteurs piézo-électriques dans les modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques 17 peut permettre de connaître et de contrôler en temps réel la position verticale de la tête d'impression P, selon l'axe verticale Z comme représenté sur la figure 1.
En outre, la déposition sélective de la matière en fusion par le biais d'ondes acoustiques de l'unité de dépôt 5 peut permettre d'envisager un dépôt point par point, sous forme de gouttelettes, ou en flux continu de la matière sur le support 6, le passage de l'un à l'autre de ces deux modes d'écoulement étant simplifié.
Le dispositif de manufacture additive 1 selon l'invention, tel que décrit précédemment, peut permettre d'obtenir l'objet tridimensionnel 2 souhaité en fonction des données de l'outil de CAO 19.
De façon avantageuse, l'invention peut ainsi permettre d'éviter le recours à un post-traitement de l'objet fini tridimensionnel 2. Elle autorise la réalisation simplifiée d'un objet fini multi-matériaux et permet d'obtenir des finitions autonomes.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de manufacture additive pour la réalisation d'un objet tridimensionnel (2), caractérisé en ce qu'il comporte :
- une unité de sélection (3) de matériaux, dont des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel (2),
- une unité de chauffage par induction (4) des matériaux, l'unité de sélection (3) étant apte à acheminer les matériaux vers l'unité de chauffage (4) qui les amène en fusion,
- une unité de dépôt (5) des matériaux, qui éjecte les matériaux après passage dans l'unité de chauffage (4) sur un support (6), pour permettre la réalisation de l'objet tridimensionnel (2) par couches de matière successives, ladite unité de dépôt (5) des matériaux comportant au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques (17).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de sélection (3) de matériaux comporte une première partie (3a) de conditionnement des matériaux dans des capsules (3ai, 3a2, 3a3) et une deuxième partie (3b) de distribution des matériaux, notamment vers l'unité de chauffage par induction (4).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième partie (3b) de distribution des matériaux comporte un premier distributeur (3bi) de matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel (2), et/ou un deuxième distributeur (3b2) de matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support (6), et/ou un troisième distributeur (3b3) de matériaux de colorisation pour le support (6) et/ou l'objet tridimensionnel (2).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de chauffage par induction (4) des matériaux comporte une première partie de chauffage par induction (4a) des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel (2) et une deuxième partie de chauffage par induction (4b) des matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support (6).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de chauffage par induction (4), et notamment la première partie de chauffage par induction (4a) et/ou la deuxième partie de chauffage par induction (4b), comporte au moins un module de chauffage par induction (10 ; 10a-10f), comportant :
- un élément tubulaire isolant (11), notamment thermiquement et/ou électriquement,
- une tige (12), notamment une tige rotative (12), et notamment hélicoïdale, située à l'intérieur de l'élément tubulaire (11),
- au moins une portion de bobine à induction (13) s'étendant sur la paroi extérieure (lia) de l'élément tubulaire (11),
les matériaux étant aptes à pénétrer à l'intérieur de l'élément tubulaire (11) pour être amenés en fusion par chauffage par induction au contact de la tige (12).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'unité de chauffage par induction (4) comporte une pluralité de modules de chauffage par induction (10a-10f), au moins deux des modules de chauffage par induction (10a-10f) permettant le chauffage par induction de matériaux de compositions différentes.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de dépôt (5) des matériaux comporte une première partie de dépôt (5a) des matériaux pour la réalisation de l'objet tridimensionnel (2) et une deuxième partie de dépôt (5b) des matériaux pour la réalisation et/ou le traitement du support (6).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première partie de dépôt (5a) et/ou la deuxième partie de dépôt (5b) comporte au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques (17).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de dépôt (5) des matériaux comporte au moins un orifice d'extrusion (16), notamment autant d'orifices d'extrusion (16) que de modules de dépôt par génération d'ondes acoustiques (17), au travers duquel est éjectée la matière en fusion poussée sous l'influence dudit au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques (17).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un module de dépôt par génération d'ondes acoustiques (17) est apte à permettre la déposition de matière en continu ou par gouttelettes.
11. Procédé de réalisation d'un objet tridimensionnel par manufacture additive, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce qu'il comporte notamment l'une ou plusieurs des étapes suivantes :
- acheminement sélectif de matériaux depuis l'unité de sélection (3) vers l'unité de chauffage (4), notamment par le biais d'au moins un distributeur de matériaux
- chauffage sélectif de matériaux par l'unité de chauffage (4) jusqu'à la fusion des matériaux,
- utilisation d'au moins une tige (12), notamment d'au moins une tige rotative (12), et notamment hélicoïdale, pour le chauffage par induction et le contrôle du flux des matériaux,
- dépôt sous forme de gouttelettes ou en continu de la matière en fusion par l'unité de dépôt (5) sur le support (6), - refroidissement de la matière déposée,
- déplacement du support (6) relativement à l'unité de dépôt (5) pour permettre le dépôt de couches successives de matière,
- réalisation d'un objet tridimensionnel (2) multi-matériaux par utilisation de capsules (3ai, 3a2, 3a3) de matériaux différents, chauffés à des températures différentes par l'unité de chauffage (4),
- traitement du support (6) par le biais de l'unité de dépôt (5) de matériaux pour lui conférer des propriétés de revêtement, notamment d'adhésion et/ou de colorisation.
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