EP4021667A1 - Outillage de fabrication additive par fusion laser avec boucliers anti-turbulences - Google Patents

Outillage de fabrication additive par fusion laser avec boucliers anti-turbulences

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EP4021667A1
EP4021667A1 EP20775386.4A EP20775386A EP4021667A1 EP 4021667 A1 EP4021667 A1 EP 4021667A1 EP 20775386 A EP20775386 A EP 20775386A EP 4021667 A1 EP4021667 A1 EP 4021667A1
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EP
European Patent Office
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tank
powder
shields
melting
tool
Prior art date
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Pending
Application number
EP20775386.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Matthieu VIAL
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • TITLE LASER FUSION ADDITIVE MANUFACTURING TOOLS WITH ANTI-TURBULENCE SHIELDS
  • the present invention relates to additive manufacturing processes by laser fusion, in particular in the aeronautical field.
  • Additive manufacturing is defined as the process of shaping a part by adding material, as opposed to traditional shaping which proceeds by removing material (machining).
  • Additive manufacturing has many advantages, in particular it makes it possible to manufacture very complex shapes, some of which cannot be achieved with conventional processes, and with a wide variety of materials. This also makes it possible to produce monobloc parts, that is to say parts without assembly. Manufacturing times are also interesting for mass production of parts because no tools are required. Depending on the parts, additive manufacturing can allow a significant reduction in manufacturing costs and a simplification of the overall process (eg elimination of certain heat treatments, no multiple turning and / or milling operations).
  • additive manufacturing in laser fusion is a process which consists in aggregating by selective fusion, in an enclosure under neutral gas, the particles of a powder bed (see Figures 1 and 2).
  • This powder bed is set up on a construction platform. Melting is done by means of a laser beam which sweeps the surface of the powder bed and melts the powder on a determined section (by prior modeling, for example), called the melting zone. After solidification of the molten part of the powder bed, the construction platform is lowered to be able to spread a new powder layer of predetermined thickness. The laser scans the surface of the powder again to create an additional section superimposed on the previous layer.
  • the piece in three-dimensional (3D) is a kind of stack of two-dimensional (2D) plane strata.
  • the laser fusion process consists of fusing a layer of powder via a laser beam on a given surface and vertically incrementing the position of the plate to obtain a 3D shape.
  • a tool 10 forming a specific machine comprising in particular three powder tanks 12, 14, 16 (one for the powder reserve, one for the melting and one for the surplus), a head laser 18, a mobile scraper 20 and an argon projection system 22 comprising at least one gas flow grid of the projection system 22 (see FIG. 2).
  • the laser sources present in the fusion machines are conventionally of the Nd: YAG type fiber fibers with a wavelength of 1064 nm, with powers ranging from 50 to 1000 W, and used in continuous mode.
  • Nd YAG comes from the English name: neodymium-doped yttrium aluminum garnet or, in French, neodymium-doped yttrium-aluminum garnet (Nd: Y3AI5012) is a crystal used as an amplifying medium for lasers using solid media.
  • the beams are generally Gaussian or, more recently, uniform on some 1000 W lasers. On some equipment, it is possible to find up to four laser sources working simultaneously.
  • the manufacture is carried out under a controlled atmosphere of argon (Ar) or dinitrogen (N2).
  • Ar argon
  • N2 dinitrogen
  • the choice of protective gas is defined by the type of material used.
  • the invention proposes a tool for additive manufacturing by laser fusion, the tool comprising a laser head intended to emit a laser beam defining a longitudinal axis, a first, a second and a third trays respectively aligned on a first transverse plane substantially perpendicular to the longitudinal axis, the second tray being located between the first tray and the third tray, the three trays each comprising a movable tray along the longitudinal axis, each tray being intended to receive a thickness of powder the free ends of which define three powder beds aligned on a second transverse plane, the tool further comprising a movable scraper intended to move on a third plane transverse to the surface of the tanks so as to be in contact with each of the beds of powder.
  • the tool according to the invention can include one or more of the characteristics and / or steps below, considered alone or in combination with each other:
  • the first tank is a powder reserve
  • the second tank is a laser melting tank
  • the third tank is a surplus powder tank
  • the laser beam is intended to be emitted in the direction of the powder bed of the second tank so as to create an impact zone of the laser beam on said powder bed, the first and second shields being located, in the melting position, transversely on either side of the impact area, in the direct vicinity of the impact area,
  • the laser head is mobile, and the first and second shields move in correlation with the laser head,
  • the tool comprises an inert gas projection system comprising at least one gas flow grid and in that the first and second shields comprise movable walls having a depth as measured along an axis perpendicular to the longitudinal axis and parallel to the second plane, at least equal to that of the second tank and a height along the axis at least equal to that of the at least one gas flow grid.
  • a further subject of the invention is also an additive manufacturing process by laser fusion implemented by means of the tooling described above, characterized in that a part is manufactured by a succession of melting phases and phases.
  • the laser head is activated and the laser beam impacts the powder bed of the second tank creating an impact zone in which the powder is melted;
  • the trays of the trays move one notch along the longitudinal axis moving away from or approaching the laser head, the first and second shields move from their position of fusion to their refill position, the movable scraper moves from its melting position to its refill position so as to wipe the unmelted powder from the powder bed of the second tank then returns to its melting position, and the first and second shields return to their fusion position.
  • the method may include a phase of filling the first tank preceding the cycle of succession of melting and recharging phases, and a phase of withdrawal of the part follows the cycle of successions of melting and recharging.
  • Figure 1 is a diagram of the different stages of additive manufacturing by laser fusion of any part
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a laser fusion additive manufacturing machine
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of an additive manufacturing tool by laser fusion according to the state of the art
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the tool according to the invention in the fusion position
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view of the tool according to the invention in the recharging position.
  • a tool 10 for additive manufacturing by laser fusion operates along a longitudinal axis X, parallel to the axis of the laser beam L used. Indeed, the part to be manufactured is produced step by step along this X axis and the tool 10 comprises various movable parts moving along this X axis or in various planes perpendicular to it.
  • Tool 10 conventionally comprises, within a sealed tank intended to receive an inert gas such as argon (Ar) or dinitrogen (N2), three powder tanks 12, 14, 16 aligned in a substantially perpendicular plane to the longitudinal axis X. They are therefore aligned along a first transverse plane. Each tank (12, 14, 16) has a free surface facing a laser head 18.
  • the first tank 12 is a tank intended to receive a laser head. powder reserve, the second tank 14 is intended to form the melting tank, and the third tank 16 is intended to receive any excess powder.
  • the second tank 14 is located between the first tank 12 and the third tank 16,
  • the inert gas is injected into the sealed tank by means of the gas flow grids of the projection system 22.
  • These grids conventionally have a rectangular shape with a length perpendicular to the X axis much greater than the height, parallel to the. X axis.
  • Each tank (12, 14, 16) is therefore intended to receive a thickness of powder, the free surface of which forms three powder beds aligned on a second transverse plane.
  • This second transverse plane is located, on the longitudinal axis X, between the laser head 18 and the first transverse plane.
  • the melting tank is the part of the tool 10 in which the manufacture of the part as such takes place: it is on the powder bed of this second tank 14 that the laser beam L, when the laser head 18 is activated, impacts the powder and melts it, so as to create, layer by layer, the part to be manufactured.
  • the tool 10 further comprises a movable scraper 20 and an argon projection system 22 as illustrated in Figure 2.
  • each tank 12, 14, 16 has four walls extending along the longitudinal axis X.
  • the four walls encircle a movable plate 24, 26, 28 forming the bottom of the tank. each bin.
  • Each movable platen 24, 26, 28 is movable along the longitudinal axis X.
  • the displacement delta of each platen 24, 26, 28 is equal to or greater than the height of the manufactured part.
  • Each tank 12, 14, 16 has, facing the bottom, a free, open end.
  • the movable scraper 20 is a plate circulating along a third transverse plane located on the free surface of the three tanks 12, 14, 16. This third transverse plane is located on the longitudinal axis X between the laser head 18 and the second plan, in direct contact with the three powder beds of the three tanks 12, 14, 16.
  • powder is placed in the first tank 12.
  • Each plate 24, 26, 28 is thus intended to receive a thickness of powder whose free surface defines, for each tank 12 , 15, 16 its bed of powder.
  • the tool 10 further comprises two movable shields 30, 32. These shields 30, 32 have a plate structure and are actuated by the electronic control system of the tool 10. According to one possible embodiment, the two movable shields 30, 32 are mechanically linked to the scraper 20 which is also set in motion by the electronic control system for the tool 10.
  • This plate has a depth as measured along an axis perpendicular to the X axis and parallel in the second plane identical to that of the tank 14 and a height, along the X axis, at least equal to that of the gas flow grids of the projection system 22. They circulate transversely on the surface of the three tanks 12, 14, 16 , in the same transverse plane as the mobile scraper 20.
  • a laser beam L is emitted and impacts the powder bed of the second tank 14. This impact zone 34 forms a powder melting zone.
  • the melting area of the circle formed by the impact zone 34 is defined as the area over which the gas flow is laminar without turbulence. .
  • the area outside the circle of impact zone 34 is the area where the many turbulences are generated that we are talking about protecting our here.
  • the argon (Ar) projection system emits a laminar flow of argon (Ar) in the direction of the impact zone 34. This makes it possible to protect the fusion so as to: eliminate the particles of powder from the first and third tanks 12, 14 which could be redeposited on the part of the bed of freshly fused powder, and
  • fusion phase is used to refer to the phase during which the laser head 18 is activated.
  • recharging phase is used to refer to the phase during which the laser head 18 is switched off and during which the bed of powder of the second tank 14 is renewed.
  • the movable shields 30, 32 and the mobile scraper 20 are in a melting position and during the recharging phase, the mobile shields 30, 32 and the mobile scraper 20 are in a recharging position.
  • the fusing position of the movable shields 30, 32 is a position in which the first shield 30 is located between the inner transverse end 12a of the first pan 12 and the center of the second pan 14 and the second shield 32 is located between the center of the second tank 14 and the internal transverse end of the third tank 16.
  • the first shield 30 is located between the first tank 12 and the second tank 14.
  • the position refill shields 30, 32 is a position in which the two shields 30, 32 are located at a transverse end of the set of three bins 12, 13, 14. In this case, they are located at the transverse end of the third tank 16 and more particularly an external transverse end 16b of the third tank 16 opposite the internal transverse end 16a of the third tank 16.
  • the recharging position represents a second position of the shields m obiles 30, 32. Movable shields move between the first and second positions.
  • the two shields 30, 32 may, in their fusion position, lie transversely directly on either side of the impact zone 34.
  • the melting position of the movable scraper 20 is a position in which the movable scraper 20 is located at the internal transverse end 12a of the first tray 12. In the melting position, the movable scraper 20 overcomes the first tray 12.
  • the position of refill of the mobile scraper 20 is a position in which the mobile scraper 20 is with the two shields 30, 32, at the outer transverse end 16b of the third tank 16.
  • the internal transverse end 12a of the first tank is the transverse end of the first tank 12 closest to the center of the second tank 14.
  • the internal transverse end 16a of the third tank 16 is the transverse end of the third tank. tank 16 closest to the center of the second tank 14. It is opposite the external transverse end 16b of the third tank 16 furthest from the center of the second tank 14.
  • the impact zone 34 is therefore mobile in a transverse plane, substantially perpendicular to the longitudinal axis X. This transverse axis merges with the second transverse plane in which the powder beds of the three tanks 12, 14, 16 are inscribed.
  • the fusion position of the first and second shields 30, 32 may be a movable position; in fact, in one embodiment where the shields 30, 32 are positioned directly on either side of the impact zone 34, if the latter moves, the shields 30, 32 move with it.
  • the laser head 18 is movable, and the first and second shields 30, 32 move in correlation with the laser head 18. This embodiment allows the shields to always delimit the zone of impact 34 during the fusion phase.
  • Such a configuration thus consists in installing mobile shields 30, 32 as close as possible to the impact zone 34.
  • the shields 30, 32 are installed on the one hand transversely on the same side of the scraper 20, so that the latter can move transversely without steric hindrance.
  • the shields 30, 32 can thus move to be as close as possible to the melting zone without hindering the movement of the scraper 20.
  • the laser head 18 After each melting phase, the laser head 18 is turned off. Plates 26, 28 are longitudinally moved one notch from the laser head while platen 24 is moved longitudinally closer to laser head 18, and shields 30, 32 and movable scraper 20 are positioned in the reloading position.
  • the movement of the mobile scraper 20 makes it possible to reconstitute the bed of powder from the second tank 14 by entraining a layer of powder from the first tank 12 towards the second tank 14 and by entraining the surplus towards the third tank 16.
  • the two shields 30, 32 and the mobile scraper 20 return to their fusion position.
  • the laser head 18 is turned on again.
  • the tool 10 allows the manufacture of a part by a succession of melting phases and recharging phases: - During each melting phase, the laser head 18 is activated and impacts the powder bed of the second tank 14 creating an impact zone in which the powder is melted;

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Abstract

Outillage (10) comportant une tête laser (18) destinée à émettre un faisceau laser (L) définissant un axe longitudinal (X), un premier, un deuxième et un troisième bacs (12, 14, 16) respectivement alignés sur un premier plan transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (X), les trois bacs comportant chacun un plateau mobile (24, 26, 28) le long de l'axe longitudinal (X), chaque plateau étant destiné à recevoir une épaisseur de poudre dont les extrémités libres définissent trois lits de poudre alignés sur un second plan transversal, l'outillage comportant en outre un racleur mobile (20) destiné à se déplacer sur un troisième plan transversal à la surface des bacs de manière à être au contact avec chacun des lits de poudre, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un deuxième boucliers mobiles (30, 32) destinés à se déplacer sur le même troisième plan transversal que le racloir mobile.

Description

DESCRIPTION
TITRE : OUTILLAGE DE FABRICATION ADDITIVE PAR FUSION LASER AVEC BOUCLIERS ANTI-TURBULENCES
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne les procédés de fabrication additive par fusion laser, en particulier dans le domaine aéronautique.
Arrière-plan technique
La fabrication additive se définit comme le procédé de mise en forme d’une pièce par ajout de matière, à l’opposé de la mise en forme traditionnelle qui procède par enlèvement de matière (usinage).
La fabrication additive présente de nombreux avantages, elle permet notamment de fabriquer des formes très complexes, certaines irréalisables avec les procédés conventionnels, et avec une grande diversité de matériaux. Cela permet également de réaliser des pièces monobloc, c’est-à-dire des pièces sans assemblage. Les délais de fabrication sont également intéressants pour des productions de pièces en série car on ne nécessite pas d’outillage. En fonction des pièces, la fabrication additive peut permettre une réduction importante des coûts de fabrication et une simplification du processus global (par exemple une suppression de certains traitements thermiques, pas d’opérations multiples tournage et/ou de fraisage).
Plus précisément, la fabrication additive en fusion laser, est un procédé qui consiste à agréger par fusion sélective, dans une enceinte sous gaz neutre, les particules d’un lit de poudre (voir figures 1 et 2).
Ce lit de poudre est mis en place sur une plateforme de construction. La fusion se fait au moyen d’un faisceau laser qui balaie la surface du lit de poudre et fait fondre la poudre sur une section déterminée (par une modélisation préalable, par exemple), appelée zone de fusion. Après solidification de la partie fondue du lit de poudre, la plateforme de construction est abaissée pour pouvoir étaler une nouvelle couche de poudre d’épaisseur prédéterminée. Le laser balaie à nouveau la surface de la poudre pour créer une section additionnelle superposée à la couche précédente. La pièce en trois dimensions (3D) est en quelque sorte un empilement de strates planes en deux dimensions (2D). En d’autres termes, on peut dire que le procédé de fusion laser consiste à fusionner une couche de poudre par l’intermédiaire d’un faisceau laser sur une surface donnée et à incrémenter verticalement la position du plateau pour obtenir une forme 3D.
La fabrication de pièces en fusion laser est ainsi réalisée avec un outillage 10 formant machine spécifique comprenant en particulier trois bacs de poudre 12, 14, 16 (un pour la réserve de poudre, un pour la fusion et un pour le surplus), une tête laser 18, un racleur mobile 20 et un système de projection d’argon 22 comportant au moins une grille de flux de gaz du système de projection 22 (voir figure 2).
Les sources laser présentes dans les machines de fusion sont classiquement de type Nd:YAG fibrés de longueur d’onde 1 064 nm, avec des puissances allant de 50 à 1 000 W, et utilisés en mode continu.
De manière bien connue en soi l’acronyme Nd :YAG vient du nom anglais : neodymium-doped yttrium aluminium garnet ou, en français, grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (Nd:Y3AI5012) est un cristal utilisé comme milieu amplificateur pour les lasers utilisant des milieux solides.
Les faisceaux sont généralement de type Gaussien ou, depuis peu, uniforme sur certains lasers de 1 000 W. Sur certains équipements, il est possible de trouver jusqu’à quatre sources laser qui travaillent simultanément.
La fabrication est effectuée sous atmosphère contrôlée d’argon (Ar) ou de diazote (N2). Le choix du gaz protecteur est défini par le type de matériau utilisé. La pureté du gaz, ainsi que l’étanchéité de l’enceinte de fabrication jouent un rôle important sur le procédé de fusion. Souvent la température de l’enceinte peut être un élément majeur de la fabrication, car elle peut conduire à étuver la poudre ou à relaxer des contraintes.
Pour protéger la fusion ainsi que le bain de fusion, on projette, en plus, un flux laminaire d’argon (Ar) de manière à éliminer les particules qui pourraient se redéposer sur la partie fraîchement fusionnée, et à plaquer la poudre au moment de la fusion.
Néanmoins cette projection génère des turbulences dans certaines zones dans la cavité qui induisent des défauts métallurgiques sur les parties situées au bord de la cuve de fusion laser. Résumé de l'invention
Pour pallier cet inconvénient, l’invention propose un outillage de fabrication additive par fusion laser, l’outillage comportant une tête laser destinée à émettre un faisceau laser définissant un axe longitudinal, un premier, un deuxième et un troisième bacs respectivement alignés sur un premier plan transversal sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal, le deuxième bac étant situé entre le premier bac et le troisième bac, les trois bacs comportant chacun un plateau mobile le long de l’axe longitudinal, chaque plateau étant destiné à recevoir une épaisseur de poudre dont les extrémités libres définissent trois lits de poudre alignés sur un second plan transversal, l’outillage comportant en outre un racleur mobile destiné à se déplacer sur un troisième plan transversal à la surface des bacs de manière à être au contact avec chacun des lits de poudre.
L’outillage se caractérise en ce qu’il comporte un premier et un deuxième boucliers mobiles destinés à se déplacer sur le même troisième plan transversal que le racloir mobile entre :
- une position de fusion dans laquelle le premier bouclier est situé entre le premier bac et le deuxième bac et le deuxième bouclier est situé entre le deuxième bac et le troisième bac,
- une position de recharge dans laquelle les premier et deuxième boucliers sont situés à une extrémité transversale de l’ensemble des trois bacs.
Ainsi, on réduit les turbulences au bord de la zone d’impact et on limite les défauts métallurgiques. On obtient une fusion homogène sur l’ensemble de l’outillage.
L’outillage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes ci-dessous, considérées seules ou en combinaison les unes avec les autres :
- le premier bac est une réserve de poudre, le deuxième bac est une cuve de fusion laser et le troisième bac est un bac de surplus de poudre, - en position de fusion, le racleur mobile surmonte le premier bac, et qu’en position de recharge, le racleur mobile se situe à l’extrémité transversale de l’ensemble des trois bacs, la même que le premier et deuxième boucliers,
- le faisceau laser est destiné à être émis en direction du lit de poudre du deuxième bac de manière à créer une zone d’impact du faisceau laser sur ledit lit de poudre, le premier et deuxième boucliers étant situés, en position de fusion, transversalement de part et d’autre de la zone d’impact, aux abords directs de la zone d’impact,
- cours d’une phase de fusion donnée, la tête laser est mobile, et que les premier et deuxième boucliers se déplacent de manière corrélée avec la tête laser,
- l’outillage comporte un système de projection de gaz inerte comportant au moins une grille de flux de gaz et en ce que les premier et deuxième boucliers comportent des parois mobiles présente une profondeur telle que mesurée le long d’un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal et parallèle au second plan, au moins égale à celle du deuxième bac et une hauteur selon l’axe au moins égale à celle de l’au moins une grille de flux de gaz.
L’invention a par ailleurs également pour objet un procédé de fabrication additive par fusion laser mis en œuvre au moyen de l’outillage décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu’une pièce est fabriquée par une succession de phases de fusion et de phases de recharge :
- au cours de chaque phase de fusion, la tête laser est activée et le faisceau laser impacte le lit de poudre du deuxième bac créant une zone d’impact dans laquelle la poudre est fondue ;
- au cours de chaque phase de recharge, les plateaux des bacs se déplacent d’un cran le long de l’axe longitudinal en s’éloignant ou en se rapprochant de la tête laser, les premier et deuxième boucliers se déplacent de leur position de fusion à leur position de recharge, le racleur mobile se déplace de sa position de fusion vers sa position de recharge de manière à essuyer la poudre non fondue du lit de poudre du deuxième bac puis revient à sa position de fusion, et les premier et deuxième boucliers reviennent à leur position de fusion.
Le procédé peut comporter une phase de remplissage du premier bac précédant le cycle de succession de phases de fusion et de recharge, et une phase de retrait de la pièce succède au cycle de successions de fusion et de recharge.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig.1] La figure 1 est un schéma des différentes étapes de la fabrication additive par fusion laser d’une pièce quelconque,
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d’une machine de fabrication additive par fusion laser,
[Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d’un outillage de fabrication additive par fusion laser selon l’état de la technique,
[Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique en coupe transversale de l’outillage selon l’invention en position de fusion,
[Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en coupe transversale de l’outillage selon l’invention en position de recharge.
Description détaillée de l'invention
Comme déjà décrit dans l’introduction et bien connu de l’état de la technique, un outillage 10 de fabrication additive par fusion laser fonctionne selon un axe longitudinal X, parallèle à l’axe du faisceau laser L utilisé. En effet, la pièce à fabriquer est réalisée, étape par étape selon cet axe X et l’outillage 10 comporte diverse parties mobiles se déplaçant le long de cet axe X ou dans divers plans perpendiculaires à celui-ci.
L’outillage 10 comporte classiquement, au sein d’une cuve étanche destinée à recevoir un gaz inerte comme de l’argon (Ar) ou du diazote (N2), trois bacs de poudre 12, 14, 16 alignés dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Ils sont donc alignés selon un premier plan transversal. Chaque bac (12, 14, 16) présente une surface libre faisant face à une tête laser 18. Le premier bac 12 est un bac destiné à recevoir une réserve de poudre, le deuxième bac 14 est destiné à former cuve de fusion, et troisième bac 16 est destiné à recevoir un éventuel surplus de poudre. Le deuxième bac 14 est situé entre le premier bac 12 et le troisième bac 16,
Le gaz inerte est injectée dans la cuve étanche au moyen des grilles de flux de gaz du système de projection 22. Ces grilles présentent classiquement une forme rectangulaire avec une longueur perpendiculaire à l’axe X bien plus grande que la hauteur, parallèle à l’axe X.
Chaque bac (12, 14, 16) est donc destiné à recevoir une épaisseur de poudre dont la surface libre forme trois lits de poudre alignés sur un second plan transversal. Ce second plan transversal se situe, sur l’axe longitudinal X, entre la tête laser 18 et le premier plan transversal.
La cuve de fusion est la partie de l’outillage 10 dans lequel a lieu la fabrication de la pièce en tant que telle : c’est sur le lit de poudre de ce deuxième bac 14 que, le faisceau laser L, lorsque la tête laser 18 est activée, impacte la poudre et la faire fondre, de manière à créer, couche par couche, la pièce à fabriquer.
L’outillage 10 comporte en outre un racleur mobile 20 et un système de projection d’argon 22 comme illustré sur la figure 2.
Plus précisément, chaque bac 12, 14, 16 comporte quatre parois s’étendant le long de l’axe longitudinal X. Dans chaque bac 12, 14, 16, les quatre parois encerclent un plateau mobile 24, 26, 28 formant le fond de chaque bac. Chaque plateau mobile 24, 26, 28 est mobile le long de l’axe longitudinal X. Le delta de déplacement de chaque plateau 24, 26, 28 est égal ou supérieur à la hauteur de la pièce fabriquée. Chaque bac 12, 14, 16 présente, en face du fond, une extrémité libre, ouverte.
Le racleur mobile 20 est une plaque circulant le long d’un troisième plan transversal situé à la surface libre des trois bacs 12, 14, 16. Ce troisième plan transversal se situe, sur l’axe longitudinal X entre la tête laser 18 et le second plan, au contact direct des trois lits de poudre des trois bacs 12, 14, 16.
Pour fabriquer une pièce, de la poudre est placée dans le premier bac 12. Le racleur mobile 20, positionné à l’extrémité externe du premier bac 12, passe sur le premier bac 12 et étale ainsi une couche de poudre sur le plateau du deuxième bac 14, et, s’il reste de la poudre, une couche dans le troisième bac 16. On a ainsi les trois lits de poudre présentant une surface libre sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Chaque plateau 24, 26, 28 est ainsi destiné à recevoir une épaisseur de poudre dont la surface libre définit, pour chaque bac 12, 15, 16 son lit de poudre.
L’outillage 10 comporte en outre deux boucliers mobiles 30, 32. Ces boucliers 30, 32 présentent une structure de plaque et sont mis en action par le système électronique de commande de l’outillage 10. Selon un mode de réalisation possible, les deux boucliers mobiles 30, 32 sont liés mécaniquement au racleur 20 lui aussi mis en mouvement par le système électronique de commande de l’outillage 10. Cette plaque présente une profondeur telle que mesurée le long d’un axe perpendiculaire à l’axe X et parallèle au second plan identique à celle du bac 14 et une hauteur, selon l’axe X, au moins égale à celle des grilles de flux de gaz du système de projection 22. Ils circulent transversalement à la surface des trois bacs 12, 14, 16, dans le même plan transversal que le racleur mobile 20.
Lorsque la tête laser 18 est activée, un faisceau laser L est émis et impacte le lit de poudre du deuxième bac 14. Cette zone d’impact 34 forme une zone de fusion de la poudre.
Plus précisément, la zone fusion totale du laser L se confond avec la surface du bac 14. L’aire de fusion du cercle formé par la zone d’impact 34 est définie comme l’aire sur laquelle le flux de gaz est laminaire sans turbulences. La zone extérieure au cercle de la zone d’impact 34 est la zone où sont générées les nombreuses turbulences dont il est question de se protéger ici.
Parallèlement à cette émission laser, le système de projection d’argon (Ar) émet un flux laminaire d’argon (Ar) en direction de la zone d’impact 34. Ceci permet de protéger la fusion de manière : à éliminer les particules de poudre des premier et troisième bacs 12, 14 qui pourraient se redéposer sur la partie du lit de poudre fraîchement fusionnée, et
- à plaquer la poudre du lit de poudre au moment de la fusion.
On appelle phase de fusion, la phase pendant laquelle la tête laser 18 est activée. On appelle phase de recharge, la phase pendant laquelle la tête laser 18 est éteinte et pendant laquelle le lit de poudre du deuxième bac 14 est renouvelé. Pendant la phase de fusion, les boucliers mobiles 30, 32 et le racleur mobile 20 sont dans une position de fusion et pendant la phase de recharge, les boucliers mobiles 30, 32 et le racleur mobile 20 sont dans une position de recharge.
La position de fusion des boucliers mobiles 30, 32 est une position dans laquelle le premier bouclier 30 est situé entre l’extrémité transversale interne 12a du premier bac 12 et le centre du second bac 14 et le deuxième bouclier 32 est situé entre le centre du deuxième bac 14 et l’extrémité transversale interne du troisième bac 16. Dans la position de fusion, représentant une première position des boucliers mobiles 30, 32, le premier bouclier 30 est situé entre le premier bac 12 et le deuxième bac 14. La position de recharge des boucliers 30, 32 est une position dans laquelle les deux boucliers 30, 32 sont situés à une extrémité transversale de l’ensemble des trois bacs 12, 13, 14. Dans le cas présent, ils sont situés à l’extrémité transversale du troisième bac 16 et plus particulièrement une extrémité transversale externe 16b du troisième bac 16 opposée à l’extrémité transversale interne 16a du troisième bac 16. La position de recharge, représente une seconde position des boucliers mobiles 30, 32. Les boucliers mobiles se déplacent entre la première et la seconde position.
Plus précisément, dans un mode de réalisation particulier, les deux boucliers 30, 32, peuvent, dans leur position de fusion, se trouver transversalement directement de part et d’autre de la zone d’impact 34.
La position de fusion du racleur mobile 20 est une position dans laquelle le racleur mobile 20 est situé à l’extrémité transversale interne 12a du premier bac 12. Dans la position de fusion, le racleur mobile 20 surmonte le premier bac 12. La position de recharge du racleur mobile 20 est une position dans laquelle le racleur mobile 20 est avec les deux boucliers 30, 32, à l’extrémité transversale externe 16b du troisième bac 16.
L’extrémité transversale interne 12a du premier bac est l’extrémité transversale du premier bac 12 la plus proche du centre du deuxième bac 14. De la même manière, l’extrémité transversale interne 16a du troisième bac 16 est l’extrémité transversale du troisième bac 16 la plus proche du centre du deuxième bac 14. Elle est opposée à l’extrémité transversale externe 16b du troisième bac 16 la plus éloignée du centre du deuxième bac 14. Au cours de la phase de fusion, le rayon laser L se déplace dans un plan transversal. La zone d’impact 34 est donc mobile dans un plan transversal, sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Cet axe transversal se confond avec le second plan transversal dans lequel s’inscrivent les lits de poudre des trois bacs 12, 14, 16. La position de fusion des premier et deuxième boucliers 30, 32 peut être une position mobile ; en effet dans un mode de réalisation où les boucliers 30, 32 sont positionnés directement de part et d’autre de la zone d’impact 34, si celle-ci se déplace, les boucliers 30, 32 se déplacent avec elle.
La tête laser 18 est mobile, et les premier et deuxième boucliers 30, 32 se déplacent de manière corrélée avec la tête laser 18. Ce mode de réalisation permet aux boucliers de toujours délimiter la zone d’impact 34 durant la phase de fusion.
Une telle configuration consiste ainsi à mettre en place des boucliers mobiles 30, 32 au plus proche de la zone d’impact 34.
Plus particulièrement, les boucliers 30, 32 sont installés d’une part transversalement du même côté du racleur 20, de manière à ce que celui-ci puisse se déplacer transversalement sans gêne stérique.
Les boucliers 30, 32 peuvent ainsi se déplacer pour être au plus proche de la zone de fusion sans gêner le déplacement du racleur 20.
Après chaque phase de fusion, la tête laser 18 est éteinte. Les plateaux 26, 28 sont éloignés longitudinalement d’un cran de la tête laser pendant que le plateau 24 est rapproché longitudinalement de la tête laser 18, et les boucliers 30, 32 et le racleur mobile 20 se positionnent en position de rechargement.
Le mouvement du racleur mobile 20 permet de reconstituer le lit de poudre du deuxième bac 14 en entraînant une couche de poudre du premier bac 12 vers le deuxième bac 14 et en entraînant le surplus vers le troisième bac 16.
A la fin de la phase de recharge, les deux boucliers 30, 32 et le racleur mobile 20 reviennent à leur position de fusion. La tête laser 18 est rallumée.
Ainsi, l’outillage 10 permet la fabrication d’une pièce par une succession de phases de fusion et de phases de recharge : - au cours de chaque phase de fusion, la tête laser 18 est activée et impacte le lit de poudre du deuxième bac 14 créant une zone d’impact dans laquelle la poudre est fondue;
- au cours de chaque phase de recharge successivement : o les plateaux 24, 26, 28 des bacs 12, 14, 16 se déplacent d’un cran le long de l’axe longitudinal X en s’éloignant ou en se rapprochant de la tête laser 18, o les boucliers 30, 32 se déplacent de leur position de fusion à leur position de recharge (figure 5), o le racleur mobile 20 se déplace de sa position de fusion vers sa position de recharge de manière à essuyer la poudre non fondue du lit de poudre du deuxième bac 14 et revient à sa position de fusion (figure 4), o les premier et deuxième boucliers 30, 32 reviennent à leur position de fusion (figure 4).
L’ensemble de ces déplacements peut aussi se faire de manière simultanée : les boucliers 30, 32 et le racleur mobile 20 se déplacent ensemble et en même temps de leurs positions respectives de recharge (figure 5) à leurs positions respectives de fusion (figure 4).
Une phase de remplissage des bacs 12, 14, 16 précède le cycle de succession de phases de fusion et de recharge, et une phase de retrait de la pièce fabriquée succède au cycle de successions de fusion et de recharge.

Claims

REVENDICATIONS
1. Outillage (10) de fabrication additive par fusion laser, l’outillage (10) comportant une tête laser (18) destinée à émettre un faisceau laser (L) définissant un axe longitudinal (X), un premier, un deuxième et un troisième bacs (12, 14, 16) respectivement alignés sur un premier plan transversal sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal (X), le deuxième bac (14) étant situé entre le premier bac (12) et le troisième bac (16), les trois bacs (12, 14, 16) comportant chacun un plateau mobile (24, 26, 28) le long de l’axe longitudinal (X), chaque plateau (24, 26, 28) étant destiné à recevoir une épaisseur de poudre dont les extrémités libres définissent trois lits de poudre alignés sur un second plan transversal, l’outillage (10) comportant en outre un racleur mobile (20) destiné à se déplacer sur un troisième plan transversal à la surface des bacs (12, 14, 16) de manière à être au contact avec chacun des lits de poudre, l’outillage (10) étant caractérisé en ce qu’il comporte un premier et un deuxième boucliers mobiles (30, 32) destinés à se déplacer sur le même troisième plan transversal que le racloir mobile (20) entre :
- une position de fusion dans laquelle le premier bouclier (30) est situé entre le premier bac (12) et le deuxième bac (14) et le deuxième bouclier (32) est situé entre le deuxième bac (14) et le troisième bac (16), et
- une position de recharge dans laquelle les premier et deuxième boucliers (30, 32) sont situés à une extrémité transversale de l’ensemble des trois bacs (12, 14, 16).
2. Outillage (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier bac (12) est une réserve de poudre, le deuxième bac (14) est une cuve de fusion laser et le troisième bac (16) est un bac de surplus de poudre.
3. Outillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’en position de fusion, le racleur mobile (20) surmonte le premier bac (12), et qu’en position de recharge, le racleur mobile (20) se situe à l’extrémité transversale de l’ensemble des trois bacs (12, 14, 16), la même que le premier et deuxième boucliers (30, 32).
4. Outillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser (L) est destiné à être émis en direction du lit de poudre du deuxième bac (14) de manière à créer une zone d’impact (34) du faisceau laser (L) sur ledit lit de poudre, le premier et deuxième boucliers (30, 32) étant situés, en position de fusion, transversalement de part et d’autre de la zone d’impact (34), aux abords directs de la zone d’impact (34).
5. Outillage (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tête laser (18) est mobile, et que les premier et deuxième boucliers (30, 32) se déplacent de manière corrélée avec la tête laser (18).
6. Outillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’outillage (10) comporte un système de projection de gaz inerte (22) comportant au moins une grille de flux de gaz, et en ce que les premier et deuxième boucliers (30, 32) comportent des parois mobiles présente une profondeur telle que mesurée le long d’un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal (X) et parallèle au second plan, au moins égale à celle du deuxième bac (14) et une hauteur selon l’axe (X) au moins égale à celle de l’au moins une grille de flux de gaz.
7. Procédé de fabrication additive par fusion laser mis en œuvre au moyen de l’outillage (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une pièce est fabriquée par une succession de phases de fusion et de phases de recharge :
- au cours de chaque phase de fusion, la tête laser (18) est activée et le faisceau laser (L) impacte le lit de poudre du deuxième bac (14) créant une zone d’impact (34) dans laquelle la poudre est fondue ;
- au cours de chaque phase de recharge, les plateaux (24, 26, 28) des bacs (12, 14, 16) se déplacent d’un cran le long de l’axe longitudinal (X) en s’éloignant ou en se rapprochant de la tête laser (18), les premier et deuxième boucliers (30, 32) se déplacent de leur position de fusion à leur position de recharge, le racleur mobile (20) se déplace de sa position de fusion vers sa position de recharge de manière à essuyer la poudre non fondue du lit de poudre du deuxième bac (14) puis revient à sa position de fusion, et les premier et deuxième boucliers (30, 32) reviennent à leur position de fusion.
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une phase de remplissage du premier bac (12) précède le cycle de succession de phases de fusion et de recharge, et une phase de retrait de la pièce succède au cycle de successions de fusion et de recharge.
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