EP4031311A1 - Procédé de séparation d'une ébauche de pièce d'un support, par dilatation de fluide dans le support fabriqué additivement - Google Patents

Procédé de séparation d'une ébauche de pièce d'un support, par dilatation de fluide dans le support fabriqué additivement

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EP4031311A1
EP4031311A1 EP20804616.9A EP20804616A EP4031311A1 EP 4031311 A1 EP4031311 A1 EP 4031311A1 EP 20804616 A EP20804616 A EP 20804616A EP 4031311 A1 EP4031311 A1 EP 4031311A1
Authority
EP
European Patent Office
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support
blank
manufacturing
connecting portion
internal cavity
Prior art date
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Pending
Application number
EP20804616.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guilhem Kevin COMBES
Sébastien Vincent François DREANO
Pierre Jean-Baptiste METGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4031311A1 publication Critical patent/EP4031311A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to the technical field of additive manufacturing on a powder bed, also called 3D printing. It relates more specifically to a process for separating a part blank from a support, the part blank and the support being produced by depositing powder layer by layer, partly solidified by selective melting or selective sintering by a beam. laser or electron beam.
  • the selective melting or selective sintering processes on a powder bed make it easy to produce metallic or ceramic parts such as turbomachine parts which are subjected to high mechanical and / or thermal stresses.
  • These methods generally include a step of depositing, using a roller or scraper-type spreading means, a first layer of powder in a manufacturing tank, the bottom of which is formed by a plate movable in translation, followed by a step of heating by a laser beam or by an electron beam of a predefined zone of the powder layer.
  • the energy supplied by this beam causes local melting or local sintering of the powder which, by solidifying, forms a first layer of the part.
  • the plate is then lowered by a distance corresponding to the thickness of a layer, then a second layer of powder is supplied by means spreading over the previous layer. Subsequently, a second layer of the part is formed using the beam. These steps are repeated until the complete manufacturing of the part blank and the part support.
  • part blank is separated from the support and the production plate by electro-machining cutting steps which are long, expensive and difficult to implement.
  • the invention aims to at least partially resolve the problems encountered in the solutions of the prior art.
  • the subject of the invention is a method for separating a part blank from a support for the part blank.
  • the support and the part blank are manufactured by additive manufacturing.
  • the carrier includes an internal cavity containing a fluid.
  • the separation process comprises heating the support to deform the support by expansion of fluid in the internal cavity until the support is separated from the blank of the part.
  • the part blank is separated easily, more quickly and at a lower cost from the support than by cutting by electroerosion.
  • the productivity of the part manufacturing process is improved.
  • the implementation of the manufacturing process is facilitated and the manufacturing costs of the part are reduced.
  • the invention goes against the general principle which is to avoid making closed internal cavities during the additive manufacturing of a part.
  • This general principle aims in particular to better predict and control the shape, structure and resistance part mechanics. In particular, it makes it possible to reduce the risk of an unwanted presence of powdery material that is not fused or not sintered in the cavity.
  • the invention is not limited by this constraint, by producing the internal cavity in a support which is distinct from the part to be manufactured and which acts as a deformable support for the manufacture of the part.
  • the invention may optionally include one or more of the following features combined or not.
  • the cavity is hermetically closed to the fluid.
  • the fluid is a gas.
  • the gas can in particular be air contained in the internal cavity during the manufacture of the support.
  • the support is symmetrical by plane symmetry with respect to a longitudinal axis of the support.
  • the support is deformed by narrowing axially in a longitudinal direction of the support and by extending transversely in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the support.
  • the support comprises an external wall which delimits the internal cavity and which has a thickness of between 0.3mm and 1mm, preferably 0.6mm.
  • the outer wall has a sufficient thickness to be manufactured by additive manufacturing, while having a sufficiently low thickness to allow deformation of the support by expansion of the fluid in the internal cavity.
  • the outer wall is in particular tight against the fluid in the internal cavity.
  • the internal cavity is configured to elongate between 60% and 100% according to a direction of maximum deformation of the internal cavity, preferably of 80%.
  • the volume of the internal cavity is large enough to allow the expansion of a large quantity of fluid and the deformation of the support.
  • a connecting portion is located between the support and the part blank.
  • the connecting portion has mechanical strength lower than the mechanical resistance of the part blank and the mechanical resistance of the support.
  • the connecting portion is broken, in particular torn off, when the assembly formed by the part blank and the support is heated, this heating causing the support to deform.
  • the connecting portion facilitates the separation of the workpiece blank from the support by limiting the mechanical stresses exerted on the workpiece blank during the separation of the workpiece blank from the support.
  • the connecting portion has a density less than the density of the part blank and / or the density of an external wall of the support.
  • the part blank, the connecting portion and the support are preferably made by additive manufacturing in the same material.
  • the material of the part blank, of the connecting portion and of the support is in particular a metallic material.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a part for a turbomachine, implementing a separation method as defined above.
  • the manufacturing process comprises the additive manufacturing of the part blank and of the support, in particular by a selective melting or selective sintering process on a powder bed.
  • the heating of the support takes place during a heat treatment to relax the part blank in order to limit the thermal and / or mechanical stresses of the part blank.
  • the manufacturing process comprises the separation of the connecting portion of the part blank after the separation of the part blank from the support, in particular by machining.
  • the manufacturing method comprises a step of separating the part blank from a base to which the part blank and the support are secured, after separation of the part blank from the support.
  • FIG. 1 is a partial schematic representation of a manufacturing tool additive which is used for the implementation of an additive manufacturing method according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a partial schematic representation in perspective after melting or sintering of the powdery material and before separation of the part blank from the support
  • FIG. 3 is a partial schematic representation in longitudinal section of the support, of a connecting portion, of the part blank, and of the tooling after melting or sintering of the powdery material and before separation of the part blank from the part. support;
  • FIG. 1 is a partial schematic representation of a manufacturing tool additive which is used for the implementation of an additive manufacturing method according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a partial schematic representation in perspective after melting or sintering of the powdery material and before separation of the part blank from the support
  • FIG. 3 is a partial schematic representation in longitudinal section of the support, of a connecting portion, of the part blank, and of the tooling after melting or sintering of the powdery material and before separation of the part blank
  • FIG. 4 is a partial schematic representation in longitudinal section of the support, of a connecting portion, of the part blank, and of the tooling after separation of the part blank from the support;
  • FIG. 5 illustrates the part after separation of the part blank from the tooling and after machining of the part blank.
  • FIG. 1 represents an example of tooling 2 for the manufacture of a part 1 by selective melting or selective sintering on a powder bed according to a manufacturing process according to a first embodiment.
  • Part 1 is a part for an aircraft turbomachine, for example a blade, a wall or a flange. It is designed to withstand mechanical stress and / or particularly high thermal during operation of the turbomachine. It is manufactured by additive manufacturing from a powdery material 17 which is typically a powder made of a metallic material for aeronautical use.
  • the part 1 comprises a lower end 1a, an upper end 1b which is opposite the lower end 1a and a body 11 between the lower end 1a and the upper end 1b.
  • the upper end lb is in particular overhanging with respect to the upper face S2 of the manufacturing plate 8 of the tool 2, which makes it difficult to manufacture without a support 20.
  • the tool 2 also comprises a feed tank 3 of powdery material 17, a manufacturing tank 4, in which the part blank 1 will be formed, and a third tank, which can be a recovery tank 5 of the surplus. powdery material or a second input tray.
  • each tray is formed of a tray which is movable in translation on an actuating arm 6 oriented along a vertical axis of the trays.
  • Each tray comprises a metal plate which forms a base for the powdery material 17.
  • the tray 7 of the feed tray is configured to move along a first vertical axis Zl-Zl which is substantially parallel to the second vertical axis Z2-Z2 of the tray. manufacturing 8.
  • the actuation of the tray 7 of the feed tray allows powdery material to be brought into the production tray 4.
  • the production tray 8 of the production tray, going down, allows the creation of successive layers 19 of the blank. piece 1.
  • the tool 2 also comprises a spreading means 10, of the roller type such as that shown in FIG. 1 or else a scraper, which makes it possible to push the powdery material 17 from the feed tank 3 into the manufacturing tank 4. and spreading this powdery material, in the feed tank 3, so as to form a layer 19 of powder of determined thickness.
  • the spreading means 10 moves along a horizontal scanning plane in a direction of movement represented by the arrow A going from the feed tank 3 to the collecting tank 5.
  • the surplus powder can be collected in the drip tray 5.
  • the tool 2 further comprises a heating means 12 configured to melt or to sinter at least part of a layer 19 of powder deposited on the manufacturing plate 8, so as to obtain, after solidification, a layer 19 of powder. the workpiece blank 1.
  • the heating means 12 comprises, for example, a laser 14 and one or more mirrors 15 making it possible to send the laser beam to the areas of the layer of powdery material 17 to be fused or sintered.
  • the manufacturing tank 4 will thus contain, after the scanning of the layer of powdery material by an energy beam, the layer 19 of solidified material which is surrounded by the non-fused or unsintered powdery material.
  • the build plate 8 comprises a lower outer surface S1 and an upper outer surface S2 which is opposite to the lower outer surface S1 and to which are attached the workpiece blank 1 and a support 20 for the part blank 1, following an additive manufacturing step 101 of the part blank 1, of the support 20 and of a connecting portion 9 which mechanically connects the part blank 1 to the support 20.
  • the support 20 is made of the same material as the part blank 1.
  • the support 20 comprises an outer wall 22 which delimits it towards the outside and which delimits an internal cavity 21 inside the support 20, a lower end. 20a and an upper end 20b which is longitudinally opposite to the lower end 20a.
  • the support 20 extends longitudinally along a longitudinal axis YY which is substantially parallel to the longitudinal axis Z3-Z3 of the blank of part 1, following the additive manufacturing step 101 of the blank of part 1 and of the support 20.
  • the support 20 is substantially symmetrical by plane symmetry with respect to the longitudinal axis YY of the support.
  • the outer wall 22 has the general shape of a rhombus in longitudinal section passing through the longitudinal axis YY of the support 20.
  • the symmetrical shape of the support 20 allows a more homogeneous deformation of the support 20 around the. longitudinal axis YY.
  • An asymmetrical shape would also work, in particular if the desired effect would be to cause the deformation of the support in a specific direction, for example tilting, instead of a simple swell-shrink type deformation.
  • an axial or longitudinal direction is a direction parallel to the longitudinal axis YY of the support 20.
  • a radial or transverse direction is a direction orthogonal to the longitudinal axis YY of the support and secant with this axis.
  • a circumferential direction is defined as a direction locally orthogonal to a radial direction and to the direction of the longitudinal axis Y-Y of the support.
  • the support 20 is configured to deform axially in a direction of the longitudinal axis Y-Y of the support and transversely in at least one direction perpendicular to the direction of the longitudinal axis Y-Y of the support.
  • the support 20 is designed to deform by narrowing axially and elongating transversely.
  • the internal cavity 21 of the support contains a fluid.
  • This fluid is a gas, typically air which has been trapped in the internal cavity 21 during the melting or sintering of the powdery material 17 to form the support 20.
  • the internal cavity 21 is hermetically sealed to the fluid, which allows the fluid to expand in the internal cavity 21 and cause the support 20 to deform when heated.
  • the internal cavity 21 is in particular configured to cause an elongation from a diameter d1 to a diameter d2 which can range from 60% and 100% in a radial direction XX of maximum deformation of the internal cavity 21, for example 80%.
  • the volume of the internal cavity 21 increases between 40% and 60% from an initial volume VI which is represented in FIG. 3 to a volume V2 which is represented in FIG. 4.
  • the outer wall 22 is fluid-tight to keep it trapped in the internal cavity 21.
  • the outer wall 22 has a thickness el of between 0.3mm and 1mm, for example 0.6 mm.
  • the thickness e1 of the outer wall 22 remains substantially constant before and after the heating 102, 103 of the support 20.
  • the connecting portion 9 extends longitudinally in the direction of the longitudinal axis YY of the support.
  • the portion of connection 9 is made of the same material as the blank of part 1 and as the support 20.
  • the connection portion 9 is a honeycomb support. It comprises partitions defining recesses and forming a grid matrix. It has a lower density than that of the part blank 1 and a lower density than the density of the outer wall 22 of the support, due to the recesses.
  • the connecting portion 9 is manufactured by additive manufacturing by means of the tooling 2 during the manufacture of the support 20 and the blank of the part 1.
  • the connecting portion 9 is designed to have a mechanical strength less than the mechanical strength of the part blank 1 and of the outer wall 22 of the support. It is designed to be broken, in particular at least partially torn off, during the separation of the blank of part 1 from the support 20.
  • the connecting portion 9 thus plays the role of sacrificial material during the manufacture of the part 1.
  • the connecting portion 9 facilitates the separation of the workpiece blank 1 from the support 20 by limiting the mechanical stresses exerted on the workpiece blank 1 during the separation of the workpiece blank 1 from the support 20.
  • the manufacturing process 100 of the part 1 for a turbomachine is described in more detail below.
  • the manufacturing process 100 comprises the step of additive manufacturing 101 of the support 20, of the connecting portion 9 and of the part blank 1 on the build plate 8 by melting or sintering of powdery material 17 by means of the tools 2.
  • the support 20 is fixed to the build plate 8 by its lower end 20a which is in mechanical contact with the upper outer surface S2 of the build plate 8.
  • the support 20 is fixed by its upper end 20b to the lower end 9a of the connecting portion 9.
  • the connecting portion 9 is fixed by its upper end 9b to the upper end lb of the part blank 1.
  • L The workpiece blank 1 is fixed at its lower end 1a to the build plate 8.
  • the manufacturing process 100 continues with heating 102, 103 of the support 20, of the connecting portion 9 and of the blank of part 1, as well as of the manufacturing plate 8 which is integral with the part and of the support.
  • This heater 102, 103 includes in particular a first stress relieving heat treatment 102 which aims to reduce the thermal stresses, the residual mechanical stresses and the structural variations which have been generated in the blank of part 1, in the support 20 and in the connecting portion 9 during the 'additive manufacturing step 101.
  • This heating 102, 103 can also include a second heat treatment 103 to increase the strength and / or the life of the part blank 1.
  • the heating 102, 103 typically takes place at a temperature above 900 ° C.
  • the fluid contained in the internal cavity 21 expands, which leads to the support 20 being deformed.
  • the support 20 is deformed by shrinking axially in the direction of the longitudinal axis YY and in s' lengthening transversely, which generates significant mechanical stresses on the connecting portion 9 until it is broken by stretching it axially. This results in the separation 106 of the workpiece blank 1 from the support 20.
  • the connecting portion 9 consists of a first part comprising the lower end 9a of the connecting portion 9 which is fixed to the blank of part 1, and of a second part comprising the 'upper end 9b of the connecting portion 9 and which is fixed to the support 20.
  • the deformation of the support 20 by swelling of the internal cavity 21 is in particular irreversible.
  • the manufacturing process 100 also includes machining 112 of the manufacturing plate 8, in particular to separate the lower end of the workpiece blank 1 and the lower end 20a of the support 20 of the manufacturing plate 8.
  • This machining 112 comprises, for example, machining by electro erosion.
  • the manufacturing process 100 of the part 1 then comprises a machining 108, 110 of the workpiece blank 1, in particular to separate the upper end 9b of the connecting portion 9 and / or the lower end 1a of the workpiece blank 1.
  • This machining 108, 110 comprises, for example, machining by electro erosion, milling, turning, water jet cutting or a rectification of part 1. Thanks to the deformation of the support 20 by expansion of fluid in the internal cavity 21, the part blank 1 is separated easily, more quickly and at a lower cost from the support 20 than by cutting by electroerosion. The productivity of the manufacturing process 100 of the part is improved. The implementation of the manufacturing method 100 is facilitated and the manufacturing costs of the part are reduced.
  • the invention goes against the general principle which is to avoid making closed internal cavities during the additive manufacturing of a part blank.
  • This general principle aims in particular to better predict and control the shape, structure and mechanical strength of the blank part. It makes it possible in particular to reduce the risk of an undesirable presence of non-fused powdery material in the internal cavity 21.
  • the invention is not limited by this constraint, by making the internal cavity 21 in a support 20 which is distinct from the part 1 to be manufactured and which acts as a deformable support, in particular irreversibly, for the manufacture of the piece 1.
  • the support 20 and / or the connecting portion 9 can be made of a material different from that of the part blank 1.
  • the connecting portion 9 can be made of a material different from that of the support 20.
  • the connecting portion 9 When the connecting portion 9 is made of a material of lower mechanical strength than the material of the support 20, the connecting portion 9 can include fewer recesses and a higher density while being broken during the separation of the workpiece blank 1 from the support 20.
  • the fluid inside the cavity may have a different component than that of the air. It can in particular be an inert gas.
  • the support 20 can be designed to deform by narrowing in a radial direction XX to the longitudinal axis Z3-Z3 of the workpiece blank 1 and by elongating in an axial direction which is substantially parallel to the direction. of the longitudinal axis Z3-Z3 of the workpiece blank 1.
  • the support 20 is for example configured to push and / or compress a connecting portion 9 until it breaks.
  • the deformation of the support 20 by gas expansion in the internal cavity 21 can take place during the second heat treatment 103 of the blank of the part 1, of the support 20 and of the connecting portion 9, in full or else by continuing the deformation. of the support 20 which was generated during the first heat treatment 102.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de séparation d'une ébauche de pièce (1) d'un support (20), le support (20) et l'ébauche de pièce (1) étant fabriqués par fabrication additive. Le support (20) comprend une cavité interne (21) contenant un fluide. Le procédé de séparation comprend un chauffage du support (20) pour déformer le support (20) par dilatation de fluide dans la cavité interne (21) jusqu'à séparer le support (20) de l'ébauche de pièce (1).

Description

PROCEDE DE SEPARATION D'UNE EBAUCHE DE PIECE D'UN SUPPORT, PAR DILATATION DE FLUIDE DANS LE SUPPORT FABRIQUE ADDITIVEMENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine technique de la fabrication additive sur lit de poudre, également dénommée impression 3D. Elle concerne plus spécifiquement un procédé de séparation d'une ébauche de pièce d'un support, l'ébauche de pièce et le support étant fabriqués par un dépôt de poudre couche par couche, en partie solidifié par fusion sélective ou frittage sélectif par un faisceau laser ou par un faisceau d'électrons.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les procédés de fusion sélective ou de frittage sélectif sur lit de poudre permettent de réaliser facilement des pièces métalliques ou céramiques telles que des pièces de turbomachine qui sont soumises à des contraintes mécaniques et/ou thermiques importantes.
De tels procédés sont notamment connus sous les acronymes SLM (de l'anglais « Sélective Laser Melting »), SLS (de l'anglais « Sélective Laser Sintering »), DMLS (de l'anglais « Direct Métal Laser Sintering ») et EBM (de l'anglais « Electron Beam Melting »).
Ces procédés comprennent généralement une étape de dépôt, à l'aide d'un moyen d'étalement de type rouleau ou racleur, d'une première couche de poudre dans un bac de fabrication dont le fond est formé par un plateau mobile en translation, suivie d'une étape de chauffage par un faisceau laser ou par un faisceau d'électrons d'une zone prédéfinie de la couche de poudre. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale ou le frittage local de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la pièce.
Le plateau est ensuite descendu d'une distance correspondant à l'épaisseur d'une couche, puis une seconde couche de poudre est amenée par le moyen d'étalement sur la couche précédente. Par la suite, une seconde couche de la pièce est formée à l'aide du faisceau. Ces étapes sont répétées jusqu'à la fabrication complète de l'ébauche de pièce et du support de la pièce.
Enfin, l'ébauche de pièce est séparée du support et du plateau de fabrication par des étapes de découpe par électro usinage qui sont longues, coûteuses et difficiles à mettre en œuvre.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur.
A cet égard, l'invention a pour objet un procédé de séparation d'une ébauche de pièce d'un support pour l'ébauche de pièce. Le support et l'ébauche de pièce sont fabriqués par fabrication additive. Le support comprend une cavité interne contenant un fluide.
Selon l'invention, le procédé de séparation comprend un chauffage du support pour déformer le support par dilatation de fluide dans la cavité interne jusqu'à séparer le support de l'ébauche de pièce.
Grâce à la déformation du support par dilatation de fluide dans la cavité interne, l'ébauche de pièce est séparée aisément, plus rapidement et à moindre coût du support que par une découpe par électroérosion. La productivité du procédé de fabrication de la pièce est améliorée. La mise en œuvre du procédé de fabrication est facilitée et les coûts de fabrication de la pièce sont réduits.
Il est notamment possible de s'affranchir au moins partiellement d'une étape d'usinage par électroérosion pour séparer l'ébauche de pièce du support, en la rendant moins longue et moins difficile ou en la remplaçant par une autre méthode de découpe ultérieure.
L'invention va à l'encontre du principe général qui est d'éviter de réaliser des cavités internes fermées lors de la fabrication additive d'une pièce. Ce principe général vise notamment à mieux prévoir et contrôler la forme, la structure et la résistance mécanique de la pièce. Il permet notamment de réduire le risque d'une présence indésirable de matériau poudreux non fusionné ou non fritté dans la cavité.
L'invention n'est pas limitée par cette contrainte, en réalisant la cavité interne dans un support qui est distinct de la pièce à fabriquer et qui joue le rôle de support déformable pour la fabrication de la pièce.
L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non.
Selon une particularité de réalisation, la cavité est fermée hermétiquement au fluide. De préférence, le fluide est un gaz. Le gaz peut notamment être de l'air contenu dans la cavité interne lors de la fabrication du support.
Selon une autre particularité de réalisation, le support est symétrique par symétrie plane par rapport à un axe longitudinal du support.
Selon une particularité de réalisation, le support se déforme en rétrécissant axialement selon une direction longitudinale du support et en s'allongeant transversalement selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du support.
Selon une particularité de réalisation, le support comprend une paroi externe qui délimite la cavité interne et qui présente une épaisseur comprise entre 0,3mm et 1mm, de préférence 0,6 mm.
La paroi externe présente une épaisseur suffisante pour être fabriquée par fabrication additive, tout en présentant une épaisseur suffisamment faible pour permettre une déformation du support par dilatation du fluide dans la cavité interne. La paroi externe est notamment étanche au fluide dans la cavité interne.
Selon une particularité de réalisation, la cavité interne est configurée pour s'allonger entre 60% et 100% selon une direction de déformation maximale de la cavité interne, de préférence de 80%.
Le volume de la cavité interne est suffisamment important pour permettre la dilatation d'une grande quantité de fluide et la déformation du support.
Selon une particularité de réalisation, une portion de liaison est située entre le support et l'ébauche de pièce. La portion de liaison a une résistance mécanique inférieure à la résistance mécanique de l'ébauche de pièce et à la résistance mécanique du support.
La portion de liaison est rompue, notamment arrachée, lors du chauffage de l'ensemble formé par l'ébauche de pièce et le support, ce chauffage entraînant la déformation du support.
La portion de liaison facilite la séparation de l'ébauche de pièce du support en limitant les contraintes mécaniques exercées sur l'ébauche de pièce lors de la séparation de l'ébauche de pièce du support.
Selon une particularité de réalisation, la portion de liaison a une densité inférieure à la densité de l'ébauche de pièce et/ou à la densité d'une paroi externe du support.
L'ébauche de pièce, la portion de liaison et le support sont de préférence réalisés par fabrication additive dans un même matériau. Le matériau de l'ébauche de pièce, de la portion de liaison et du support est notamment un matériau métallique.
L'invention se rapporte aussi à un procédé de fabrication d'une pièce pour turbomachine, mettant en œuvre un procédé de séparation tel que défini ci-dessus. Le procédé de fabrication comprend la fabrication additive de l'ébauche de pièce et du support, notamment par un procédé de fusion sélective ou de frittage sélectif sur lit de poudre.
Selon une particularité de réalisation, le chauffage du support a lieu lors d'un traitement thermique de détentionnement de l'ébauche de pièce pour limiter les contraintes thermiques et/ou mécaniques de l'ébauche de pièce.
De préférence, le procédé de fabrication comprend la séparation de la portion de liaison de l'ébauche de pièce après la séparation de l'ébauche de pièce du support, notamment par usinage.
Selon une particularité de réalisation, le procédé de fabrication comprend une étape de séparation de l'ébauche de pièce d'une embase à laquelle est solidarisée l'ébauche de pièce et le support, après séparation de l'ébauche de pièce du support. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique partielle d'un outillage de fabrication additive qui est utilisé pour la mise en œuvre d'un procédé de fabrication additive selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique partielle en perspective après fusion ou frittage du matériau poudreux et avant séparation de l'ébauche de pièce du support ; la figure 3 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du support, d'une portion de liaison, de l'ébauche de pièce, et de l'outillage après fusion ou frittage du matériau poudreux et avant séparation de l'ébauche de pièce du support ; la figure 4 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale du support, d'une portion de liaison, de l'ébauche de pièce, et de l'outillage après séparation de l'ébauche de pièce du support ; la figure 5 illustre la pièce après séparation de l'ébauche de pièce de l'outillage et après usinage de l'ébauche de pièce.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
La figure 1 représente un exemple d'outillage 2 pour la fabrication d'une pièce 1 par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre selon un procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation.
La pièce 1 est une pièce pour turbomachine d'aéronef, par exemple une pale, une paroi ou un rebord. Elle est conçue pour résister aux contraintes mécaniques et/ou thermiques particulièrement importantes lors du fonctionnement de la turbomachine. Elle est fabriquée par fabrication additive à partir d'un matériau poudreux 17 qui est typiquement une poudre en matériau métallique pour un usage aéronautique.
La pièce 1 comprend une extrémité inférieure la, une extrémité supérieure lb qui est opposée à l'extrémité inférieure la et un corps 11 entre l'extrémité inférieure la et l'extrémité supérieure lb. L'extrémité supérieure lb est notamment en surplomb par rapport à la face supérieure S2 du plateau de fabrication 8 de l'outillage 2, ce qui la rend difficile à fabriquer sans support 20.
L'outillage 2 comporte également un bac d'alimentation 3 en matériau poudreux 17, un bac de fabrication 4, dans lequel va être formé l'ébauche de pièce 1, et un troisième bac, qui peut être un bac de récupération 5 du surplus de matériau poudreux ou un deuxième bac d'alimentation.
Le fond de chaque bac est formé d'un plateau qui est mobile en translation sur un bras d'actionnement 6 orienté selon un axe vertical des bacs. Chaque plateau comprend une plaque métallique qui forme une embase pour le matériau poudreux 17. Le plateau 7 du bac d'alimentation est configuré pour se déplacer selon un premier axe vertical Zl-Zl qui est sensiblement parallèle au deuxième axe vertical Z2-Z2 du plateau de fabrication 8.
L'actionnement du plateau 7 du bac d'alimentation permet d'amener du matériau poudreux dans le bac de fabrication 4. Le plateau de fabrication 8 du bac de fabrication, en descendant, permet la création des couches 19 successives de l'ébauche de pièce 1.
L'outillage 2 comporte également un moyen d'étalement 10, du type rouleau tel que celui qui est représenté à la figure 1 ou bien racleur, qui permet de pousser le matériau poudreux 17 du bac d'alimentation 3 dans le bac de fabrication 4 et d'étaler ce matériau poudreux, dans le bac d'alimentation 3, de manière à former une couche 19 de poudre d'épaisseur déterminée. Pour ce faire, le moyen d'étalement 10 se déplace le long d'un plan de balayage horizontal selon une direction de déplacement représentée par la flèche A allant du bac d'alimentation 3 au bac de récupération 5. Le surplus de poudre peut être récupéré dans le bac de récupération 5. L'outillage 2 comprend en outre un moyen de chauffage 12 configuré pour faire fondre ou pour fritter au moins une partie d'une couche 19 de poudre déposée sur le plateau de fabrication 8, de manière à obtenir, après solidification, une couche 19 de l'ébauche de pièce 1.
Le moyen de chauffage 12 comprend par exemple un laser 14 et un ou plusieurs miroirs 15 permettant d'envoyer le faisceau laser vers les zones de la couche de matériau poudreux 17 à fusionner ou à fritter. Le bac de fabrication 4 va ainsi contenir, après le balayage de la couche de matériau poudreux par un faisceau énergétique, la couche 19 de matière solidifiée qui est entourée du matériau poudreux non fusionné ou non fritté.
En référence aux figures 1 à 4, le plateau de fabrication 8 comprend une surface extérieure inférieure SI et une surface extérieure supérieure S2 qui est opposée à la surface extérieure inférieure SI et à laquelle sont fixés l'ébauche de pièce 1 et un support 20 pour l'ébauche de pièce 1, suite à une étape de fabrication additive 101 de l'ébauche de pièce 1, du support 20 et d'une portion de liaison 9 qui raccorde mécaniquement l'ébauche de pièce 1 au support 20.
Le support 20 est réalisé dans le même matériau que l'ébauche de pièce 1. Le support 20 comprend une paroi externe 22 qui le délimite vers l'extérieur et qui délimite une cavité interne 21 à l'intérieur du support 20, une extrémité inférieure 20a et une extrémité supérieure 20b qui est opposée longitudinalement à l'extrémité inférieure 20a.
Le support 20 s'étend longitudinalement selon un axe longitudinal Y-Y qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal Z3-Z3 de l'ébauche de pièce 1, suite à l'étape de fabrication additive 101 de l'ébauche de pièce 1 et du support 20. Le support 20 est sensiblement symétrique par symétrie plane par rapport à l'axe longitudinal Y-Y du support. En référence notamment à la figure 3, la paroi externe 22 a une forme générale de losange en coupe longitudinale passant par l'axe longitudinal Y-Y du support 20. La forme symétrique du support 20 permet une déformation plus homogène du support 20 autour de l'axe longitudinal Y-Y. Une forme dissymétrique fonctionnerait également, en particulier si l'effet recherché serait d'entraîner la déformation du support dans une direction spécifique, par exemple un basculement, au lieu d'une déformation simple de type gonflement-retrait.
Dans le présent document et en l'absence de précision contraire, une direction axiale ou longitudinale est une direction parallèle à l'axe longitudinal Y-Y du support 20. Une direction radiale ou transversale est une direction orthogonale à l'axe longitudinal Y-Y du support et sécante avec cet axe. Une direction circonférentielle est définie comme une direction localement orthogonale à une direction radiale et à la direction de l'axe longitudinal Y-Y du support.
En référence conjointe aux figures 3 et 4, le support 20 est configuré pour se déformer axialement selon une direction de l'axe longitudinal Y-Y du support et transversalement selon au moins une direction perpendiculaire à la direction de l'axe longitudinal Y-Y du support. Dans le mode de réalisation représenté, le support 20 est conçu pour se déformer en rétrécissant axialement et en s'allongeant transversalement.
La cavité interne 21 du support contient un fluide. Ce fluide est un gaz, typiquement de l'air qui a été emprisonné dans la cavité interne 21 lors de la fusion ou du frittage du matériau poudreux 17 pour former le support 20. La cavité interne 21 est fermée hermétiquement au fluide, ce qui permet au fluide de se dilater dans la cavité interne 21 et de provoquer la déformation du support 20 lorsqu'il est chauffé.
Lors d'un chauffage 102, 103 du support 20, la cavité interne 21 est notamment configurée pour provoquer un allongement d'un diamètre dl à un diamètre d2 pouvant aller de 60% et 100% selon une direction radiale X-X de déformation maximale de la cavité interne 21, par exemple de 80%. Le volume de la cavité interne 21 augmente entre 40% et 60% d'un volume initial VI qui est représenté à la figure 3 à un volume V2 qui est représenté à la figure 4.
La paroi externe 22 est étanche au fluide pour le maintenir emprisonné dans la cavité interne 21. La paroi externe 22 présente une épaisseur el comprise entre 0,3mm et 1mm, par exemple de 0,6 mm. L'épaisseur el de la paroi externe 22 reste sensiblement constante avant et après le chauffage 102, 103 du support 20.
La portion de liaison 9 s'étend longitudinalement selon la direction de l'axe longitudinal Y-Y du support. Dans le mode de réalisation représenté, la portion de liaison 9 est réalisée dans le même matériau que l'ébauche de pièce 1 et que le support 20. La portion de liaison 9 est un support alvéolaire. Elle comprend des cloisons délimitant des évidements et formant une matrice quadrillée. Elle a une densité inférieure à celle de l'ébauche de pièce 1 et une densité inférieure à la densité de la paroi externe 22 du support, du fait des évidements.
Plus généralement, la portion de liaison 9 est fabriquée par fabrication additive au moyen de l'outillage 2 lors de la fabrication du support 20 et de l'ébauche de pièce 1. La portion de liaison 9 est conçue pour avoir une résistance mécanique inférieure à la résistance mécanique de l'ébauche de pièce 1 et de la paroi externe 22 du support. Elle est conçue pour être rompue, notamment au moins partiellement arrachée, lors de la séparation de l'ébauche de pièce 1 du support 20. La portion de liaison 9 joue ainsi le rôle de matériau sacrificiel lors de la fabrication de la pièce 1. La portion de liaison 9 facilite la séparation de l'ébauche de pièce 1 du support 20 en limitant les contraintes mécaniques exercées sur l'ébauche de pièce 1 lors de la séparation de l'ébauche de pièce 1 du support 20.
Le procédé de fabrication 100 de la pièce 1 pour turbomachine est décrit plus en détail ci-dessous. Le procédé de fabrication 100 comprend l'étape de fabrication additive 101 du support 20, de la portion de liaison 9 et de l'ébauche de pièce 1 sur le plateau de fabrication 8 par fusion ou frittage de matériau poudreux 17 au moyen de l'outillage 2.
En référence aux figures 2 et 3, suite à l'étape de fabrication additive 101, le support 20 est fixé au plateau de fabrication 8 par son extrémité inférieure 20a qui est au contact mécanique de la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8. Le support 20 est fixé par son extrémité supérieure 20b à l'extrémité inférieure 9a de la portion de liaison 9. La portion de liaison 9 est fixée par son extrémité supérieure 9b à l'extrémité supérieure lb de l'ébauche de pièce 1. L'ébauche de pièce 1 est fixée à son extrémité inférieure la au plateau de fabrication 8.
Le procédé de fabrication 100 se poursuit par un chauffage 102, 103 du support 20, de la portion de liaison 9 et de l'ébauche de pièce 1, ainsi que du plateau de fabrication 8 qui est solidaire de la pièce et du support. Ce chauffage 102, 103 comprend notamment un premier traitement thermique de détentionnement 102 qui vise à réduire les contraintes thermiques, les contraintes mécaniques résiduelles et les variations structurelles qui ont été générées dans l'ébauche de pièce 1, dans le support 20 et dans la portion de liaison 9 lors de l'étape de fabrication additive 101. Ce chauffage 102, 103 peut aussi comprendre un deuxième traitement thermique 103 pour augmenter la solidité et/ou la durée de vie de l'ébauche de pièce 1. Le chauffage 102, 103 a typiquement lieu à une température supérieure à 900°C.
Lors du chauffage 102, 103 du support, le fluide contenu dans la cavité interne 21 se dilate, ce qui conduit à déformer le support 20. Le support 20 se déforme en rétrécissant axialement selon la direction de l'axe longitudinal Y-Y et en s'allongeant transversalement, ce qui génère des contraintes mécaniques importantes sur la portion de liaison 9 jusqu'à la rompre en l'étirant axialement. Il en résulte la séparation 106 de l'ébauche de pièce 1 du support 20.
En référence à la figure 4, la portion de liaison 9 est constituée d'un première partie comprenant l'extrémité inférieure 9a de la portion de liaison 9 qui est fixée à l'ébauche de pièce 1, et d'une deuxième partie comprenant l'extrémité supérieure 9b de la portion de liaison 9 et qui est fixée au support 20. La déformation du support 20 par gonflement de la cavité interne 21 est notamment irréversible.
Suite à la séparation 106 de l'ébauche de pièce 1 du support 20, le procédé de fabrication 100 comporte également un usinage 112 du plateau de fabrication 8, notamment pour séparer l'extrémité inférieure la de l'ébauche de pièce 1 et l'extrémité inférieure 20a du support 20 du plateau de fabrication 8. Cet usinage 112 comprend par exemple un usinage par électro érosion.
Suite à la séparation 112 de l'ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8, le procédé de fabrication 100 de la pièce 1 comprend ensuite un usinage 108, 110 de l'ébauche de pièce 1, notamment pour séparer l'extrémité supérieure 9b de la portion de liaison 9 et/ou l'extrémité inférieure la de l'ébauche de pièce 1. Cet usinage 108, 110 comprend par exemple un usinage par électro érosion, un fraisage, un tournage, une découpe au jet d'eau ou une rectification de la pièce 1. Grâce à la déformation du support 20 par dilatation de fluide dans la cavité interne 21, l'ébauche de pièce 1 est séparée aisément, plus rapidement et à moindre coût du support 20 que par une découpe par électroérosion. La productivité du procédé de fabrication 100 de la pièce est améliorée. La mise en œuvre du procédé de fabrication 100 est facilitée et les coûts de fabrication de la pièce sont réduits.
Il est notamment possible de s'affranchir au moins partiellement d'une étape d'usinage par électroérosion pour séparer l'ébauche de pièce 1 du support 20, en la rendant moins longue et moins difficile ou bien en la remplaçant par une autre méthode de découpe ultérieure, notamment par l'usinage 108, 110 de l'ébauche de pièce et/ou par l'usinage 112 du plateau de fabrication 8.
L'invention va à l'encontre du principe général qui est d'éviter de réaliser des cavités internes fermées lors de la fabrication additive d'une ébauche de pièce. Ce principe général vise notamment à mieux prévoir et contrôler la forme, la structure et la résistance mécanique de l'ébauche de pièce. Il permet notamment de réduire le risque d'une présence indésirable de matériau poudreux non fusionné dans la cavité interne 21.
L'invention n'est pas limitée par cette contrainte, en réalisant la cavité interne 21 dans un support 20 qui est distinct de la pièce 1 à fabriquer et qui joue le rôle de support déformable, notamment de manière irréversible, pour la fabrication de la pièce 1.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention. En particulier, la structure de l'outillage 2, la structure du support 20, la structure de la portion de liaison 9 et celle de la pièce 1 peuvent varier par rapport à celles du procédé de fabrication décrit ci-dessus.
Le support 20 et/ou la portion de liaison 9 peuvent être réalisés dans un matériau différent de celui de l'ébauche de pièce 1. La portion de liaison 9 peut être réalisée dans un matériau différent de celui du support 20.
Lorsque la portion de liaison 9 est réalisée dans un matériau de plus faible résistance mécanique que le matériau du support 20, la portion de liaison 9 peut comprendre moins d'évidements et une densité plus élevée tout en étant rompue lors de la séparation de l'ébauche de pièce 1 du support 20.
En variante, le fluide à l'intérieur de la cavité peut avoir une composante différente de celle de l'air. Il peut notamment être un gaz inerte. En variante, le support 20 peut être conçu pour se déformer en rétrécissant selon une direction radiale X-X à l'axe longitudinal Z3-Z3 de l'ébauche de pièce 1 et en s'allongeant selon une direction axiale qui est sensiblement parallèle à la direction de l'axe longitudinal Z3-Z3 de l'ébauche de pièce 1. Dans ce cas, le support 20 est par exemple configuré pour pousser et/ou compresser une portion de liaison 9 jusqu'à la rompre.
La déformation du support 20 par dilatation de gaz dans la cavité interne 21 peut avoir lieu durant le deuxième traitement thermique 103 de l'ébauche de pièce 1, du support 20 et de la portion de liaison 9, en totalité ou bien en continuant la déformation du support 20 qui a été générée lors du premier traitement thermique 102.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une pièce (1) pourturbomachine, mettant en œuvre un procédé de séparation d'une ébauche de la pièce (1) d'un support (20) pour l'ébauche de pièce (1), le support (20) et l'ébauche de pièce (1) étant fabriqués par fabrication additive couche par couche sur lit de poudre en matériau métallique sur un plateau de fabrication (8), le support (20) étant situé entre le plateau de fabrication (8) et l'ébauche de pièce (1) le support (20) comprenant une cavité interne (21) contenant un fluide, le procédé de séparation de l'ébauche de pièce (1) du support (20) comprenant : un chauffage (102, 103) du support (20) pour déformer le support (20) par dilatation de fluide dans la cavité interne (21) jusqu'à séparer le support (20) de l'ébauche de pièce (1).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la cavité interne (21) est fermée hermétiquement au fluide, le fluide étant de préférence un gaz.
3. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 et 2, dans lequel le support (20) se déforme en rétrécissant axialement selon une direction longitudinale (Y-Y) du support et en s'allongeant transversalement selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale (Y-Y) du support.
4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 3, dans lequel le support (20) comprend une paroi externe (22) qui délimite la cavité interne (21) et qui présente une épaisseur (el) comprise entre 0,3 mm et 1 mm, de préférence 0,6 mm, et/ou dans lequel la cavité interne (21) est configurée pour s'allonger entre 60% et 100% selon une direction de déformation maximale (X-X) de la cavité interne (21), de préférence de 80%.
5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, dans lequel une portion de liaison (9) est située entre le support (20) et l'ébauche de pièce (1), la portion de liaison (9) ayant une résistance mécanique inférieure à la résistance mécanique de l'ébauche de pièce (1) et à la résistance mécanique du support (20), la portion de liaison (9) étant rompue, notamment arrachée, lors de la séparation de l'ébauche de pièce (1) du support (20).
6. Procédé de fabrication selon la revendication précédente 5, dans lequel la portion de liaison (9) a une densité inférieure à la densité de l'ébauche de pièce (1) et/ou à la densité d'une paroi externe (22) du support (20), l'ébauche de pièce (1), le support (20), la portion de liaison (9) étant de préférence réalisés dans un même matériau (17), notamment un matériau métallique.
7. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconques des revendications précédentes 1 à 6, comprenant la fabrication additive (101) de l'ébauche de pièce (1) et du support (20) sur le plateau de fabrication (8), par un procédé de fusion sélective ou de frittage sélectif sur lit de poudre.
8. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, dans lequel le chauffage du support (20) a lieu lors d'un traitement thermique de détentionnement (102) de l'ébauche de pièce (1) pour limiter les contraintes thermiques et/ou mécaniques de l'ébauche de pièce (1).
9. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes 6 à 8 dépendant de la revendication 5, comprenant la séparation (110) de la portion de liaison (9) de l'ébauche de pièce (1) après la séparation de l'ébauche de pièce (1) du support (20), notamment par usinage.
10. Procédé de fabrication (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 9, comprenant une étape de séparation (108) de l'ébauche de pièce (1) du plateau de fabrication (8) auquel est solidarisé l'ébauche de pièce (1) et le support (20), après séparation de l'ébauche de pièce (1) du support (20).
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