EP4168200A1 - Powder-bed based additive manufacturing method - Google Patents

Powder-bed based additive manufacturing method

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EP4168200A1
EP4168200A1 EP21740166.0A EP21740166A EP4168200A1 EP 4168200 A1 EP4168200 A1 EP 4168200A1 EP 21740166 A EP21740166 A EP 21740166A EP 4168200 A1 EP4168200 A1 EP 4168200A1
Authority
EP
European Patent Office
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powder
cycle
rate
parts
manufacturing
Prior art date
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Pending
Application number
EP21740166.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hugo Jean-Louis Sistach
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 EP4168200A1 publication Critical patent/EP4168200A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
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    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to the additive manufacturing of parts, for example aeronautical parts, by melting on a bed of metal powder. STATE OF THE ART
  • Powder bed laser fusion is a metal additive manufacturing process that consists of creating a part layer by layer through the fusion of powder particles via a laser beam. This technology is also known as Selective Laser Melting (SLM). It makes it possible to manufacture parts with geometries that cannot be achieved with conventional processes. You can replace the laser beam with an electron beam.
  • SLM Selective Laser Melting
  • the process is carried out in an enclosure under neutral gas. It can be described in four steps:
  • a piston raises the tank to the height of a layer thickness
  • a layering member spreads a layer of powder of this thickness in a printing tank. This is the bed of powder;
  • a laser passes through the layer and gives rise to a first section of the object by creating micro-beads next to each other resulting from the fusion of the powder particles located on its trajectory. If the layer formed is not uniform, a second layering is carried out to fill in the gaps before the laser passes;
  • the printing tank is lowered slightly (the thickness of a layer of powder) and the operation starts again. In this way, the particles will merge layer by layer until the finished part is obtained.
  • the powder which was installed but which was not used to make the part is recovered. It can then be recycled for the manufacture of a new part, and this several times in a row. Significant powder savings are thus achieved. However, it is observed that the chemical composition of the manufactured parts changes as the powder is recycled. This is in particular their rate of oxygen, nitrogen and hydrogen.
  • the content of these elements in the parts has an impact on the properties of the material, in particular the mechanical properties of traction and fatigue. It is therefore important to know, or even to master, this content in order to ensure the conformity of the parts with the basic composition of the material and thus their behavior in operation.
  • An object of the invention is to promote the conformity of the manufactured parts with the properties expected on them by means of an inexpensive and economical powder solution.
  • the invention therefore makes it possible to estimate the rate X n in the parts as the production cycles progress.
  • the theoretical principle of the process is that, during the melting of the part, in a given layer, the powder located near the melting bath sees its temperature increase. This increase promotes changes in the level of certain elements, including oxygen, nitrogen and hydrogen, in the powder.
  • the recycling by suction, sieving and mixing
  • homogenizes the distribution of the composition of the powder by diluting in the rest of the powder the powder which was close to the melting baths and whose composition has changed. This standardizes the overall evolution of the powder composition.
  • the proposed methodology associated with the law makes it possible to have a predictive follow-up of the chemical composition via the definition of the parameters of the law, the knowledge of the initial composition of the powder, the stability of the manufacturing process and the collection of some simple data. Manufacturing.
  • the method of the invention allows monitoring of the chemical composition of the manufactured parts which is rapid, even immediate, at low cost, non-destructive, without risk on the conformity of the parts and reusing the powder as much as possible to limit the quantity put into the waste. waste, while facilitating the management of the powder, for example when mixing powders during recycling.
  • the process is particularly applicable when the compound is oxygen, hydrogen or nitrogen, but it is possible to carry out it for other compounds.
  • the method comprises the following steps: - extracting another sublot from the batch of powder;
  • the operation makes it possible to "refresh" the powder resulting from the manufacture, in which the rate of the compound has varied, with the powder obtained from the batch.
  • the mixing rate is equal to the weighted sum of the rates.
  • the refreshing of the powder can be done with powder which is not new and which has also already been used in additive manufacturing, subject to having a good estimate of its rate.
  • the final rate is itself also the average of the levels of the chemical composition of the two sub-batches, weighted by the mass.
  • the mixing that is, the powder is refreshed, when it is determined that it needs this refreshing.
  • a rate X n , mes of the compound is measured in at least one of the parts manufactured during the cycle, in a test piece manufactured during the cycle or in the powder used during the cycle,
  • avg denotes an average of the rates X n of several cycles
  • controller configured to control the execution of the method according to the invention.
  • a computer program comprising code instructions arranged to control the execution of the method of the invention when it is used on a computer, a data recording medium comprising such a program under recorded form, and a method of making such a program available on a telecommunications network with a view to downloading or executing it remotely.
  • - Figure 1 is a block diagram of the increase in the temperature of the powder and the diffusion of oxygen into the powder;
  • - Figure 2 is a graph of the evolution of the oxygen level as a function of the number of recycling;
  • FIG. 3 is a block diagram of the increase in the oxygen level in the powder after manufacturing
  • FIG. 4 is a block diagram of the chemical oxygen composition of a sample from the batch of powder after recycling
  • FIG. 5 is a representative diagram of the magnitudes of the recycling law
  • FIG. 6 is a representative diagram of the powder zones capturing oxygen and the zones not capturing oxygen in the recycling law
  • FIG. 7 is a diagram representing the quantities Sn, Pn and An; and - Figure 8 is a diagram showing an installation according to the invention.
  • - manufacturing campaign set of manufacturing cycles consisting in manufacturing parts or articles using the same powder sub-batch once; It is also a cycle, thus grouping together several manufacturing cycles.
  • - recycling operation consisting in unloading the powder from the installation, re-screening it, possibly steaming it, repackaging it, and then reusing it.
  • the method uses a metal alloy powder known per se.
  • the grains 2 of this powder comprise, in addition to one or more metals, elements such as oxygen, nitrogen and hydrogen.
  • layers of metallic powder N, N-1, N-2, N-3, N-4, N-5 are superimposed on each other .
  • the laser beam passes through one or more of the powder layers to effect the fusion of some of the powder grains in order to build part 22.
  • Part 4 thus merged is illustrated in the right part of the figure. 1. More precisely, during the treatment of each layer by the laser, several adjacent layers are simultaneously reflowed. In the figure, it has thus been illustrated that the top five layers have been reflowed, unlike the lowest layer, N-5, which is not.
  • the non-fused grains 2 of powder In the left part are the non-fused grains 2 of powder. However, some of these grains can be heated, especially those which are in the direct vicinity of the fused grains.
  • the figure thus shows different levels of heating of the grains 2a, 2b, 2c according to their decreasing proximity to the fused part 4, with temperatures indicated as high, medium and low respectively, without exceeding the melting temperature however.
  • this heating leads to the modification of certain elements of the grains, in particular oxygen, nitrogen and hydrogen. This occurs by adding additional elements to the powder from the atmosphere of the manufacturing chamber. This contribution has been illustrated in the figure by the arrows 6.
  • This atmosphere in fact comprises in particular air and humidity which penetrate between the powder grains 2 and leads to the aforementioned modification on the occasion of heating. .
  • FIG. 2 thus illustrates the change in the oxygen level in the parts as a function of the number of recycling operations of the powder.
  • the invention aims to follow the evolution of the chemical composition of the parts to ensure their conformity with the expected properties.
  • this mixture is fused on the areas of the part reached by the laser beam.
  • the fusion of the grains results in a part whose oxygen level is equal to the average of the oxygen levels of the grains.
  • There is therefore homogenization in the molten bath which gives a chemical composition equivalent to the average composition weighted by the mass of the fused powder grains.
  • the manufacturing installation 10 which will be described in more detail below, comprises a manufacturing plate on which the layers of powder are deposited for the manufacture of each part. It includes a production tank into which the powder and the projections fall during this production. It includes a recovery tank into which, after each manufacture of a part, the non-fused powder and the projections are discharged. Finally, it comprises a sieve through which the contents of the recovery tank are passed for recycling, if necessary.
  • - VD n Cumulative volume (in m 3 ) of powder deposited on the production platform or in the recovery tank of a production campaign n;
  • - A n Area (section, in m 2 ) in a plane (generally horizontal, XY) perpendicular to the direction of construction of the parts produced during the construction cycles of a manufacturing campaign n, averaged by the height;
  • Xo corresponds to a recycling 0, that is to say to the starting situation without recycling;
  • Regeneration rate (in%) of a manufacturing campaign n (if this rate is fixed for the entire campaign).
  • - ⁇ X machine Standard increase in oxygen (constant, in% by mass) per unit of heated powder for a specific machine associated with a set of parameters and a version of the machine control program; - AP: Area (section, in m 2 ) of the production platform;
  • FIG. 5 is a diagram representing the magnitudes of the recycling law
  • FIG. 1 is a representative diagram of the respective powder zones capturing oxygen and not capturing oxygen in the recycling law.
  • FIG. 7 is a diagram representing the quantities S n , P n and A n .
  • the aforementioned quantities have the following relations.
  • the contact surface depends on the contact perimeter averaged by the height and the construction height:
  • the volume of powder deposited depends on the area (section) on the build plate, the regeneration and the build height. In the case of constant regeneration over the whole of campaign n, we have:
  • the oxygen content of the powder for recycling n is equal to the weighting by mass of the oxygen content of the heated and unheated powder:
  • the increase in the oxygen rate between the recycling powder n and n-1 is:
  • the increase in the oxygen level between the supplied powder and the nmax recycle is the sum of all the increases in the recycles 0 to nmax:
  • the average standard increase in oxygen per unit volume is constant for a frozen machine (adjustment of machine parameters, machine program, protective gas) and is equal to the difference between the rates before and after heating the powder and therefore between the heated and unheated powder zones:
  • the total mass after recycling is the sum of the mass of heated and unheated powder recovered after recycling:
  • the mass of heated powder depends on the density of packed powder associated with the thickness of the heated powder and the contact surface (volume of heated powder):
  • the mass of powder from recycling n is equal to the mass of powder deposited minus the mass of powder which has been fused (and therefore not recycled because it is integrated into the part) minus the mass of powder which will be lost during recycling (projections and coarse powders thrown away during sieving or in the ashtray):
  • the mass of the part built depends on the volume of the parts and the density of the fused material:
  • the mass of powder deposited in the machine depends on the volume of powder deposited and the density of the packed powder:
  • the mass of powder lost during recycling depends mainly on the projections, the percentage of which depends on the volume of the merged part:
  • This process is implemented by means of an additive manufacturing installation on a powder bed 10 comprising:
  • the unit 14 comprises a computer associated with a program comprising code instructions arranged to control the execution of the method when it is used on the computer.
  • This program is recorded on a data storage medium. Provision can be made for the program to be made available on an internal or external telecommunications network such as the Internet for downloading to the machine or for executing it remotely.
  • the installation 12 is stable in terms of manufacturing parameters such as power, speed of movement of the energy beam and protective atmosphere.
  • these are parameters such as humidity, oxygen, nitrogen, argon, protective gas or gas flow in the manufacturing chamber.
  • Initiation phase A new batch of metal powder 16 is available which has an initial oxygen level Xo. This information appears, for example, among the data communicated by the powder supplier, for example in the supply certificate. It is desirable to know Xo with a sufficient number of significant digits.
  • This initial phase aims to determine the constant R of formula (II) for the installation and the manufacturing parameters.
  • a sublot 18 is extracted from the powder batch 16.
  • n max of times for example 10 times, this number not being limiting (it can be replaced by 5, 15, etc.).
  • This cycle is a production campaign.
  • a rate X n of the compound is calculated from the surface S n and the mass M n .
  • a rate X n , mes of oxygen is measured in the test piece 24. This measurement is carried out, for example, twice.
  • An alternative consists in carrying out this measurement on one of the parts 22 but it generally involves destroying the part. As a replacement or in addition, it is possible to perform the measurement on a sample of the powder used during the cycle.
  • the quantity R is then determined by means of formula (II). More precisely, once we have the data Xn, Sn and Mn, we can plot the graph of the law according to formula (II). From the equation of the curve and after checking that the calculated value for R is acceptable and that X nma x is consistent with Xo, we validate the coefficient R.
  • the following cycle is carried out at least once. This cycle is also a production campaign. 1) We recycle the powder that was not consumed in the previous manufacturing campaign and continue manufacturing until all of the powder is recycled at least once.
  • the rate X n of oxygen in one of the parts 22 manufactured during this cycle is calculated. This calculation takes place using formula (I). This is a predicted or estimated rate. 4) It is determined whether this rate X n fulfills a predetermined condition. In this case, it is determined whether the calculated rate X n satisfies a predetermined condition relating to the standard deviation of the rates X n, mes . For example, we determine whether:
  • av denotes an average of the rate X n previous campaigns
  • condition (III) If condition (III) is verified, the operating cycle is completed and started again to carry out a new campaign with the remaining powder (recycling of the remaining powder, production, etc.).
  • Another sublot 20 is extracted from the powder batch 16. This other sublot 20 is mixed with the powder from the production. For this, the following mixture law is used to obtain a mixture having an acceptable oxygen level, from the rate To of the new sublot 20 and the rate X n of the remaining powder, and their respective powder masses. .
  • the powder remaining at each end of the cycle is mixed with a new sublot in order to keep a constant rate at the start of each cycle. So the mixing step is carried out without determining beforehand whether the rate X n fulfills the condition (III) or else the mixing step is carried out even if the condition is fulfilled.
  • the prediction of X n makes it possible to refresh the powder used with a new powder in order to adjust its chemical composition and to reset it within the chemical composition limits of the criterion when one is too close to the limit of the criterion. It also makes it possible, as a variant, to carry out this continuous refresh in order to have a constant composition.
  • the process can be continued until all of the powder batch 16 is used up.
  • the method of the invention is inexpensive. Indeed, the data of the law are collected with standard manufacturing and some chemical analyzes during the initiation phase and the cost of one-off counter-analyzes is low compared to the other methods. It does not add cycle time. It is thrifty in powder and you shouldn't have any leftover powder with this process, especially if you allow yourself the refreshment.
  • the invention does not require production of parts dedicated to the analysis.
  • the invention makes it possible to provide a method for monitoring and industrial prediction of the chemical composition during manufacture and to anticipate when there is a risk of departing from the criteria for the material that could impact its properties.
  • the invention makes it possible to monitor the chemical composition during successive manufacturing of parts, in particular aeronautical parts, in additive manufacturing on a bed of metal powder (with LBM / SLM laser or with EBM electron beam).
  • provision can be made for the estimation of the rate X n during the operating phase to be used first and foremost to determine whether the powder can be recycled as it is (that is to say without mixing) or if it needs to be scrapped.
  • This is not the most powder-efficient version of the implementation of the invention. But it can be seen, with this variant, that the invention first and foremost makes it possible to take a decision on the follow-up to be given to the process.

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Abstract

The manufacturing method comprises the following steps: - extracting a sub-batch (18) from a batch (16) of powder, the batch having a ratio X0 of a predetermined component, - manufacturing parts (22) using powder-bed based additive manufacturing until all of the sub-batch is used up (18); then- performing the following cycle a number nmax of times: - recycling the powder and continuing manufacture until all of the recycled powder is used up; - determining a contact surface Sn between the powder and a material fused into the parts (22), n designating the cycle number, and a mass Mn of accumulated powder used since the start of the method, and - measuring a ratio Xnmax of a predetermined component in at least one of the parts (22) or a test piece (24) manufactured during the last cycle, then - determining a quantity R such that: Formula (I); - performing the following cycle at least once: - recycling the powder and continuing manufacture until all of the recycled powder has been used up at least once, then - determining the contact surface Sn, and the mass Mn of accumulated powder, and - calculating, by means of Sn, Mn and R, a ratio Xn of the component in one of the parts (22) manufactured during the cycle.

Description

Procédé de fabrication additive sur lit de poudre DOMAINE DE L’INVENTION Powder bed additive manufacturing process FIELD OF THE INVENTION
L'invention concerne la fabrication additive de pièces, par exemple des pièces aéronautiques, par fusion sur lit de poudre métallique. ETAT DE LA TECHNIQUE The invention relates to the additive manufacturing of parts, for example aeronautical parts, by melting on a bed of metal powder. STATE OF THE ART
La fusion laser sur lit de poudre est un procédé de fabrication additive métallique qui consiste à créer une pièce couche par couche grâce à la fusion de particules de poudre via un faisceau laser. Cette technologie est également connue sous le nom de Sélective Laser Melting (SLM). Elle rend possible la fabrication de pièces aux géométries irréalisables avec les procédés conventionnels. On peut remplacer le faisceau laser par un faisceau d’électrons. Powder bed laser fusion is a metal additive manufacturing process that consists of creating a part layer by layer through the fusion of powder particles via a laser beam. This technology is also known as Selective Laser Melting (SLM). It makes it possible to manufacture parts with geometries that cannot be achieved with conventional processes. You can replace the laser beam with an electron beam.
Le procédé est mis en oeuvre dans une enceinte sous gaz neutre. Il peut être décrit en quatre étapes : The process is carried out in an enclosure under neutral gas. It can be described in four steps:
- une fois la poudre stockée dans un réservoir d’approvisionnement, un piston élève le réservoir de la hauteur d’une épaisseur de couche ; - Once the powder is stored in a supply tank, a piston raises the tank to the height of a layer thickness;
- un organe de mise en couche étale une couche de poudre de cette épaisseur dans un bac d’impression. C’est le lit de poudre ; - a layering member spreads a layer of powder of this thickness in a printing tank. This is the bed of powder;
- si la mise en couche est valide, un laser passe à travers la couche et donne naissance à une première section de l’objet par création de micro-cordons les uns à côté des autres issus de la fusion des particules de poudre se trouvant sur sa trajectoire. Si la couche formée n’est pas uniforme, une deuxième mise en couche est effectuée pour combler les manques avant le passage du laser ; - if the layering is valid, a laser passes through the layer and gives rise to a first section of the object by creating micro-beads next to each other resulting from the fusion of the powder particles located on its trajectory. If the layer formed is not uniform, a second layering is carried out to fill in the gaps before the laser passes;
- enfin, le bac d’impression s’abaisse légèrement (de l’épaisseur d’une couche de poudre) et l’opération recommence. De cette manière, les particules vont fusionner strate par strate jusqu’à l’obtention de la pièce finie. - finally, the printing tank is lowered slightly (the thickness of a layer of powder) and the operation starts again. In this way, the particles will merge layer by layer until the finished part is obtained.
Une fois la pièce finie, la poudre qui a été installée mais qui n’a pas servi à réaliser la pièce est récupérée. Elle peut être ensuite recyclée pour la fabrication d’une nouvelle pièce, et cela plusieurs fois de suite. On réalise ainsi d’importantes économies de poudre. On observe toutefois que la composition chimique des pièces fabriquées évolue au fur et à mesure du recyclage de la poudre. Il s’agit en particulier de leur taux en oxygène, en azote et en hydrogène. Once the part is finished, the powder which was installed but which was not used to make the part is recovered. It can then be recycled for the manufacture of a new part, and this several times in a row. Significant powder savings are thus achieved. However, it is observed that the chemical composition of the manufactured parts changes as the powder is recycled. This is in particular their rate of oxygen, nitrogen and hydrogen.
Or, la teneur de ces éléments dans les pièces a un impact sur les propriétés du matériau, notamment les propriétés mécaniques de traction et de fatigue. Il est donc important de connaître, voire de maîtriser, cette teneur pour assurer la conformité des pièces avec la composition de base du matériau et ainsi leur tenue en fonctionnement. However, the content of these elements in the parts has an impact on the properties of the material, in particular the mechanical properties of traction and fatigue. It is therefore important to know, or even to master, this content in order to ensure the conformity of the parts with the basic composition of the material and thus their behavior in operation.
A cette fin, on peut analyser la composition chimique globale élémentaire d’une partie d’une pièce que l’on peut détruire ou d’une éprouvette attenante de composition représentative, pour vérifier sa conformité vis-à-vis de la composition de base. On réalise donc une analyse chimique globale à chaque fabrication. Mais cela engendre un délai important qui bloque la livraison des pièces. Le coût est élevé et souvent non compatible avec la rentabilité attendue. Et il s’agit ou bien de détruire une pièce pour l’analyse, ou bien de fabriquer une éprouvette, ce qui engendre un temps de fusion supplémentaire et consomme de la poudre, donc augmente le coût. Il s’agit donc d’une analyse longue et coûteuse. To this end, we can analyze the overall elementary chemical composition of a part of a part that can be destroyed or of an adjoining test piece of representative composition, to check its conformity with the basic composition. . A global chemical analysis is therefore carried out for each manufacture. But this generates a significant delay which blocks the delivery of parts. The cost is high and often not compatible with the expected profitability. And it is either to destroy a part for analysis, or to manufacture a test tube, which generates additional melting time and consumes powder, thus increasing the cost. It is therefore a long and expensive analysis.
On peut certes définir un nombre de recyclages maximal, c’est-à-dire un nombre limite de réutilisations de la poudre non fusionnée, assurant de ne pas avoir une modification de la composition chimique si importante qu’elle devienne non conforme. Cette solution peut être mise en oeuvre après avoir procédé à une analyse chimique sur plusieurs recyclages pour vérifier que l’on ne sort pas des bornes de composition de base du matériau associé à un type de machine et à une production donnée figée. Mais elle est onéreuse. Sa mise en oeuvre dépend à chaque fois de l’installation de fabrication et des pièces réalisées. De plus, une fois atteint le nombre de recyclage maximal de la poudre, cette dernière doit être mise au rebut intégralement, ce qui engendre là encore une perte de matériau. Or, le nombre maximal de recyclage est en général peu élevé, par exemple égal à 5. Cette solution conduit donc à mettre au rebut de la poudre qui serait pourtant potentiellement acceptable pour une nouvelle fabrication de pièces moins exigeantes. En outre, les analyses de composition chimique à effectuer demeurent nombreuses et donc au total onéreuses. Un but de l’invention est de favoriser la conformité des pièces fabriquées avec les propriétés attendues à leur sujet au moyen d’une solution peu onéreuse et économe en poudre. It is of course possible to define a maximum number of recyclings, that is to say a limit number of reuse of the non-fused powder, ensuring not to have a modification of the chemical composition so significant that it becomes non-compliant. This solution can be implemented after having carried out a chemical analysis over several recycling cycles to check that the basic composition limits of the material associated with a type of machine and with a given fixed production are not exceeded. But it is expensive. Its implementation depends each time on the manufacturing installation and the parts produced. In addition, once the maximum number of times for recycling the powder has been reached, the powder must be completely discarded, which again results in a loss of material. However, the maximum number of recycling operations is generally low, for example equal to 5. This solution therefore results in the discarding of powder which would nevertheless be potentially acceptable for a new manufacture of less demanding parts. In addition, the chemical composition analyzes to be carried out remain numerous and therefore on the whole expensive. An object of the invention is to promote the conformity of the manufactured parts with the properties expected on them by means of an inexpensive and economical powder solution.
EXPOSE DE L’INVENTION A cet effet, on prévoit selon l’invention un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : DISCLOSURE OF THE INVENTION To this end, according to the invention there is provided a manufacturing process comprising the following steps:
- extraire un sous-lot d’un lot de poudre, le lot ayant un taux Xo d’un composé prédéterminé, - extracting a sublot from a batch of powder, the batch having a level X o of a predetermined compound,
- au moyen du sous-lot, fabriquer des pièces par fabrication additive sur lit de poudre jusqu’à utiliser l’intégralité du sous-lot ; puis - using the sublot, manufacture parts by additive manufacturing on a powder bed until the entire sublot is used; then
- effectuer un nombre nmax de fois le cycle suivant : - perform the following cycle a maximum number of times:
- recycler la poudre provenant de la fabrication et poursuivre la fabrication jusqu’à utiliser l’intégralité de la poudre recyclée ; - recycle the powder from manufacturing and continue manufacturing until all of the recycled powder is used;
- déterminer : une surface de contact Sn entre la poudre et une matière fusionnée dans les pièces, cumulée depuis le début du procédé, n désignant un numéro du cycle, et une masse Mn de poudre utilisée cumulée depuis le début du procédé, la poudre recyclée à chaque cycle comptant pour de la masse supplémentaire, et - determine: a contact surface S n between the powder and a material fused in the parts, cumulated since the start of the process, n designating a cycle number, and a mass M n of powder used cumulated since the start of the process, the recycled powder at each cycle counting for additional mass, and
- mesurer un taux Xnmax du composé dans au moins une des pièces fabriquées lors du dernier cycle ou une éprouvette fabriquée lors du dernier cycle, puis - measure a rate X nmax of the compound in at least one of the parts manufactured during the last cycle or a test specimen manufactured during the last cycle, then
- calculer une grandeur R telle que : - effectuer au moins une fois le cycle suivant : - calculate a quantity R such that: - perform the following cycle at least once:
- recycler la poudre et poursuivre la fabrication jusqu’à utiliser au moins une fois l’intégralité de la poudre recyclée, puis - recycle the powder and continue manufacturing until all of the powder is recycled at least once, then
- déterminer la surface de contact Sn et la masse Mn de poudre, et - determine the contact surface S n and the mass M n of powder, and
- calculer, au moyen de Sn, Mn et R, un taux Xn du composé dans une des pièces fabriquées lors du cycle. L’invention permet donc d’estimer le taux Xn dans les pièces au fur et à mesure des cycles de fabrication. - calculate, by means of S n , M n and R, a rate X n of the compound in one of the parts manufactured during the cycle. The invention therefore makes it possible to estimate the rate X n in the parts as the production cycles progress.
Le principe théorique du procédé est que, lors de la fusion de la pièce, dans une couche donnée, la poudre située à proximité du bain de fusion voit sa température augmenter. Cette augmentation favorise l’évolution dans la poudre du taux de certains éléments, notamment l’oxygène, l’azote et l’hydrogène. The theoretical principle of the process is that, during the melting of the part, in a given layer, the powder located near the melting bath sees its temperature increase. This increase promotes changes in the level of certain elements, including oxygen, nitrogen and hydrogen, in the powder.
Une fois la fabrication achevée, le recyclage (par aspiration, tamisage et mélange) homogénéise la répartition de la composition de la poudre en diluant dans le reste de la poudre la poudre qui était proche des bains de fusion et dont la composition a évolué. Cela uniformise l’évolution globale de la composition de la poudre. Once the manufacture is completed, the recycling (by suction, sieving and mixing) homogenizes the distribution of the composition of the powder by diluting in the rest of the powder the powder which was close to the melting baths and whose composition has changed. This standardizes the overall evolution of the powder composition.
Il est alors possible de relier expérimentalement l’évolution de la composition à la quantité de poudre qui est chauffée par le bain de fusion. Cette quantité peut être reliée à la surface de contact entre la poudre et la pièce fusionnée à chaque couche (soit la surface de la pièce, hors surface supérieure et surface inférieure). Une loi est proposée pour relier ces grandeurs et prédire la composition chimique après chaque fabrication et après plusieurs fabrications. It is then possible to experimentally relate the evolution of the composition to the quantity of powder which is heated by the molten bath. This quantity can be related to the contact surface between the powder and the part fused to each layer (ie the surface of the part, excluding the upper surface and the lower surface). A law is proposed to link these quantities and predict the chemical composition after each fabrication and after several fabrication.
La méthodologie proposée associée à la loi permet d’avoir un suivi prédictif de la composition chimique via la définition des paramètres de la loi, la connaissance de la composition initiale de la poudre, la stabilité du procédé de fabrication et le recueil de quelques données simples en fabrication. The proposed methodology associated with the law makes it possible to have a predictive follow-up of the chemical composition via the definition of the parameters of the law, the knowledge of the initial composition of the powder, the stability of the manufacturing process and the collection of some simple data. Manufacturing.
Le procédé de l’invention permet un suivi de la composition chimique des pièces fabriquées qui est rapide, voire immédiat, à faible coût, non destructif, sans risque sur la conformité des pièces et réutilisant la poudre autant que possible pour limiter la quantité mise au rebut, tout en facilitant la gestion de la poudre, par exemple à l’occasion de mélanges de poudres lors de recyclages. The method of the invention allows monitoring of the chemical composition of the manufactured parts which is rapid, even immediate, at low cost, non-destructive, without risk on the conformity of the parts and reusing the powder as much as possible to limit the quantity put into the waste. waste, while facilitating the management of the powder, for example when mixing powders during recycling.
On peut prévoir que le lot est neuf au début de la mise en oeuvre du procédé. It can be expected that the batch is new at the start of the implementation of the method.
Le procédé est notamment applicable lorsque le composé est de l’oxygène, de l’hydrogène ou de l’azote, mais il est possible de le mettre en oeuvre pour d’autres composés. The process is particularly applicable when the compound is oxygen, hydrogen or nitrogen, but it is possible to carry out it for other compounds.
On peut prévoir que le procédé comprend ensuite les étapes suivantes : - déterminer si le taux Xn remplit une condition prédéterminée, et Provision can be made for the method to then comprise the following steps: - determine whether the rate X n fulfills a predetermined condition, and
- déterminer une suite à donner au procédé selon que le taux remplit ou pas la condition. - determine a follow-up to be given to the process depending on whether or not the rate meets the condition.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes : - extraire un autre sous-lot du lot de poudre ; In one embodiment, the method comprises the following steps: - extracting another sublot from the batch of powder;
- réaliser un mélange de l’autre sous-lot avec la poudre provenant de la fabrication ; et - mix the other sublot with the powder from the manufacturing process; and
- reprendre la fabrication avec le mélange. - resume production with the mixture.
Ainsi l’opération permet de « rafraîchir » la poudre issue de la fabrication, dans laquelle le taux du composé a varié, avec de la poudre issue du lot. A l’issue du mélange, le taux du mélange est égal à la somme pondérée des taux. Thus, the operation makes it possible to "refresh" the powder resulting from the manufacture, in which the rate of the compound has varied, with the powder obtained from the batch. After mixing, the mixing rate is equal to the weighted sum of the rates.
En variante, le rafraîchissement de la poudre peut se faire avec de la poudre qui n’est pas neuve et qui a déjà elle aussi servi à de la fabrication additive, sous réserve de disposer d’une bonne estimation de son taux. En effet, lors d’un tel mélange de sous-lots de poudre ayant eu des utilisations différentes, issus du même lot initial, le taux final est lui aussi la moyenne des taux de la composition chimique des deux sous- lots, pondérée par la masse. As a variant, the refreshing of the powder can be done with powder which is not new and which has also already been used in additive manufacturing, subject to having a good estimate of its rate. Indeed, during such a mixture of powder sub-batches having had different uses, from the same initial batch, the final rate is itself also the average of the levels of the chemical composition of the two sub-batches, weighted by the mass.
On peut donc effectuer l’ajout de poudre peu recyclée, voire neuve, dans un sous lot ayant vu déjà plusieurs recyclages. On peut prévoir qu’on effectue les trois étapes précitées associées au mélange lorsque la condition n’est pas remplie. We can therefore add little recycled powder, or even new, in a sublot that has already seen several recycling operations. Provision can be made for the above three steps associated with mixing to be carried out when the condition is not met.
Ainsi, on effectue le mélange, c’est-à-dire qu’on rafraîchit la poudre, quand on a déterminé qu’elle nécessitait ce rafraîchissement. Thus, the mixing, that is, the powder is refreshed, when it is determined that it needs this refreshing.
En variante, on peut prévoir qu’on effectue ces trois étapes sans déterminer au préalable si le taux Xn remplit une condition prédéterminée. As a variant, provision can be made for these three steps to be carried out without first determining whether the rate X n fulfills a predetermined condition.
Ainsi cette fois, on effectue le rafraîchissement de toute façon. On peut prévoir par exemple qu’on effectue le rafraîchissement de façon systématique dès que toute la poudre a été utilisée lors de la fabrication, par exemple en vue de conserver un taux constant pour le composé. So this time, we do the refresh anyway. For example, provision can be made for the refreshing to be carried out systematically as soon as the entire powder has been used during manufacture, for example in order to keep a constant rate for the compound.
Dans un mode de réalisation : In one embodiment:
- lors de certains au moins des cycles, on mesure un taux Xn,mes du composé dans au moins une des pièces fabriquées lors du cycle, dans une éprouvette fabriquée lors du cycle ou dans la poudre utilisée lors du cycle, - During at least some of the cycles, a rate X n , mes of the compound is measured in at least one of the parts manufactured during the cycle, in a test piece manufactured during the cycle or in the powder used during the cycle,
- on détermine un écart type des taux Xn,mes, et - we determine a standard deviation of the rates X n , mes , and
- lors de certains au moins des cycles postérieurs à l’étape de calcul de R, on détermine si le taux Xn calculé vérifie une condition prédéterminée relative à l’écart type. during at least some of the cycles subsequent to the step of calculating R, it is determined whether the calculated rate X n satisfies a predetermined condition relating to the standard deviation.
Ces étapes forment un test qui permet de vérifier si le taux Xn estimé demeure crédible. These steps form a test which makes it possible to check whether the estimated rate X n remains credible.
Par exemple, on détermine si : For example, we determine whether:
I Xn " Xn,moy I =< 2 X σ où : IX n "X n, avg I = < 2 X σ where:
- Xn,moy désigne une moyenne des taux Xn de plusieurs des cycles, et - X n, avg denotes an average of the rates X n of several cycles, and
- s est l’écart type des taux Xn,mes. - s is the standard deviation of the rates X n , meas .
On prévoit également selon l’invention une installation de fabrication additive sur lit de poudre comprenant : There is also provided according to the invention an additive manufacturing installation on a powder bed comprising:
- des moyens de fabrication additive sur lit de poudre et - means of additive manufacturing on powder bed and
- un organe de commande configuré pour commander l’exécution du procédé selon l’invention. - a controller configured to control the execution of the method according to the invention.
On prévoit aussi selon l’invention un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code agencées pour commander l’exécution du procédé de l’invention lorsqu’il est utilisé sur un ordinateur, un support d’enregistrement de données comprenant un tel programme sous forme enregistrée, et un procédé de mise à disposition d’un tel programme sur un réseau de télécommunication en vue de son téléchargement ou de son exécution à distance. There is also provided according to the invention a computer program comprising code instructions arranged to control the execution of the method of the invention when it is used on a computer, a data recording medium comprising such a program under recorded form, and a method of making such a program available on a telecommunications network with a view to downloading or executing it remotely.
DESCRIPTION DES FIGURES Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention à titre d'exemple non-limitatif à l'appui des dessins sur lesquels : DESCRIPTION OF FIGURES We will now present an embodiment of the invention by way of non-limiting example in support of the drawings in which:
- la figure 1 est un schéma de principe de l’augmentation de la température de la poudre et de la diffusion d’oxygène dans la poudre ; - la figure 2 est un graphique de l’évolution du taux d’oxygène en fonction du nombre de recyclage ; - Figure 1 is a block diagram of the increase in the temperature of the powder and the diffusion of oxygen into the powder; - Figure 2 is a graph of the evolution of the oxygen level as a function of the number of recycling;
- la figure 3 est un schéma de principe de l’augmentation du taux d’oxygène dans la poudre après une fabrication ; - Figure 3 is a block diagram of the increase in the oxygen level in the powder after manufacturing;
- la figure 4 est un schéma de principe de la composition chimique en oxygène d’un échantillon du lot de poudre après recyclage ; - Figure 4 is a block diagram of the chemical oxygen composition of a sample from the batch of powder after recycling;
- la figure 5 est un schéma représentatif des grandeurs de la loi de recyclage ; - Figure 5 is a representative diagram of the magnitudes of the recycling law;
- la figure 6 est un schéma représentatif des zones de poudre captant de l’oxygène et des zones ne captant pas d’oxygène dans la loi de recyclage ; - Figure 6 is a representative diagram of the powder zones capturing oxygen and the zones not capturing oxygen in the recycling law;
- la figure 7 est un schéma représentatif des grandeurs Sn, Pn et An ; et - la figure 8 est un schéma montrant une installation conforme à l’invention. FIG. 7 is a diagram representing the quantities Sn, Pn and An; and - Figure 8 is a diagram showing an installation according to the invention.
Nous allons d’abord présenter les fondements théoriques de l’invention puis le déroulement de la mise en oeuvre du procédé de l’invention. We will first present the theoretical foundations of the invention and then the course of the implementation of the method of the invention.
On propose les définitions suivantes : The following definitions are proposed:
- cycle de fabrication ou de construction : ensemble des étapes de réalisation d’une pièce ou d’un article, débutant avec l’étalement de la première couche et finissant par la fusion de la dernière couche ; - manufacturing or construction cycle: all the stages in the production of a part or an article, starting with the spreading of the first layer and ending with the melting of the last layer;
- campagne de fabrications : ensemble de cycles de fabrication consistant à fabriquer des pièces ou articles en utilisant une fois un même sous-lot de poudre ; Il s’agit aussi d’un cycle, regroupant donc plusieurs cycles de fabrication. - recyclage : opération consistant à décharger la poudre de l’installation, à la retamiser, éventuellement à l’étuver, la reconditionner, puis à la réutiliser. - manufacturing campaign: set of manufacturing cycles consisting in manufacturing parts or articles using the same powder sub-batch once; It is also a cycle, thus grouping together several manufacturing cycles. - recycling: operation consisting in unloading the powder from the installation, re-screening it, possibly steaming it, repackaging it, and then reusing it.
On suppose ici que la fabrication se fait au moyen d’un rayon laser mais la présente description vaut aussi pour un faisceau d’électrons. It is assumed here that the manufacture is carried out by means of a laser beam, but the present description also applies to an electron beam.
En référence à la figure 1 , le procédé met en oeuvre une poudre d’alliage métallique connue en elle-même. Les grains 2 de cette poudre comprennent, en plus d’un ou plusieurs métaux, des éléments tels que de l’oxygène, de l’azote et de l’hydrogène. Lors de la fabrication additive d’une pièce 22 par fusion sur lit de poudre, des couches de poudre métallique N, N-1 , N-2, N-3, N-4, N-5 sont superposées les unes sur les autres. Après la mise en place de chaque couche, le rayon laser traverse une ou plusieurs des couches de poudre pour effectuer la fusion de certain des grains de poudre afin de construire la pièce 22. La partie 4 ainsi fusionnée est illustrée en partie droite de la figure 1 . Plus précisément, lors du traitement de chaque couche par le laser, ce sont plusieurs couches adjacentes qui sont simultanément refusionnées. Sur la figure, on a ainsi illustré que les cinq couches supérieures été refusionnées au contraire de la couche la plus basse, N-5, qui ne l’est pas. With reference to FIG. 1, the method uses a metal alloy powder known per se. The grains 2 of this powder comprise, in addition to one or more metals, elements such as oxygen, nitrogen and hydrogen. During the additive manufacturing of a part 22 by powder bed fusion, layers of metallic powder N, N-1, N-2, N-3, N-4, N-5 are superimposed on each other . After the establishment of each layer, the laser beam passes through one or more of the powder layers to effect the fusion of some of the powder grains in order to build part 22. Part 4 thus merged is illustrated in the right part of the figure. 1. More precisely, during the treatment of each layer by the laser, several adjacent layers are simultaneously reflowed. In the figure, it has thus been illustrated that the top five layers have been reflowed, unlike the lowest layer, N-5, which is not.
En partie gauche se trouvent les grains 2 de poudre non fusionnés. Certain de ces grains peuvent cependant être échauffés, en particulier ceux qui se trouvent à proximité directe des grains fusionnés. La figure présente ainsi différents niveaux d’échauffement des grains 2a, 2b, 2c selon leur proximité décroissante avec la partie fusionnée 4, avec des températures indiquées comme élevée, moyenne et basse respectivement, sans dépasser la température de fusion toutefois. In the left part are the non-fused grains 2 of powder. However, some of these grains can be heated, especially those which are in the direct vicinity of the fused grains. The figure thus shows different levels of heating of the grains 2a, 2b, 2c according to their decreasing proximity to the fused part 4, with temperatures indicated as high, medium and low respectively, without exceeding the melting temperature however.
Or cet échauffement amène la modification de certains éléments des grains, notamment l’oxygène, l’azote et l’hydrogène. Cela se produit par apport dans la poudre d’éléments supplémentaires provenant de l’atmosphère de l’enceinte de fabrication. Cet apport a été illustré sur la figure par les flèches 6. Cette atmosphère comprend en effet notamment de l’air et de l’humidité qui pénètrent entre les grains de poudre 2 et conduit à la modification précitée à l’occasion de l’échauffement.However, this heating leads to the modification of certain elements of the grains, in particular oxygen, nitrogen and hydrogen. This occurs by adding additional elements to the powder from the atmosphere of the manufacturing chamber. This contribution has been illustrated in the figure by the arrows 6. This atmosphere in fact comprises in particular air and humidity which penetrate between the powder grains 2 and leads to the aforementioned modification on the occasion of heating. .
Cette modification est visible lors des recyclages successifs de la poudre et peut amener à modifier la composition chimique de la matière fusionnée (et donc des pièces) au point de les rendre non conformes après plusieurs recyclages de la poudre. Cela peut conduire à des pièces dont le matériau a des propriétés non-conformes notamment en traction et en fatigue, et qui doivent donc être mises au rebut.This modification is visible during the successive recycling of the powder and can lead to modification of the chemical composition of the fused material (and therefore of the parts) to the point of rendering them non-compliant after several recycling of the powder. This can lead to parts whose material has non-conforming properties, particularly in terms of traction and fatigue, and which must therefore be scrapped.
La figure 2 illustre ainsi l’évolution du taux en oxygène dans les pièces en fonction du nombre de recyclages de la poudre. On voit dans cet exemple qu’on passe d’un taux en oxygène initial de 0,015 % dans les pièces fabriquées avec de la poudre neuve à un taux qui peut monter jusqu’à plus de 0,022 % après 10 recyclages. Dans la présente description, on s’intéresse à l’oxygène, mais l’invention est également applicable à l’azote, l’hydrogène ou tout autre élément modifié durant le recyclage. L’invention vise à suivre l’évolution de la composition chimique des pièces pour assurer leur conformité avec les propriétés attendues. FIG. 2 thus illustrates the change in the oxygen level in the parts as a function of the number of recycling operations of the powder. We see in this example that we go from an initial oxygen level of 0.015% in the parts manufactured with new powder to a rate which can rise to more than 0.022% after 10 recycles. In the present description, we are interested in oxygen, but the invention is also applicable to nitrogen, hydrogen or any other element modified during recycling. The invention aims to follow the evolution of the chemical composition of the parts to ensure their conformity with the expected properties.
On adopte ici une méthodologie permettant un suivi de la composition chimique de la poudre et des pièces qui soit rapide, voire immédiat, à faible coût, non destructif, peu onéreux à développer, qui assure sans risque la conformité des pièces, qui utilise la poudre autant que possible en fabrication, limite la quantité mise au rebut et facilite la gestion de la poudre en permettant par exemple le mélange de poudres lors de recyclages. We adopt here a methodology allowing a follow-up of the chemical composition of the powder and the parts which is fast, even immediate, at low cost, non-destructive, inexpensive to develop, which ensures without risk the conformity of the parts, which uses the powder as much as possible during manufacture, limits the quantity discarded and facilitates the management of the powder by allowing, for example, the mixing of powders during recycling.
Comme dit précédemment, l’étude du procédé général de fusion sur lit de poudre a permis de mettre en avant des paramètres influant sur l’évolution de la composition chimique des éléments de la poudre durant les recyclages successifs. On a pu déterminer que le mécanisme associé à cette évolution est la captation ou l’évaporation d’éléments à cause du chauffage local de la poudre lors de la fabrication. A partir de cette étude, on arrive à déterminer qu’il y a une évolution locale de la composition de la poudre non fusionnée à chaque fabrication en fonction de la distance à la zone fusionnée, tel que présenté à la figure 3 pour l’oxygène. Cette figure illustre en effet le principe de l’augmentation du taux d’oxygène dans la poudre après une fabrication. On observe ainsi que les grains 2a qui se trouvent dans la zone la plus proche de la partie fusionnée 4 ont un taux d’oxygène relativement élevé. Ce taux baisse dans la zone suivante, c’est-à-dire plus à gauche sur la figure, pour passer à un taux moyen en comparaison dans les grains 2b. Dans les autres grains 2c qui se trouvent le plus à gauche, le taux d’oxygène est proche de celui de la poudre avant ce recyclage. A partir d’une telle situation, à l’issue de la fabrication de la pièce, la poudre non fusionnée est récupérée et mélangée selon des procédures validées qui assurent un mélange homogène. Les grains 2a, 2b, 2c de différentes compositions chimiques sont donc mélangés entre eux pour donner la configuration de la figure 4 qui illustre la répartition des grains et leurs taux d’oxygène dans un échantillon de poudre lors du recyclage. C’est ce mélange qui est utilisé à l’occasion de la fabrication suivante d’une nouvelle pièce. Lors de cette fabrication, ce mélange est fusionné sur les zones de la pièce atteintes par le rayon laser. La fusion des grains aboutit à une pièce dont le taux en oxygène est égal à la moyenne des taux en oxygène des grains. Il se produit donc une homogénéisation dans le bain de fusion qui donne une composition chimique équivalente à la composition moyenne pondérée par la masse des grains de poudre fusionnés. As stated previously, the study of the general powder bed melting process has made it possible to highlight the parameters influencing the evolution of the chemical composition of the elements of the powder during the successive recycling operations. It has been possible to determine that the mechanism associated with this development is the capture or evaporation of elements due to the local heating of the powder during manufacture. From this study, we can determine that there is a local change in the composition of the non-fused powder at each production as a function of the distance from the fused zone, as shown in Figure 3 for oxygen. . This figure indeed illustrates the principle of increasing the oxygen level in the powder after manufacturing. It is thus observed that the grains 2a which are located in the zone closest to the fused part 4 have a relatively high oxygen level. This rate drops in the next zone, that is to say more to the left in the figure, to pass to an average rate in comparison in the grains 2b. In the other grains 2c which are located furthest to the left, the oxygen level is close to that of the powder before this recycling. From such a situation, at the end of the manufacture of the part, the non-fused powder is recovered and mixed according to validated procedures which ensure a homogeneous mixture. The grains 2a, 2b, 2c of different chemical compositions are therefore mixed together to give the configuration of FIG. 4 which illustrates the distribution of the grains and their oxygen levels in a sample of powder during recycling. It is this mixture which is used on the occasion of the following manufacture of a new part. During this production, this mixture is fused on the areas of the part reached by the laser beam. The fusion of the grains results in a part whose oxygen level is equal to the average of the oxygen levels of the grains. There is therefore homogenization in the molten bath which gives a chemical composition equivalent to the average composition weighted by the mass of the fused powder grains.
L’installation de fabrication 10 que l’on décrira plus en détails plus loin comprend un plateau de fabrication sur lequel sont déposées les couches de poudre pour la fabrication de chaque pièce. Elle comprend un bac de production dans lequel tombe la poudre et les projections lors de cette fabrication. Elle comprend un bac de récupération dans lequel sont déversés, après chaque fabrication d’une pièce, la poudre non fusionnée et les projections. Elle comprend enfin un tamis à travers lequel on fait passer le contenu du bac de récupération pour son recyclage le cas échéant. The manufacturing installation 10, which will be described in more detail below, comprises a manufacturing plate on which the layers of powder are deposited for the manufacture of each part. It includes a production tank into which the powder and the projections fall during this production. It includes a recovery tank into which, after each manufacture of a part, the non-fused powder and the projections are discharged. Finally, it comprises a sieve through which the contents of the recovery tank are passed for recycling, if necessary.
On pose les références de traçabilité suivantes : The following traceability references are set:
- Cn : Référence du numéro de campagne de fabrications n qui s’incrémente à partir de la première utilisation de la poudre ; - C n : Reference of the production campaign number n which is incremented from the first use of the powder;
- C’n,y : Référence de cycle de fabrication ou de construction ; et - C ' n , y : Manufacturing or construction cycle reference; and
- Rn : Référence du nombre n de recyclages de la poudre ; - R n : Reference of the number n of powder recycling operations;
On pose les variables de n suivantes : We set the following variables of n:
- Hn : Hauteur cumulée (en m) des cycles de construction d’une campagne de fabrications n ; - H n : Cumulative height (in m) of the construction cycles of a manufacturing campaign n;
- Pn : Périmètre (en m) de contact entre la poudre et la matière fusionnée des cycles de construction d’une campagne de fabrications n moyenné par la hauteur ; - P n : Perimeter (in m) of contact between the powder and the fused material of the construction cycles of a manufacturing campaign n averaged by the height;
- Sn : Surface (en m2) de contact entre la poudre et la matière fusionnée, cumulée sur les cycles de construction d’une campagne de fabrications n ; - S n : Surface (in m 2 ) of contact between the powder and the fused material, cumulated over the construction cycles of a manufacturing campaign n;
- VMn : Volume cumulé (en m3) des pièces fusionnées (construites) d’une campagne de fabrications n ; - VM n : Cumulative volume (in m 3 ) of the merged (built) parts of a manufacturing campaign n;
- VDn : Volume cumulé (en m3) de poudre déposée sur le plateau de fabrication ou dans le bac de récupération d’une campagne de fabrications n ; - An : Aire (section, en m2) dans un plan (en général horizontal, XY) perpendiculaire au sens de construction des pièces produites lors des cycles de construction d’une campagne de fabrications n, moyennée par la hauteur ; - VD n : Cumulative volume (in m 3 ) of powder deposited on the production platform or in the recovery tank of a production campaign n; - A n : Area (section, in m 2 ) in a plane (generally horizontal, XY) perpendicular to the direction of construction of the parts produced during the construction cycles of a manufacturing campaign n, averaged by the height;
- Xn : Taux d’oxygène global moyen (en % massique) de la poudre récupérée à la fin d’une campagne de fabrications n, après recyclage et mélange ; - X n : Average global oxygen level (in% by mass) of the powder recovered at the end of a manufacturing campaign n, after recycling and mixing;
- ΔXo->n : Augmentation du taux d’oxygène (en % massique) entre la poudre approvisionnée et la fin de la campagne de fabrications n (recyclage n). Xo correspond à un recyclage 0, c’est-à-dire à la situation de départ sans recyclage ; - ΔXo- > n : Increase in the oxygen rate (in% by mass) between the powder supplied and the end of the manufacturing campaign n (recycling n). Xo corresponds to a recycling 0, that is to say to the starting situation without recycling;
- ΔXn-i->n : Augmentation du taux d’oxygène (en % massique) entre la poudre du recyclage n- 1 et celle du recyclage n ; - ΔX n -i- > n : Increase in the oxygen rate (in% by mass) between the powder from recycling n- 1 and that from recycling n;
- : Masse de poudre cumulée (en g) des cycles de construction d’une campagne de fabrications n récupérée après recyclage, incluant la poudre du bac de production et du bac de récupération ; -: Cumulative mass of powder (in g) of the construction cycles of a manufacturing campaign n recovered after recycling, including the powder from the production tank and from the recovery tank;
- Masse (en g) des pièces fusionnées (matière fusionnée) d’une campagne de fabrications n ; - Mass (in g) of the fused parts (fused material) of a manufacturing campaign n;
- MDn : Masse (en g) de poudre déposée sur le plateau de fabrication ou dans le bac de récupération d’une campagne de fabrications n ; - MD n : Mass (in g) of powder deposited on the production plate or in the recovery tank of a production campaign n;
- MPn : Masse (en g) de poudre et de projections qui sont récupérées par le tamis lors du recyclage ; - MCn : Masse de poudre (en g) récupérée à la fin d’une campagne de fabrications n après recyclage, qui a été chauffée lors de la fusion de la pièce et qui a capté de l’oxygène ; - MP n : Mass (in g) of powder and projections which are recovered by the sieve during recycling; - MC n : Mass of powder (in g) recovered at the end of a manufacturing campaign n after recycling, which was heated during the melting of the part and which captured oxygen;
- MFn : Masse de poudre (en g) récupérée à la fin d’une campagne de fabrications n après recyclage, qui n’a pas été chauffée lors de la fusion de la pièce et qui n’a pas capté d’oxygène ; - MF n : Mass of powder (in g) recovered at the end of a manufacturing campaign n after recycling, which was not heated during the melting of the part and which did not capture oxygen;
- XCn : Taux d’oxygène (en % massique) de la poudre récupérée à la fin d’une campagne de fabrications n après recyclage, qui a été chauffée lors de la fusion de la pièce et qui a capté de l’oxygène ; - XC n : rate of oxygen (in% by mass) of the powder recovered at the end of a manufacturing campaign n after recycling, which was heated during the melting of the part and which captured oxygen;
- XFn : Taux d’oxygène (en % massique) de la poudre récupérée à la fin d’une campagne de fabrications n après recyclage, qui n’a pas été chauffée lors de la fusion de la pièce et qui n’a pas capté d’oxygène ; et - XF n : Oxygen rate (in% by mass) of the powder recovered at the end of a manufacturing campaign n after recycling, which was not heated during the melting of the part and which was not oxygen capture; and
- TRn : Taux de régénération (en %) d’une campagne de fabrications n (si ce taux est figé sur l’ensemble de la campagne). On pose les constantes suivantes : - TR n : Regeneration rate (in%) of a manufacturing campaign n (if this rate is fixed for the entire campaign). We set the following constants:
- ΔXmachine : Augmentation standard en oxygène (constante, en % massique) par unité de poudre chauffée pour une machine spécifique associée à un ensemble de paramètres et une version du programme de commande de la machine ; - AP : Aire (section, en m2) du plateau de fabrication ; - ΔX machine : Standard increase in oxygen (constant, in% by mass) per unit of heated powder for a specific machine associated with a set of parameters and a version of the machine control program; - AP: Area (section, in m 2 ) of the production platform;
- PP : Pourcentage de poudre et de projections moyen par volume de pièce fusionné qui seront récupérées par le tamis lors du recyclage ; - PP: Percentage of powder and average projections per volume of merged part which will be recovered by the sieve during recycling;
- e : Épaisseur (en m) de poudre à partir de la surface de la pièce fusionnée qui est chauffée et qui capte de l’oxygène ; - pp : Densité tassée (en g/m3) de la poudre déposée sur le plateau de fabrication ; et - e: Thickness (in m) of powder from the surface of the fused part which is heated and which captures oxygen; - p p : packed density (in g / m 3 ) of the powder deposited on the production plate; and
- pm : Masse volumique (en g/m3) de la matière fusionnée. - p m : Density (in g / m 3 ) of the fused material.
Les schémas suivants permettent de mieux se représenter les différentes valeurs que l’on pose pour exprimer la loi sur le recyclage. Ainsi : - la figure 5 est un schéma représentatif des grandeurs de la loi de recyclage ; The following diagrams make it possible to better represent the different values that are set to express the law on recycling. Thus: FIG. 5 is a diagram representing the magnitudes of the recycling law;
- la figure 1 est un schéma représentatif des zones de poudre respectives captant de l’oxygène et ne captant pas d’oxygène dans la loi de recyclage ; et - Figure 1 is a representative diagram of the respective powder zones capturing oxygen and not capturing oxygen in the recycling law; and
- la figure 7 est un schéma représentatif des grandeurs Sn, Pn et An. FIG. 7 is a diagram representing the quantities S n , P n and A n .
Les grandeurs précitées ont les relations suivantes. La surface de contact dépend du périmètre de contact moyenné par la hauteur et de la hauteur de construction : The aforementioned quantities have the following relations. The contact surface depends on the contact perimeter averaged by the height and the construction height:
Sn = Pn * H, S n = P n * H,
Le volume de pièce fusionnée dépend de l’aire moyennée par la hauteur et de la hauteur de construction : VMn = An * Hn The volume of the merged part depends on the area averaged by the height and the construction height: VM n = A n * H n
Le volume de poudre déposée dépend de l’aire (section) sur le plateau de construction, de la régénération et de la hauteur de construction. Dans le cas d’une régénération constante sur l’ensemble de la campagne n, on a : The volume of powder deposited depends on the area (section) on the build plate, the regeneration and the build height. In the case of constant regeneration over the whole of campaign n, we have:
VDn = AP * TRn * H La poudre qui ne capte pas d’oxygène a donc le taux d’oxygène du recyclage précédent : VD n = AP * TR n * H The powder which does not capture oxygen therefore has the oxygen rate of the previous recycling:
XFn = Xn-1 XF n = X n-1
Le taux d’oxygène de la poudre au recyclage n est égal à la pondération par la masse du taux d’oxygène de la poudre chauffée et non chauffée : The oxygen content of the powder for recycling n is equal to the weighting by mass of the oxygen content of the heated and unheated powder:
L’augmentation du taux d’oxygène entre la poudre de recyclage n et n-1 est : L’augmentation du taux d’oxygène entre la poudre approvisionnée et le recyclage nmax est la somme de toutes les augmentations des recyclages 0 à nmax : The increase in the oxygen rate between the recycling powder n and n-1 is: The increase in the oxygen level between the supplied powder and the nmax recycle is the sum of all the increases in the recycles 0 to nmax:
L’augmentation standard moyenne en oxygène par unité de volume est constante pour une machine figée (réglage des paramètres de la machine, programme de la machine, gaz protecteur) et est égale à la différence entre les taux avant et après chauffage de la poudre et donc entre les zones de poudre chauffées et non chauffées : La masse totale après recyclage est la somme de la masse de poudre chauffée et non chauffée récupérée après recyclage : The average standard increase in oxygen per unit volume is constant for a frozen machine (adjustment of machine parameters, machine program, protective gas) and is equal to the difference between the rates before and after heating the powder and therefore between the heated and unheated powder zones: The total mass after recycling is the sum of the mass of heated and unheated powder recovered after recycling:
Mn = MCn + MFn M n = MC n + MF n
La masse de poudre chauffée dépend de la masse volumique de poudre tassée associée à l’épaisseur de poudre chauffée et à la surface de contact (volume de poudre chauffée) : The mass of heated powder depends on the density of packed powder associated with the thickness of the heated powder and the contact surface (volume of heated powder):
MCn = pp * e * Sn MC n = p p * e * S n
La masse de poudre du recyclage n est égale à la masse de poudre déposée moins la masse de poudre qui a été fusionnée (et donc non recyclée car intégrée à la pièce) moins la masse de poudre qui sera perdue au recyclage (projections et grosses poudres jetées lors du tamisage ou dans le cendrier) : The mass of powder from recycling n is equal to the mass of powder deposited minus the mass of powder which has been fused (and therefore not recycled because it is integrated into the part) minus the mass of powder which will be lost during recycling (projections and coarse powders thrown away during sieving or in the ashtray):
Mn = MDn - MMn - MPn M n = MD n - MM n - MP n
La masse de pièce construite dépend du volume des pièces et de la masse volumique du matériau fusionné : The mass of the part built depends on the volume of the parts and the density of the fused material:
MMn = pm * VMn MM n = p m * VM n
La masse de poudre déposée dans la machine dépend du volume de poudre déposé et de la masse volumique de la poudre tassée : The mass of powder deposited in the machine depends on the volume of powder deposited and the density of the packed powder:
MDn = pp * VDn MD n = p p * VD n
La masse de poudre perdue lors du recyclage dépend principalement des projections dont le pourcentage dépend du volume de pièce fusionné : The mass of powder lost during recycling depends mainly on the projections, the percentage of which depends on the volume of the merged part:
MPn = pp * PP * VMn MP n = p p * PP * VM n
A partir de ces relations, on peut déduire une loi permettant de prédire le taux d’oxygène Xn en fonction des fabrications. La loi (I) en donne l’évolution entre la fabrication n-1 et n, tandis que la loi (II) en donne l’évolution à partir du taux d’oxygène initial Xo sur plusieurs fabrications sommées pour le nombre total de recyclages nmax : From these relationships, we can deduce a law making it possible to predict the rate of oxygen X n as a function of the products. The law (I) gives the evolution between the manufacture n-1 and n, while the law (II) gives the evolution from the initial oxygen level Xo over several productions summed for the total number of recycling n max :
Ces lois permettent de prédire l’évolution de la composition en oxygène des grains et des pièces. Elles permettent de mettre en oeuvre le procédé de l’invention par exemple comme on va l’expliquer à l’appui de la figure 8. These laws make it possible to predict the evolution of the oxygen composition of grains and parts. They make it possible to implement the method of the invention, for example, as will be explained in support of FIG. 8.
On met en oeuvre ce procédé au moyen d’une installation de fabrication additive sur lit de poudre 10 comprenant : This process is implemented by means of an additive manufacturing installation on a powder bed 10 comprising:
- des moyens 12 formant une machine de fabrication additive sur lit de poudre et - un organe de commande 14 configuré pour commander l’exécution du procédé.- means 12 forming a powder bed additive manufacturing machine and - a control member 14 configured to control the execution of the process.
La machine est classique et ne sera pas décrite en détail. The machine is conventional and will not be described in detail.
L’organe 14 comprend un ordinateur associé à un programme comprenant des instructions de code agencées pour commander l’exécution du procédé lorsqu’il est utilisé sur l’ordinateur. Ce programme se trouve enregistré sur un support d’enregistrement de données. On peut prévoir la mise à disposition du programme sur un réseau de télécommunication interne ou externe tel qu’internet en vue de son téléchargement sur la machine ou de son exécution à distance. The unit 14 comprises a computer associated with a program comprising code instructions arranged to control the execution of the method when it is used on the computer. This program is recorded on a data storage medium. Provision can be made for the program to be made available on an internal or external telecommunications network such as the Internet for downloading to the machine or for executing it remotely.
On suppose que l’installation 12 est stable s’agissant des paramètres de fabrication tels que puissance, vitesse de déplacement du faisceau d’énergie et atmosphère protectrice. Pour cette dernière, il s’agit de paramètres tels que les taux d’humidité, d’oxygène, d’azote, d’argon, de gaz protecteur ou du flux de gaz dans l’enceinte de fabrication. It is assumed that the installation 12 is stable in terms of manufacturing parameters such as power, speed of movement of the energy beam and protective atmosphere. For the latter, these are parameters such as humidity, oxygen, nitrogen, argon, protective gas or gas flow in the manufacturing chamber.
Les étapes du procédé sont ici les suivantes. The process steps are here as follows.
Phase d’initiation On dispose d’un lot neuf de poudre métallique 16 qui a un taux initial Xo en oxygène. Cette information figure par exemple parmi les données communiquées par le fournisseur de la poudre, par exemple dans le certificat d’approvisionnement. Il est souhaitable de connaître Xo avec un nombre de chiffres significatifs suffisant. Initiation phase A new batch of metal powder 16 is available which has an initial oxygen level Xo. This information appears, for example, among the data communicated by the powder supplier, for example in the supply certificate. It is desirable to know Xo with a sufficient number of significant digits.
Cette phase initiale vise à déterminer la constante R de la formule (II) pour l’installation et les paramètres de fabrication. This initial phase aims to determine the constant R of formula (II) for the installation and the manufacturing parameters.
On extrait un sous-lot 18 du lot de poudre 16. A sublot 18 is extracted from the powder batch 16.
Au moyen du sous-lot 18, on fabrique avec l’installation des pièces 22 par fabrication additive sur lit de poudre, et ce jusqu’à utiliser l’intégralité du sous-lot 18. Cela signifie qu’on fait passer une fois toute la poudre du sous-lot dans l’installation. La poudre non-fusionnée est récupérée. C’est la première campagne. By means of sub-lot 18, with the installation of parts 22, we manufacture by additive manufacturing on a powder bed, until the entire sub-lot 18 is used. This means that we pass once all the powder of the sublot in the installation. The non-fused powder is recovered. This is the first campaign.
Ensuite, on effectue le cycle suivant, appelé ici cycle d’initiation, un nombre nmaxde fois, par exemple 10 fois, ce nombre n’étant pas limitatif (on peut le remplacer par 5, 15, etc.). Ce cycle est une campagne de production. Then, the following cycle is carried out, called here the initiation cycle, a number n max of times, for example 10 times, this number not being limiting (it can be replaced by 5, 15, etc.). This cycle is a production campaign.
1 ) On recycle la poudre provenant de la campagne de fabrications précédente. Il s’agit de la poudre qui n’a pas été consommée pour constituer les pièces et que l’on peut donc récupérer après chaque fabrication. 1) The powder from the previous production campaign is recycled. This is the powder that has not been consumed to make up the parts and that can therefore be recovered after each manufacture.
2) On poursuit la fabrication des pièces 22 jusqu’à utiliser l’intégralité de la poudre recyclée. Au cours de cette étape, on fabrique en outre une ou plusieurs éprouvettes 24. 2) The manufacture of parts 22 is continued until all of the recycled powder is used. During this step, one or more test pieces 24 are also manufactured.
3) Au cours de ce cycle, on détermine la surface de contact Sn et la masse Mn. 3) During this cycle, the contact surface S n and the mass M n are determined .
4) On calcule un taux Xn du composé à partir de la surface Sn et de la masse Mn.4) A rate X n of the compound is calculated from the surface S n and the mass M n .
5) On mesure un taux Xn,mes en oxygène dans l’éprouvette 24. On effectue cette mesure par exemple deux fois. Une alternative consiste à effectuer cette mesure sur une des pièces 22 mais elle implique en général de détruire la pièce. En remplacement ou en complément, il est possible d’effectuer la mesure sur un échantillon de la poudre utilisée lors du cycle. 5) A rate X n , mes of oxygen is measured in the test piece 24. This measurement is carried out, for example, twice. An alternative consists in carrying out this measurement on one of the parts 22 but it generally involves destroying the part. As a replacement or in addition, it is possible to perform the measurement on a sample of the powder used during the cycle.
Ici se termine ce cycle. On reproduit donc ce cycle le nombre nmax de fois. Cela conduit notamment à fabriquer nmax groupes de pièces 22. Here ends this cycle. This cycle is therefore reproduced the number n max of times. This leads in particular to manufacturing n max groups of parts 22.
On dispose donc d’un ensemble de taux mesurés Xn,mes et on calcule une moyenne et un écart type de ces taux Xn,mes. Parmi la mesure des taux Xn,mes, on a donc notamment mesuré un taux Xnmax de l’oxygène dans l’éprouvette 24 fabriquée lors du dernier cycle. We therefore have a set of measured rates X n , mes and we calculate an average and a standard deviation of these rates X n , mes . Among the measurement of the levels X n , mes , we therefore measured in particular a rate X nma x of oxygen in the test piece 24 manufactured during the last cycle.
On détermine ensuite la grandeur R au moyen de la formule (II). Plus précisément, une fois que l’on a les données Xn, Sn et Mn, on peut tracer le graphique de la loi selon la formule (II). A partir de l’équation de la courbe et après avoir vérifié que la valeur calculée pour R est acceptable et que Xnmax est cohérent avec Xo, on valide le coefficient R. The quantity R is then determined by means of formula (II). More precisely, once we have the data Xn, Sn and Mn, we can plot the graph of the law according to formula (II). From the equation of the curve and after checking that the calculated value for R is acceptable and that X nma x is consistent with Xo, we validate the coefficient R.
Ainsi se termine la phase d’initiation. Thus ends the initiation phase.
Phase d’exploitation Operation phase
Pour la suite de la mise en oeuvre du procédé, R étant dorénavant connu, on est en mesure de prédire ou d’estimer chaque Xn des campagnes de fabrications suivantes grâce à la formule (I). For the rest of the implementation of the method, R being henceforth known, it is possible to predict or estimate each X n of the following production campaigns by virtue of formula (I).
On effectue donc ensuite plusieurs nouvelles campagnes de production comme suit.Several new production campaigns are therefore carried out as follows.
On effectue au moins une fois le cycle suivant, appelé cycle d’exploitation. Ce cycle est lui aussi une campagne de production. 1 ) On recycle la poudre qui n’a pas été consommée à la campagne de fabrications précédente et on poursuit la fabrication jusqu’à utiliser au moins une fois l’intégralité de la poudre recyclée. The following cycle, called the operating cycle, is carried out at least once. This cycle is also a production campaign. 1) We recycle the powder that was not consumed in the previous manufacturing campaign and continue manufacturing until all of the powder is recycled at least once.
2) On détermine la surface de contact Sn et la masse Mn de poudre cumulée. 2) The contact surface S n and the mass M n of cumulated powder are determined.
3) On calcule, au moyen de Sn, Mn et R, le taux Xn en oxygène dans une des pièces 22 fabriquées lors de ce cycle. Ce calcul a lieu grâce à la formule (I). Il s’agit d’un taux prédit ou estimé. 4) On détermine si ce taux Xn remplit une condition prédéterminée. En l’espèce, on détermine si le taux Xn calculé vérifie une condition prédéterminée relative à l’écart type des taux Xn,mes. Par exemple, on détermine si : 3) By means of S n , M n and R, the rate X n of oxygen in one of the parts 22 manufactured during this cycle is calculated. This calculation takes place using formula (I). This is a predicted or estimated rate. 4) It is determined whether this rate X n fulfills a predetermined condition. In this case, it is determined whether the calculated rate X n satisfies a predetermined condition relating to the standard deviation of the rates X n, mes . For example, we determine whether:
|Xn - Xn,moyl =< 2 X σ (III) | X n - X n, avg l = <2 X σ (III)
- Xn,moy désigne une moyenne des taux Xn des campagnes précédentes, et - X n, av denotes an average of the rate X n previous campaigns, and
- s est l’écart type. - s is the standard deviation.
En d’autres termes, on met en place une carte prédictive utilisant la loi permettant de prédire la composition chimique après chaque fabrication. Puis on vérifie la conformité du taux prédit avec une marge de +1-2 écarts type sur la moyenne proposée par la loi. In other words, we set up a predictive map using the law to predict the chemical composition after each manufacture. Then we check the conformity of the predicted rate with a margin of + 1-2 standard deviations on the average proposed by the law.
5) Ensuite, on détermine une suite à donner au procédé selon que le taux remplit ou pas la condition (III). 5) Next, a follow-up to the process is determined depending on whether or not the rate meets condition (III).
Si la condition (III) est vérifiée, on termine le cycle d’exploitation et on le reprend au début pour réaliser une nouvelle campagne avec la poudre restante (recyclage de la poudre restante, fabrication, ...). If condition (III) is verified, the operating cycle is completed and started again to carry out a new campaign with the remaining powder (recycling of the remaining powder, production, etc.).
Si la condition n’est pas vérifiée, on extrait un autre sous-lot 20 du lot de poudre 16. On réalise un mélange de cet autre sous-lot 20 avec la poudre provenant de la fabrication. Pour cela, on utilise la loi des mélanges suivante pour obtenir un mélange ayant un taux d’oxygène acceptable, à partir du taux To du nouveau sous-lot 20 et du taux Xn de la poudre restante, et de leurs masses de poudre respectives. If the condition is not verified, another sublot 20 is extracted from the powder batch 16. This other sublot 20 is mixed with the powder from the production. For this, the following mixture law is used to obtain a mixture having an acceptable oxygen level, from the rate To of the new sublot 20 and the rate X n of the remaining powder, and their respective powder masses. .
En effet, on peut déterminer le taux Xmélange d’un mélange de poudres avec des taux différents. On suppose qu’on connaît les taux Xi et X des deux fractions de poudre à mélanger. On pèse ces fractions pour connaître leurs masses respectives M et M . La masse Xmélange du mélange sera la somme de ces deux masses. On mélange les poudres selon une procédure assurant l’homogénéité du mélange final. On calcule le taux d’oxygène dans le mélange par la formule de pondération suivante : On débute ensuite un nouveau cycle d’exploitation avec le mélange de poudre ainsi obtenu. On a ainsi rafraîchi la poudre issue de la campagne précédente. In fact, it is possible to determine the rate X mixture of a mixture of powders with different rates. It is assumed that the rates Xi and X of the two powder fractions to be mixed are known. These fractions are weighed to find out their respective masses M and M. The mass X mixture of the mixture will be the sum of these two masses. The powders are mixed according to a procedure ensuring the homogeneity of the final mixture. The oxygen level in the mixture is calculated by the following weighting formula: A new operating cycle is then started with the powder mixture thus obtained. The powder from the previous campaign was thus refreshed.
On peut ainsi effectuer de nombreux cycles d’exploitation. Chaque fois que cela apparaît nécessaire, la poudre restant après utilisation à la fin du cycle est mélangée avec un nouveau sous-lot du lot 16. On peut poursuivre cela jusqu’à épuisement du lot 16. Many operating cycles can thus be carried out. Whenever it appears necessary, the powder remaining after use at the end of the cycle is mixed with a new sublot of batch 16. This can be continued until batch 16 is exhausted.
Dans un autre mode de mise en oeuvre, on mélange la poudre restant à chaque fin de cycle avec un nouveau sous-lot afin de garder un taux constant au début de chaque cycle. Donc on effectue l’étape de mélange sans déterminer au préalable si le taux Xn remplit la condition (III) ou encore on effectue l’étape de mélange même si la condition est remplie. In another embodiment, the powder remaining at each end of the cycle is mixed with a new sublot in order to keep a constant rate at the start of each cycle. So the mixing step is carried out without determining beforehand whether the rate X n fulfills the condition (III) or else the mixing step is carried out even if the condition is fulfilled.
On voit donc que la prédiction de Xn permet de faire un rafraîchissement de la poudre utilisée avec une poudre neuve afin d’ajuster sa composition chimique et de la recaler dans les bornes de composition chimique du critère lorsque l’on est trop proche de la limite du critère. Il permet aussi, en variante, de faire ce rafraîchissement en continu pour avoir une composition constante. It can therefore be seen that the prediction of X n makes it possible to refresh the powder used with a new powder in order to adjust its chemical composition and to reset it within the chemical composition limits of the criterion when one is too close to the limit of the criterion. It also makes it possible, as a variant, to carry out this continuous refresh in order to have a constant composition.
Il est avantageux de faire une contre-analyse sur un échantillon de poudre chaque fois qu’un nombre prédéterminé de recyclages a été fait, par exemple tous les 10 recyclages, mais ce nombre n’est pas limitatif. Cela permet de recaler la loi de prédiction (I) en mesurant un taux Xn effectif. C’est aussi l’occasion de vérifier que la différence entre la valeur mesurée Xn et la valeur moyenne prédite vérifie la condition (III). It is advantageous to carry out a counter-analysis on a sample of powder each time a predetermined number of recycles has been made, for example every 10 recycles, but this number is not limiting. This makes it possible to readjust the prediction law (I) by measuring an effective rate X n . This is also the opportunity to verify that the difference between the measured value X n and the predicted average value satisfies condition (III).
On peut poursuivre le procédé jusqu’à épuisement du lot de poudre 16. The process can be continued until all of the powder batch 16 is used up.
Le procédé de l’invention est peu coûteux. En effet, les données de la loi sont recueillies avec des fabrications standards et quelques analyses chimiques lors de la phase d’initiation et le coût des contre-analyses ponctuelles est faible vis-à-vis des autres méthodes. Il n’ajoute pas de temps de cycle. Il est économe en poudre et on ne devrait plus avoir de poudre restante avec ce procédé, surtout si l’on s’autorise le rafraîchissement. L’invention ne nécessite pas de faire une production de pièces dédiées à l’analyse. L’invention permet de fournir une méthode de suivi et de prédiction industrielle de la composition chimique lors d’une fabrication et d’anticiper lorsque l’on risque de sortir des critères pour le matériau pouvant impacter ses propriétés. L’invention permet le suivi de la composition chimique lors de fabrications successives de pièces, notamment de pièces aéronautiques, en fabrication additive sur lit de poudre métallique (avec laser LBM/SLM ou avec faisceau d’électron EBM). The method of the invention is inexpensive. Indeed, the data of the law are collected with standard manufacturing and some chemical analyzes during the initiation phase and the cost of one-off counter-analyzes is low compared to the other methods. It does not add cycle time. It is thrifty in powder and you shouldn't have any leftover powder with this process, especially if you allow yourself the refreshment. The invention does not require production of parts dedicated to the analysis. The invention makes it possible to provide a method for monitoring and industrial prediction of the chemical composition during manufacture and to anticipate when there is a risk of departing from the criteria for the material that could impact its properties. The invention makes it possible to monitor the chemical composition during successive manufacturing of parts, in particular aeronautical parts, in additive manufacturing on a bed of metal powder (with LBM / SLM laser or with EBM electron beam).
Dans une autre variante de réalisation, on peut prévoir que l’estimation du taux Xn durant la phase d’exploitation sert à déterminer avant toute chose si la poudre peut être recyclée telle quelle (c’est-à-dire sans mélange) ou si elle doit être mise au rebut. Il ne s’agit pas de la version de la mise en oeuvre de l’invention la plus économe en poudre. Mais on voit, avec cette variante, que l’invention permet avant toute chose de prendre une décision sur la suite à donner au procédé. In another variant embodiment, provision can be made for the estimation of the rate X n during the operating phase to be used first and foremost to determine whether the powder can be recycled as it is (that is to say without mixing) or if it needs to be scrapped. This is not the most powder-efficient version of the implementation of the invention. But it can be seen, with this variant, that the invention first and foremost makes it possible to take a decision on the follow-up to be given to the process.

Claims

Revendications Claims
1. Procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : 1. Manufacturing process comprising the following steps:
- extraire un sous-lot (18) d’un lot (16) de poudre, le lot ayant un taux Xo d’un composé prédéterminé, - extract a sublot (18) from a batch (16) of powder, the batch having a level Xo of a predetermined compound,
- au moyen du sous-lot, fabriquer des pièces (22) par fabrication additive sur lit de poudre jusqu’à utiliser l’intégralité du sous-lot (18) ; puis - using the sublot, manufacture parts (22) by additive manufacturing on a powder bed until the entire sublot (18) is used; then
- effectuer un nombre nmax de fois le cycle suivant : - perform the following cycle a maximum number of times:
- recycler la poudre provenant de la fabrication et poursuivre la fabrication jusqu’à utiliser l’intégralité de la poudre recyclée ; - recycle the powder from manufacturing and continue manufacturing until all of the recycled powder is used;
- déterminer : une surface de contact Sn entre la poudre et une matière fusionnée dans les pièces (22), cumulée depuis le début du procédé, n désignant un numéro du cycle, et une masse Mn de poudre utilisée cumulée depuis le début du procédé, la poudre recyclée à chaque cycle comptant pour de la masse supplémentaire, et - determine: a contact surface S n between the powder and a material fused in the parts (22), cumulated since the start of the process, n designating a cycle number, and a mass M n of powder used cumulated since the start of the process, the powder recycled in each cycle counting as additional mass, and
- mesurer un taux Xnmax du composé dans au moins une des pièces (22) fabriquées lors du dernier cycle ou une éprouvette (24) fabriquée lors du dernier cycle, puis- measure a rate X nm ax of the compound in at least one of the parts (22) manufactured during the last cycle or a test tube (24) manufactured during the last cycle, then
- calculer une grandeurR telle que : - calculate a quantity R such that:
- effectuer au moins une fois le cycle suivant : - perform the following cycle at least once:
- recycler la poudre et poursuivre la fabrication jusqu’à utiliser au moins une fois l’intégralité de la poudre recyclée, puis - recycle the powder and continue manufacturing until all of the powder is recycled at least once, then
- déterminer la surface de contact Sn et la masse Mn de poudre, et - determine the contact surface S n and the mass M n of powder, and
- calculer, au moyen de Sn, Mn et R, un taux Xn du composé dans une des pièces (22) fabriquées lors du cycle. - calculate, by means of S n , M n and R, a rate X n of the compound in one of the parts (22) manufactured during the cycle.
2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le lot (16) est neuf au début de la mise en oeuvre du procédé. 2. Method according to the preceding claim, in which the batch (16) is new at the start of the implementation of the method.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le composé est de l’oxygène, de l’hydrogène ou de l’azote. 3. Method according to any one of the preceding claims, in which the compound is oxygen, hydrogen or nitrogen.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant ensuite les étapes suivantes : 4. Method according to any one of the preceding claims, then comprising the following steps:
- déterminer si le taux Xn remplit une condition prédéterminée ; et - determining whether the rate X n fulfills a predetermined condition; and
- déterminer une suite à donner au procédé selon que le taux Xn remplit ou pas la condition. determining a follow-up to be given to the method depending on whether the rate X n fulfills the condition or not.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant ensuite les étapes suivantes : 5. Method according to any one of the preceding claims then comprising the following steps:
- extraire un autre sous-lot (20) du lot de poudre ; - extracting another sublot (20) from the powder batch;
- réaliser un mélange de l’autre sous-lot avec la poudre provenant de la fabrication ; et - mix the other sublot with the powder from the manufacturing process; and
- reprendre la fabrication avec le mélange. - resume production with the mixture.
6. Procédé selon la revendication 4 dans lequel on effectue les étapes de la revendication 5 lorsque la condition n’est pas remplie. 6. The method of claim 4 wherein the steps of claim 5 are carried out when the condition is not met.
7. Procédé dans lequel on effectue les étapes de la revendication 5 sans déterminer au préalable si le taux Xn remplit une condition prédéterminée. 7. A method in which the steps of claim 5 are carried out without first determining whether the rate X n fulfills a predetermined condition.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel :8. A method according to any one of the preceding claims wherein:
- lors de certains au moins des cycles, on mesure un taux Xn,mes du composé dans au moins une des pièces (22) fabriquées lors du cycle, dans une éprouvette (24) fabriquée lors du cycle ou dans la poudre utilisée lors du cycle ; - During at least some of the cycles, a rate X n , mes of the compound is measured in at least one of the parts (22) manufactured during the cycle, in a test tube (24) manufactured during the cycle or in the powder used during the cycle;
- on détermine un écart type des taux Xn,mes ; et - a standard deviation of the rates X n , mes is determined ; and
- lors de certains au moins des cycles postérieurs à l’étape de calcul de R, on détermine si le taux Xn calculé vérifie une condition prédéterminée relative à l’écart type. during at least some of the cycles subsequent to the step of calculating R, it is determined whether the calculated rate X n satisfies a predetermined condition relating to the standard deviation.
9. Procédé selon la revendication précédente dans lequel on détermine si : 9. Method according to the preceding claim, in which it is determined whether:
I Xn " Xn,moy I =< 2 X σ où : IX n "X n, avg I = <2 X σ where:
- Xn,moy désigne une moyenne des taux Xn de plusieurs des cycles ; et - X n, avg denotes an average of the rates X n of several cycles; and
- s est l’écart type des taux Xn,mes. - s is the standard deviation of the rates X n , meas .
10. Installation (10) de fabrication additive sur lit de poudre, comprenant : - des moyens (12) de fabrication additive sur lit de poudre, et 10. Powder bed additive manufacturing installation (10), comprising: - means (12) for additive manufacturing on a powder bed, and
- un organe de commande (14) configuré pour commander l’exécution du procédé selon au moins l’une quelconque des revendications précédentes. - a controller (14) configured to control the execution of the method according to at least any one of the preceding claims.
11. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code agencées pour commander l’exécution du procédé selon au moins l’une quelconque des revendications 1 à 9 lorsqu’il est utilisé sur un ordinateur. 11. A computer program comprising code instructions arranged to control execution of the method according to at least any one of claims 1 to 9 when used on a computer.
12. Support d’enregistrement de données comprenant un programme selon la revendication précédente sous forme enregistrée. 12. Data recording medium comprising a program according to the preceding claim in recorded form.
13. Procédé de mise à disposition d’un programme selon la revendication 11 sur un réseau de télécommunication en vue de son téléchargement ou de son exécution à distance. 13. A method of making a program available according to claim 11 on a telecommunications network with a view to downloading or executing it remotely.
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