EP4611954A1 - Procede de fabrication additive - Google Patents

Procede de fabrication additive

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Publication number
EP4611954A1
EP4611954A1 EP23813017.3A EP23813017A EP4611954A1 EP 4611954 A1 EP4611954 A1 EP 4611954A1 EP 23813017 A EP23813017 A EP 23813017A EP 4611954 A1 EP4611954 A1 EP 4611954A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
mixture
mass
mass flow
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP23813017.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Elise Nadège Teresa FERREIRA
Baptiste Joël Christian FEDI
Mélina APPIAH
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 SA
Safran Additive Manufacturing Campus SAS
Original Assignee
Safran SA
Safran Additive Manufacturing Campus 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 SA, Safran Additive Manufacturing Campus SAS filed Critical Safran SA
Publication of EP4611954A1 publication Critical patent/EP4611954A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/31—Calibration of process steps or apparatus settings, e.g. before or during manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/58—Means for feeding of material, e.g. heads for changing the material composition, e.g. by mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the present description relates to an additive manufacturing process and an additive manufacturing device.
  • additive manufacturing process has the meaning of both an initial manufacturing of the part 40, and a repair of a part 40 already manufactured (by whatever technique) and of which an area is reloaded by “additive manufacturing”, that is to say by adding material from metal powder which can be produced by a laser fusion process of a powder jet or “LMD” as below.
  • An additive manufacturing process such as “Laser Metal Deposition” (LMD), consists of manufacturing a three-dimensional part 40 by a device 10 shown in Figure 1.
  • the device 10 comprises a nozzle 20 from which a jet of metal powder is ejected, and a laser beam in order to fuse the powder on a substrate. A succession of metal layers can thus be formed and secured to the substrate.
  • the device 10 may in particular comprise one or more reservoirs each comprising a metal powder.
  • the device 10 comprises a first reservoir 12 comprising a metal powder of a first material A and a second reservoir 14 comprising a metal powder of a second material B different from the first material A.
  • the powder jet can therefore comprise either a single powder from one of the reservoirs, or a mixture of powders from several reservoirs.
  • each metal layer can comprise 100% of the first material A, 100% of the second material B or a mixture of the first material A and the second material B.
  • the manufacturing process can be of the “multi-material” type in that the part 40 obtained comprises a first part 42 adjacent to a second part 44, the first part 42 comprising 100% of the first material A and the second part 44 comprising 100% of the second material B.
  • the manufacturing process can be of the “gradient material” type in that the part 40 obtained comprises a first part 42 comprising 100% of the first material A and a second part 44 comprising 100% of the second material B and an intermediate part 46 between the first part 42 and the second part 44 which comprises a mixture of the first material A and the second material B.
  • the intermediate part 46 comprises a composition gradient between the first material A and the second material B (or, in other words, the intermediate part 46 can form a “progressive” transition between the first part 42 and the second part 44).
  • the manufacturing parameters such as the power of the laser or the speed of advancement of the nozzle 20, may not be adapted to the desired room 40. Manufacturing defects can then result such as an unstable deposit, increased porosity of the part 40 obtained or even poor dimensions of the part 40 obtained.
  • An additive manufacturing process is proposed by fusion of a powder jet on a substrate, the powder jet comprising at least a first material and a second material according to a set total mass composition, the process comprising a phase of manufacturing which includes the steps:
  • Such a method makes it possible to detect a mass composition of the mixture (i.e. the mass proportion of the first material and the second material in the mixture), to compare it with respect to the total recorded mass composition of the powder jet and to rectify, where appropriate, the mass flow rate of supply of first powder and second powder into the mixer so as to obtain a defined mass composition of the mixture.
  • a mass composition of the mixture i.e. the mass proportion of the first material and the second material in the mixture
  • the process makes it possible to limit, or even prevent, the manufacturing of a part in an undesired alloy grade.
  • the manufactured part has better quality and performance.
  • determining the mass proportion of the first material and the second material after mixing the first powder and the second powder makes it possible to detect a difference in mass composition which would be due to an anomaly when adding the first powder and/or the second powder in the mixer but also to an anomaly during mixing in the mixer.
  • the process ensures that the mixture arriving at the deposition nozzle has the set total mass composition, especially since the sources of variations in the mass composition between the mixer and the deposition nozzle are limited.
  • the mass composition of the mixture is checked and corrected during the manufacturing of the part.
  • the control and correction of the mass composition of the mixture are carried out in masked time, which makes it possible to avoid reducing the productivity of the process.
  • the powder jet can be melted using a laser (at high energy) or by an electron beam (also known as “Electron Beam Melting” or EBM).
  • a laser at high energy
  • an electron beam also known as “Electron Beam Melting” or EBM.
  • a delay in the construction can also be provided upon detection of a difference between the mass composition of the mixture and the total set mass composition. This delay makes it possible to stabilize the adjusted mass flow rates of the first material and the second material, and to rehomogenize the mixture in the mixer before continuing manufacturing.
  • Determining the mass proportion of the first material and the second material in the mixture may include:
  • Such a method for determining the mass proportion of the first material and the second material in the mixture has the advantage of being compatible with a wide range of materials. In addition, this allows rapid determination of the mass proportion of the first material and the second material in the mixture. Finally, the measurement of the mass flow of the part taken from the mixture through the measuring orifice and the identification of the mass proportion of the first material and the second material in the mixture in the database can be carried out in an automated manner, by an automaton for example.
  • the database may include the mass flow value through an orifice of diameter identical to that of the measuring orifice for a powder comprising the first material and the second material for each mass composition comprising x% of first material and (100-x)% of second material with x between 0 and 100 in an increment of 10%, preferably 5%, more preferably 1%.
  • the method may comprise a calibration phase to establish the database, the calibration phase comprising the steps: i° providing a calibration powder comprising at least the first material and the second material according to a known mass composition of the first material and the second material; ii° measure a mass flow rate of a flow of the calibration powder through a calibration orifice which has a diameter identical to that of the measuring orifice; iii° repeat steps i° and ii° by varying the mass composition of the calibration powder between 100% first material and 100% second material.
  • Steps i° and ii° can be repeated for each mass composition of the calibration powder comprising x% of first material and (100-x)% of second material with x between 0 and 100 in an increment of 10 %, preferably 5%, more preferably 1%.
  • the diameter of the calibration orifice and the diameter of the measuring orifice can be adapted to the density of the mixed materials.
  • the diameter of the calibration orifice and the diameter of the measuring orifice can be chosen so that the relative difference between the mass flow rate of the calibration powder whose mass composition includes 100% first powder and the mass flow rate of the calibration powder whose mass composition includes 100% second powder is greater than or equal to 10%. This allows a more precise and rapid determination of the mass proportion of first material and second material in the mixture during the manufacturing phase.
  • the first mass flow rate and/or the second mass flow rate can be modified so as to maintain a constant mass flow rate of the powder jet.
  • the mixture can be conveyed to the deposition nozzle via a flow of transport gas and in which the method comprises a step which includes the separation of the part taken from the mixture from the transport gas.
  • an additive manufacturing device comprising:
  • a first reservoir comprising a first powder of a first material
  • a second reservoir comprising a second powder of a second material
  • a mixer in communication with the first tank and the second tank, the mixer being adapted to form a mixture of the first powder and the second powder;
  • sampling conduit in communication with the main conduit, the sampling conduit being adapted to sample part of the mixture conveyed to the deposition nozzle;
  • the determination means for measuring the mass proportion of the first material and the second material in the mixture may comprise means for measuring a mass flow rate of the portion taken from the mixture through a measuring orifice which has a predetermined diameter and a database which includes mass flow values through an orifice of diameter identical to that of the measuring orifice for a powder comprising the first material and the second material whose mass composition varies between 100% first material and 100% second material.
  • the means for measuring the mass flow rate of the part taken from the mixture through the measuring orifice may comprise a member comprising the measuring orifice through which the taken part of the mixture can flow and a weighing system .
  • the device may comprise means for generating and/or managing a flow of transport gas to convey the mixture from the mixer to the deposition nozzle, the device further comprising means for separating the portion taken from the mixture of the gas transport.
  • Figure 1 schematically represents an additive manufacturing device according to the state of the art
  • Figure 2 includes Figures 2a and 2b which each schematically represent a multi-material or material gradient part manufactured by the device of Figure 1;
  • Figure 3 is a functional diagram of a manufacturing phase of an additive manufacturing process according to the present description
  • Figure 4 schematically represents a manufacturing device for implementing the method of Figure 3.
  • Figure 5 is a functional diagram of a calibration phase of the process of Figure 3;
  • Figure 6 is a graph which represents the evolution of mass flow through an orifice of predetermined diameter of a powder comprising a first material and a second material whose mass composition varies between 100% of the first material and 100% of the second material ;
  • FIG. 7 is a graph which represents the evolution of the mass flow through an orifice of a powder comprising a first material and a second material according to different known mass compositions as a function of the diameter of the orifice.
  • Figure 3 represents a functional diagram of a manufacturing phase 100 of an additive manufacturing process by fusion of a jet of powder on a substrate.
  • Figure 4 schematically represents an additive manufacturing device 10 suitable for implementing the manufacturing phase 100 of the process of Figure 3.
  • the powder jet here comprises a first material A and a second material B according to a set total mass composition.
  • the total mass composition specified corresponds to the desired alloy grade in which the part must be manufactured.
  • the powder jet can include k materials with an integer greater than or equal to 2.
  • the powder jet can include more than two materials, for example the powder jet can include three or four materials.
  • the process can be of the “multi-material” type or of the “gradient material” type as described above.
  • the manufacturing phase 100 comprises a first step 110.
  • the first step 110 of the manufacturing phase 100 comprises the supply of a first powder of the first material A into a mixer 16 at a first mass flow rate Q1.
  • the first powder has a mass composition comprising 100% of the first material A.
  • the first step 110 also comprises the supply of a second powder of the second material B into the mixer 16 at a second mass flow rate Q2.
  • the second powder has a mass composition comprising 100% of the second material B.
  • the supply of the first powder and the second powder can be carried out simultaneously in the mixer 16.
  • the first mass flow rate Q1 and the second flow rate mass Q2 are determined so as to obtain the total target mass composition.
  • the device 10 comprises a first reservoir 12 comprising the first powder of the first material A and a second reservoir 14 comprising the second powder of the second material B.
  • the device 10 can comprise k reservoirs with k an integer greater than or equal to 2 with each tank comprising a specific material.
  • the device 10 also includes the mixer 16, the latter being in (fluidic) communication with the first tank 12 and the second tank 14.
  • the device 10 includes control means for controlling the supply of first powder and second powder respectively according to the first mass flow Q1 and the second mass flow Q2.
  • the manufacturing phase 100 comprises a second step 120.
  • the second step 120 of the manufacturing phase 100 comprises mixing the first powder and the second powder in the mixer 16.
  • the mixer 16 is adapted to form a mixture, preferably homogeneous, of the first powder and the second powder.
  • the manufacturing phase 100 comprises a third step 130.
  • the third step 130 of the manufacturing phase 100 includes conveying the mixture of the first powder and the second powder to a deposition nozzle 20 of the device 10.
  • the device 10 comprises a main conduit 18 connecting the mixer 16 to the deposition nozzle 20 and through which the mixture is conveyed to the deposition nozzle 20.
  • the mixture can be conveyed to the deposition nozzle 20 via a transport gas flow.
  • the device 10 can therefore further comprise means for generating the transport gas flow in the main conduit 18.
  • the gas flow can for example be generated in the main conduit 18 directly downstream of the mixer. In other words, the gas flow can for example be generated in an end portion of the main conduit 18 which is connected to the mixer 16.
  • the deposition nozzle 20 generates the powder jet from the mixture.
  • the nozzle 20 also includes a laser to heat the substrate and generate a molten pool locally on the substrate.
  • the powder is directly projected into the melt so that it melts and binds to the substrate.
  • the nozzle can also be mobile. It is thus possible to form a succession of layers comprising the first material A and/or the second material B.
  • the manufacturing phase 100 comprises a fourth step 140.
  • the fourth step 140 of the manufacturing phase 100 includes taking part of the mixture of the first powder and the second powder which is conveyed to the deposition nozzle 20.
  • the mixture is taken from the main conduit.
  • the device 10 comprises a sampling conduit 22 in (fluidic) communication with the main conduit 18, the sampling conduit 22 being adapted to sample part of the mixture conveyed to the deposition nozzle 20.
  • the fourth step 140 can also understand the separation of the sampled part of the transport gas mixture by separation means 24.
  • the sample can be carried out as close as possible, or even in the immediate vicinity, of the nozzle of deposit 20.
  • the communication between the sampling conduit 22 and the main conduit 18 can therefore be closer to the deposition nozzle 20 than to the mixer 16.
  • the sampling conduit 22 can be connected to an end portion of the main conduit 18 which is connected to the deposition nozzle.
  • variations in the mass proportions of the different materials in the mixture can appear between the outlet of the mixer 16 and the deposition nozzle 20.
  • the main conduit 18 may have an orifice into which one end of the sampling conduit is inserted.
  • the orifice in the main conduit may have dimensions, preferably adjustable, adapted to take a predetermined quantity or a predetermined flow rate of the mixture passing through the main conduit 18.
  • the manufacturing phase 100 comprises a fifth step 150.
  • the fifth step 150 of the manufacturing phase 100 comprises the determination of a mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture.
  • the device 10 here comprises determination means 26 for determining a mass proportion of the first material A and the second material B in the part taken from the mixture.
  • determining the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture comprises measuring the mass flow rate of the portion taken from the mixture through a measuring orifice which has a predetermined diameter.
  • the determination means 26 comprise means for measuring a mass flow rate of the portion taken from the mixture through the measuring orifice which comprise a member presenting the measuring orifice through which the part taken from the mixture and a weighing system.
  • the determination of the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture comprises the identification of the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture from a base of data (or a chart) of the determination means 26.
  • the database includes the mass flow values through an orifice of diameter identical to that of the measuring orifice for a powder comprising the first material A and the second material B and whose mass composition varies between 100% of first material A and 100% of second material B.
  • Such a method for determining the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture has the advantage of being compatible with a wide range of materials. In addition, this allows rapid determination of the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture.
  • measuring the mass flow of the portion taken from the mixture through the measuring orifice and identifying the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture in the database can be carried out in an automated manner, ie by a machine for example.
  • the database may include the mass flow value through an orifice of diameter identical to that of the measuring orifice for a powder comprising the first material A and the second material B for each mass composition comprising x% of first material A and (100-x)% of second material B with x varying between 0 and 100 in an increment of 10%, preferably 5%, more preferably 1%.
  • the lower the percentage of increment of the data base the more precise the determination of the mass proportion of first material A and second material B in the mixture will be.
  • Figure 6 is a graph illustrating the database which includes the mass flow value through an orifice of diameter identical to that of the measuring orifice of a powder comprising the first material A and the second material B for each mass composition comprising x% of first material A and (100-x)% of second material B with x varying between 0 and 100 in an increment of 10%, i.e. for the following mass compositions: 100% A; 90%A-10%B; 80%A-20%B; 70%A-30%B; 40%A-60%B; 50%A-50%B; 40%A-60%B; 30%A-70%B; 20%A-80%B; 10%A-90%B; 100%B.
  • the mass flow rate evolves for example in a linear manner for a variation in the mass composition between 100A% and 100%B.
  • the mass flow rate evolves in a non-linear manner for a variation in the mass composition between 100A% and 100%B.
  • the method also comprises a calibration phase 200 during which the database is established.
  • Figure 5 represents a functional diagram of the calibration phase 200 of the process.
  • the calibration phase 200 comprises a first step 210.
  • the first step 210 of the calibration phase 200 comprises the supply of a calibration powder comprising at least the first material A and the second material B according to a known mass composition of the first material A and the second material B.
  • the calibration phase 200 comprises a second step 220.
  • the second step 220 of the calibration phase 200 comprises the measurement of a mass flow rate of a flow of the calibration powder through a calibration orifice which has a diameter identical to that of the measuring orifice.
  • the first step 210 and the second step 220 are then repeated by varying the mass composition of the calibration powder between 100% of first material A and 100% of second material B.
  • the first step 210 and the second step 220 can be repeated for each mass composition of the calibration powder comprising x% of first material A and (100-x)% of second material B with x varying between 0 and 100 in an increment of 10%, preferably 5%, preferably still 1%.
  • the first step 210 and the second step 220 are repeated 10 times.
  • the diameter of the calibration orifice and the diameter of the measuring orifice can be chosen so as to be greater than or equal to a threshold diameter Ds for which the relative difference between the flow rate mass of the calibration powder whose mass composition includes 100% of first powder and the mass flow rate of the calibration powder whose mass composition includes 100% of second powder is greater than or equal to 10%. This allows a more precise and rapid determination of the mass proportion of first material A and second material B in the mixture during the manufacturing phase 100.
  • the manufacturing phase 100 comprises a sixth step 160.
  • the sixth step 160 of the manufacturing phase 100 comprises the comparison of the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture relative to the total mass composition setting of the powder jet and the modification of at least one of the first mass flow Q1 and the second mass flow Q2 in the event of a difference between the mass proportion of the first material A and the second material B in the mixture and the composition total target mass of the powder jet.
  • the device 10 comprises comparison means 28 for comparing the mass proportion of first material A and second material B in the mixture to the set total mass composition and modification means 30 for modifying the first flow rate. mass Q1 and/or the second mass flow Q2 in the event of a difference between the mass proportion of first material A and second material B in the mixture and the total mass composition set.
  • the comparison means 28 and modification 30 can in particular be in communication with the control means.
  • the comparison means 28 and modification 30 can communicate with the determination means 26. Any means of wired or wireless (ie remote) communication can be considered.
  • the comparison means 28 and modification 30 can receive data or a signal indicating the mass proportion of first material A and second material B in the mixture determined by the determination means 26.
  • the comparison means 28 and modification 30 can send a control signal to the control means.
  • Such a method makes it possible to detect a mass composition of the mixture which does not correspond to the set total mass composition of the powder jet and to rectify the mass flow rate of supply of first powder and second powder into the mixer 16 so as to to obtain a correct mass composition of the mixture.
  • the process makes it possible to limit, or even prevent, the manufacturing of a part in an undesired alloy grade. As a result, the manufactured part has better quality and performance.
  • determining the mass proportion of the first material A and the second material B after mixing the first powder and the second powder makes it possible to detect a difference in mass composition which would be due to an anomaly during the supply. of the first powder and/or the second powder in the mixer 16 but also to an anomaly during mixing in the mixer 16.
  • the process ensures that the mixture arriving at the deposition nozzle 20 has the mass composition total setpoint, especially since the sources of variations in the mass composition between the mixer 16 and the deposition nozzle 20 are limited, or even non-existent.
  • the mass composition of the mixture is checked and corrected during the manufacturing of the part.
  • the control and correction of the mass composition of the mixture are carried out in masked time, which makes it possible to avoid reducing the productivity of the process.
  • the first mass flow rate Q1 and/or the second mass flow rate Q2 can be modified so as to maintain a constant total mass flow rate of the powder jet.
  • a temporary stopping of the laser can also be provided in response to the modification of the first mass flow Q1 and/or the second mass flow Q2 in the event of detection of a difference between the mass composition of the mixture and the total mass composition recorded. This makes it possible to rehomogenize the mixture in the mixer 16 before continuing manufacturing. The laser can then be reactivated.

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Abstract

Procédé de fabrication additive par fusion laser d'un jet de poudre sur un substrat, le jet de poudre comprenant au moins un premier matériau (A) et un deuxième matériau (B) selon une composition massique totale consigne.

Description

Description
Titre : PROCEDE DE FABRICATION ADDITIVE
Domaine technique
[0001] La présente description se rapporte à un procédé de fabrication additive et un dispositif de fabrication additive.
Technique antérieure
[0002] Dans le présent texte, « procédé de fabrication additive » a pour sens, tant une fabrication initiale de la pièce 40, qu’une réparation de pièce 40 déjà fabriquée (par quelque technique que ce soit) et dont on recharge une zone par « fabrication additive », c’est-à- dire par un apport de matière à partir de poudre métallique qui peut être réalisé par un procédé de fusion par laser d’un jet de poudre ou « LMD » comme ci-après.
[0003] Un procédé de fabrication additive tel que « Laser Metal Deposition » (LMD), consiste à fabriquer une pièce 40 tridimensionnelle par un dispositif 10 représenté à la figure 1. Le dispositif 10 comprend une buse 20 depuis lequel un jet de poudre métallique est éjecté, et un faisceau laser afin de réaliser la fusion de la poudre sur un substrat. Une succession de couches métalliques peut être ainsi formée et solidarisée au substrat.
[0004] Le dispositif 10 peut notamment comprendre un ou des réservoirs comprenant chacun une poudre métallique. Dans l’exemple représenté à la figure 1 , le dispositif 10 comprend un premier réservoir 12 comprenant une poudre métallique d’un premier matériau A et un deuxième réservoir 14 comprenant une poudre métallique d’un deuxième matériau B différent du premier matériau A.
[0005] Le jet de poudre peut donc comprendre soit une seule poudre issue de l’un des réservoirs, soit un mélange de poudres issues de plusieurs réservoirs. Ainsi, chaque couche métallique peut comprendre 100% du premier matériau A, 100% du deuxième matériau B ou un mélange du premier matériau A et du deuxième matériau B.
[0006] Comme représenté à la figure 2a, le procédé de fabrication peut être du type « multi- matériaux » en ce que la pièce 40 obtenue comprend une première partie 42 adjacente d’une deuxième partie 44, la première partie 42 comprenant 100% du premier matériau A et la deuxième partie 44 comprenant 100% du deuxième matériau B. Alternativement, comme représenté à la figure 2b, le procédé de fabrication peut être du type « matériau à gradients » en ce que la pièce 40 obtenue comprend une première partie 42 comprenant 100% du premier matériau A et une deuxième partie 44 comprenant 100% du deuxième matériau B et une partie intermédiaire 46 entre la première partie 42 et la deuxième partie 44 qui comprend un mélange du premier matériau A et du deuxième matériau B. Notamment, la partie intermédiaire 46 comprend un gradient de composition entre le premier matériau A et le deuxième matériau B (ou, autrement dit, la partie intermédiaire 46 peut former une transition « progressive » entre la première partie 42 et la deuxième partie 44).
[0007] Le procédé de fabrication actuel tel que décrit ci-avant présente toutefois l’inconvénient qu’il ne permet pas de détecter un écart entre la composition de la poudre issue du mélangeur et la composition souhaitée. Un tel écart est en effet préjudiciable en ce que la pièce 40 obtenue n’est pas réalisée dans la nuance d’alliage souhaitée. Or, les performances en termes de propriétés thermiques et mécaniques de la pièce 40 obtenue dépendent directement de la composition du matériau dans lequel est réalisée la pièce 40.
[0008] En outre, lorsque la composition de la poudre issue du mélangeur ne correspond pas à la composition souhaitée, les paramètres de fabrication, tels que la puissance du laser ou la vitesse d’avancement de la buse 20, peuvent ne pas être adaptés à la pièce 40 souhaitée. Des défauts de fabrication peuvent alors en résulter tels qu’un dépôt instable, une porosité accrue de la pièce 40 obtenue ou encore des mauvaises dimensions de la pièce 40 obtenue.
[0009] Enfin, une mauvaise composition du matériau dans lequel est réalisée la pièce 40 fabriquée est difficilement identifiable une fois que la pièce 40 est fabriquée.
Résumé
[0010] Il est proposé un procédé de fabrication additive par fusion d’un jet de poudre sur un substrat, le jet de poudre comprenant au moins un premier matériau et un deuxième matériau selon une composition massique totale consigne, le procédé comprenant une phase de fabrication qui comprend les étapes :
- délivrer au moins une première poudre du premier matériau dans un mélangeur selon un premier débit massique ;
- délivrer au moins une deuxième poudre du deuxième matériau dans le mélangeur selon un deuxième débit massique ;
- mélanger la première poudre et la deuxième poudre dans le mélangeur ;
- acheminer le mélange de la première poudre et de la deuxième poudre vers une buse de dépôt ;
- prélever une partie du mélange de la première poudre et de la deuxième poudre qui est acheminée vers la buse de dépôt ;
- déterminer une proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange ;
- comparer la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange par rapport à la composition massique totale consigne du jet de poudre ;
- modifier au moins l’un du premier débit massique et du deuxième débit massique en cas d’écart entre la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange et la composition massique totale consigne du jet de poudre.
[0011] Un tel procédé permet de détecter une composition massique du mélange (i.e. la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange), de la comparer par rapport à la composition massique totale consigne du jet de poudre et de rectifier, au cas échéant, le débit massique d’apport en première poudre et en deuxième poudre dans le mélangeur de manière à obtenir une composition massique définie du mélange. Ainsi, le procédé permet de limiter, voire d’empêcher, la fabrication d’une pièce dans une nuance d’alliage non souhaitée. En conséquence, la pièce fabriquée présente une meilleure qualité et de meilleures performances.
[0012] Par ailleurs, la détermination de la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau après avoir mélangé la première poudre et la deuxième poudre permet de détecter un écart de composition massique qui serait dû à une anomalie lors de l’apport de la première poudre et/ou de la deuxième poudre dans le mélangeur mais aussi à une anomalie lors du mélange dans le mélangeur. Ainsi, le procédé permet d’assurer que le mélange arrivant à la buse de dépôt présente la composition massique totale consigne, d’autant plus que les sources de variations de la composition massique entre le mélangeur et la buse de dépôt sont limitées.
[0013] Enfin, le contrôle et la correction de la composition massique du mélange sont réalisés pendant la fabrication de la pièce. Ainsi, le contrôle et la correction de la composition massique du mélange sont réalisés en temps masqué, ce qui permet d’éviter de réduire la productivité du procédé.
[0014] La fusion du jet de poudre peut être réalisée au moyen d’un laser (à haute énergie) ou par un faisceau d’électrons (connu aussi sous le nom de « Electron Beam Melting » ou EBM).
[0015] Il peut aussi être prévu une temporisation de la construction lors de la détection d’un écart entre la composition massique du mélange et la composition massique totale consigne. Cette temporisation permet de stabiliser les débits massiques ajustés du premier matériau et du second matériau, et de réhomogénéiser le mélange dans le mélangeur avant de poursuivre la fabrication.
[0016] La détermination de la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange peut comprendre :
- mesurer le débit massique de la partie prélevée du mélange à travers un orifice de mesure qui présente diamètre prédéterminé ;
- identifier la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange à partir d’une comparaison avec une base de données qui comprend les valeurs de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau et le deuxième matériau dont la composition massique varie entre 100% de premier matériau et 100% de deuxième matériau.
[0017] Une telle méthode pour déterminer la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange présente l’avantage d’être compatible à une large gamme de matériaux. De plus, cela permet une détermination rapide de la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange. Enfin, la mesure du débit massique de la partie prélevée du mélange à travers l’orifice de mesure et l’identification de la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange dans la base de données peuvent être réalisées de manière automatisée, par un automate par exemple.
[0018] La base de données peut comprendre la valeur de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau et le deuxième matériau pour chaque composition massique comprenant x% de premier matériau et (100-x)% de deuxième matériau avec x compris entre 0 et 100 selon une incrémentation de 10%, de préférence de 5%, de préférence encore de 1%.
[0019] Le procédé peut comprendre une phase de calibration pour établir la base de données, la phase de calibration comprenant les étapes : i° fournir une poudre de calibration comprenant au moins le premier matériau et le deuxième matériau selon une composition massique connue du premier matériau et du deuxième matériau ; ii° mesurer un débit massique d’un écoulement de la poudre de calibration à travers un orifice de calibration qui présente un diamètre identique à celui de l’orifice de mesure ; iii° répéter les étapes i° et ii° en faisant varier la composition massique de la poudre de calibration entre 100% de premier matériau et 100% de deuxième matériau.
[0020] Les étapes i° et ii° peuvent être répétées pour chaque composition massique de la poudre de calibration comprenant x% de premier matériau et (100-x)% de deuxième matériau avec x compris entre 0 et 100 selon une incrémentation de 10%, de préférence de 5%, de préférence encore de 1%.
[0021] Le diamètre de l’orifice de calibration et le diamètre de l’orifice de mesure peuvent être adaptés à la densité des matériaux mélangés. Le diamètre de l’orifice de calibration et le diamètre de l’orifice de mesure peuvent être choisis de sorte que la différence relative entre le débit massique de la poudre de calibration dont la composition massique comprend 100% de première poudre et le débit massique de la poudre de calibration dont la composition massique comprend 100% de deuxième poudre soit supérieure ou égale à 10%. Cela permet une détermination plus précise et plus rapide de la proportion massique de premier matériau et de deuxième matériau dans le mélange lors de la phase de fabrication.
[0022] Le premier débit massique et/ou le deuxième débit massique peuvent être modifiés de manière à conserver un débit massique constant du jet de poudre.
[0023] Le mélange peut être acheminé vers la buse de dépôt par l’intermédiaire d’un flux de gaz de transport et dans lequel le procédé comprend une étape qui comprend la séparation de la partie prélevée du mélange du gaz de transport.
[0024] Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de fabrication additive comprenant :
- un premier réservoir comprenant une première poudre d’un premier matériau ;
- un deuxième réservoir comprenant une deuxième poudre d’un deuxième matériau ;
- un mélangeur en communication avec le premier réservoir et le deuxième réservoir, le mélangeur étant adapté pour former un mélange de la première poudre et de la deuxième poudre ;
- des moyens pour contrôler un apport de première poudre et de deuxième poudre respectivement selon un premier débit massique et un deuxième débit massique dans le mélangeur ;
- un conduit principal reliant le mélangeur à une buse de dépôt et à travers lequel le mélange est acheminé vers la buse de dépôt ;
- un conduit de prélèvement en communication avec le conduit principal, le conduit de prélèvement étant adapté pour prélever une partie du mélange acheminé vers la buse de dépôt ;
- des moyens de détermination pour mesurer la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans la partie prélevée du mélange ;
- des moyens de comparaison pour comparer la proportion massique de premier matériau et de deuxième matériau dans le mélange à une composition massique totale consigne et de modification pour modifier le premier débit massique et/ou le deuxième débit massique en cas d’écart entre la proportion massique de premier matériau et de deuxième matériau dans le mélange et la composition massique totale consigne. [0025] Les moyens de détermination pour mesurer la proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans le mélange peuvent comprendre des moyens de mesure d’un débit massique de la partie prélevée du mélange à travers un orifice de mesure qui présente un diamètre prédéterminé et une base de données qui comprend les valeurs de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau et le deuxième matériau dont la composition massique varie entre 100% de premier matériau et 100% de deuxième matériau.
[0026] Les moyens de mesure du débit massique de la partie prélevée du mélange à travers l’orifice de mesure peuvent comprendre un organe comprenant l’orifice de mesure à travers lequel peut s’écouler la partie prélevée du mélange et un système de pesée.
[0027] Le dispositif peut comprendre des moyens pour générer et/ou gérer un flux de gaz de transport pour acheminer le mélange depuis le mélangeur à la buse de dépôt, le dispositif comprenant en outre des moyens pour séparer la partie prélevée du mélange du gaz de transport.
Brève description des dessins
[0028] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[0029] Figure 1 représente schématiquement un dispositif de fabrication additive selon l’état de la technique ;
[0030] Figure 2 comprend les figures 2a et 2b qui représentent chacune schématiquement une pièce multi-matériaux ou à gradient de matériaux fabriquée par le dispositif de la figure 1 ;
[0031] Figure 3 est un schéma fonctionnel d’une phase de fabrication d’un procédé de fabrication additive selon la présente description ;
[0032] Figure 4 représente schématiquement un dispositif de fabrication pour la mise en oeuvre du procédé de la figure 3.
[0033] Figure 5 est un schéma fonctionnel d’une phase de calibration du procédé de la figure 3 ;
[0034] Figure 6 est graphique qui représente l’évolution débit massique à travers un orifice de diamètre prédéterminé d’une poudre comprenant un premier matériau et un deuxième matériau dont la composition massique varie entre 100% du premier matériau et 100% du deuxième matériau ; [0035] [Fig. 7] est graphique qui représente l’évolution du débit massique à travers un orifice d’une poudre comprenant un premier matériau et un deuxième matériau selon différentes compositions massiques connues en fonction du diamètre de l’orifice.
Description des modes de réalisation
[0036] Il est maintenant fait référence aux figures 3 et 4. La figure 3 représente un schéma fonctionnel d’une phase de fabrication 100 d’un procédé de fabrication additive par fusion d’un jet de poudre sur un substrat. La figure 4 représente schématiquement un dispositif 10 de fabrication additive adapté pour la mise en oeuvre de la phase de fabrication 100 du procédé de la figure 3.
[0037] Le jet de poudre comprend ici un premier matériau A et un deuxième matériau B selon une composition massique totale consigne. La composition massique totale consigne correspond à la nuance de l’alliage souhaitée dans laquelle la pièce doit être fabriquée. De manière générale, le jet de poudre peut comprendre k matériaux avec un entier supérieur ou égal à 2. Ainsi selon des alternatives non décrites, le jet de poudre peut comprendre plus que deux matériaux, par exemple le jet de poudre peut comprendre trois ou quatre matériaux. Aussi, le procédé peut être du type « multi-matériaux » ou du type « matériau à gradients » tels que décrits ci-avant.
[0038] La phase de fabrication 100 comprend une première étape 110. La première étape 110 de la phase de fabrication 100 comprend l’apport d’une première poudre du premier matériau A dans un mélangeur 16 selon un premier débit massique Q1. Autrement dit, la première poudre présente une composition massique comprenant 100% du premier matériau A. La première étape 110 comprend par ailleurs l’apport d’une deuxième poudre du deuxième matériau B dans le mélangeur 16 selon un deuxième débit massique Q2. Autrement dit, la deuxième poudre présente une composition massique comprenant 100% du deuxième matériau B. L’apport de la première poudre et de la deuxième poudre peut être réalisé de manière simultanée dans le mélangeur 16. Le premier débit massique Q1 et le deuxième débit massique Q2 sont déterminés de manière à obtenir la composition massique totale consigne.
[0039] À cet effet, le dispositif 10 comprend un premier réservoir 12 comprenant la première poudre du premier matériau A et un deuxième réservoir 14 comprenant la deuxième poudre du deuxième matériau B. De manière générale, le dispositif 10 peut comprendre k réservoirs avec k un entier supérieur ou égal à 2 avec chaque réservoir comprenant un matériau spécifique. Le dispositif 10 comprend aussi le mélangeur 16, celui-ci étant en communication (fluidique) avec le premier réservoir 12 et le deuxième réservoir 14. En outre, le dispositif 10 comprend des moyens de contrôle pour contrôler l’apport de première poudre et de deuxième poudre respectivement selon le premier débit massique Q1 et le deuxième débit massique Q2.
[0040] La phase de fabrication 100 comprend une deuxième étape 120. La deuxième étape 120 de la phase de fabrication 100 comprend le mélange de la première poudre et de la deuxième poudre dans le mélangeur 16. À cet effet, le mélangeur 16 est adapté pour former un mélange, de préférence homogène, de la première poudre et de la deuxième poudre.
[0041] La phase de fabrication 100 comprend une troisième étape 130. La troisième étape 130 de la phase de fabrication 100 comprenant l’acheminement du mélange de la première poudre et de la deuxième poudre vers une buse de dépôt 20 du dispositif 10. À cet effet, le dispositif 10 comprend un conduit principal 18 reliant le mélangeur 16 à la buse de dépôt 20 et à travers lequel le mélange est acheminé vers la buse de dépôt 20. En particulier, le mélange peut être acheminé vers la buse de dépôt 20 par l’intermédiaire d’un flux de gaz de transport. Le dispositif 10 peut donc comprendre en outre des moyens pour générer le flux de gaz de transport dans le conduit principal 18. Le flux de gaz peut par exemple être généré dans le conduit principal 18 directement en aval du mélangeur. Autrement dit, le flux de gaz peut par exemple être généré dans une portion d’extrémité du conduit principal 18 qui est connecté au mélangeur 16. La buse de dépôt 20 génère le jet de poudre à partir du mélange. La buse 20 comprend par ailleurs un laser pour chauffer le substrat et générer un bain de fusion localement sur le substrat. La poudre est directement projetée dans le bain de fusion de sorte que celle-ci fonde et se lie au substrat. La buse peut par ailleurs être mobile. Il est ainsi possible de former une succession de couches comprenant le premier matériau A et/ou le deuxième matériau B.
[0042] La phase de fabrication 100 comprend une quatrième étape 140. La quatrième étape 140 de la phase de fabrication 100 comprend le prélèvement d’une partie du mélange de la première poudre et de la deuxième poudre qui est acheminé vers la buse de dépôt 20. En d’autres termes, le prélèvement du mélange est réalisé au niveau du conduit principal. Pour ce faire, le dispositif 10 comprend un conduit de prélèvement 22 en communication (fluidique) avec le conduit principal 18, le conduit de prélèvement 22 étant adapté pour prélever une partie du mélange acheminé vers la buse de dépôt 20. La quatrième étape 140 peut comprendre par ailleurs la séparation de la partie prélevée du mélange du gaz de transport par des moyens de séparation 24. De préférence, comme visible à la figure 4, le prélèvement peut être réalisé au plus près, voire à proximité immédiate, de la buse de dépôt 20. La communication entre le conduit de prélèvement 22 et le conduit principal 18 peut donc être plus proche de la buse de dépôt 20 que du mélangeur 16. Par exemple, le conduit de prélèvement 22 peut être relié à une portion d’extrémité du conduit principal 18 qui est connectée à la buse de dépôt. En effet, des variations dans les proportions massiques des différents matériaux du mélange peuvent apparaitre entre la sortie du mélangeur 16 et la buse de dépôt 20. Ainsi, en prélevant le mélange au plus près de la buse de dépôt 20, on s’assure que les étapes décrites ci-après sont réalisées sur la base du mélange tel qu’il est éjecté de la tête de dépôt. Le conduit principal 18 peut présenter un orifice dans lequel est insérée une extrémité du conduit de prélèvement. L’orifice dans le conduit principal peut présenter des dimensions, de préférence ajustables, adaptées pour prélever une quantité prédéterminée ou un débit prédéterminé du mélange transitant dans le conduit principal 18.
[0043] La phase de fabrication 100 comprend une cinquième étape 150. La cinquième étape 150 de la phase de fabrication 100 comprend la détermination d’une proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange. Le dispositif 10 comprend ici des moyens de détermination 26 pour déterminer une proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans la partie prélevée du mélange.
[0044] Tout d’abord, la détermination de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange comprend une mesure du débit massique de la partie prélevée du mélange à travers un orifice de mesure qui présente un diamètre prédéterminé. À cet effet, les moyens de détermination 26 comprennent des moyens de mesure d’un débit massique de la partie prélevée du mélange à travers l’orifice de mesure qui comportent un organe présentant l’orifice de mesure à travers lequel peut s’écouler la partie prélevée du mélange et un système de pesée. Ainsi, la mesure de la masse de la partie prélevée du mélange qui s’est écoulée (sous l’effet de la gravité) à travers l’orifice de mesure pendant une durée de temps connue permet de déterminer le débit massique de la partie prélevée du mélange à travers l’orifice de mesure.
[0045] Ensuite, la détermination de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange comprend l’identification de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange à partir d’une base de données (ou un abaque) des moyens de détermination 26. La base de données comprend les valeurs de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau A et le deuxième matériau B et dont la composition massique varie entre 100% de premier matériau A et 100% de deuxième matériau B. Une telle méthode pour déterminer la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange présente l’avantage d’être compatible à une large gamme de matériaux. De plus, cela permet une détermination rapide de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange. Enfin, la mesure du débit massique de la partie prélevée du mélange à travers l’orifice de mesure et l’identification de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange dans la base de données peuvent être réalisées de manière automatisée, i.e. par un automate par exemple.
[0046] La base de données peut comprendre la valeur de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau A et le deuxième matériau B pour chaque composition massique comprenant x% de premier matériau A et (100-x)% de deuxième matériau B avec x variant entre 0 et 100 selon une incrémentation de 10%, de préférence de 5%, de préférence encore de 1%. En particulier, plus le pourcentage d’incrémentation de la base données sera faible, plus la détermination de la proportion massique de premier matériau A et de deuxième matériau B dans le mélange sera précise.
[0047] La figure 6 est un graphique illustrant la base de données qui comprend la valeur de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure d’une poudre comprenant le premier matériau A et le deuxième matériau B pour chaque composition massique comprenant x% de premier matériau A et (100-x)% de deuxième matériau B avec x variant entre 0 et 100 selon une incrémentation de 10%, i.e. pour les compositions massiques suivantes : 100%A ; 90%A-10%B ; 80%A-20%B ; 70%A-30%B ; 40%A-60%B ; 50%A-50%B ; 40%A-60%B ; 30%A-70%B ; 20%A-80%B ; 10%A-90%B ; 100%B. Dans l’exemple du graphique de la figure 6, le débit massique évolue à titre d’exemple de manière linéaire pour une variation de la composition massique entre 100A% et 100%B. Toutefois, il n’est pas exclu que le débit massique évolue de manière non-linéaire pour une variation de la composition massique entre 100A% et 100%B.
[0048] Le procédé comprend par ailleurs une phase de calibration 200 au cours de laquelle est établie la base de données. La figure 5 représente un schéma fonctionnel de la phase de calibration 200 du procédé.
[0049] La phase de calibration 200 comprend une première étape 210. La première étape 210 de la phase de calibration 200 comprend la fourniture d’une poudre de calibration comprenant au moins le premier matériau A et le deuxième matériau B selon une composition massique connue du premier matériau A et du deuxième matériau B.
[0050] La phase de calibration 200 comprend une deuxième étape 220. La deuxième étape 220 de la phase de calibration 200 comprend la mesure d’un débit massique d’un écoulement de la poudre de calibration à travers un orifice de calibration qui présente un diamètre identique à celui de l’orifice de mesure.
[0051] La première étape 210 et la deuxième étape 220 sont ensuite répétées en faisant varier la composition massique de la poudre de calibration entre 100% de premier matériau A et 100% de deuxième matériau B. La première étape 210 et la deuxième étape 220 peuvent être répétées pour chaque composition massique de la poudre de calibration comprenant x% de premier matériau A et (100-x)% de deuxième matériau B avec x variant entre 0 et 100 selon une incrémentation de 10%, de préférence de 5%, de préférence encore de 1 %. Dans l’exemple de la base de données représentée par le graphique de la figure 6, la première étape 210 et la deuxième étape 220 sont répétées 10 fois.
[0052] En référence à la figure 7, le diamètre de l’orifice de calibration et le diamètre de l’orifice de mesure peuvent être choisis de manière à être supérieur ou égal à un diamètre seuil Ds pour lequel la différence relative entre le débit massique de la poudre de calibration dont la composition massique comprend 100% de première poudre et le débit massique de la poudre de calibration dont la composition massique comprend 100% de deuxième poudre soit supérieure ou égale à 10%. Cela permet une détermination plus précise et plus rapide de la proportion massique de premier matériau A et de deuxième matériau B dans le mélange lors de la phase de fabrication 100.
[0053] La phase de fabrication 100 comprend une sixième étape 160. La sixième étape 160 de la phase de fabrication 100 comprend la comparaison de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange par rapport à la composition massique totale consigne du jet de poudre et la modification d’au moins l’un du premier débit massique Q1 et du deuxième débit massique Q2 en cas d’écart entre la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B dans le mélange et la composition massique totale consigne du jet de poudre.
[0054] Pour ce faire, le dispositif 10 comprend des moyens de comparaison 28 pour comparer la proportion massique de premier matériau A et de deuxième matériau B dans le mélange à la composition massique totale consigne et des moyens de modification 30 pour modifier le premier débit massique Q1 et/ou le deuxième débit massique Q2 en cas d’écart entre la proportion massique de premier matériau A et de deuxième matériau B dans le mélange et la composition massique totale consigne. Les moyens de comparaison 28 et de modification 30 peuvent notamment être en communication avec les moyens de contrôle. Les moyens de comparaison 28 et de modification 30 peuvent communiquer avec les moyens de détermination 26. Tout moyen de communication filaire ou sans fil (i.e. à distance) peut être envisagé. Les moyens de comparaison 28 et de modification 30 peuvent recevoir des données ou un signal indiquant la proportion massique de premier matériau A et de deuxième matériau B dans le mélange déterminé par les moyens de détermination 26. Les moyens de comparaison 28 et de modification 30 peuvent envoyer un signal de commande aux moyens de contrôle. [0055] Un tel procédé permet de détecter une composition massique du mélange qui ne correspond pas à la composition massique totale consigne du jet de poudre et de rectifier le débit massique d’apport en première poudre et en deuxième poudre dans le mélangeur 16 de manière à obtenir une composition massique correcte du mélange. Ainsi, le procédé permet de limiter, voire d’empêcher, la fabrication d’une pièce dans une nuance d’alliage non souhaitée. En conséquence, la pièce fabriquée présente une meilleure qualité et de meilleures performances.
[0056] Par ailleurs, la détermination de la proportion massique du premier matériau A et du deuxième matériau B après avoir mélangé la première poudre et la deuxième poudre permet de détecter un écart de composition massique qui serait dû à une anomalie lors de l’apport de la première poudre et/ou de la deuxième poudre dans le mélangeur 16 mais aussi à une anomalie lors du mélange dans le mélangeur 16. Ainsi, le procédé permet d’assurer que le mélange arrivant à la buse de dépôt 20 présente la composition massique totale consigne, d’autant plus que les sources de variations de la composition massique entre le mélangeur 16 et la buse de dépôt 20 sont limitées, voire inexistantes.
[0057] Enfin, le contrôle et la correction de la composition massique du mélange sont réalisés pendant la fabrication de la pièce. Ainsi, le contrôle et la correction de la composition massique du mélange sont réalisés en temps masqué, ce qui permet d’éviter de réduire la productivité du procédé.
[0058] De manière préférée, en cas de modification du premier débit massique Q1 et/ou du deuxième débit massique Q2, le premier débit massique Q1 et/ou le deuxième débit massique Q2 peuvent être modifiés de manière à conserver un débit massique total constant du jet de poudre.
[0059] Selon un mode de réalisation particulier, il peut aussi être prévu un arrêt temporaire du laser en réponse à la modification du premier débit massique Q1 et/ou du deuxième débit massique Q2 en cas de détection d’un écart entre la composition massique du mélange et la composition massique totale consigne. Cela permet de réhomogénéiser le mélange dans le mélangeur 16 avant de poursuivre la fabrication. Le laser peut être ensuite réactivé.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication additive par fusion d’un jet de poudre sur un substrat, le jet de poudre comprenant au moins un premier matériau (A) et un deuxième matériau (B) selon une composition massique totale consigne, le procédé comprenant une phase de fabrication (100) qui comprend les étapes :
- délivrer au moins une première poudre du premier matériau (A) dans un mélangeur (16) selon un premier débit massique (Q1 ) ;
- délivrer au moins une deuxième poudre du deuxième matériau (B) dans le mélangeur (16) selon un deuxième débit massique (Q2) ;
- mélanger la première poudre et la deuxième poudre dans le mélangeur (16) ;
- acheminer le mélange de la première poudre et de la deuxième poudre vers une buse de dépôt (20) ;
- prélever une partie du mélange de la première poudre et de la deuxième poudre qui est acheminé vers la buse de dépôt (20) ;
- déterminer une proportion massique du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) dans le mélange ;
- comparer la proportion massique du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) dans le mélange par rapport à la composition massique totale consigne du jet de poudre ;
- modifier au moins l’un du premier débit massique (Q1 ) et du deuxième débit massique (Q2) en cas d’écart entre la proportion massique du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) dans le mélange et la composition massique totale consigne du jet de poudre.
[Revendication 2] Procédé de fabrication additive selon la revendication précédente, dans lequel la détermination de la proportion massique du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) dans le mélange comprend :
- mesurer le débit massique de la partie prélevée du mélange à travers un orifice de mesure qui présente un diamètre prédéterminé ;
- identifier la proportion massique du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) dans le mélange à partir d’une comparaison avec une base de données qui comprend les valeurs de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau (A) et le deuxième matériau (B) dont la composition massique varie entre 100% de premier matériau (A) et 100% de deuxième matériau (B).
[Revendication 3] Procédé de fabrication additive selon la revendication précédente, le procédé comprenant une phase de calibration (200) pour établir la base de données, la phase de calibration (200) comprenant les étapes : i° fournir une poudre de calibration comprenant au moins le premier matériau (A) et le deuxième matériau (B) selon une composition massique connue du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) ; ii° mesurer un débit massique d’un écoulement de la poudre de calibration à travers un orifice de calibration qui présente un diamètre identique à celui de l’orifice de mesure ; iii° répéter les étapes i° et ii° en faisant varier la composition massique de la poudre de calibration entre 100% de premier matériau (A) et 100% de deuxième matériau (B).
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier débit massique (A) et/ou le deuxième débit massique (B) sont modifiés de manière à conserver un débit massique total constant du jet de poudre.
[Revendication 5] Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange est acheminé vers la buse de dépôt (20) par l’intermédiaire d’un flux de gaz de transport et dans lequel le procédé comprend une étape qui comprend la séparation de la partie prélevée du mélange du gaz de transport.
[Revendication 6] Dispositif (10) de fabrication additive comprenant :
- un premier réservoir (12) comprenant une première poudre d’un premier matériau (A) ;
- un deuxième réservoir (14) comprenant une deuxième poudre d’un deuxième matériau (B ) ;
- un mélangeur (16) en communication avec le premier réservoir (12) et le deuxième réservoir (14), le mélangeur étant adapté pour former un mélange de la première poudre et de la deuxième poudre ;
- des moyens de contrôle pour contrôler un apport de première poudre et de deuxième poudre respectivement selon un premier débit massique (Q1 ) et un deuxième débit massique (Q2) dans le mélangeur (16) ;
- un conduit principal (18) reliant le mélangeur (16) à une buse de dépôt (20) et à travers lequel le mélange est acheminé vers la buse de dépôt (20) ;
- un conduit de prélèvement (22) en communication avec le conduit principal (18), le conduit de prélèvement (22) étant adapté pour prélever une partie du mélange acheminé vers la buse de dépôt (20) ;
- des moyens de détermination (26) pour déterminer une proportion massique du premier matériau et du deuxième matériau dans la partie prélevée du mélange ;
- des moyens de comparaison (28) pour comparer la proportion massique de premier matériau et de deuxième matériau dans le mélange à une composition massique totale consigne et de modification (30) pour modifier le premier débit massique et/ou le deuxième débit massique en cas d’écart entre la proportion massique de premier matériau et de deuxième matériau dans le mélange et la composition massique totale consigne. [Revendication 7] Dispositif (10) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de détermination (26) pour déterminer une proportion massique du premier matériau (A) et du deuxième matériau (B) dans le mélange comprennent des moyens de mesure d’un débit massique de la partie prélevée du mélange à travers un orifice de mesure qui présente un diamètre prédéterminé et une base de données qui comprend les valeurs de débit massique à travers un orifice de diamètre identique à celui de l’orifice de mesure pour une poudre comprenant le premier matériau (A) et le deuxième matériau (B) dont la composition massique varie entre 100% de premier matériau (A) et 100% de deuxième matériau (B). [Revendication 8] Dispositif (10) selon la revendication 6 ou 7, le dispositif comprenant des moyens pour générer un flux de gaz de transport pour acheminer le mélange depuis le mélangeur à la buse de dépôt (20), le dispositif comprenant en outre des moyens de séparation (24) pour séparer la partie prélevée du mélange du gaz de transport.
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