FR2692067A1 - Procédé de réalisation de pièces par transformation de matière grâce à l'action de la lumière et dispositif de mise en Óoeuvre de ce procédé. - Google Patents

Abstract

Procédé d'obtention de pièces en trois dimensions grâce à une transformation locale de la matière induite par la lumière, selon lequel le point d'impact du faisceau lumineux peut avoir une forme variable grâce à un dispositif mécanique, sans mise en mouvement des éléments constituant le système optique de mise en forme dudit faisceau.

Description

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif pour la production d'objets ou modèles de pièces industrielles, par action de la lumière et notamment par photo-transformation drune matière plastique ou composite.

Il est souhaitable de pouvoir disposer d'une pièce industrielle, telle notamment qu'une pièce mécanique, avants d'en lancer la fabrication en série. Actuellement, pour réaliser des modèles de telles pièces, il est nécessaire de faire tout d'abord effectuer des plans cotés au bureau d'étude à partir de données chiffrées qui définissent la forme de la pièce. Depuis quelques années, la méthode de "Conception
Assistée par Ordinateur" (CAO) est utilisée pour définir la forme de cette pièce.

Il est connu de pourvoir à un procédé et à un dispositif de production de modèles de pièces industrielles en utilisant les données chiffrées disponibles dans les mémoires de sortie de l'ordinateur, directement pour réaliser les modèles de pièces sans être obligé de passer par l'intermédiaire de plans ou, de devoir faire intervenir des machines d'usinage à commandes numériques telles que fraiseuses, tours, etc ...

Des procédés et dispositifs proposés pour la réalisation de modèles à l'aide de la CAO reposent sur une transformation de la matière induite par LASER. Le déplacement asservi d'un ou plusieurs faisceaux laser, éventuellement concentrés en un même point, permet la transformation locale de la matière et, de proche en proche, la réalisation de la pièce.

Le matériau utilisé peut être un monomère liquide photopolymérisable [Demande de brevet Français n084 11241], un film solide photoréticulable [Demande de brevet Français n088 15887] contenant avantageusement des charges [Demande de brevet Français n090 03521], ou encore une poudre pouvant être localement frittée ou fondue sous l'action d'un rayonnement lumineux [Second International Conference on Rap id
Prototyping, Dayton OH, June 23-26 1991, pp 39-53]. Dans la suite de cette description, l'effet de la lumière sur le matériau utilisé, permettant la création de pièces à partir de liquides, solides ou poudres sera simplement désigné par le terme "phototransformation" ou le verbe "phototransformer".

Quel que soit le matériau concerné, les procédés dits de
Prototypage Rapide [IlRapid Prototyping and Desktop
Manufacturing Tutorial",1WESTEC '92 Conference, L.A March 23] utilisant des balayages de faisceau lumineux ont en commun un principe général de réalisation de pièces par couches successives, d'où leur appellation de procédés 2D1/2. Les étapes nécessaires à la création d'une pièce peuvent être résumées comme suit
a) Les données du système de CAO sont traitées par un
logiciel de manière à subdiviser le modèle virtuel de
la pièce en une multitude de tranches parallèles
(avantageusement horizontales) de faible épaisseur.

Ces tranches constituent une nouvelle base de données.

b) Une première couche de matériau de départ est réalisée
par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique
c) Le (ou les) faisceaux lumineux permettant de
phototransformer le matériau de départ trace(nt) à la
surface de cette couche la première coupe de l'objet à
produire, avantageusement grâce à un jeu de miroirs à
déflexion électronique, piloté par la base de données
issues de l'étape a)
d) Une couche suivante est établie au-dessus de la
précédente, d'épaisseur correspondant à la coupe à
réaliser, définie par la base de données informatique
(issue de l'étape a)).

e) Le (ou les) faisceaux lumineux permettant de
phototransformer le matériau de départ trace(nt) à la
surface de cette couche la coupe suivante de l'objet à
produire, avantageusement grâce à un jeu de miroirs à
déflexion électronique, piloté par la base de données
issues de l'étape a) . La couche est ainsi
partiellement phototransformée de manière à adhérer à
la couche précédente pour obtenir la cohésion
nécessaire à la partie de la pièce déjà créée (c'est à
dire les couches précédentes).

f) Répétition des étapes d) et e) jusqu'à réalisation de
l'ensemble de la pièce à créer
g) Post-traitements (nettoyages, recuits, etc...)
L'utilisation d'un balayage par faisceau lumineux pour transformer localement la matière impose une fabrication par couches successives. En, effet, le rayonnement lumineux est absorbé par le matériau, sa transformation n'est ainsi possible que sur une profondeur limitée à partir de sa surface libre.

La profondeur phototransformée, à matériau donné, dépend de plusieurs paramètres, dont en particulier
- la densité de flux du faisceau incident
- la vitesse de balayage
Hormis le temps de mise en place des couches, la durée de fabrication d'une pièce par les procédés décrits ci-dessus est d'autant plus courte que
- le balayage est rapide
- la profondeur solidifiée est grande
La surface du point d' impact (que nous dénommerons par la suite "spot") du faisceau sur la matière à phototransformer est grande.

A matériau donné, une augmentation substantielle de la vitesse de balayage, de la profondeur phototransformée ou de la taille du spot nécessite, pour des raisons purement physiques, une augmentation de la densité de puissance du faisceau lumineux. Pour les mêmes raisons, il n'est pas possible à matériau donné de diminuer par exemple la profondeur phototransformée sans
- ou réduire la puissance du rayonnement incident
- ou augmenter la vitesse de balayage
- ou augmenter la taille du spot (défocalisation)
La vitesse de production d'une pièce n'est pas le seul critère industriel à considérer pour évaluer les performances d'un procédé; il faut également prendre en compte la précision à laquelle ledit procédé permet d'accéder.

La précision d'un procédé de type 2D1/2 conforme à la description ci-dessus est définie par
- l'épaisseur des couches
- la taille du spot
- la précision de positionnement dudit spot pendant la
phase de balayage
Ces trois paramètres imposent des conditions de travail allant à 1 l'opposé d'une fabrication rapide. En effet, l'empilement de couches successives conduit à des imperfections incontournables, notamment à un "effet d'escalier" en surface d'autant plus sensible que les couches sont épaisses (cf. Figure 1). Pour limiter ce problème, il est, nécessaire de réaliser des couches extrêmement fines, et par conséquent de limiter la profondeur phototransformée à chaque couche. D'autre part, la finesse des détails qu'il est possible de reproduire pour chaque couche de la pièce est sensiblement égale au diamètre du spot; plus celui-ci est faible, plus les détails pouvant être reproduits sont fins.

Enfin, le dispositif de balayage doit être suffisament performant pour positionner le spot lumineux de manière à décrire chaque coupe conformément aux données du modèle de
CAO. Or, hormis les dispositifs de déflection du faisceau lumineux purement optiques (de type déflecteur acousto-optique par exemple), non encore utilisés à ce jour dans les machines de prototypage rapide, tout déflecteur mettant en mouvement des pièces mécaniques est limité par des problèmes d'inertie, qui conduisent à une barrière technologique qui peut se résumer à : plus le balayage est rapide, moins il est précis.

A ce stade de la description, nous pouvons donc retenir qu'il existe une opposition entre vitesse de création, et précision des pièces fabriquées, qui impose de choisir des paramètres de travail judicieux et un matériel adapté pour combiner vitesse et précision.

En ce qui concerne la précision des pièces, il est un paramètre sur lequel il est très facile de jouer : la taille du spot. En effet, il est aisé de focaliser un faisceau lumineux, avantageusement un fais eau laser, pour obtenir des diamètres de spot inférieurs à 100 microns (la limite pouvant être encore bien inférieure). Mais, à source lumineuse donnée et à puissance fixée, la focalisation du faisceau conduit à une augmentation de la densité de flux au niveau du spot, inversement proportionnelle à sa surface. A matériau donné, et à vitesse de balayage fixée, une telle augmentation entraine nécessairement, pour des raisons physiques, une augmentation de la profondeur de phototransformation, néfaste à la précision de la pièce (épaisseur des couches augmentée). Pour s'affranchir de lad,ite augmentation de profondeur phototransformée, il est possible de diminuer la puissance de la source lumineuse, et de procéder, à vitesse de balayage fixée, à une régulation entre diamètre du spot et puissance, lumineuse. Cette solution est complexe, difficile à mettre en oeuvre, et demande une mise au point assez longue (calibrages, automatismes, etc ...) . De plus, il est très pénalisant du point de vue de la rentabilité de la source lumineuse, notamment lorsqu'il s'agit de lasers, de devoir diminuer délibérément ses performance (baisser la puissance). De plus, imposer des variations de puissance rapides à une source lumineuse conduit généralement à une baisse de sa durée de vie.

Si on veut pouvoir utiliser la source lumineuse à puissance constante, et fixer le diamètre du spot, la profondeur phototransformée ne dépend essentiellement plus que de la vitesse de balayage : les couches sont d'autant plus fines que la vitesse de balayage est grande. C'est le dispositif de balayage qui devient alors le facteur limitant, les systèmes mécaniques (chariots motorisés, miroirs galvanométriques, etc ...) ne pouvant pas donner accès à de bonnes précisions pour des vitesse de balayage élevées.

Dans l'état actuel de la technologie, les systèmes de déflection les plus performants et les plus couramment utilisés dans les machines de prototypage rapide sont les systèmes à base de miroirs galvanométriques de faible inertie.

De tels systèmes permettent actuellement d'accéder à des précisions de l'ordre de +/- 100 micromètres sur un champ de travail de 500 x 500 mm2, si la vitesse de balayage reste inférieure à 10 m/s.

Cette vitesse plafond étant imposée, la marge de manoeuvre entre puissance lumineuse, taille du spot, et épaisseur de couche devient plus restreinte.

Il est clair que s'il est possible d'effectuer un balayage à 10 m/s (vitesse considérée ici comme plafond technologique, au moins momentanné) il serait dommage de tavailler à vitesse inférieure, surtout dans le domaine dit du "prototypage rapide". Dans ce type d'application, l'ordre de grandeur des détails à reproduire est couramment de quelques dixièmes de millimètres. Ainsi, un spot de 1 mm de diamètre n'est pas envisageable, il sera nécessairement plus petit si l'on veut des pièces précises. Toujours pour les mêmes raisons de précision, l'épaisseur des couches devra être limitée -à quelques dixièmes de millimètres.

Ces conditions (diamètre de spoot fixé, épaisseur de couche fixée, vitesse de balayage fixée) vont déterminer la puissance lumineuse nécessaire et suffisante pour créer la pièce, celle-ci dépendant bien sûr de la nature du matériau ainsi que du type de rayonnement lumineux.

Si le diamètre du spot est fixé, ainsi que l'épaisseur minimale des couches, il est difficile d'augmenter la vitesse de fabrication sans perte de précision. En effet, si l'on augmente la puissance de la source lumineuse, il faudra compenser par une vitesse de balayage supérieure, qui conduira à une perte de précision (problèmes d'inertie).

Par contre, il n'est pas nécessaire d'avoir un spot très fin pour réaliser l'ensemble d'une pièce (cf. figure 2)
Chaque coupe de la pièce est composée de parties précises (bords, détails,...) et de zones connexes de grande surface (intérieurs). Ces dernière zones exigent de réaliser un très long trajet de balayage pour être phototransformées avec un spot très fin. Un spot de diamètre supérieur suffit à décrire ces zones, et permet en plus d'agmenter la puissance de la source lumineuse sans dépasser la limite de densité de flux sur le spot (imposée par la vitesse plafond de balayage du dispositif de déflection).

On conçoit qu'il est intéressant de travailler à diamètre de spot variable pour pouvoir utiliser des sources lumineuses puissantes, qui permettent d'augmenter la vitesse de production des pièces sans perte de précision.

Un dispositif optique à focale variable et commandable par ordinateur permet de faire varier la taille du spot sur le champ de travail. Cette solution a pour inconvénient, comme nous l'avons mentionné précédemment, d imposer une régulation de la puissance de la source lumineuse par rapport au diamètre du spot; de plus, un système optique mobile est toujours une solution délicate et onéreuse.

Le but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de réaliser des pièces précises grâce à un faisceau lumineux, caractérisé par la possibilité d'avoir un balayage à > vitesse linéaire constante, un- dispositif optique à focale fixe, une source lumineuse à puissance fixe, et une forme de spot variable pour améliorer la vitesse de production desdites pièces sans perte de précision.

Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose d'intercaler une pièce mécanique mobile de forme judicieuse sur le trajet optique, celui-ci étant composé d'éléments optiques fixes (sauf dispositif de déflection) permettant d'obtenir la taille maximale de spot désirée. Ladite pièce mécanique est une plaque opaque et résistante au rayonnement, percée de fenêtres de forme variable transparentes au rayonnement. Selon le diamètre de spot désiré, par exemple si on désire obtenir un spot circulaire (inférieur à un diamètre maximal fixé par l'optique), il suffira de positionner automatiquement (par l'intermédiaire d'un moteur) la pièce mécanique mobile de manière à occulter une partie du faisceau en interposant l'une ou l'autre des différentes fenêtres prévues à cet effet (cf. figure 3).

Un tel dispositif permet de réaliser des spots de différents diamètres sans provoquer une augmentation de la densité de flux sur le spot, ce qui permet de travailler à vitesse de balayage (avantageusement la vitesse plafond du système de déflexion) constante quelle que soit la taille de spot désirée. Un avantage non négligeable est également le fait que les différents éléments optiques, délicats à règler, sont fixes.

On pourra avantageusement réaliser un dispositif optique incluant une zone d'expansion du faisceau (suivie d'une focalisation), ceci afin de réduire la précision de positionnement nécessaire pour les fenêtres de la pièce mécanique mobile; de plus, il est plus facile de réaliser des fénêtres précises de surface importante (de l'ordre du cm2) que de surface faible ( de l'ordre du mm2).

Le système de positionnement de la pièce mécanique mobile pourra être très simple, et avantageusement limité à un seul degré de liberté, comme le montrent les figures 4 et 5. Ce positionnement étant utilement discrétisé (autant de positions que de fenêtres), on pourra avantageusement avoir recours à des butées mécaniques qui simplifient le contrôle de l'organe moteur.

Une variante par rapport aux dispositifs décrits consiste à remplacer la pièce mécanique mobile par un diaphragme réglable automatisé permettant d'atteindre un diamètre de spot continument variable d'une taille maximale à une taille minimale. Ce dispositif est certes plus complexe que les dispositifs très simples proposés plus haut, mais il peut être très intéressant dans certains cas (cf. figure 6) de pouvoir accéder à des tailles de spot non discrétisées. Une autre variante consiste à utiliser au moins deux sources de rayonnement lumineux distinctes, l'une puissante, de faible coût et de qualité moyenne pour réaliser des spots de grande taille, l'autre, moins puissante, mais dont la qualité optique du faisceau est telle qu'il est possible de la focaliser sur des diamètres très faibles (inférieurs à 100 Fm). Comme le montre la figure 7, un simple dispositif mécanique à plusieurs positions (commandable automatiquement) permet de passer d'une sources à l'autre (par exemple par déplacement d'un miroir), sans limitation du nombre desdites sources et sans nécessiter leur extinction.

Sur chacun des trajets optiques, relatifs aux différentes sources lumineuses peuvent être installés des dispositifs identiques à celui présenté plus haut afin d'élargir la gamme des tailles de spot accessibles (discrètes ou non).

Le dispositif décrit ci-dessus permet également d'obtenir des formes polygonales de spot. Par exemple, les fenêtres pourront être carrées, triangulaires, hexagonales, etc ... Le spot aura la forme de la fenêtre intercalée sur le trajet du faisceau, ce qui peut être avantageux si l'on travaille avec une source lumineuse pulsée. En effet, comme le montre la figure 8, un spot circulaire combiné avec un éclairement pulsé ne permet pas de phototransformer la totalité d'une surface.

Des formes géométriques, telles que le carré (par exemple) permettent de paver complètement un plan, et donc un spot par exemple carré peut être souhaitable en régime pulsé.

Enfin, le dispositif permet de réaliser des formes de spot) non nécessairement polygonales, ce qui ouvre la possibilité de réaliser des séries d'objets identiques, composés eventuellement de plusieurs formes élémentaires.

Il suffira dans ce cas de fabriquer une plaque opaque percée de fenêtres correspondant aux formes élémentaires à reproduire, pour réaliser rapidement les séries d'objets désirés. Il est clair que ce type d'applications n'est rentable que pour certaines catégories de pièces, dont par exemple les pièces de faible dimensions.

En effet, lorsque l'on dispose de toutes les formes de spot nécessaires pour reproduire chaque tranche de la pièce à produire, il n'est plus nécessaire d'effectuer un réel balayage. Il suffit de fixer le spot dans la position convenable, avec la fenêtre convenable, autant de fois qu'il est nécessaire pour reproduire la forme de la tranche désirée, pendant le temps nécessaire à la transformation désirée.

Chaque couche est ainsi réalisée comme par assemblage des pièces d'un puzzle (cf figure 9). Avantageusement, on pourra tirer parti d'une source de lumière pulsée, chaque période d'irradiation étant utilisée pour phototransformer une pièce dudit puzzle, les périodes intermittentes (pas de rayonnement) pouvant être avantageusement employées à effectuer le positionnement d'une fenêtre et éventuellement à placer le système de déflection sur la position convenable pour la phototransformation suivante.

Il est ainsi possible de s'affranchir d'un obturateur de lumière, et d'utiliser des systèmes de déflection peu onéreux, destinés à ce type de déflection séquentielle (par opposition à un balayage continu rapide et précis).

Afin de donner un ordre de grandeur des temps de réalisation d'une série de 100 pièces, nous proposons dans la suite de préciser avec des données chiffrées une décomposition des différentes étapes requises.

Nous fixerons le champ de travail à 500x500 mm2 et les dimensions maximales -de la pièce à reproduire en série à 50x50x50 mm3. Nous considérerons que chaque tranche de la pièce peut être obtenue avec un assemblage de 5 formes de base au maximum (c'est à dire 5 fenêtres différentes), avec un temps de mise en place de la fenêtre adéquate de 1 seconde.

L'épaisseur des couches est fixée à 0.1 mm, la source de rayonnement est supposée assez puissante pour réaliser la phototransformation désirée en 0.1 s, cette source étant pulsée (éclairement pendant 0.1 s, pas d'éclairement pendant 0.1 s). Le système de déflection est tel qu'un déplacement suffisamment précis est possible en 0.1 s (temps utilisé pendant que la source n'émet pas de rayonnement), le déplacement nécessaire d'une pièce à l'autre est de 50 mm, ce qui revient à un "balayage" équivalent à 0.5 m/s (donc bien inférieur à 10 m/s). Enfin, le temps de mise en place d'une nouvelle couche est égal à 15 s, ce qui est raisonnable par rapport aux machines existant à l'heure actuelle.

Dans ces conditions, le temps maximal nécessaire à la réalisation d'une couche (c'est à dire 100 fois les tranches de l'objet à reproduire) peut se calculer ainsi
- établissement de la couche : 15 s
- temps total pour 5 fenêtres : 5 x 21 s = 105 s, chaque
fenêtre se décomposant de la manière suivante
- mise en place de la fenêtre : 1 s
- temps d'irradiation : 0.1 s x 100 = 10 s
- temps de balayage : 0.1 s x 100 = 10 s
soit un grand total de 120 secondes par couche, ce qui amène à 60000 secondes pour les 500 couches, c'est à dire moins de 17 heures.

Finalement, si on réalise une série de 100 pièces ayant chacune des dimensions maximales de 50 x 50 x 50 mm3, avec une précision de 0.1 mm (épaisseur des couches), il faudra compter un temps de réalisation moyen de 10 minutes par pièce.

Cet exemple raisonnable montre à quel point le procédé que nous venons de décrire peut être très intéressant d'un point de vue industriel.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 représente l'effet d'escalier induit par la, fabrication par couches successiVes,
- la figure 2 représente un mode de fabrication d'une couche employant deux diamètres de spot différents,
- la figure 3 présente un moyen de faire varier la taille du spot sans mettre en mouvement les éléments constituant le système optique de mise en forme du faisceau,
- la figure 4 représente un exemple de pièces mécanique permettant de remplir la fonction de la pièce 9 de la figure 3,
- la figure 5 présente un autre exemple de pièce mécanique mobile permettant de remplir la fonction de la pièce 9 de la figure 3,
- la figure 6 représente l'intérêt de disposer d'un diamètre de spot continument réglable en cours de fabrication,
- la figure 7 représente un dispositif permettant d'utiliser séquentiellement plusieurs sources de lumière distinctes pour réaliser des pièces par phototransformation de la matière,
- la figure 8 représente l'intérêt d'avoir un spot de forme polygonale pour décrire entièrement des surfaces, par exemple lorsque l'on dispose d'une source lumineuse à éclairement pulsé,
- la figure 9 représente un mode particulier de réalisation de pièce par étapes successives.

Sur la figure 1 est représenté l'effet d'escalier induit par la création d'une pièce par couches sucessives. La pièce à réaliser est représentée en A, cette représentation est faite en deux dimensions par souci de simplification. En B est représentée la pièce réalisée par couches successives d'épaisseur E, les zones hachurées montrent les écarts à la forme désirée. On voit apparaître nettement l'effet d'escalier induit par la superposition de couches. En C, est représentée la pièce réalisée par couches siccessives d'épaisseur e, e étant plus faible que E. On peut constater en comparant B et
C, que plus les couches, sont fines, plus l'effet d'escalier devient faible, avec pour conséquence un meilleur état de surface de la pièce, ainsi qu'un meilleur respect de la consigne.

La figure 2 représente un mode de fabrication d'une couche employant deux diamètres de spot différents. En A est donnée la forme de la coupe à reproduire. Cette forme est obtenue pae balayage d'un premier spot 1 de faible diamètre, permettant de décrire précisément les contours 2, et les détails fins 3 de la coupe désirée. Les zones grisées en B montrent la partie phototransformée à la suite du passage du spot 1. En C, on peut voir qu'un spot 4 de diamètre plus important suffit à décrire par balayage le reste 5 de la surface non encore phototransformée à la suite du premier balayage par le spot 1.

L'intérêt d'effectuer la phototransformation de la surface 5 par un spot de grand diamètre est que la longueur du trajet à parcourir est nettement plus faible que si l'on avait dû garder le spot 1.

La figure 3 présente un moyen de faire varier la taille du spot sans mettre en mouvement les éléments constituant le système optique de mise en forme du faisceau. La source de lumière 6 émet un rayonnenment lumineux 7, mis en forme (focalisation) grâce à un système optique 8. A la sortie de 8, le faisceau lumineux arrive sur le système de déflection 10, qui renvoit ledit faisceau sur le champ de travail 11, formant ainsi un point d'impact 13 de diamètre dl. Lorsque l'on interpose sur ce trajet optique la plaque opaque 9, percée de fenêtres transparentes au rayonnement, dont en particulier la fenêtre 12, le point d'impact 13 est modifié, il devient le point d'impact 14 de diamètre d2 inférieur à dl. Si au lieu d'utiliser la fenêtre 12, on choisit l'une des fenêtres 15, de diamètre supérieur à d2, le point d'impact sur le champ de travail 11 sera de diamètre supérieur à d2, tout en restant inférieur à d1. Au contraire, si on choisit la fenêtre 16, de diamètre inférieur à celui de la fenêtre 12, le point d'impact sur le champ de travail 11 sera de diamètre inférieur à d2.

Dans tous les cas, aucun des éléments constituant 6,8 ou 10 n'a été modifié ni déplacé, le seul déplacement de la pièce 9 suffit à provoquer les modifications désirées de diamètre du point d'impact sur le champ de travail 11.

La figure 4 représente un exemple de pièces mécanique permettant de remplir la fonction de la pièce 9 de la figure! 3. Cette pièce est une plaque 17 opaque au rayonnement lumineux, percée de plusieurs fenêtres circulaires 18,19,20,21 dont les centres sont alignés sur un même axe 22. Un simple mouvement de translation parallèle à l'axe 22 permet de positionner l'une des fenêtres (18,19,20 ou 21) sur la trajectoire d'un faisceau lumineux tel que celui (7) décrit dans la figure 3 afin d'obtenir les modifications du point d'impact dudit faisceau sur un champ de travail (tel que celui (11) décrit dans la figure 3).

La figure 5 présente un exemple de pièce mécanique mobile permettant de remplir la fonction de la pièce 9 de la figure 3. Cette pièce est une plaque circulaire 23 de centre O et de diamètre A opaque au rayonnement lumineux, percée de fenêtres circulaires 24, 25, 26, 27. Ces fenêtres transparentes au rayonnement lumineux sont placées de telle sorte que leur centre est situé sur un cercle 28 de diamètre B centré en O.

Un simple mouvement de ratation de centre O permet de positionner l'une quelconque de ces fenêtres sur la trajectoire d'un faisceau lumineux tel que celui (7) décrit dans la figure 3 afin d'obtenir des modifications de diamètre du oint d'impact dudit faisceau sur un champ de travail (tel que la champ 11 de la figure 3).

Sur la figure 6 est représenté l'intérêt de disposer d'un diamètre de spot continument réglable en cours de fabrication.

En A est représentée à gauche une forme 29 à décrire caractérisée par le fait qu'elle est composée de plusieurs parties arrondies avec des rayons de courbure R1, R2, R3 à respecter. A droite est représenté le trajet d'un spot de diamètre réglable prenant successivement les les valeurs de rayon R1, R2, et R3 pour reproduire exactement la forme 29. En
B est représenté à gauche un trajet de spot au cours duquel le diamètre de celui-ci varie continument pendant le balayage.

A droite est représenté le résultat obtenu: une forme gauche 30 de type profil d'aile d'avion réalisée par un trajet très simple du spot.

Sur la figure 7 est représenté un dispositif permettant d'utiliser séquentiellement plusieurs sources de lumièredistinctes pour réaliser des pièces par phototransformation de.

la matière. La figure représente trois sources lumineuses 35,36,37 émettant chacune son propre rayonnement lumineux (35bis, 36bis, 37bis) . Un miroir 34 lié à un dispositif mécanique 32 par l'intermédiaire d'un bras mécanique 33 permet, grâce à un organe de commande 31 relié à 32, de diriger l'un des faisceaux lumineux (35bis, 36bis ou 37bis) vers le système de déflection 10 qui permet de faire décrire audit faisceau un trajet convenable sur le champ de travail 11. Lorsque le miroir 34 est positionné dans la position I, le faisceau 35bis issu de la source 35 est dirigé vers 10, passant préalablement par le dispositif 35ter qui contient des éléments optiques permettant de mettre en forme le faisceau (focalisation), ainsi qu'un dispositif (tel que celui décrit dans la figure 3) permettant de modifier la forme du spot. Les rayonnements 36bis et 37bis dans ces conditions ne sont pas renvoyés sur le système de déflection 10, et il n'est ainsi pas nécessaire d'interrompre leur fonctionnement pour ne pas les utiliser. Si le miroir 34 est positionné dans les positions II ou III, les faisceaux renvoyés sur 10 seront respectivement les faisceaux 36bis et 37bis, passant préalablement dans les dispositifs 36ter et 37ter respectivement, 36ter et 37ter sont des dispositifs analogues à 35ter décrit ci-dessus.

Le nombre de trois sources lumineuses à été choisi à titre d'exemple , et ne constitue en aucun cas u pulsé (émission de lumière non continue). La surface à décrire est délimitée par les bords 42, l'exemple choisi est un carré, mais ne constitue en aucun cas une généralité. En A, est représenté le résultat obtenu avec un spot circulaire 38. Le trajet du spot est séquentiel, il est effectué pendant les périodes d'extinction de la source lumineuse, les périodes, d'éclairement étant utilisées pour la phototransformation désirée. On peut constater qu'une forme circulaire de spot ne permet pas de phototransformer l'ensemble de la surface désirée, les zones hachurées représentent les parties de la surface n' ayant pas subi de transformation. En B, est représenté le résultat obtenu avec un spot carré 39. On peut constater que l'ensemble de la surface délimitée par les bords 42 a pu être phototransformé. En C est représenté un résultat similaire obtenu en utilisant successivement deux formes de spot 40,41 triangulaires.

Sur la figure 9 est représenté un mode de réalisation de pièce par étapes successives. La pièce choisie pour l'exemple est un corps de briquet 43 dont on peut voir la forme en A. En
B sont représentés les différent ensembles de couches identiques nécessaires à la réalisation de la pièce. A chaque ensemble de couches identiques correspond un nombre variable de formes de spot à utiliser. Chacune de ces formes est obtenue grâce à un dispositif conforme à celui décrit dans la figure 3. A droite de chacun des ensembles de couches est représentée la pièce mécanique mobile 44 percée des fenêtres adéquates pour obtenir la forme de spot désirée (cette pièce remplit la fonction de la pièce 9 de la figure 3). La pièce 44 est la même pour toutes les étapes de la fabrication, à chaque étape les fenêtres utiles sont indiquées par une flèche.

Claims (10)

REVENDICATIONS:

1) Procédé de réalisation de pièces industrielles utilisant un rayonnement lumineux pour transformer la matière (liquide, film solide, ou poudre) comportant

a) Une source de rayonnement lumineux

b) Des moyens d'établir et de superposer automatiquement

des fines couches du matériau initial

c) Des moyens optiques permettant de confiner la lumière

issue de la source a) sous forme d'au moins un point

d'impact de faible surface sur le matériau à

transformer

d) Des moyens de déplacer automatiquement ledit (lesdits)

point(s) d'impact sur le matériau à transformer

e) un système informatique permettant de

- mémoriser la (les) forme(s) de la (des) pièce(s) à

réaliser

- décomposer ladite (lesdites) pièce(s) en volumes

élémentaires

- contrôler et piloter l'ensemble des organes

automatisés lors de la fabrication

caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de modifier la forme du (des) point (s) d'impact pendant la phase de fabrication sans mise en mouvement des éléments constituant le système optique c).

2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source de rayonnement lumineux a) est composée de plusieurs générateurs donnant lieu à éventuellement plusieurs points d'impact indépendants, chacun éventuellement doté de ses propres moyens optiques c), éventuellement de ses propres moyens de déflection, et éventuellement de ses propres moyens de modifier sa forme.

3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens optiques c) effectuent au moins une fois une expansion de faisceau avant de confiner le rayonnement d'au moins un des générateurs en un point d'impact de faible surface, en particulier si le générateur est un générateur laser.

4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que au moins un des générateurs de rayonnement lumineux est un générateur de lumière continue.

5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que au moins un des générateurs de rayonnement lumineux est un générateur de lumière pulsée.

6) Dispositif selon la revendication 1 permettant de modifier la forme du (des) point(s) d'impact sans mise en mouvement d'un élément optique constituant le (les) circuit(s) optique(s) c), caractérisé en ce qu'il est constitué d'une (de) plaque(s) opaque(s) mobile(s) percée(s) de fenêtres transparentes au(x) rayonnement(s) lumineux, intercalée(s) sur le(s) trajet(s) de la lumière issue du (des) générateur(s) de (s) lumière (s), pouvant (s) être (s) déplacée (s) automatiquement (s) pour (s) atteindre(s) plusieurs (s) positions(s) prédéterminées(s).

7) Dispositif selon la revendication 1) constitué d'un (de) diaphragme(s) dont l'ouverture est commandable automatiquement (et éventuellement de manière indépendante pour chacun desdits diaphragmes) de manière continue entre deux positions extrémales (ouverture(s) minimale(s) et ouverture(s) maximale(s))

8) Dispositif selon les revendications 1 à 7 permettant d'effectuer un changement de générateur de lumière pour un même circuit optique, caratérisé en ce qu'il est constitué d'un miroir mobile capable de réfléchir le(s) rayonnement(s) lumineux, positionné automatiquement pour obtenir l'effet désiré.

9) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la plaque mobile est déplacée en translation.

10) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la plaque mobile est déplacée en rotation.