FR2743819A1 - Dispositif d'application d'un revetement de poudre - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'application d'un revêtement de poudre. Dans ce dispositif comportant une unité pour produire un courant (12) de la poudre de revêtement, une tête de dépôt de la poudre, une zone de fusion (18) traversée par le courant de poudre et un système optique (32) de guidage d'un faisceau laser servant à faire fondre la poudre dans la zone de fusion (18), cette zone est disposée dans la tête (16) et le système optique (32) comporte des éléments (40, 42) réfléchissant le faisceau laser (28b) en l'amenant à traverser plusieurs fois, transversalement par rapport à la direction de traversée (34), au moins une zone (36) de chauffage du courant de poudre (12). Application notamment aux installations d'application d'un revêtement de poudre utilisant un laser.
Description
DISPOSITIF D'APPLICATION D'UN REVETEMENT DE POUDRE
L'invention concerne un dispositif d'application
d'un revêtement de poudre pour déposer une poudre de revê-
tement fondue sur un substrat, comprenant une unité de pré-
paration servant à produire un courant de poudre de traite-
ment, et une tête de dépôt de la poudre, à partir de laquelle le courant de poudre de revêtement se propage sous la forme d'un jet de poudre dirigé vers le substrat, une zone de fusion, qui laisse passer le courant de poudre de revêtement dans une direction de traversée, et un système optique de guidage de faisceau dirige un faisceau laser
produit par un laser pour faire fondre la poudre de revête-
ment, sur la zone de fusion.
De tels dispositifs d'application d'un revêtement de poudre sont connus dans l'état de la technique. Dans ces dispositifs, on dispose la plupart du temps la zone de fusion à proximité du substrat de sorte que le système optique de guidage du faisceau dirige le faisceau laser vers le substrat et que le jet de poudre et le faisceau laser se rencontrent à proximité d'une surface du substrat, dans la zone de fusion. Dans cette zone, il ne se produit pas une fusion complète de la poudre de revêtement, mais un début de fusion de cette poudre. C'est pourquoi le faisceau
laser chauffe non seulement la poudre de revêtement entraî-
née dans le jet de poudre, dans la zone de fusion, mais également simultanément une masse fondue qui se forme sur le substrat et dans laquelle en définitive la poudre de
revêtement est totalement fondue.
De ce fait il n'est par exemple pas possible de
recouvrir avec un tel dispositif d'application d'un revête-
ment de poudre, tous les substrats, qui se modifient de
façon indésirable sous l'action de la lumière laser.
C'est pourquoi l'invention a pour but de perfec-
tionner un dispositif d'application d'un revêtement de
poudre du type indiqué de manière que la poudre de revête-
ment puisse être pour l'essentiel entièrement fondue avant d'atteindre le substrat. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un dispositif d'application d'un revêtement de poudre du type décrit plus haut grâce au fait que la zone de fusion est disposée dans la tête de dépôt de la poudre et que le système optique de guidage du faisceau est équipé de plusieurs éléments, qui réfléchissent le faisceau laser et amènent le faisceau laser à traverser plusieurs fois, au niveau de la zone de fusion, transversalement par rapport à la direction de traversée au moins une zone de chauffage
pour le courant de la poudre de revêtement.
L'avantage de la solution selon l'invention doit être vu dans le fait qu'en raison de la disposition de la zone de fusion dans la tête de dépôt de la poudre et en raison du passage du faisceau laser à travers le courant de la poudre de revêtement dans une direction transversale par rapport à la direction de traversée, on est certain que la poudre de revêtement peut être complètement fondue avec la
lumière laser.
En outre le passage multiple de la lumière laser à travers le courant de la poudre de revêtement garantit un chauffage efficace et suffisant de cette dernière de sorte que pour l'obtention d'une couche suffisamment adhésive, il
n'est plus absolument nécessaire qu'une masse fondue chauf-
fée par le faisceau laser soit en outre présente directe-
ment sur le substrat.
Pour la fusion de la poudre de revêtement dans la
zone de fusion, il suffirait que le faisceau laser traver-
sant de façon multiple le courant de la poudre de revête-
ment traverse toujours la même zone de chauffage.
L'utilisation de la puissance disponible dans le faisceau laser est cependant encore plus efficace lorsque le système optique de guidage du faisceau guide le faisceau laser à travers plusieurs zones de chauffage disposées
côte-à-côte dans la zone de fusion de sorte que les parti-
cules de la poudre de revêtement peuvent être chauffées par le même faisceau laser dans plusieurs zones de chauffage disposées côte-à-côte et que l'on puisse par conséquent
mieux utiliser la puissance disponible.
C'est pourquoi selon une autre solution particu-
lièrement avantageuse, il est prévu que les zones de chauf-
fage forment une série de zones successives de chauffage,
qui s'étendent dans la direction de traversée.
Uniquement du point de vue du principe, on pour-
rait disposer les zones de chauffage de manière qu'elles
englobent chacune seulement une partie de la section trans-
versale du courant de la poudre de revêtement.
Cependant il est particulièrement avantageux que la zone de chauffage englobe toute la section transversale
du courant de la poudre de revêtement.
En principe, on pourrait également imaginer de faire passer le faisceau laser sous la forme d'un faisceau parallèle plusieurs fois à travers le courant de la poudre de revêtement, au moyen du système optique de guidage du faisceau. Cependant, notamment en raison du fait que la section transversale du courant de la poudre de revêtement est en général relativement petite, il est particulièrement avantageux que le système optique de guidage du faisceau
possède des éléments focalisant le faisceau laser.
De préférence, les éléments de focalisation sont agencés de telle sorte qu'ils focalisent le faisceau laser
sur la zone de chauffage, dans au moins un plan du fais-
ceau. Pour l'interaction efficace avec le courant de la poudre de revêtement, il est particulièrement avantageux que le plan du faisceau, dans lequel le faisceau laser est
focalisé, s'étende transversalement par rapport à la direc-
tion de traversée.
L'efficacité de l'interaction entre le faisceau laser et le courant de la poudre de revêtement est en outre particulièrement bonne lorsque le faisceau laser traverse la zone de chauffage en étant focalisé et de préférence
collimaté dans un plan parallèle à la direction de traver-
sée, pour fournir dans la direction de traversée, une lon-
gueur importante d'interaction pour le chauffage. La grande longueur d'interaction est nécessaire étant donné qu'une énergie trop grande conduirait à un faible espace pour la
vaporisation de la poudre.
En ce qui concerne le guidage du faisceau par le système optique de guidage du faisceau, on n'a pas donné
d'indications très précises en rapport avec la description
précédente d'exemples individuels de réalisation. Ainsi on pourrait imaginer par exemple de guider en permanence le faisceau laser à la manière d'un laser en anneau suivant un cercle ou une courbe spirale. Cependant, il est prévu, conformément à une solution particulièrement compacte, que le système optique de guidage du faisceau réfléchisse en
va-et-vient le faisceau laser.
Il est particulièrement approprié que le système optique de guidage du faisceau réfléchisse en va-et-vient le faisceau laser dans un plan, le faisceau laser pouvant se déplacer en zig-zag dans ce plan de manière à traverser,
dans la zone de fusion, plusieurs zones de chauffage.
Le plan est orienté de préférence de manière à être parallèle à la direction de traversée. De préférence, le plan forme un plan de symétrie pour le courant de la poudre de revêtement, qui traverse la zone de fusion dans
la direction de traversée de sorte que la poudre de revête-
ment peut être chauffée par le faisceau laser se déplaçant
en va-et-vient, dans plusieurs zones successives de chauf-
fage.
Le plan, dans lequel le faisceau laser est réflé-
chi en va-et-vient, est de préférence perpendiculaire au plan du faisceau dans lequel le système optique de guidage du faisceau focalise le faisceau laser en direction de la zone respective de chauffage.
De préférence il est en outre prévu que le sys-
tème optique de guidage du faisceau guide le faisceau
laser, sous la forme d'un faisceau essentiellement paral-
lèle (collimaté), dans le plan qui coïncide avec le plan dans lequel le faisceau laser se déplace en zig-zag, étant donné que de ce fait le faisceau laser englobe, dans la zone respective de chauffage, une section aussi grande que possible, qui s'étend dans la direction de traversée, du
courant de particules de revêtement.
En ce qui concerne la forme de réalisation du système optique de guidage du faisceau, on peut imaginer les solutions les plus différentes. Ainsi par exemple on peut imaginer de former le système optique de guidage du faisceau avec des surfaces réfléchissantes individuelles
disposées séparément.
Il est particulièrement avantageux que le système
optique de guidage du faisceau possède seulement deux sur-
faces réfléchissantes, qui sont disposées en vis-à-vis et
que le faisceau laser rencontre plusieurs fois. De préfé-
rence, les surfaces réfléchissantes sont essentiellement
parallèles à la direction de traversée et perpendiculaire-
ment à la direction de propagation du faisceau laser dans le système optique de guidage du faisceau de sorte que, lors d'une réflexion en vaet-vient entre ces surfaces
réfléchissantes, le faisceau laser rencontre de façon mul-
tiple respectivement la même surface réfléchissante, en général éventuellement en un autre emplacement de cette surface.
Pour focaliser le faisceau laser sur la zone res-
pective de chauffage, il est en principe possible de pré-
voir en propre les éléments de focalisation disposés à cet
effet, par exemple des lentilles.
Cependant dans une solution selon l'invention, particulièrement avantageuse, il est prévu que les surfaces réfléchissantes possèdent une courbure focalisant le fais-
ceau laser.
En particulier lorsque la focalisation du fais-
ceau laser doit s'effectuer uniquement dans un plan du
faisceau qui s'étend transversalement par rapport à la di-
rection de traversée, il est prévu avantageusement que les surfaces réfléchissantes soient agencées sous la forme de
surfaces réfléchissantes cintrées avec une courbure cylin-
drique, et la surface réfléchissante possédant, dans le cas le plus simple, une courbure correspondant à un cylindre
circulaire.
De préférence, l'axe du cylindre des surfaces
réfléchissantes est disposé de manière à s'étendre parallè-
lement au plan dans lequel le faisceau laser est réfléchi
en va-et-vient.
Pour obtenir en outre des conditions optimales de formation d'images, il est prévu de disposer les surfaces réfléchissantes approximativement concentriques les unes aux autres et, dans le cas de surfaces réfléchissantes
cylindriques, les lignes focales coïncident approximative-
ment. A la place de deux miroirs cylindriques, on peut éga-
lement prévoir un tube métallisé ou un cône transparent.
Pour obtenir une protection optimale du substrat vis-à-vis du rayonnement laser, il est prévu de préférence que le faisceau laser sorte du système optique de guidage du faisceau après avoir traversé ce dernier, sur un côté situé à l'opposé du substrat de sorte que seule une lumière diffuse sort du système optique de guidage du faisceau sur
le côté tourné vers le substrat.
Tous les côtés du système optique de guidage du
faisceau, qui ne sont pas tournés directement vers le subs-
trat, sont dirigés à l'opposé du substrat.
Pour la protection vis-à-vis du rayonnement laser, il est particulièrement avantageux qu'après avoir traversé le système optique de guidage du faisceau, le faisceau laser sorte à nouveau sur son côté d'injection de
sorte qu'une absorption du faisceau laser sortant est pos-
sible de façon simple.
De préférence, le côté d'injection pour le fais-
ceau laser est situé sur le côté, tourné à l'opposé du substrat, du système optique de guidage du faisceau, de sorte qu'on peut obtenir une protection particulièrement
appropriée du substrat vis-à-vis du rayonnement laser.
Dans le cas de deux surfaces réfléchissantes qui sont exactement parallèles et en vis-à-vis l'une de l'autre, un faisceau laser injecté transversalement ou obliquement par rapport à la direction de traversée se
déplace selon une réflexion en va-et-vient entre les sur-
faces réfléchissantes, depuis le côté d'injection en tra-
versant le système optique de guidage du faisceau en direc-
tion d'un côté situé à l'opposé du côté d'injection, et
quitte de ce côté le système optique de guidage du fais-
ceau. Cependant pour obtenir que le faisceau laser
pénètre uniquement par un côté du système optique de gui-
dage du faisceau et ressorte ensuite par ce côté, les sur-
faces réfléchissantes sont de préférence disposées de manière à ne pas être parallèles, mais en étant inclinées réciproquement d'un faible angle, qui s'ouvre en direction
du côté d'injection du faisceau laser de sorte que le fais-
ceau laser réfléchi en va-et-vient ne continue pas à se déplacer en s'écartant du côté d'injection, lorsque le
nombre des réflexions sur les surfaces réfléchissantes aug-
mente, mais revient uniquement à un emplacement pouvant être fixé par l'angle d'inclinaison, puis en revenant à nouveau au côté d'injection, sous l'effet d'une autre
réflexion en va-et-vient entre les surfaces réfléchis-
santes. En ce qui concerne le type de guidage du courant de la poudre de revêtement dans la zone de fusion, on n'a pas donné d'indications très détaillée en rapport avec la
description précédente des différents exemples de réalisa-
tion. Ainsi selon une solution avantageuse il est prévu que la poudre de revêtement est guidée à travers la zone de fusion sous la forme d'un jet de poudre entouré par une enveloppe de gaz protecteur, l'enveloppe de gaz protecteur étant utilisée non seulement pour protéger le jet de poudre vis-à-vis de gaz pénétrant de l'extérieur dans ce jet, mais également notamment pour conserver une section transversale aussi petite que possible pour le jet de poudre et par
conséquent garantir que le courant de la poudre de revête-
ment est atteint par le faisceau laser sur l'ensemble de sa
section transversale.
Pour assister cette action de l'enveloppe de gaz protecteur, qui conserve une étroite section transversale
du jet de poudre, il est prévu de préférence que l'enve-
loppe de gaz protecteur et le jet de poudre traversent, au niveau de la zone de fusion, un tube enveloppe transparent pour le faisceau laser, le tube enveloppe étant utilisé pour éviter un élargissement radial de l'enveloppe de gaz
protecteur sur son côté extérieur et maintenir par consé-
quent également le jet de poudre à une section transversale aussi petite que possible, par l'intermédiaire de
l'enveloppe de gaz protecteur.
On n'a pas donné d'indications très détaillée
concernant le mode de production de l'enveloppe de gaz pro-
tecteur. Ainsi selon un exemple de réalisation avantageux il est prévu que l'enveloppe de gaz protecteur peut être
produite par une buse annulaire.
De préférence, pour la production de l'enveloppe de gaz protecteur, on prévoit une buse annulaire, qui est disposée en amont de la zone de fusion dans la direction de
traversée afin de garantir que le jet de poudre peut tra-
verser toute la zone de fusion en étant entouré par l'enve-
loppe de gaz protecteur, dans cette configuration. Pour pouvoir fixer la vitesse de circulation de
la poudre de revêtement dans la zone de fusion indépendam-
ment de la vitesse avec laquelle la poudre de revêtement se
déplace en aval de la zone de fusion en direction du subs-
trat, il est prévu de préférence qu'après la traversée de la zone de fusion, le courant de la poudre de revêtement est saisi par un courant de gaz d'accélération et est
entraîné vers le substrat.
De préférence, le courant de gaz d'accélération
est également un courant de gaz protecteur.
Le courant de gaz d'accélération fournit notam-
ment la possibilité d'amener le courant de poudre de revê-
tement à une vitesse suffisamment élevée pour que l'on puisse recouvrir avec cette poudre également une surface qui s'étend obliquement ou perpendiculairement par rapport à l'horizontale ou même recouvrir une surface à partir du bas. En outre selon une configuration particulièrement avantageuse il est prévu que le tube enveloppe, qui guide
le jet de poudre et l'enveloppe de gaz protecteur, est éga-
lement entouré extérieurement par un autre courant de gaz protecteur, qui refroidit le tube enveloppe sur sa face extérieure et l'espace entre les surfaces réfléchissantes et agit notamment en supplément, en aval d'une ouverture de sortie du tube enveloppe, sur l'enveloppe de gaz protecteur pour que ce dernier continue à guider le jet de poudre en
l'entourant aussi étroitement que possible, jusqu'au subs-
trat. Il est particulièrement approprié d'utiliser l'autre courant de gaz protecteur en tant que courant de
gaz d'accélération.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-
sente invention ressortiront de la description donnée ci-
après prise en référence aux dessins annexés, sur les-
quels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif conforme à l'invention d'application d'un revêtement de poudre; - la figure 2 est une représentation à plus grande échelle d'un système optique de guidage du faisceau du dispositif conforme à l'invention d'application d'un revêtement de poudre, ainsi qu'un système optique d'injection; - la figure 3 est une coupe prise suivant la ligne 3-3 sur la figure 2; - la figure 4 est une coupe prise suivant la ligne 4-4 sur la figure 2;
- la figure 5 est une représentation en pers-
pective d'une allure du faisceau laser dans le système optique de guidage du faisceau selon l'invention, ainsi que le courant de particules de revêtement; - la figure 6 est une coupe prise suivant la ligne 6-6 sur la figure 5; - la figure 7 est un diagramme montrant la coupe transversale du faisceau, dans le cas d'une combinaison d'un système optique d'injection et d'un système optique de guidage du faisceau conformément à la figure 2; - la figure 8 est une coupe verticale analogue à la figure 6 dans la zone d'un jet de poudre traversant une zone de fusion; - la figure 9 est une coupe prise suivant la ligne 9-9 sur la figure 8; - la figure 10 est une coupe, analogue à la figure 6, d'une variante du système optique de guidage du faisceau selon l'invention; et - la figure 11 est une coupe prise suivant la
ligne 11-11 sur la figure 10.
Un exemple de réalisation, représenté sur la figure 1, d'un dispositif de revêtement de poudre selon l'invention comprend une unité de préparation 10 pour une poudre de revêtement, qui produit un courant 12 de la
poudre de revêtement, dans lequel de préférence des parti-
cules individuelles de la poudre de revêtement sont trans-
portées par un gaz porteur.
Le courant 12 de la poudre de revêtement est guidé par une canalisation à poudre 14 en direction d'une tête de pulvérisation de la poudre, désignée globalement par la référence 16. Dans cette tête de dépôt de la poudre, le courant 12 de la poudre de revêtement traverse une zone de fusion désignée dans son ensemble par la référence 18, sort ensuite de la tête 16 de dépôt de la poudre sous la
forme d'un jet de poudre libre 20 et se propage en direc-
tion d'un substrat 22, sur la surface 24 duquel se forme alors une couche 26 constituée par la poudre de revêtement, lorsque la tête 16 de dépôt de la poudre et le substrat 22
se déplacent l'un par rapport à l'autre.
Pour faire fondre la poudre de revêtement 12 dans la zone de fusion 18 il est prévu un laser 30, qui produit un faisceau laser 28 qui pénètre dans la tête 16 de dépôt de la poudre et est guidé à l'intérieur de cette dernière par un système optique de guidage du faisceau désigné dans son ensemble par la référence 32, de telle sorte que le faisceau laser traverse de façon multiple, dans la zone de
fusion 18, le courant de la poudre de revêtement transver-
salement par rapport à la direction de traversée 34 de cette poudre et forme, dans la zone du croisement entre le
faisceau laser 28 et le courant 12 de la poudre de revête-
ment, une multiplicité de zones de chauffage 36 de sorte que la poudre de revêtement, qui traverse les zones de chauffage 36, est fondue lorsqu'elle quitte la zone de
fusion 18.
Comme cela est représenté sur les figures 2 à 4, le système optique 30 de guidage du faisceau comprend deux miroirs cylindriques 40 et 42 qui se font face et dont les surfaces 44 et 46, qui sont agencées sous la forme de sur-
faces cylindriques, sont disposées essentiellement concen-
triquement par rapport à une ligne focale 48 qui est orien-
tée parallèlement à la direction de traversée 34 du courant
12 de la poudre de revêtement.
Les surfaces 44 et 46 des miroirs cylindriques 40 et 42 sont conformées de telle sorte que ces surfaces réfléchissent respectivement un faisceau qui arrive de la ligne focale 48 et diverge dans un plan du faisceau qui est parallèle à la direction X, et le focalisent en retour essentiellement dans un autre plan du faisceau, parallèle à la direction X, sur la ligne de focalisation 48 de sorte que les deux miroirs cylindriques 40 et 42 forment ensemble un élément optique analogue à un résonateur, qui réfléchit
le faisceau laser en va-et-vient entre ces miroirs et foca-
lise le faisceau laser sur la ligne focale 48 respective-
ment dans un plan du faisceau parallèle à la direction X, cet élément optique représentant le système optique 32 de guidage du faisceau servant à chauffer le courant 12 de la
poudre de revêtement, dans la zone de fusion 18.
Pour injecter de façon appropriée le faisceau laser divergent, qui arrive du laser 30, sur un côté d'injection 31, tourné à l'opposé du substrat 22, dans le système optique 32 de guidage du faisceau, il est prévu un système optique d'injection, désigné dans son ensemble par 52 et qui focalise différemment le faisceau laser 28 dans
différents plans.
Le faisceau laser 28 traverse tout d'abord une première lentille cylindrique 54 qui, à partir du faisceau laser 28 se propageant sous une forme divergente, forme un faisceau laser 28a qui se propage en étant essentiellement parallèle ou collimaté dans le plan YZ. Ce faisceau laser 28a, qui se propage essentiellement parallèlement dans le plan YZ (figure 3), croise alors obliquement la ligne focale 48, rencontre la surface 44 du miroir 40, est alors réfléchi en tant que faisceau laser 28b en direction de la
ligne focale 48, rencontre la surface 46 du miroir cylin-
drique 42 et est ensuite à nouveau réfléchi par ce dernier en direction de la ligne focale 48, etc. Étant donné que la ligne focale 48 est également située dans le plan YZ, la
forme du faisceau laser arrivant parallèle n'est par consé-
quent pas modifiée pour l'essentiel dans le plan YZ par les miroirs cylindriques 40 et 42, si l'on fait abstraction d'un faible élargissement, mais est réfléchi en va-et-vient
uniquement dans le plan YZ.
Au contraire, les conditions dans le plan XZ sont différentes. Pour la formation du faisceau laser dans le plan XZ, on prévoit une deuxième lentille cylindrique 56 et une troisième lentille cylindrique 58, qui tout d'abord
forment, à partir du faisceau laser divergent 28, un fais-
ceau laser essentiellement parallèle ou collimaté, puis focalisent le faisceau laser dans le plan XZ sur la ligne focale 48, qui est approximativement perpendiculaire au plan XZ, et ce avec une divergence qui est adaptée à la courbure des surfaces 44 et 46 des miroirs de sorte que le faisceau laser, qui arrive de la ligne focale 48, rencontre la première fois le miroir cylindrique 40 et doit être injecté dans le système optique 32 de guidage du faisceau,
possède exactement la divergence qui, pour la courbure don-
née de la surface 44 du miroir, conduit à ce que cette sur-
face focalise à nouveau le faisceau laser 28b, après réflexion, sur la ligne focale 48, auquel cas le faisceau laser réfléchi 28b n'est plus situé exactement dans le plan XZ, mais s'étend, comme cela est visible sur la figure 3, dans un plan XZ' légèrement incliné par rapport au plan XZ,
et la direction Z' fait un faible angle aigu avec la direc-
tion Z.
Les lentilles cylindriques 54, 56 et éventuelle-
ment également la lentille cylindrique 58 peuvent être ras-
semblées pour former un système optique spécial, dans le cas le plus simple une lentille. Étant donné que, comme cela est représenté sur la figure 3, la direction Y fait également un angle faible
avec la ligne focale 48, dans le système optique 32 de gui-
dage du faisceau, le faisceau laser injecté 28b est réflé-
chi en va-et-vient dans le plan YZ, auquel cas la section transversale du faisceau ne varie que de façon insensible dans le plan YZ, et d'une manière générale une focalisation est obtenue respectivement dans la zone de la ligne focale dans tous les plans XZ', qui sont perpendiculaires au plan YZ, de sorte qu'un courant 12 de la poudre de revêtement,
qui traverse la zone de fusion avec une direction de tra-
versée 34 de préférence coaxiale à la ligne focale 48, est
chauffé dans chacune des zones de chauffage 36 par un fais-
ceau laser 28b qui possède, dans la direction de traversée 34, une section transversale inchangée, mais est focalisé transversalement par rapport à la direction de traversée 34. Le système optique 32 de guidage du faisceau selon l'invention agit par conséquent globalement de telle
sorte que le courant 12 de la poudre de revêtement tra-
verse, dans la zone de fusion 18, une multiplicité de zones de chauffage 36 qui se succèdent dans la direction de la ligne de focalisation 48, de sorte que le faisceau laser 28b croise de façon multiple le courant 12 de la poudre de revêtement et par conséquent le faisceau laser 28b peut être utilisé de façon multiple pour chauffer le courant 12 de la poudre de revêtement et par conséquent pour faire fondre la poudre de revêtement entraînée à travers la zone
de fusion 18.
Si les deux miroirs cylindriques 40 et 42 ne sont pas disposés de manière exactement concentriques à la ligne
de focalisation 48, le faisceau laser 28b traverse le sys-
tème optique 32 de guidage du faisceau et ressort du sys-
tème optique 32 à nouveau au niveau d'un côté situé à l'opposé du côté d'injection. Pour accroître encore plus l'interaction entre le
faisceau laser 28b et le courant 12 de la poudre de revête-
ment dans la zone de fusion 18, il est prévu de préférence que les deux miroirs cylindriques 40 et 42 ne soient pas disposés de manière à être exactement concentriques à la ligne de focalisation 48, mais - comme cela est représenté sur la figure 6 - soient inclinés réciproquement d'un faible angle a se situant dans le plan YZ. Ceci conduit au fait que, lorsque la réflexion du faisceau laser dans le système optique 32 deguidage du faisceau augmente, l'angle entre la direction de propagation du faisceau laser 28b et la ligne de focalisation 48 augmente et atteint finalement de sorte que dans la direction de traversée 34, le
faisceau laser 28b ne continue plus à se propager en direc-
tion du substrat 22, mais revient dans la direction du faisceau laser entrant 28a, sous l'effet d'une réflexion en va-et-vient entre les miroirs cylindriques 40 et 42, et
quitte à nouveau le système optique 32 de guidage du fais-
ceau, sur le côté d'injection du faisceau.
De ce fait, on peut doubler le nombre des zones de fusion 36 en raison du cheminement en sens inverse du
faisceau laser 28b à travers le système optique 32 de gui-
dage du faisceau et par conséquent on peut accroître de façon supplémentaire l'interaction entre le faisceau laser 28b et le courant 12 de la poudre de revêtement dans la
zone de fusion 18.
On a à nouveau représenté d'une manière résumée sur la figure 7 l'interaction du système optique de guidage du faisceau 52 avec le système optique 32 de guidage du faisceau pour la formation du faisceau laser. La courbe en trait plein représente la section transversale dans le plan XZ et dans le plan XZ' suivant, tandis que la courbe formée de tirets représente l'allure de la section transversale du
faisceau dans le plan YZ.
Comme cela est représenté sur la figure 7, le faisceau laser 28 délivré par le laser 30 est mis sous la forme d'un faisceau essentiellement parallèle, par la seconde lentille cylindrique 56, est à nouveau focalisé par la troisième lentille cylindrique 58 et franchit en tant que faisceau laser 28a la ligne focale 48, au niveau de
laquelle il possède pour la première fois la section trans-
* versale de faisceau la plus faible dans le plan XZ. Après avoir franchi la ligne focale 48, le faisceau laser 28a
rencontre pour la première fois, sous la forme d'un fais-
ceau divergent, la surface réfléchissante 44 et est réflé-
chi par cette surface, maintenant en tant que faisceau
laser 28b se déplaçant dans le système optique 32 de gui-
dage du faisceau, à nouveau en direction de la ligne focale 48 et est focalisé sur cette dernière. Après avoir franchi la ligne focale 48, le faisceau laser 28b rencontre alors la surface 46 du miroir cylindrique 42, par laquelle le faisceau est à nouveau réfléchi en direction de la ligne focale 48 et est focalisé sur cette ligne, pour ensuite
rencontrer à nouveau la surface 44 du miroir.
Au contraire la section transversale du faisceau laser 28a dans le plan YZ subit une faible variation, qui se poursuit ensuite également dans le faisceau laser 28b injecté dans le système optique 32 de guidage du faisceau et conduit à un élargissement de la section transversale, qui augmente lorsque le trajet du faisceau augmente et est conditionné par la divergence naturelle d'un faisceau laser. Pour le guidage du courant 12 de la poudre de revêtement dans la zone de fusion 18, on n'a pas donné d'indications très détaillées en rapport avec l'explication
précédente des différents exemples de réalisation. En prin-
cipe il serait possible, comme cela est représenté sur la figure 5, d'amener le courant 12 de la poudre de revêtement à traverser la zone de fusion 18 sous la forme d'un jet de poudre à déplacement libre 20a.
Pour obtenir cependant un guidage défini du cou-
rant 12 de la poudre de revêtement, comme cela est repré-
senté sur la figure 8 il est prévu de préférence que le courant 12 de la poudre de revêtement se déplace sous la forme d'un jet de poudre 20b déjà dans la zone de fusion 18, mais que le courant 20b de la poudre de revêtement est guidé par un courant de gaz protecteur 60, qui entoure le courant de poudre au niveau de son enveloppe et qui est entouré pour sa part à nouveau extérieurement par un tube
enveloppe 62 transparent pour le faisceau laser 28b.
Le tube enveloppe 62 a pour effet que le courant de gaz protecteur 60 ne s'élargit pas et par conséquent que ce courant guide pour sa part à nouveau le jet de poudre
b avec une section transversale aussi petite que pos-
sible, le long de la ligne focale 48. En outre, le courant de gaz protecteur 60 empêche que des particules fondues de la poudre de revêtement se fixent sur le tube enveloppe 62, notamment sur une paroi intérieure 64 de ce dernier et altèrent par conséquent sa transparence pour le faisceau
laser 28b.
Pour établir de telles conditions d'écoulement dans le tube enveloppe 62, comme représenté sur les figures 8 et 9, en amont de la zone de fusion 18 est disposée une buse désignée dans son ensemble par la référence 66 et qui possède un canal intérieur 68 servant à guider le courant 12 de la poudre de revêtement, et un canal annulaire 70 entourant annulairement ce canal intérieur 68 et dans lequel le gaz protecteur circule et d'o le gaz protecteur
sort ensuite en formant le courant de gaz protecteur 60.
Selon un exemple de réalisation particulièrement préféré d'une réalisation selon l'invention du système optique 32 de guidage du faisceau (figures 10, 11), il est prévu que les miroirs cylindriques 40 et 42 s'étendent entre deux parois latérales 80 et 82 d'un bloc de miroir compact, et sont reliés rigidement à ces parois latérales
et 82. Les miroirs 40 et 42 ainsi que les parois laté-
rales 80 et 82 sont alors en appui pour leur part encore sur une plaque de base 86, qui possède une ouverture 88 que traverse le tube 62, une ouverture inférieure 90 du tube enveloppe 62 étant située approximativement à hauteur de
l'ouverture 88.
Cependant, l'ouverture 88 a un diamètre supérieur au diamètre extérieur du tube enveloppe 62 de sorte qu'il est possible de faire passer en outre également, entre le tube 62 et les surfaces 44 et 46 des miroirs, un courant de gaz protecteur 92, qui d'une part refroidit les surfaces 44 et 46 du miroir et d'autre part refroidit le tube enveloppe 62 et sort par l'ouverture 68 aménagée dans la plaque de base 86 en entourant le tube enveloppe 90, de manière à
former un écran supplémentaire pour le courant de gaz pro-
tecteur 60a qui sort par l'ouverture 90 du tube enveloppe 62 et par conséquent protéger mieux encore le jet de poudre
, entouré par le courant de gaz protecteur 60a et conte-
nant une poudre de revêtement ramollie et accélérer simul-
tanément ce courant de gaz protecteur en tant que courant de gaz d'accélération en direction du substrat de sorte qu'il devient possible de recouvrir des surfaces qui sont obliques par rapport à l'horizontale ou perpendiculaires par rapport à l'horizontale. Dans le cas d'une accélération extrême, il est également possible d'appliquer à partir du
bas un revêtement à des surfaces.
Claims (23)
1. Dispositif d'application d'un revêtement de poudre pour déposer une poudre de revêtement fondue sur un substrat, comprenant une unité de préparation servant à produire un courant de poudre de traitement, et une tête de dépôt de la poudre, à partir de laquelle le courant de poudre de revêtement se propage sous la forme d'un jet de poudre dirigé vers le substrat, une zone de fusion, qui laisse passer le courant de poudre de revêtement dans une direction de traversée, et un système optique de guidage de faisceau dirige un faisceau laser produit par un laser pour faire fondre la poudre de revêtement, sur la zone de fusion, caractérisé en ce que la zone de fusion (18) est disposée dans la tête (16) de dépôt de la poudre et que le système optique (32) de guidage du faisceau est équipé de plusieurs éléments (40,42), qui réfléchissent le faisceau laser (28b) et amènent le faisceau laser (28b) à traverser
plusieurs fois, au niveau de la zone de fusion (18), trans-
versalement par rapport à la direction de traversée (34) au moins une zone de chauffage (36) pour le courant (12) de la
poudre de revêtement.
2. Dispositif d'application d'un revêtement de poudre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
système optique (32) de guidage du faisceau guide le fais-
ceau laser (28b) à travers plusieurs zones de chauffage
(36) disposées côte-à-côte dans la zone de fusion (18).
3. Dispositif d'application d'un revêtement de poudre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les
zones de chauffage (36) forment une série de zones succes-
sives de chauffage (36), qui s'étendent dans la direction
de traversée (34).
4. Dispositif d'application d'un revêtement de
poudre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que la zone de chauffage (36) s'étend sur toute la section transversale du courant (12) de la poudre
de revêtement.
5. Dispositif d'application d'un revêtement de
poudre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que le système optique (32) de guidage du faisceau comporte des éléments (40,42), qui focalisent le
faisceau laser (28b).
6. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments de focalisation (40, 42) sont agencés de telle sorte qu'ils focalisent le faisceau laser (28b) dans au moins un plan (XZ') du faisceau, sur la zone respective de
chauffage (36).
7. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plan (XZ') du faisceau s'étend transversalement par rapport
à la direction de traversée (34).
8. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que le faisceau laser (28b) traverse la zone de chauffage (36) sans être focalisé, dans un plan
(YZ) parallèle à la direction de traversée (34).
9. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que le système optique (32) de guidage du
faisceau réfléchit en va-et-vient le faisceau laser (28b).
10. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que le système optique (32) de guidage du faisceau réfléchit en
va-et-vient le faisceau laser (28b) dans un plan.
11. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 10, caractérisé en ce que le plan, dans lequel le faisceau laser (28b) est réfléchi en va-et-vient, est parallèle à la direction de traversée (34).
12. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé
en ce que le plan, dans lequel le faisceau laser (28b) est réfléchi en va-et-vient, est perpendiculaire au plan (XZ') du faisceau, dans lequel le système optique (32) de guidage du faisceau focalise le faisceau laser (28b) en direction
de la zone respective de chauffage (36).
13. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé
en ce que le système optique (32) de guidage du faisceau
guide le faisceau laser (28b) en tant que faisceau essen-
tiellement parallèle ou collimaté, dans le plan (YZ) qui est parallèle au plan dans lequel le faisceau laser (28b)
est réfléchi en va-et-vient.
14. Dispositif d'application d'un revêtement &
laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 13,
caractérisé en ce que le système optique (32) de guidage du faisceau comporte deux surfaces réfléchissantes (44,46), qui sont disposées en vis-à-vis et que le faisceau laser
(28b) rencontre plusieurs fois.
15. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 14, caractérisé en ce que les surfaces réfléchissantes (44, 46) possèdent une courbure qui
focalise le faisceau laser (28b).
16. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 15,
caractérisé en ce que le faisceau laser (28b) sort du sys-
tème optique (32) de guidage du faisceau après traversée de
ce système, sur un côté situé à l'opposé du substrat (22).
17. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 16, caractérisé en ce que le
faisceau laser (28b) ressort a nouveau, après avoir tra-
versé le système optique (32) de guidage du faisceau, sur
un côté d'injection de ce système optique.
18. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 17, caractérisé en ce que le côté d'injection pour le faisceau laser (28a) est situé sur un côté du système optique (32) de guidage du faisceau,
situé à l'opposé du substrat (22).
19. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon les revendications 18 et 14, caractérisé en ce que les
surfaces réfléchissantes (44,46) réciproquement en vis-à-
vis sont inclinées réciproquement sur un angle faible, qui s'ouvre en direction du côté d'injection du faisceau laser (28a).
20. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 19,
caractérisé en ce que la poudre de revêtement est guidée à travers la zone de fusion (18) sous la forme d'un jet de poudre (20b) entouré par une enveloppe de gaz protecteur
(60).
21. Dispositif d'application d'un revêtement à laser selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'enveloppe de gaz protecteur (60) et le jet de poudre (20b) traversent un tube enveloppe (62) au niveau de la
zone de fusion (18).
22. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 21,
caractérisé en ce que le courant (12) de la poudre de revê-
tement est accéléré, après traversée de la zone de fusion
(18), par un courant de gaz d'accélération (92).
23. Dispositif d'application d'un revêtement à
laser selon l'une quelconque des revendications 20 à 22,
caractérisé en ce que le tube enveloppe (62), qui guide le jet de poudre (20b) et l'enveloppe de gaz protecteur (60),
est entouré extérieurement par un autre courant de gaz pro-
tecteur (92).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070930 |