FR3033519B1 - Milieux architectures en metal ou en alliage - Google Patents

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Abstract

Pièce en métal ou en alliage comprenant des cavités internes formant un volume interne de la pièce, définissant ainsi un négatif de la forme de ladite pièce, caractérisée en ce que ledit volume interne définit des plaques empilées, chaque plaque est formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé - d'un zonoèdre, et d'au moins deux volumes parmi - des zonoèdres ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, ou - des pyramides.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne les milieux architecturés métalliques, et plus précisément la réalisation de pièces complexes métalliques présentant des cavités internes ou cellules.
ETAT DE L'ART
La réalisation de milieux structurés est complexe à mettre en œuvre à l'aide de Drocédés industriels conventionnels, du fait de la géométrie de tels milieux qui mplique nécessairement une réalisation en plusieurs composants qui sont ensuite assemblés. 3e tels procédés de fabrication comprenant une étape d'assemblage sont cependant contraignants en termes de temps et de coût, mais entraînent également des performances moindres par rapport à une pièce directement /enue de matière. _a présente invention vise ainsi à permettre de réaliser des pièces ayant des ;tructures tridimensionnelles complexes et comprenant des cavités internes ou cellules.
PRESENTATION DE L'INVENTION _a présente invention propose ainsi une pièce en métal ou en alliage comprenant des cavités internes formant un volume interne de la pièce, définissant ainsi un négatif de la forme de ladite pièce, caractérisée en ce que édit volume interne définit des plaques empilées, chaque plaque est formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé - d'un zonoèdre, et d'au moins deux volumes parmi - des zonoèdres ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, ou - des pyramides.
Cette pièce est par exemple une pièce de fonderie, réalisée à l'aide d'un noyau destructible, ou une pièce métallique issue de fabrication additive.
La présente invention propose également une préforme adaptée pour être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication, par voie de fonderie, d'une telle pièce en métal ou en alliage, ladite préforme étant caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs plaques empilées, chaque plaque étant formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé - d'un zonoèdre, et d'au moins deux volumes parmi - des zonoèdres ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, ou - des pyramides.
Lesdits motifs présentent par exemple des arrêtes arrondies ou chanfreinées.
Lesdits motifs sont convexes, ou au moins un motif peut présenter un évidement sur au moins une de ses faces, par exemple un évidement pyramidal ou tronconique.
On décrit également une pièce en métal ou en alliage réalisée à l'aide d'un noyau destructible, ladite pièce comprenant des alvéoles ouvertes définissant un volume complémentaire de la pièce, caractérisée en ce que ledit volume complémentaire de la pièce est formé de plaques empilées, chaque plaque est formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé de deux demi motifs ; d'une part un premier demi motif formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, et d'autre part, un second demi motif formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6.
Cette pièce est par exemple une pièce de fonderie, réalisée à l'aide d'un noyau destructible, ou une pièce métallique issue de fabrication additive.
On présente en outre une préforme adaptée pour être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication, par voie de fonderie, d'une telle pièce en métal ou en alliage, ladite préforme étant caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs plaques empilées, chaque plaque étant formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé de deux demi motifs ; d'une part un premier demi motif formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, et d'autre part, un second demi motif formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces supérieur ou égal à 6, ou par exemple strictement supérieur à 6.
Lesdits motifs présentent par exemple des arrêtes arrondies ou chanfreinées.
Lesdits motifs sont convexes, ou au moins un motif peut présenter un évidement sur au moins une de ses faces, par exemple un évidement pyramidal ou tronconique.
Le premier demi motif est par exemple formé d'un demi-zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, et le second demi motif est formé d'un demi-zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 présente un exemple de pièce selon un aspect de l'invention,
Les figures 2 et 3 détaillent la géométrie du volume complémentaire de cette pièce, qui sera, dans le cas d'une réalisation par voie de fonderie, la géométrie des noyaux destructibles utilisés pour la fabrication,
Les figures 4a et 4b présentent deux vues d'un autre exemple de pièce selon un aspect de l'invention,
Les figures 5, 6a, 6b et 6c détaillent la géométrie du volume complémentaire de cette pièce,
La figure 7 présente encore un autre exemple de pièce selon un aspect de l'invention,
Les figures 8 et 9 détaillent la géométrie du volume complémentaire de cette pièce de fonderie,
La figure 10 présente encore un autre exemple de pièce selon un aspect de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 présente un exemple de pièce de fonderie, et les figures 2 et 3 détaillent la géométrie du volume complémentaire de cette pièce et des noyaux destructibles permettant sa réalisation dans le cas où cette dernière est réalisée aar voie de fonderie.
Dn présente sur la figure 1 un premier exemple de pièce 100, réalisée en métal au en alliage.
Zette pièce 100 est une pièce de type alvéolaire, communément désignée :omme étant une mousse métallique, du fait de son volume interne important.
Dans l'exemple représenté, la pièce 100 comprend une même structure Élémentaire 110 répétée de manière à former la structure 3D de la pièce 100.
Sette structure élémentaire 110 a sensiblement une forme définie par les arrête d'un losange sont les sommets opposés ont été écrêtés.
Les structures élémentaires 110 étant des structures ouvertes définissant ainsi des alvéoles ouvertes, on définit ainsi un volume complémentaire de la pièce 100, que l'on présente en considérant les figures 2 et 3.
La figure 2 présente un exemple de préforme 120 pouvant être utilisée comme noyau destructible pour la réalisation de la pièce 100 représentée sur la figure 1 si cette dernière est réalisée par voie de fonderie, ainsi qu'une portion de moule 130 dans laquelle la préforme 120 est adaptée à être disposée.
Cette préforme 120 est typiquement soluble, et est par exemple composée de sable associé à un liant.
La préforme 120 définit un volume complémentaire à celui de la pièce 110. La superposition de plusieurs préformes 120 telles que représentées permet en effet de délimiter la structure de la pièce 100 ; les préformes 120 ainsi empilées forment ainsi un volume complémentaire à celui de la pièce 100.
La préforme 120 telle qu'illustrée est formée par translation d'un motif 121 afin de former des plaques qui sont ensuite empilées, ce motif 121 étant représenté sur la figure 3.
Le motif 121 est formé de deux demi motifs, désignés 121a et 121b, qui sont ici identiques.
Chaque demi motif 121a et 121b est formé d'un demi losange, dont le sommet est tronqué, et dont les arrêtes sont chanfreinées ou arrondies.
Les chanfreins ou arrondis ainsi réalisés forment des conduits qui constituent les zones de matière de la pièce 100, entre les plaques de la préforme 120 dont l'empilement définit le volume complémentaire à la forme de la pièce 100. Dans le cas d'une réalisation par fonderie, les chanfreins ou arrondis ainsi réalisés forment des conduits pour le passage de la matière lorsque les plaques de la préforme 120 sont empilées, définissant ainsi la forme de la pièce 100.
Comme on le comprend à la vue des figures 1 et 2, afin de réaliser la pièce 100 par voie de fonderie, on dispose plusieurs noyaux destructibles de fonderie ayant une forme telle que définie par la préforme 120 en quinconce dans un moule, puis on coule du métal ou de l'alliage de manière à ce qu'il vienne remplie les conduits définis par les noyaux destructibles, formant ainsi la pièce 100.
Les noyaux destructibles sont ensuite évacués, et on obtient donc une mousse métallique formée par voie de fonderie.
La pièce 100 peut également être réalisée via d'autres procédés de fabrication, notamment par fabrication additive.
Les figures 4a et 4b présente un autre exemple de pièce, et les figures 5, 6a, 6b et 6c détaillent la géométrie du volume complémentaire de cette pièce et des noyaux destructibles permettant sa réalisation par voie de fonderie.
On présente sur les figures 4a et 4b deux vues un second exemple de pièce 200, réalisée en métal ou en alliage. La figure 4a représente une vue filaire de la pièce 200, tandis que la figure 4b représente une vue d'ensemble de la pièce 200, mettant en avant ses alvéoles.
Tout comme le premier exemple 100 présenté précédemment, cette pièce 200 présentée sur les figures 4a et 4b est également une pièce de type alvéolaire, communément désignée comme étant une mousse métallique, du fait de son volume interne important.
La figure 5 présente un exemple de préforme 220 pouvant être utilisée comme noyau destructible pour la réalisation par voie de fonderie de la pièce 200 représentée sur les figures 4a et 4b. Cette préforme 220 définit également le volume complémentaire de la pièce 200, qui peut également être obtenue directement par fabrication additive.
Dans le cas de la fonderie, cette préforme 220 est typiquement soluble, et est par exemple composée de sable associé à un liant.
La préforme 220 telle que représentée comprend deux plaques 221 et 222, qui sont disposées de manière alternée. Sur la figure 5, on représente ainsi une plaque 221 disposée entre deux plaques 222, ces plaques 221 et 222 étant typiquement formées de motifs identiques, mais décalés les uns par rapport aux autres.
Comme on le voit sur la figure 5, les plaques 221 et 222 sont formées par répétition de motifs, par translation et par rotation, ces motifs pouvant être identiques ou distincts.
On présente sur les figures 6a à 6c le détail de l'un de ces motifs.
La figure 6a représente deux motifs 230 et 240 des plaques 221 et 222. Les motifs tels que représentés sont coupés en deux selon un plan médian, formant ici un plan de symétrie des motifs.
Chaque motif est en effet formé de deux demi motifs, pouvant être identiques du distincts. Chaque motif peut donc présenter un plan de symétrie dans le cas dù les demi motifs le constituant sont identiques.
Le motif 230 est ainsi formé de deux demi motifs 230a et 230b, tandis que le motif 240 est formé de deux demi motifs 240a et 240b.
Dn détaille ensuite la géométrie du motif 240.
Comme représenté sur les figures 6b et 6c, le motif 240 est formé de deux demi motifs 240a et 240b.
Chaque demi motif est lui-même formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6.
Dn rappelle la définition d'un zonoèdre, qui est un polyèdre convexe où chaque Face est un polygone ayant un centre de symétrie.
Dans le mode de réalisation représenté, le demi motif 240a peut être divisé en deux portions de zonoèdres ayant chacun un nombre de faces strictement supérieur à 6, désignés par les références numériques 241a et 242a comme visible sur la figure 6b, ou encore en quatre portions de zonoèdres ayant chacun un nombre de faces strictement supérieur à 6, désignés par les références numériques 243a, 244a, 245a et 246a comme visible sur la figure 6c.
Le demi motif 240b est ici symétrique au demi motif 240a, et peut donc également être divisé en deux portions de zonoèdres ayant chacun un nombre de faces strictement supérieur à 6, désignés par les références numériques 241b et 242b comme visible sur la figure 6b, ou encore en quatre portions de zonoèdres ayant chacun un nombre de faces strictement supérieur à 6, de manière similaire aux portions représentées sur la figure 6c pour le demi motif 240a.
Ainsi, en considérant le premier et le second exemple présentés sur les figures 1 à 6, les pièces 100 et 200 présentées sont réalisées en métal ou en alliage, par exemple par voie de fonderie au moyen de noyaux destructibles, ou par exemple via des procédés de fabrication additive.
Ces pièces sont de type alvéolaire, le volume des alvéoles définissant ainsi un volume complémentaire à celui de la pièce, correspondant typiquement au volume des noyaux destructibles utilisés pour la formation de la pièce.
Ce volume complémentaire est formé d'un empilement de plaques, chaque plaque étant formée par répétition de motifs par rotation ou par translation, chaque motif étant lui-même formé de deux demi motifs ; d'une part un premier demi motif formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, et d'autre part, un second demi motif formé d'au moins une portion de zonoèdre ayant un nombre de faces supérieur ou égal à 6, ou strictement supérieur à 6.
Les arrêtes des motifs peuvent être arrondies ou chanfreinées.
Les motifs peuvent être concaves ou convexes.
Selon une variante non représentée sur les figures, au moins un motif peut présenter un évidement, par exemple pyramidal ou tronconique, sur au moins une de ses faces.
De tels évidements permettent notamment d'augmenter la surface de la pièce, ce qui est avantageux pour des applications de transferts de chaleur dans la mesure où la surface d'échange est augmentée.
Les motifs peuvent être formés de deux demi motifs chacun formé d'un demi zonoèdre ayant un nombre de faces supérieur ou égal à 6, ou strictement supérieur à 6.
Ce volume complémentaire définit également une préforme, adaptée par exemple pour être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication, par voie de fonderie, de la pièce en métal ou en alliage.
La figure 7 présente un troisième exemple de pièce 300, et les figures 8 et 9 détaillent la géométrie du volume complémentaire de cette pièce et des noyaux destructibles permettant sa réalisation par voie de fonderie.
Tout comme les exemples précédents 100 et 200, cette pièce 300 présentée sur la figure 7 est également une pièce de type alvéolaire, communément désignée comme étant une mousse métallique, du fait de son volume interne important.
Comme on le voit sur la figure 7, cette pièce 300 présente une même structure élémentaire 310, répétée par translation ou par rotation.
Cette structure élémentaire 310 est une structure évidée, formant ainsi des alvéoles ouvertes définissant un volume complémentaire de la pièce, ce volume complémentaire étant composé de plaques empilées.
On représente ensuite sur les figures 8 et 9 un exemple de moule 330 et de noyau destructible 320 pour la réalisation de la pièce 300, dans le cas d'une fabrication par fonderie, le noyau destructible 320 correspondant à une plaque définissant le volume complémentaire de la pièce 300. La plaque représentée sur la figure 8 est formée par répétition par translation ou par rotation d'un motif, ce motif étant détaillé en figure 9.
Comme on le voit sur la figure 9, le motif est ici formé par l'assemblage de trois portions distinctes ; une portion médiane 321, une portion supérieure 322, et une portion inférieure 323, les dénominations « inférieure » et « supérieure » étant utilisées de manière arbitraire et non limitative.
Dans le mode de réalisation représenté, la portion médiane 321 est ici un polyèdre à 10 faces, et présentant notamment une face inférieure et une face supérieure contre lesquelles la portion inférieure 323 et la portion supérieure 322 sont apposées.
La portion supérieure 322 et la portion inférieure 323 sont ici identiques.
Elles sont chacune formées d'une pyramide tronquée, dont les arrêtes ont été chanfreinées. Ces pyramides tronquées sont en appui par leur base sur la portion médiane 321.
Les plaques formées par répétition de ce motif sont disposées en quinconce, ce qui forme des canaux entre les faces des motifs afin de permettre le passage de métal ou d'alliage dans le cas d'une fabrication par voie de fonderie, et ainsi définir la structure de la pièce 300.
De manière plus générale, cet exemple définit ainsi une pièce en métal ou en alliage comprenant des alvéoles ouvertes définissant un volume complémentaire de la pièce, caractérisée en ce que ledit volume complémentaire de la pièce est formé de plaques empilées, chaque plaque est formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé - d'un zonoèdre, et d'au moins deux volumes parmi - des zonoèdres ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, ou - des pyramides.
Les zonoèdres sont par exemple des octaèdres tronqués.
Les arrêtes des motifs peuvent être arrondies ou chanfreinées.
Les motifs peuvent être concaves ou convexes.
Selon une variante non représentée sur les figures, au moins un motif peut présenter un évidement pyramidal sur au moins une de ses faces. _es motifs peuvent être formés de deux demi motifs chacun formé d'un demi zonoèdre ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6. .a figure 10 présente un autre exemple de pièce 400 selon un aspect de 'invention. .a pièce 400 en métal ou en alliage ainsi représentée sur la figure 10 comprend les alvéoles ouvertes définissant un volume complémentaire de la pièce, formé jar répétition par translation de motifs, chaque motif étant formé d'un octaèdre ït d'un cube. rout ou partie des arrêtes des motifs sont biseautées, et deux faces opposées le l'octaèdre et du cube de chaque motif élémentaire sont tronquées et présentent des surfaces adaptées pour former des renforts longitudinaux 410 je la pièce 400, lesdits renforts longitudinaux 410 tels qu'illustrés présentant des nervures longitudinales 412 à sa surface.
Selon une variante non représentée sur les figures, une ou plusieurs des plaques formant le volume complémentaire de la pièce peuvent présenter au noins un trou traversant ou borgne. 2e volume complémentaire définit également une préforme, adaptée pour être jtilisée comme noyau destructible pour la fabrication, par voie de fonderie, de a pièce en métal ou en alliage. La préforme est typiquement soluble, et est par exemple réalisée en sable associé à un liant.
Les différents exemples présentés, ainsi que les pièces, préformes, moules et noyaux destructibles de fonderie ainsi définis permettent donc de réaliser des mousse métalliques formées en une seule pièce venue de matière.
Les pièces présentées offrent de plus un très grand nombre de configurations possibles, permettant d'adapter la structure de la pièce aux applications voulues.
Une telle mousse métallique est avantageuse pour plusieurs applications, parmi lesquelles on peut notamment citer les échangeurs thermiques du fait de la surface d'échange importante présentée, ou encore les systèmes de distillation fractionnée, en ce que de telles mousses métalliques facilitent l'ascension des vapeurs.
De plus, de telles pièces ne nécessitent pas d'intégrer des étapes d'assemblage ou d'usinage additionnelles, et sont donc avantageuses en termes de Fabrication.

Claims (1)

  1. IJ Revendications . Pièce en métal ou en alliage comprenant des cavités internes formant un Diurne interne de la pièce, définissant ainsi un négatif de la forme de ladite ièœ, ans laquelle dit volume interne définit des plaques empilées, laque plaque est formée par répétition par rotation ou par translation d'un ou lusieurs motifs, laque motif étant formé d'un zonoèdre, et fau moins deux volumes parmi des zonoèdres ayant un nombre de faces strictement supérieur à 6, ou des pyramides aractérisée en ce qu'au moins un motif présente un évidement sur au moins ne de ses faces. . Pièce en métal ou en alliage selon la revendication 1, dans laquelle lesdits lotifs présentent des arrêtes arrondies ou chanfreinées. . Pièce en métal ou en alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, dans quelle lesdits motifs sont convexes. . Pièce en métal ou en alliage selon la revendication 1, dans lequel ledit au soins évidement est un évidement pyramidal ou tronconique. . Pièce en métal ou en alliage selon l'une des revendications 1 à 4, aractérisée en ce qu'il s'agit d'une pièce de fonderie réalisée à l'aide d'un oyau destructible. . Pièce en métal ou en alliage selon l'une des revendications 1 à 4, aractérisée en ce qu'elle est réalisée par fabrication additive. . Préforme adaptée pour être utilisée comme noyau destructible pour la ibrication, par voie de fonderie, d'une pièce en métal ou en alliage, dite préforme étant caractérisée en ce qu'elle comprend une ou plusieurs aques empilées, chaque plaque étant formée par répétition par rotation ou îr translation d'un ou plusieurs motifs, chaque motif étant formé d'un zonoèdre, et au moins deux volumes parmi des zonoèdres, ou des pyramides, sractérisée en ce qu'au moins un motif présente un évidement sur au moins le de ses faces. Préforme selon la revendication 7, dans laquelle lesdits motifs présentent des rêtes arrondies ou chanfrelnées. Préforme selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle lesdits motifs snt convexes. ). Préforme selon la revendication 7, dans laquelle ledit au moins un ridement est un évidement pyramidal ou tronconique.
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