FR3059920A1 - Finition des canaux de communication obtenus par fabrication additive - Google Patents

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Abstract

Procédé de finition d'une portion intérieure d'un conduit (71) ménagé dans un corps (70) comprenant les étapes suivantes : - introduire dans la portion de conduit (71) un volume (61) d'un fluide abrasif (60), le volume (61) de fluide abrasif (60) occupant alors une position d'équilibre dans le conduit (71) ; - déplacer le volume (61) de fluide abrasif (60) dans la portion de conduit (71) de manière à ce que celui-ci réalise des oscillations autour de la position d'équilibre. Machine de finition (1) pour la mise en œuvre du procédé de l'invention.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention se rapporte au domaine du traitement de surface et plus particulièrement au traitement de surface de l'intérieur d'un conduit.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
La fabrication additive aussi connue sous le nom d'impression tridimensionnelle, permet de réaliser des corps à l'intérieur desquels s'étendent des conduits dont la géométrie et le routage ne sont pas limitée par les sujétions liées aux moyens de fonderie et/ou d'usinage traditionnels. En effet, la fabrication additive permet notamment de réaliser des blocs hydrauliques dont les conduits internes ne comportent pas de bouchons d'usinage et dans lesquels les changements de direction peuvent se faire à l'aide de portions coudées, susceptibles de réduire les pertes de charge. La fabrication additive permet également de réaliser, de manière économique, des petites séries de pièces. La réalisation de tels blocs à l'aide de poudre comportant des particules métalliques comporte plusieurs inconvénients :
- l'état de surface des conduits internes est très rugueux en raison des arêtes des particules métalliques qui viennent en saillie dans le conduit. Cet état de surface dégrade les performances du bloc hydraulique car il augmente les pertes de charges ;
- il est nécessaire de supprimer les particules de poudre non fusionnées présentes dans les conduits ;
- il est également nécessaire de supprimer les particules susceptibles de se détacher des conduits afin de préserver les composants du bloc hydraulique.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet de réduire les pertes de charge dans un conduit obtenu par fabrication additive. L'invention peut également permettre de décontaminer un tel conduit.
RESUME DE L’INVENTION
Dans ce but, on prévoit un procédé de finition d'une paroi intérieure d'une portion d'un conduit ménagé dans un corps comprenant les étapes suivantes :
- introduire dans la portion de conduit un volume d'un fluide abrasif, le volume de fluide abrasif occupant alors une position d'équilibre dans le conduit;
- déplacer le volume de fluide abrasif dans la portion de conduit de manière à ce que celui-ci réalise des oscillations autour de la position d'équilibre.
L'oscillation d'un volume de fluide dans un conduit est possible y compris pour les canaux de petites dimensions en présence de fortes pertes de charge. Le procédé selon l'invention permet d'améliorer par abrasion l'état de surface de la paroi intérieure du conduit. La portion intérieure de conduit ainsi traitée offre une résistance réduite au passage du fluide ce qui améliore les performances hydrauliques du conduit.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique d'une machine de finition selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue de détail de la machine de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue identique à celle de la figure 1 de la machine de finition dans une première étape du procédé selon l'invention ;
- les figures 4a-4d sont des vues schématiques d'une portion de conduit lors de différentes étapes du procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre par une machine de finition généralement désignée 1 comprenant :
- un vérin double effet 20 comprenant un corps de piston 21 mobile selon un axe longitudinal Ox dans une chemise 22 et délimitant avec la chemise 22 une première chambre 23 et une deuxième chambre 24;
- une servovalve 30 dont les première et deuxième sorties 31 et 32 sont respectivement reliées aux première et deuxième chambres de pilotage 23 et 24 du vérin 20.
Le corps de piston 21 comprend une partie centrale 21.1 de laquelle viennent en saillie longitudinale un premier piston 21.2 et un deuxième piston 21.3 montés respectivement à coulissement longitudinal dans un premier alésage 25 et un deuxième alésage 26.
Les premier et deuxième alésages 25 et 26 sont respectivement reliés à un premier logement 40 et un deuxième logement 41 qui comprenne respectivement une première membrane 42 et une deuxième membrane 43.
La première membrane 42 délimite dans le premier logement 40 une première chambre primaire 44 et une première chambre secondaire 45, la première chambre primaire 44 étant en lien fluidique avec le premier alésage 25.
logement deuxième primaire
La deuxième membrane 43 délimite dans le 41 une deuxième chambre primaire 46 chambre secondaire 47, la deuxième 46 étant en lien fluidique avec le deuxième et une chambre deuxième alésage 26.
Un premier conduit 50 s'étend depuis la première chambre secondaire 45 et comprend une extrémité pourvue d'une bride 51.
Un deuxième conduit 52 s'étend depuis la deuxième chambre secondaire 47 et comprend une extrémité pourvue d'une bride 53.
Le circuit hydraulique constitué des première et deuxième chambres de pilotage 23 et 24 contient un fluide hydraulique standard, ici de l'huile hydraulique minérale
27. Le circuit hydraulique constitué des premier et deuxième alésages 25 et 26 et des première et deuxième chambres primaires 44 et 46 contient lui aussi de l'huile hydraulique minérale 27. Ces deux derniers circuits sont isolés fluidiquement, bien que cela ne soit pas absolument indispensable au fonctionnement de la machine de finition 1. Les première et deuxième chambres secondaires 45 et 47 ainsi que les premier et deuxième conduit 50 et 52 sont, quant à eux, remplis d'un fluide abrasif 60. Le fluide abrasif 60 comprend une base d'huile minérale (comme par exemple celle utilisée pour la lubrification des organes mécaniques ou des moteurs) ou synthétique comprenant une concentration de particules abrasives, ici de la silice, comprise entre 5 et 200 grammes par litre. Préférentiellement, la concentration de silice est comprise entre 50 et 100 grammes par litre d'huile de base. Très préférentiellement, la concentration en silice est comprise entre 70 et 90 grammes par litre d'huile de base. La granulométrie de la silice employée est adaptée en fonction de la taille des conduits et de leur état de surface. Des granulométries comprises entre 1 micron à 600 microns sont préférées.
Selon un mode de réalisation particulier, un fluide abrasif 160
La servovalve 30 est, ici, agencée pour faire du bloc 70. 75 du bloc
Les osciller le corps de piston 21 à une fréquence comprise entre 1 et 80 Hertz.
Le procédé de finition selon l'invention et mis en œuvre par la machine de finition 1 va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 4.
Un bloc 70 hydraulique réalisé par fusion sélective par laser comprend un conduit 71. Le conduit 71 comprend une première extrémité 72 débouchant sur une première face 73 du bloc 7 0 et une deuxième extrémité 74 débouchant sur une deuxième face 75 première et deuxième faces 73 et comprennent respectivement des taraudages 76 et 77.
Selon une étape préliminaire, le conduit 71 est rempli de fluide abrasif 60. Selon une première étape, les première et deuxième extrémités 72 et 74 du conduit 70 sont ensuite respectivement reliées aux premier et deuxième conduits 50 et 52 à l'aide de vis non représentées introduites dans les perçages des brides 51 et 53 pour être respectivement vissées dans les taraudages 76 et 77. Il est possible de disposer un joint plat d'étanchéité entre la première face 73 et la bride 51 ainsi qu'entre la deuxième face 7 5 et la bride 52. Ainsi monté sur la machine de finition 1, le conduit 71 du bloc 70 relie alors fluidiquement les première deuxième chambres secondaires 45 et 47.
Selon une deuxième étape du l'invention, la servovalve 30 commande une introduction de fluide hydraulique 27 dans la deuxième chambre 24 (accompagnée par une mise au retour de la première chambre 23) . Ceci provoque une augmentation du volume de la deuxième chambre 24 et un déplacement du corps de piston 21 dans la chemise 22 vers la gauche selon la représentation de la figure 1. Cette situation est représentée en figure 3. Le mouvement du corps de piston 21 dans la chemise 22 provoque alors une augmentation de et procédé de la pression dans la première chambre primaire 44 et une diminution de pression dans la deuxième chambre primaire 46. Les variations de pression dans les première et deuxième chambres primaires 44 et 46 -respectivement une augmentation de pression dans la première chambre primaire 44 et une diminution de pression dans la deuxième chambre primaire 45- sont respectivement retransmises aux première et deuxième chambres secondaires 45 et 47 via les première et deuxième membranes 42 et 43. On obtient alors une augmentation de la pression de fluide abrasif 60 au niveau du premier orifice 72 et une diminution de pression au niveau du second orifice 74.
Selon une troisième étape du procédé, la servovalve 30 commande une introduction de fluide hydraulique 27 dans la première chambre 23 (accompagnée par une mise au retour de la deuxième chambre 24) . Ceci provoque une augmentation du volume de la première chambre 24 et un déplacement du corps de piston 21 dans la chemise 22 vers la droite selon la représentation de la figure 1. Le mouvement du corps de piston 21 dans la chemise 22 provoque alors une augmentation de la pression dans la deuxième chambre primaire 46 et une diminution de pression dans la première chambre primaire 44. Les variations de pression dans les première et deuxième chambres primaires 44 et 46 -respectivement une diminution de pression dans la première chambre primaire 44 et une augmentation de pression dans la deuxième chambre primaire 45- sont respectivement retransmises aux première et deuxième chambres secondaires 45 et 47 via les première et deuxième membranes 42 et 43. On obtient alors une diminution de la pression de fluide 60 au niveau du premier orifice 72 et une augmentation de pression au niveau du second orifice 74.
En référence à la figure 4, le comportement d'un volume 61 de fluide abrasif 60 va être décrit lors des deuxième et troisième étapes du procédé de l'invention.
La figure 4a représente un volume 61 de fluide abrasif 60 lors de la première étape. Les pressions au niveau des premier et deuxième orifices 72 et 74 sont égales et le volume 61 de fluide abrasif 60 occupe sa position d'équilibre dans le conduit 71. La position d'équilibre du volume 61 de fluide abrasif 60 est repérée sur la figure 4 par deux traits en pointillés 62 et 63 respectivement situés à gauche et à droite du volume 61 de fluide abrasif 60 selon la représentation de la figure 1.
Lors de la deuxième étape du procédé, la pression de fluide abrasif 60 au niveau du premier orifice 72 augmente conjointement à une diminution de la pression de fluide abrasif 60 au niveau du second orifice 74. Le volume de fluide 61 se déplace alors dans le conduit 71 dans un sens allant depuis le premier orifice 72 vers le deuxième orifice 74 et, à l'issue de la deuxième étape, occupe alors une position représentée en figure 4b dans laquelle le volume 61 se situe à droite du trait 63.
Lors de la troisième étape du procédé, la pression de fluide abrasif 60 au niveau du premier orifice 72 diminue conjointement à une augmentation de la pression de fluide abrasif 60 au niveau du second orifice 74. Le volume 61 de fluide abrasif 60 se déplace alors dans le conduit 71 dans un sens allant depuis le deuxième orifice 74 vers le premier orifice 72. Le volume 61 repasse par sa position d'équilibre lorsque les pressions au niveau des premier et deuxième orifices 72 et 74 sont égales (fig.4c) . La pression de fluide abrasif 60 au niveau du premier orifice 72 continue à diminuer conjointement à une augmentation de la pression de fluide abrasif 60 au niveau du second orifice 74 et le volume 61 de fluide abrasif 60 se déplace par rapport à sa position d'équilibre pour se trouver à gauche du trait 62. Lors de la deuxième et troisième étape du procédé, le volume 61 de fluide abrasif 60 s'est déplacé de part et d'autre de sa position d'équilibre. La répétition des deuxième et troisième étapes provoque une oscillation du volume 61 de fluide abrasif 60 de part et d'autre de sa position d'équilibre. La fréquence de ces oscillations peut être ajustée en agissant sur la fréquence des oscillations du corps de piston 21 dans la chemise 22. Le déplacement du volume 61 de fluide abrasif 60 dans le conduit 70 peut donc être réalisé à des fréquences comprises entre 1 Hertz et 80 Hertz.
Lors des oscillations du volume 61 de fluide abrasif 60, les particules de silice réalise une finition de l'intérieur du conduit 72sans pertes de charge au niveau des changements de direction du conduit 70.
L'invention comprend également plusieurs autres modes de réalisation particulièrement avantageux mettant en œuvre différentes compositions de fluides abrasifs.
Selon un deuxième mode de réalisation, un fluide abrasif 80 est utilisé. Ce fluide abrasif 80, contrairement au fluide 60 qui est inerte vis-à-vis du matériau du bloc 70, contient de l'acide sulfurique qui est corrosif vis-à-vis d'un bloc 70 en acier. La concentration en acide sulfurique peut varier entre 4 et 14 mol par litre.
Selon un troisième mode de réalisation, un fluide abrasif 90 peut être réalisé à partir du fluide 60 ou 80 auquel on ajoute de la gomme de guar en tant qu'épaississant.
Selon un quatrième mode de réalisation, un fluide abrasif 100 est utilisé. Ce fluide abrasif 100, contrairement au fluide 60 qui est un fluide newtonien, est rhéo-épaississant et contient une base d'eau et de fécule de maïs dans des proportions volumiques de 50% d'eau/50% de fécule de maïs pouvant aller jusqu'à 34% de fécule maïs et 66% d'eau, ainsi qu'une concentration en silice comprise entre 5 et 200 grammes par litre.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier,
- bien qu'ici le vérin double effet soit piloté par une servovalve, l'invention s'applique également à d'autres moyens d'actionnement comme par exemple un tiroir piloté électriquement ou un moteur électrique ;
- bien qu'ici les premiers et deuxième conduits soient pourvus d'une bride plate pour leur liaison au bloc hydraulique, l'invention s'applique également à d'autres moyens de liaison des première et deuxième chambres aux extrémités du conduit à traiter comme par exemple un raccord fileté, un raccord rapide à emboîtement, des brides de serrage, la jonction pouvant se faire avec la présence ou non de joints,
- bien qu'ici, le fluide contienne de la silice, l'invention s'applique également à d'autres particules de matériau dur, comme par exemple des particules de diamant et/ou de corindon, éventuellement mélangées à de la silice ;
- bien qu'ici le fluide abrasif contienne une base d'huile minérale, l'invention s'applique également à d'autres types de bases comme par exemple une base alcoolique, aqueuse ou un mélange aqueux/alcoolique ;
ίο
- bien qu'ici le conduit à traiter s'étende dans un bloc réalisé par fusion sélective par laser, l'invention s'applique également au traitement de conduits s'étendant dans des blocs issus d'autres modes de fabrication comme par exemple l'usinage ou la fonderie pour les modes de fabrication traditionnels ainsi que le frittage sélectif par laser, l'impression 3D, le dépôt de fil tendu ou la stéréo lithographie pour les modes de fabrication additive ;
- bien qu'ici le procédé comprenne une étape préliminaire de remplissage du conduit à traiter, l'invention s'applique également à un procédé dans lequel le remplissage du conduit à traiter se fait après connexion à la machine, la machine pouvant comprendre un dispositif de remplissage et/ou de purge du conduit à traiter ;
- bien qu'ici le fluide abrasif contienne de l'acide sulfurique, particulièrement adapté aux pièces en aluminium, l'invention s'applique également à d'autres types de substances corrosives comme par exemple de la soude caustique, de l'acide sulfonitrique ou chlorhydrique ;
- bien qu'ici le fluide abrasif comprenne de la gomme de guar, l'invention s'applique également à d'autres types d'agents épaississants comme par exemple des agents épaississants naturels comme les gommes arabiques ou les alginates, ou des épaississants synthétiques comme par exemple la cellulose et ses dérivés. L'invention concerne également des fluides abrasifs contenant des agents fluidifiants ;
- bien qu'ici la concentration en particules de silice du fluide abrasif soit comprise entre 5 et 200 grammes par litre, l'invention s'applique également à d'autres concentrations en particules de matériau dur comme par exemple une concentration particules de matériau dur du fluide abrasif comprise entre lg/L et 50G/L.
en est

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de finition d'une paroi intérieure d'une portion d'un conduit (71) ménagé dans un corps (70) comprenant les étapes suivantes :
    - introduire dans la portion de conduit (71) un volume (61) d'un fluide abrasif (60), le volume (61) de fluide abrasif (60) occupant alors une position d'équilibre dans le conduit (71) ;
    - déplacer le volume (61) de fluide abrasif (60) dans la portion de conduit (71) de manière à ce que celui-ci réalise des oscillations autour de la position d'équilibre.
  2. 2. Procédé de finition selon la revendication 1, dans lequel le déplacement du volume (61) de fluide abrasif (60) est réalisé à une fréquence comprise entre 1 Hz et 80 Hz.
  3. 3. Procédé de finition selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide abrasif (60) est inerte vis-à-vis du matériau du conduit (71) .
  4. 4. Procédé de finition selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le fluide abrasif (60) est corrosif vis-à-vis du matériau du conduit (71).
  5. 5. Procédé de finition selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide abrasif (60) contient des agents épaississants ou fluidifiants.
  6. 6. Procédé de finition selon l'une quelconque revendications précédentes, dans lequel le des déplacement du volume (61) de fluide est réalisé par variation de la pression en amont et/ou en aval de la portion du conduit (71).
  7. 7. Procédé de finition selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide abrasif (60) est un fluide newtonien.
  8. 8. Procédé de finition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le fluide abrasif (60) est un fluide non newtonien.
  9. 9. Procédé de finition selon la revendication 8, dans lequel le fluide abrasif (60) est un fluide rhéoépaississant.
  10. 10. Procédé de finition selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fluide abrasif (60) contient des particules de matériau dur en suspension dans une base, le matériau dur étant de la silice et/ou du corindon et/ou du diamant.
  11. 11. Procédé de finition selon la revendication 10, dans lequel la base est une base alcoolique, une base aqueuse ou un mélange de base aqueuse et alcoolique.
  12. 12. Procédé de finition selon la revendication 10, dans lequel la concentration en particules de matériau dur du fluide abrasif (60) est comprise entre lg/L et 50G/L.
  13. 13. Machine de finition (1) destinée à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la machine de finition (1) comprenant :
    - un vérin double effet (20) comprenant un corps de piston mobile (21) dont les première et deuxième extrémités sont respectivement munies d'un premier et un deuxième pistons (21.2, 21.3) montés respectivement à coulissement dans un premier et un deuxième alésage (25, 26) ;
    - des moyens d'actionnement (30) du vérin double effet (20);
    une première membrane (42) délimitant une première chambre primaire (44) et une première chambre secondaire (45), la première chambre primaire (44) étant en lien fluidique avec le premier alésage (25);
    - une deuxième membrane (43) délimitant une deuxième chambre primaire (46) et une deuxième chambre secondaire (47), la deuxième chambre primaire (46) étant en lien fluidique avec le deuxième alésage (26);
    - des premiers moyens de liaison (51) de la première chambre secondaire (45) à une extrémité d'un conduit (50);
    - des deuxièmes moyens de liaison (53) de la deuxième chambre secondaire (47) à une extrémité d'un conduit (52) ;
    - les première et deuxième chambres secondaires (45, 47) étant destinées à recevoir un fluide abrasif, les moyens d'actionnement (30) du vérin double effet (20) étant agencés pour faire osciller le corps de piston mobile (21) à une fréquence comprise entre 1 et 80 Hertz.
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