FR3066938B1 - Procede et dispositif de fabrication additive par soudage a l'arc robotise avec apport de matiere par fil de soudage pour la fabrication de pieces en metal a tres faible conductivite thermique - Google Patents

Abstract

L'invention a notamment pour objet la fabrication additive d'une pièce (300) en métal ayant une faible conductivité thermique, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, par dépôt successif de couches (310), à l'aide d'un dispositif comprenant une torche de soudage mobile pourvue d'une électrode infusible et d'un tube contact configuré pour guider le fil de soudage. Un courant électrique fourni à l'électrode provoque et maintient un arc électrique (315) entre l'électrode et la pièce en cours de fabrication, permettant la formation d'un bain de fusion (320) en un point de surface de la pièce. Le fil de soudage est apporté, par l'intermédiaire du tube contact, à destination du point de surface de la pièce comprenant le bain de fusion. Une fusion partielle du fil de soudage s'opère au contact du bain de fusion protégé par un gaz d'inertage.

Description

La présente invention concerne la fabrication additive de piècestridimensionnelles et plus particulièrement un procédé et un dispositif defabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par filde soudage pour la fabrication de pièces en métal à très faible conductivitéthermique, le fil de soudage étant distinct de l’électrode et sensiblementparallèle à celle-ci, permettant la fusion du fil de soudage dans le bain de fusionou à proximité de celui-ci.

Comme son nom l’indique, la fabrication additive de piècestridimensionnelles repose sur un principe général d’apport de matière, lespièces étant construites couche par couche. Les technologies courammentmises en oeuvre de fabrication additive reposent aujourd’hui sur la fusion ou lefrittage d’une fine couche de poudres, typiquement de poudres métalliques,plastiques ou céramiques. Il existe des procédés sur lit de poudre et desprocédés par projection de poudre. Ils sont adaptés à la production d’unnombre limité de pièces.

Bien que ces technologies aient fait leurs preuves, elles présententnéanmoins des inconvénients liés, notamment, aux coûts des moyens mis enoeuvre pour effectuer la fusion ou le frittage, typiquement un faisceaud’électrons ou un faisceau laser, et à la dimension des pièces produites,généralement inférieures à quelques dizaines de centimètres, voire un mètredans la dimension la plus grande.

Bien que nécessitant des traitements de finition, la fabricationadditive basée sur des technologies de soudage, par exemple de soudage detype MIG-MAG (Métal Inert Gas - Métal Active Gas) ou TIG (Tungsten InertGas) où le fil de soudage permet l’apport de matière pour fabriquer une pièce,autorise la fabrication de pièces de grandes dimensions avec un matérielsouvent moins onéreux. Cette technologie permet la fabrication de pièces dans un grand nombre de métaux parmi lesquels l’aluminium, l’acier, l’acierinoxydable ou encore le titane.

La figure 1 illustre schématiquement un exemple de dispositif defabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par filde soudage.

Comme illustré, une pièce tridimensionnelle 100 est fabriquée pardépôts successifs de couches génériquement référencées 105. La premièrecouche est déposée sur un support 110 tandis qu’une couche suivante estdéposée sur une couche précédente. Le matériau du support 100 estgénéralement le même que celui du fil d’apport de telle sorte que la pièce finalerésulte de la combinaison d’au moins une partie du support et des couchesrapportées.

Selon l’exemple illustré sur la figure 1, l’apport de matériau esteffectué par soudage à l’aide d’une torche MIG 115. Celle-ci comprend un tubecontact pour guider le fil de soudage 120 et une buse canalisant un gaz inerteprévenant toute oxydation lors du soudage. Elle peut également comprendre unmécanisme d’entrainement du fil de soudage, par exemple un mécanisme àgalets d’entrainement. Le fil de soudage 120 joue ici le rôle d’électrode pour laproduction d’un arc électrique permettant la fusion d’une partie de la surface dusupport 110 et de l’extrémité du fil de soudage. La torche 115 est reliée à ungénérateur électrique (non représenté) qui fournit le courant électrique requispour déclencher et maintenir l’arc nécessaire au soudage.

La position de la torche 115 est contrôlée par un bras robotisé 125,par exemple un bras à 5 ou 6 degrés de liberté, lui-même contrôlé par unlogiciel de commande exécuté par un calculateur (non représenté).

Selon l’exemple présenté, la torche 115 a un mouvement circulaireautour d’un axe vertical et, à chaque révolution, un mouvement d’élévation,pour permettre un nouveau dépôt en suivant le dépôt précédent. L’objet 100 est, par exemple, réalisé en acier.

Cependant, alors que cette technologie est facilement accessible, samise en oeuvre s’avère souvent délicate du fait, notamment, de réchauffement de la pièce qui peut conduire à des déformations et à des effondrements dubain de fusion.

Par ailleurs, elle n’est pas adaptée à certains matériaux tels que letitane ou des alliages à base de fer, nickel et chrome, notamment les alliagesconnus sous les noms Inconel 600, Inconel 625 et Inconel 718 (Inconel est unemarque), offrant une très grande résistance thermique et/ou électrique. En effet,pour ces matériaux, les résultats obtenus ne sont généralement passatisfaisants en termes de tenue mécanique.

Il existe donc un besoin pour améliorer les procédés et dispositifs defabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par filde soudage, pour la fabrication de pièces tridimensionnelles en matériauxoffrant une très faible conductivité thermique, notamment en titane et en alliageà base de fer, nickel et chrome. L’invention permet de résoudre au moins un des problèmes exposésprécédemment. L’invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication additive d’unepièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m’1.k’1, parsoudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, par dépôtsuccessif de couches de métal, à l’aide d’un dispositif comprenant une torchede soudage mobile pourvue d’une électrode infusible et d’un tube contactconfiguré pour guider le fil de soudage, ce procédé comprenant les étapessuivantes, - fourniture d’un courant électrique à l’électrode pour provoquer etmaintenir un arc électrique entre l’électrode et la pièce en cours de fabrication,permettant la formation d’un bain de fusion en un point de surface de la pièceen cours de fabrication ; - apport du fil de soudage, par l’intermédiaire du tube contact, àdestination du point de surface de la pièce en cours de fabrication comprenantle bain de fusion ; et - fusion partielle du fil de soudage au contact du bain de fusion,le bain de fusion étant protégé par un gaz d’inertage.

Le procédé selon l’invention permet ainsi la fabrication à faible coûtde pièces en métaux ayant une très faible conductivité thermique. Le gazd’inertage protège en outre, de préférence, la pièce en cours de fabrication,notamment lorsqu’elle est portée à une température élevée, par exemple unetempérature supérieure à 300°C.

De façon avantageuse, le dispositif comprend un générateurélectrique, l’étape de fourniture d’un courant électrique à l’électrode comprenantune étape de fourniture d’un courant électrique pulsé à l’électrode pouraméliorer la qualité et/ou la régularité de l’apport de matière et limiter desdéformations de la pièce.

De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre unmécanisme d’entrainement du fil de soudage configuré pour réguler l’avance dufil de soudage, le procédé comprenant une étape de déplacement du filsoudage.

De façon avantageuse, le dispositif comprend des moyens decontrôle d’apport du fil de soudage, le fil de soudage étant apporté de façondiscontinue et synchronisée au courant pulsé pour améliorer la qualité et/ou larégularité de l’apport de matière.

Selon des modes de réalisation, la torche est déplacée de façoncontinue durant un dépôt d’au moins une partie d’une couche.

De façon avantageuse, le procédé comprend en outre une étape derégulation thermique de la pièce en cours de fabrication pour limiter desdéformations de la pièce.

De façon avantageuse, le tube contact est configuré pour amener lefil de soudage selon une direction sensiblement parallèle à l’électrode pourfaciliter la fusion du fil de soudage dans le bain de fusion.

De façon avantageuse, le procédé comprend en outre une étape dedépôt ponctuel de matière en au moins un point d’affaissement en début et/oufin de dépôt d’au moins une partie de couche. L’invention a également pour objet un dispositif de fabricationadditive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m’1.k’1, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil desoudage, par dépôt successif de couches de métal, le dispositif comprenant - une torche de soudage mobile pourvue d’une électrode infusible etd’un tube contact configuré pour guider le fil de soudage ; - une enceinte d’inertage comprenant la torche de soudage,configurée pour permettre la fabrication de la pièce dans l’enceinte ; - un bras mobile commandé supportant la torche de soudage etconfiguré pour déplacer la torche de soudage ; et - un générateur de courant électrique relié à l’électrode, configurépour provoquer et maintenir un arc électrique entre l’électrode et la pièce encours de fabrication, permettant la formation d’un bain de fusion en un point desurface de la pièce en cours de fabrication et permettant une fusion d’une partiedu fil de soudage au contact du bain de fusion, le tube contact étant configurépour amener le fil de soudage à destination du point de surface de la pièce encours de fabrication comprenant le bain de fusion.

Le dispositif selon l’invention permet ainsi la fabrication à faible coûtde pièces en métaux ayant une très faible conductivité thermique.

De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre unmécanisme d’entrainement du fil de soudage configuré pour réguler l’avance dufil de soudage.

De façon avantageuse, le tube contact est configuré pour amener lefil de soudage selon une direction sensiblement parallèle à l’électrode pourfaciliter la fusion du fil de soudage dans le bain de fusion.

De façon avantageuse, la torche comprend en outre une buse pourdélivrer un gaz d’inertage autour de l’électrode afin de limiter les risquesd’oxydation et/ou de pollution durant un apport de matière et améliorer lesqualités mécaniques de la pièce fabriquée.

De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre une table desupport, la table de support comprenant des moyens de régulation thermiquepour contrôler la température de la pièce en cours de fabrication et limiter lesrisques de déformation de la pièce fabriquée.

De façon avantageuse, la table de support est mobile en rotationselon au moins un axe afin de faciliter la fabrication de pièces à géométriecomplexe.

De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre des moyensde renouvellement de l’atmosphère de l’enceinte d’inertage, les moyens derenouvellement de l’atmosphère de l’enceinte d’inertage comprenant desmoyens de régulation de la température de l’enceinte d’inertage par régulationde la température du gaz introduit dans l’enceinte d’inertage afin de limiter lesrisques de déformation de la pièce fabriquée. D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente inventionressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif,au regard des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un exemple de dispositif defabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par filde soudage ; - la figure 2, comprenant les figures 2a et 2b, illustre deuxexemples de torches de soudage pouvant être utilisées pour mettre en œuvrel’invention ; - la figure 3 illustre la mise en œuvre de la torche de soudageillustrée sur la figure 2a pour la fabrication additive d’une pièce en métal ayantune très faible conductivité thermique ; - la figure 4 illustre un exemple de variation d’intensité d’un courantpulsé appliqué à une électrode de soudage et un exemple de variationd’avancement d’un fil de soudage ; - la figure 5, comprenant les figures 5a à 5e, illustre des étapesd’apport de métal à très faible conductivité thermique par fusion du fil desoudage dans le bain de fusion, pour la fabrication additive d’une pièce ; - la figure 6 illustre un premier exemple de dispositif pour lafabrication additive d’une pièce en matériau ayant une très faible conductivitéthermique ; - la figure 7 illustre un exemple des mouvements possibles d’unetable de support d’une pièce en cours de fabrication ; - la figure 8 illustre un second exemple de dispositif pour lafabrication additive d’une pièce en matériau ayant une très faible conductivitéthermique ; - la figure 9 illustre un exemple d’un dispositif de traitementd’informations adapté à mettre en oeuvre, au moins partiellement, un mode deréalisation de l’invention.

De façon générale, l’invention a pour objet la fabrication additive parsoudage à l’arc robotisé, le dépôt de matière étant effectué à l’aide d’une torchepermettant la fusion d’un fil de soudage amené, de préférence, sensiblementparallèlement à une électrode non fusible, par exemple une électrode entungstène, le fil de soudage entrant en fusion au contact du bain de fusionprovoqué par l’arc électrique entre l’électrode et la pièce en cours de fabricationou à proximité de ce bain de fusion.

Selon des modes de réalisation particuliers, l’invention permet lafabrication additive de matériaux ayant une très faible conductivité thermique(ou très forte résistance thermique), par exemple une conductivité thermiqueinférieure à 25 W.m’1.k’1, par exemple encore une conductivité thermiquecomprise entre 10 W.m_1.k_1 et 25 W.m’1.k’1. A titre d’illustration, un tel matériauest le titane ayant une conductivité thermique d’environ 21 W.m’1.k’1, l’Inconel600 ayant une conductivité thermique d’environ 14,8 W.m’1.k’1, l’Inconel 625ayant une conductivité thermique d’environ 9,8 W.m’1.k’1, l’Inconel 718 ayantune conductivité thermique d’environ 11,2 W.m_1.k_1 ou un assemblage de telsmatériaux (Inconel est une marque).

La figure 2, comprenant les figures 2a et 2b, illustre deux exemplesde torches de soudage pouvant être utilisées pour mettre en oeuvre l’invention.

Comme illustré sur la figure 2a, la torche de soudage 200 comprendici un support de torche 205, un corps de torche 210 auquel est fixé uneélectrode infusible 215, par exemple une électrode en tungstène, et une buse220 permettant de délivrer un gaz d’inertage (représenté par les flèches en traitpointillé).

La torche 200 comprend également un tube contact 225 pour guiderun fil de soudage 230, de préférence selon une direction sensiblement parallèle à l’électrode 215 ou, plus généralement, selon une direction formant un angleavec celle de l’électrode 215 compris entre environ O°et 35°, par exemple entre15° et 25°, par exemple encore un angle d’environ 20°.

Le tube contact est, de préférence, arrangé pour déboucher àl’intérieur de la buse 220 de telle sorte que le fil de soudage soit proche del’électrode de soudage 215. A titre d’illustration, le fil de soudage se situe, auniveau de l’extrémité inférieure de l’électrode de soudage, à une distance decelle-ci comprise entre 1 et 10 mm, par exemple environ 5 mm.

Comme décrit ci-après, un tel arrangement permet d’amener le fil desoudage au contact du bain de fusion ou à proximité de celui-ci.

Le tube contact 225 est avantageusement associé à un mécanismed’entrainement (non représenté) pour contrôler l’avance du fil de soudage. Ils’agit par exemple d’un mécanisme à galets d’entrainement. Ce mécanismed’entrainement du fil de soudage peut opérer seul ou en combinaison avec unautre mécanisme similaire installé, par exemple, sur un bras robotisé auquel estfixée la torche de soudage ou dans un générateur électrique délivrant le courantnécessaire à la production de l’arc électrique permettant le dépôt de matière.

Comme décrit ci-dessous, ce mécanisme de contrôle (ou de gestion)de l’avance du fil de soudage peut être synchronisé avec un signal électriquede contrôle de l’arc de soudage afin d’asservir l’apport de métal (i.e. l’avancé dufil de soudage) à des caractéristiques de l’arc électrique, par exemple satempérature.

La torche de soudage 200’ illustrée sur la figure 2b est similaire à latorche de soudage 200 illustrée sur la figure 2a mais ne comprend pas de busepour délivrer un gaz d’inertage.

La torche 200’ comprend également un tube contact 225’ pour guiderun fil de soudage 230’, de préférence selon une direction sensiblement parallèleà l’électrode 215’ ou, plus généralement, selon une direction formant un angleavec l’électrode 215’ compris entre environ 0 et 35°, par exemple environ 20°,permettant d’amener le fil de soudage au contact du bain de fusion ou àproximité de celui-ci. A nouveau, le tube contact 225’ est avantageusement associé à unmécanisme d’entrainement (non représenté) pour contrôler l’avance du fil desoudage, ce mécanisme pouvant opérer seul ou en combinaison avec un autremécanisme similaire.

Dans un souci de clarté, il est considéré, dans la suite de ladescription, une mise en œuvre basée sur la torche de soudage illustrée enfigure 2a. Cependant, il doit être compris que la torche de soudage illustrée surla figure 2b ou toute autre torche de soudage équivalente peut également êtreutilisée.

La figure 3 illustre la mise en œuvre d’une torche de soudagesimilaire à celle illustrée sur la figure 2a, pour la fabrication additive d’une pièceen matériau ayant une très faible conductivité thermique. A titre d’illustration, il est considéré ici que la pièce 300 en cours defabrication comprend un support 305 et une première couche 310 en cours deréalisation. Le support 305 et la couche 310 sont typiquement formés dans lemême matériau, par exemple du titane. Selon certains modes de réalisation, aumoins une partie du support 305 appartient à la pièce fabriquée après finition.

Comme illustré, lorsque la torche de soudage 200 est utilisée etqu’un courant est appliqué entre l’électrode 215 et la pièce 300 en cours defabrication, un arc électrique 315 se forme entre l’électrode 215 et la partie de lapièce 300 la plus proche de l’électrode 215. L’arc électrique ainsi formé chauffela partie supérieure de la pièce 300 la plus proche de l’électrode 215, formantun bain de fusion 320.

Selon des modes de réalisation particuliers, l’angle entre l’électrode215 et une normale à la surface sur laquelle un dépôt doit être effectué estcompris entre O°et 25°. Sa valeur est, par exemple, choisie entre O°et 5°.

Il est noté que le fil de soudage 230 n’étant pas situé dans la partie laplus chaude de l’arc électrique 315, il ne fond pas. En effet, il ne fond quelorsqu’il entre en contact avec le bain de fusion ou lorsqu’il est très proche dece dernier, comme décrit ci-dessous en référence à la figure 5.

Selon des modes de réalisation particuliers, le courant électriqueappliqué à l’électrode 215 est un courant pulsé permettant d’alterner des temps chauds et des temps froids afin de permettre une fusion assurant des propriétésmécaniques recherchées tout en limitant réchauffement de la pièce en cours defabrication.

Toujours selon des modes de réalisation particuliers, l’avancementdu fil de soudage est synchronisé avec les pulsations du courant appliqué àl’électrode utilisée pour former l’arc électrique de telle sorte que le fil desoudage avance lorsque le bain de fusion permet la fusion du fil de soudage etn’avance pas lors des périodes de refroidissement de la pièce en cours defabrication. Du fait du temps nécessaire au chauffage de la pièce en cours defabrication, permettant d’amener le bain de fusion à la température requise, ilpeut exister un temps de latence entre l’application d’un courant correspondantà un temps chaud et l’avancement du fil de soudage. En d’autres termes,l’avancement du fil de soudage peut être déphasé par rapport au courant pulséappliqué à l’électrode de soudage.

La figure 4 illustre un exemple de variation de l’intensité d’un courantpulsé appliqué à une électrode de soudage et un exemple de variationd’avancement d’un fil de soudage.

Comme illustré sur le graphe supérieur de la figure 4, le courantpulsé appliqué à l’électrode de soudage varie ici d’une intensité notée Ifassociée à un temps froid à une intensité notée le associée à un temps chaud.A titre d’illustration, l’intensité If peut être égale à environ 200A tandis quel’intensité //peut être égale à environ 100A. D’autres intensités peuvent bien sûrêtre utilisées, notamment selon la nature du fil de soudage et son diamètre.

Toujours à titre d’illustration, chaque cycle d’intensité correspondantau temps chaud, noté Ce, représente entre 10 et 50% d’un cycle total noté Ct,par exemple environ 20% d’un cycle total noté Ct.

La fréquence du courant pulsé est, de préférence, comprise entre 1et 20Hz. Elle est, par exemple, égale à environ 5Hz.

Comme illustré sur le graphe inférieur de la figure 4, la vitessed’avancement du fil de soudage varie ici d’une vitesse notée Vf associée à untemps froid à une vitesse notée Ve associée à un temps chaud. La vitesse Vfpeut être nulle ou négative (correspondant alors à un retrait).

La fréquence de cadencement d’avance du fil de soudage est, depréférence, identique à celle du courant pulsé appliqué à l’électrode desoudage. Cependant, le cycle d’avancement correspondant au temps chaud,noté CAc, peut être plus court, égal ou plus long que le cycle d’intensité lecorrespondant au temps chaud. Par ailleurs, comme observé ci-dessus, untemps de latence ou déphasage noté At est, de préférence, appliqué pourpermettre au bain de fusion de chauffer avant que le fil de soudage n’entre encontact avec celui-ci.

La figure 5, comprenant les figures 5a à 5e, illustre des étapesd’apport de métal à très faible conductivité thermique par fusion du fil desoudage dans le bain de fusion ou à proximité de celui-ci, pour la fabricationadditive d’une pièce 300.

Les étapes visées ici ont pour objet l’apport de métal pour laformation d’une troisième couche, référencée 310-3, sur une deuxième coucheréférencée 310-2 elle-même déposée sur une première couche référencée 31 Ο-Ι qui a été déposée sur un support 305.

Comme illustré sur la figure 5a, un arc électrique 315 est maintenuentre l’électrode 215 et la pièce 300, plus précisément entre l’électrode 215 etla surface de la seconde couche 310-2 sur laquelle est déposée une nouvellecouche.

Il est supposé ici que l’intensité du courant appliqué à l’électrode 215est, durant l’étape illustrée sur la figure 5a, une intensité correspondant à undébut de temps chaud, permettant l’élévation de la température du bain defusion 320.

Dans une étape suivante, illustrée sur la figure 5b, le fil de soudageavance pour venir en contact du bain de fusion ou à proximité de ce dernier.

Lorsque le fil de soudage est en contact avec le bain de fusion ouqu’il se trouve à proximité de ce dernier, par exemple à moins de 5mm, sapartie inférieure, notée 500, entre en fusion et, comme illustré sur la figure 5c,tombe sur la pièce 300 en cours de fabrication, dans le bain de fusion, pourvenir former le dépôt noté 505.

Combiné à une baisse d’intensité du courant appliqué à l’électrodede soudage, correspondant à un temps froid, le dépôt de la partie inférieure dufil de soudage vient refroidir le bain de fusion, l’apport correspondant à cettepartie inférieure du fil de soudage venant ainsi se figer avant de s’étaler defaçon excessive, comme illustré sur la figure 5d.

Comme illustré sur la figure 5e, similaire à la figure 5a, le processusse poursuit avec un nouveau temps chaud durant lequel l’intensité du courantappliqué à l’électrode de soudage est augmentée pour recréer un bain defusion au contact ou à proximité duquel le fil de soudage pourra entrer en fusionafin d’effectuer un nouvel apport de métal.

Il convient de noter ici que le fil de soudage peut commencer sonmouvement vers le bain de fusion dès que l’intensité du courant appliqué àl’électrode de soudage est augmentée, voire avant, en fonction de la longueurde la partie fondue, de telle sorte que l’extrémité inférieure du fil de soudagesoit en contact avec le bain de fusion ou à proximité de ce dernier lorsqu’ilatteint une température permettant l’apport de métal.

Selon des modes de réalisation particuliers, la torche de soudageavance indépendamment des pulsations du courant appliqué à l’électrode desoudage, c’est-à-dire de façon continue ou quasi continue le long du chemin surlequel un dépôt doit être effectué (étant observé que le dépôt peut être arrêtétemporairement selon les formes de la pièce à fabriquer).

Toujours selon des modes de réalisation particuliers, un dépôtponctuel de matière est effectué en début et/ou en fin de trajectoire de dépôtpour compenser l’affaissement résultant du procédé de dépôt de matière.

Le métal déposé le long d’une trajectoire lors d’un passage de latorche de soudure mesure environ 1mm de haut et 5mm de large.

La figure 6 illustre un premier exemple de dispositif pour lafabrication additive d’une pièce en matériau ayant une très faible conductivitéthermique.

Comme illustré, le dispositif 600 comprend une enceinte fermée 602,de préférence étanche ou quasi étanche, permettant l’établissement d’unesurpression de l’intérieur de la cavité par rapport à l’extérieur, par exemple une surpression comprise entre 2 et 10%, de telle sorte que l’air extérieur ne puissepas entrer dans l’enceinte 602 et polluer son atmosphère. L’enceinte 602 est remplie d’un gaz inerte, par exemple d’argon ouun mélange à base d’argon. Lorsque ce gaz est de l’argon pur, sa pureté est,de préférence, égale ou supérieure à 99,999% (en volume). Il s’agit, parexemple, du gaz commercialisé par la société Air Liquide sous la marqueAlphagaz 1 Argon dont la pureté est supérieure à 99,999% (en volume) ou dugaz commercialisé par la société Messer sous la dénomination Argon 6.0 dontla pureté est supérieure à 99,9999% (en volume).

Selon des modes de réalisation particuliers, un systèmed’alimentation en gaz est configuré pour maintenir une pression constante dansl’enceinte 602. Ce système peut en outre comprendre des moyens de recyclagepour filtrer l’atmosphère de l’enceinte 602, notamment filtrer l’oxygène qui seraitprésent dans cette atmosphère ou des fumées résultant de combustions liées àla soudure, par exemple des fumées d’huile.

Toujours selon des modes de réalisation particuliers, le systèmed’alimentation en gaz peut modifier la température du gaz injecté dansl’enceinte 602 et, le cas échéant, transmis à la torche de soudage, pourcontrôler la température de l’atmosphère de cette enceinte et celle de la pièceen cours de fabrication.

Outre un système d’alimentation en gaz inerte, le dispositif 600comprend un générateur électrique et, de préférence, un régulateur detempérature. Ces éléments peuvent être combinés dans un même ensemble,ici l’ensemble 604, ou être indépendants. A titre d’illustration, l’ensemble 604 comprend une canalisationd’alimentation en gaz 606 et une canalisation d’aspiration de gaz 608.

Toujours à titre d’illustration et selon un mode de réalisationparticulier, la canalisation d’alimentation en gaz diffuse du gaz à proximité de latorche de soudage et alimente en gaz la torche de soudage, par exemple via lebras robotisé supportant la torche de soudage, pour permettre à cette dernièrede délivrer du gaz autour de l’électrode de soudage. Ce double apport en gaz inerte permet de réduire un risque d’oxydation lors de l’apport de métal parfusion.

Il est observé ici que si le gaz inerte doit protéger le bain de fusionpour limiter les risques d’oxydation, il protège en outre, de préférence, la pièceen cours de fabrication, notamment lorsqu’elle est portée à une températureélevée, par exemple une température supérieure à 300°C.

Dans l’exemple illustré sur la figure 6, l’ensemble 604 comprend enoutre une canalisation d’alimentation 610 en fluide calorifique, par exemple enhuile ou en glycol, ainsi qu’une canalisation de retour 612 de ce fluidecalorifique. Ce dernier permet de chauffer ou refroidir, directement ouindirectement, par exemple par contact, une pièce en cours de fabrication. L’ensemble 604 fourni en outre, ici, le courant électrique utilisé pourformer l’arc électrique nécessaire à l’apport de métal pour la fabrication de lapièce 300. Selon l’exemple illustré sur la figure 6, ce courant est transmis via uncâble 614 à la torche de soudage (ce câble passant ici par le bras robotisésupportant cette dernière).

Dans l’exemple illustré sur la figure 6, l’enceinte 602 comprend unetable de support 616 pour maintenir le support 305 utilisé pour fabriquer lapièce 300. Le support 300 est maintenu, par exemple, à l’aide de boulons, depinces ou de tout autre système de fixation génériquement référencés 618. Unmaintien ferme du support 305 permet de contrôler sa position et d’éviter unedéformation de celui-ci du fait de la chaleur liée aux opérations de soudage.

Selon des modes de réalisation particuliers, la table de support 616comprend des moyens de régulation thermique, par exemple une plaque 620dans laquelle peut circuler un fluide calorifique, ici celui apporté par lacanalisation 610, pour contrôler la température du support 305 par échangethermique. L’enceinte 602 comprend en outre une torche de soudage 200montée sur un bras robotisé 622 lui-même monté sur un support 624 contrôlantles mouvements du bras de façon autonome ou sous la supervision d’unordinateur 626. Le bras robotisé 622 est, par exemple, un bras à 5 ou 6 degrésde liberté. Combiné, le cas échéant, aux mouvements de la table de support 616, il permet un dépôt de métal sur un support le long d’une trajectoire quasiquelconque.

Comme illustré sur la figure 7, la table de support 616 est, depréférence, orientable selon un, deux ou trois axes pour faciliter le dépôt demétal dans certaines configurations.

La figure 8 illustre un second exemple de dispositif pour lafabrication additive d’une pièce en matériau ayant une très faible conductivitéthermique. Ce dispositif diffère de celui représenté sur la figure 6 en ce quel’enceinte dans laquelle est fabriquée la pièce, comprenant une atmosphèreinerte, ne comprend pas l’intégralité du bras robotisé supportant la torche desoudage ni, ici, de la table de support de la pièce. Un tel arrangement permetnotamment de limiter les risques de pollution de l’atmosphère inerte (parexemple par l’huile pouvant être utilisée pour contrôler les mouvements du brasrobotisé).

Comme illustré, l’enceinte 602’ comprend essentiellement la pièce encours de fabrication et la torche de soudage.

La figure 9 illustre un exemple de dispositif pouvant être utilisé pourmettre en oeuvre, au moins partiellement, un mode de réalisation. Il peutcorrespondre au dispositif 626 illustré sur la figure 6 ou à un élément du support624 si celui peut contrôler le bras robotisé 622 de façon autonome. Un teldispositif peut également être utilisé pour contrôler les caractéristiques ducourant appliqué à l’électrode de soudage et/ou pour contrôler l’avance du fil desoudage.

Le dispositif 900 est par exemple un ordinateur ou un calculateur. Ilcomporte de préférence un bus de communication 902 auquel sont reliés : - une unité centrale de traitement ou microprocesseur 904 (CPU,sigle de Central Processing Unit en terminologie anglo-saxonne) ; - une mémoire morte 906 (ROM, acronyme de Read Only Memoryen terminologie anglo-saxonne) pouvant comporter le système d’exploitation etdes programmes tels que "Prog" ; - une mémoire vive ou mémoire cache 908 (RAM, acronyme deRandom Access Memory en terminologie anglo-saxonne) comportant des registres adaptés à enregistrer des variables et paramètres créés et modifiés aucours de l'exécution des programmes précités ; - un lecteur 910 de support amovible de stockage 912 tel qu’unecarte mémoire ou un disque, par exemple un disque DVD ; et - une carte graphique 914 reliée à un écran 916.

Optionnellement, le dispositif 900 peut également disposer deséléments suivants : - un disque dur 920 pouvant comporter les programmes "Prog"précités et des données traitées ou à traiter ; - un clavier 922 et une souris 924 ou tout autre dispositif depointage comme un crayon optique, un écran tactile ou une télécommandepermettant à l’utilisateur d’interagir avec les programmes précités ; et - une interface de communication 926 reliée à un réseau decommunication distribué 928, par exemple un réseau de communication sans filet/ou un réseau de communication local, l'interface étant apte à transmettre et àrecevoir des données.

Le bus de communication permet la communication etl'interopérabilité entre les différents éléments inclus dans le dispositif 900 oureliés à lui. La représentation du bus n'est pas limitative et, notamment, l'unitécentrale est susceptible de communiquer des instructions à tout élément dudispositif 900 directement ou par l'intermédiaire d'un autre élément du dispositif900.

Le code exécutable de chaque programme permettant à l'appareilprogrammable de mettre en œuvre l'invention peut être stocké, par exemple,dans le disque dur 920 ou en mémoire morte 906.

Selon une variante, le code exécutable des programmes pourra êtrereçu par l'intermédiaire du réseau de communication 928, via l'interface 926,pour être stocké de façon identique à celle décrite précédemment.

De manière plus générale, le ou les programmes pourront êtrechargés dans un des moyens de stockage du dispositif 900 avant d'êtreexécutés. L'unité centrale 904 va commander et diriger l'exécution desinstructions ou portions de code logiciel du ou des programmes précités,instructions qui sont stockées dans le disque dur 920 ou dans la mémoire morte906 ou bien dans les autres éléments de stockage précités. Lors de la misesous tension, le ou les programmes qui sont stockés dans une mémoire nonvolatile, par exemple le disque dur 920 ou la mémoire morte 906, sonttransférés dans la mémoire vive 908 qui contient alors le code exécutable du oudes programmes précités, ainsi que des registres pour mémoriser les variableset paramètres nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention.

En particulier, les programmes précités peuvent avoir pour objet decontrôler la trajectoire de la torche de soudure, le dépôt de métal d’apport et/oula rotation de la table de support afin de contrôler la forme de la pièce àfabriquer

Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personnecompétente dans le domaine de l’invention pourra appliquer des modificationsdans la description précédente. La présente invention ne se limite pas auxformes de réalisation décrites, d'autres variantes et combinaisons decaractéristiques sont possibles.

Dans les revendications, le terme « comporter » n'exclut pas d'autreséléments ou d'autres étapes. L'article indéfini « un » n’exclut pas le pluriel. Lesdifférentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent êtreavantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans desrevendications dépendantes différentes n'exclut pas, en effet, la possibilité deles combiner. Les signes de référence ne sauraient être compris commelimitant la portée de l'invention.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de fabrication additive d’une pièce (300) en métal ayantune conductivité thermique inférieure à 25 W.m’1.k’1, par soudage à l'arcrobotisé avec apport de matière par fil de soudage (230), par dépôt successifde couches de métal (310), à l’aide d’un dispositif comprenant une torche desoudage mobile (200) pourvue d’une électrode infusible (215) et d’un tubecontact (225) configuré pour guider le fil de soudage, ce procédé comprenantles étapes suivantes, - fourniture d’un courant électrique à l’électrode pour provoquer etmaintenir un arc électrique (315) entre l’électrode et la pièce en cours defabrication, permettant la formation d’un bain de fusion (320) en un point desurface de la pièce en cours de fabrication ; - apport du fil de soudage, par l’intermédiaire du tube contact, àdestination du point de surface de la pièce en cours de fabrication comprenantle bain de fusion ; et - fusion partielle du fil de soudage au contact du bain de fusion,le bain de fusion étant protégé par un gaz d’inertage.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 selon lequel le dispositifcomprend un générateur électrique, l’étape de fourniture d’un courant électriqueà l’électrode comprenant une étape de fourniture d’un courant électrique pulséà l’électrode. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 selonlequel le dispositif comprend en outre un mécanisme d’entrainement du fil desoudage configuré pour réguler l’avance du fil de soudage, le procédécomprenant une étape de déplacement du fil soudage. 4. Procédé selon la revendication 3, dépendante de la revendication2, selon lequel le dispositif comprend des moyens de contrôle d’apport du fil de soudage, le fil de soudage étant apporté de façon discontinue et synchroniséeau courant pulsé.
3. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 selonlequel la torche est déplacée de façon continue durant un dépôt d’au moins unepartie d’une couche. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5comprenant en outre une étape de régulation thermique de la pièce en cours defabrication. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 selonlequel le tube contact est configuré pour amener le fil de soudage selon unedirection sensiblement parallèle à l’électrode. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7comprenant en outre une étape de dépôt ponctuel de matière en au moins unpoint d’affaissement en début et/ou fin de dépôt d’au moins une partie decouche. 9. Dispositif de fabrication additive (600) d’une pièce en métal (300)ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m’1.k’1, par soudage à l'arcrobotisé avec apport de matière par fil de soudage (230), par dépôt successifde couches de métal (310), le dispositif comprenant - une torche de soudage mobile (200) pourvue d’une électrodeinfusible (215) et d’un tube contact (225) configuré pour guider le fil desoudage ; - une enceinte d’inertage (602) comprenant la torche de soudage,configurée pour permettre la fabrication de la pièce dans l’enceinte ; - un bras mobile commandé (622) supportant la torche de soudageet configuré pour déplacer la torche de soudage ; et - un générateur de courant électrique relié à l’électrode, configurépour provoquer et maintenir un arc électrique (315) entre l’électrode et la pièceen cours de fabrication, permettant la formation d’un bain de fusion (320) en unpoint de surface de la pièce en cours de fabrication et permettant une fusiond’une partie du fil de soudage au contact du bain de fusion, le tube contactétant configuré pour amener le fil de soudage à destination du point de surfacede la pièce en cours de fabrication comprenant le bain de fusion.
4. 10. Dispositif selon la revendication 9 comprenant en outre unmécanisme d’entrainement du fil de soudage configuré pour réguler l’avance dufil de soudage. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou la revendication 10 selonlequel le tube contact est configuré pour amener le fil de soudage selon unedirection sensiblement parallèle à l’électrode. 12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 selonlequel la torche comprend en outre une buse (220) pour délivrer un gazd’inertage autour de l’électrode. 13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 12comprenant en outre une table de support (616), la table de supportcomprenant des moyens de régulation thermique (620) pour contrôler latempérature de la pièce en cours de fabrication. 14. Dispositif selon la revendication 13 selon lequel la table desupport est mobile en rotation selon au moins un axe. 15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 14comprenant en outre des moyens de renouvellement de l’atmosphère del’enceinte d’inertage, les moyens de renouvellement de l’atmosphère del’enceinte d’inertage comprenant des moyens de régulation de la température de l’enceinte d’inertage par régulation de la température du gaz introduit dansl’enceinte d’inertage.