FR3079774A1 - LOCALIZED HEATING DEVICE FOR ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif de chauffage localisé d’un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, comportant - un dispositif de génération localisée de plasma (20) adapté pour être disposé et déplacé au-dessus d’un lit de poudre de manière à générer un plasma localisé sur celui-ci, - une source pour l’alimentation électrique (22) dudit dispositif de génération de plasma (20), - une unité de contrôle (9) pour commander l’alimentation et le déplacement du dispositif de génération de plasma (20), le dispositif de génération de plasma (20) comportant plusieurs modules de commande (S1, S2, …) aptes à contrôler la projection localisée d’un plasma sur le lit de poudre, ’alimentation et l’allumage des modules de commande (S1, S2, …) étant commandés individuellement par l’unité de contrôle (9), lors du déplacement du dispositif de génération de plasma (20). Figure de l’agrégé : Fig. 4The invention relates to a device for localized heating of a powder bed in an additive manufacturing apparatus, comprising - a localized plasma generation device (20) adapted to be placed and moved above a powder bed of so as to generate a localized plasma thereon, - a source for the electric power supply (22) of said plasma generating device (20), - a control unit (9) for controlling the power supply and the movement of the device for generating plasma (20), the plasma generating device (20) comprising several control modules (S1, S2, etc.) capable of controlling the localized projection of a plasma onto the powder bed, the power supply and the ignition of the control modules (S1, S2, …) being controlled individually by the control unit (9), during the movement of the plasma generation device (20). Figure of the aggregate: Fig. 4

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE LOCALISE POUR APPAREIL DE FABRICATION ADDITIVELOCALIZED HEATING DEVICE FOR ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS

DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEURGENERAL TECHNICAL AREA AND PRIOR ART

La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive sélective.The present invention relates to the general field of selective additive manufacturing.

Plus particulièrement, elle concerne les traitements de chauffage, notamment de préchauffage ou de post-chauffage, que l'on met en œuvre sur les lits de poudre avant ou après la fusion sélective.More particularly, it relates to the heating treatments, in particular preheating or post-heating, which are implemented on the powder beds before or after the selective melting.

La fabrication additive sélective consiste à réaliser des objets tridimensionnels par consolidation de zones sélectionnées sur des strates successives de matériau pulvérulent (poudre métallique, poudre de céramique, etc...). Les zones consolidées correspondent à des sections successives de l’objet tridimensionnel. La consolidation se fait par exemple couche par couche, par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec une source de puissance (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.).Selective additive manufacturing consists of making three-dimensional objects by consolidating selected areas on successive layers of powdery material (metallic powder, ceramic powder, etc.). The consolidated areas correspond to successive sections of the three-dimensional object. Consolidation is done, for example, layer by layer, by a total or partial selective fusion carried out with a power source (high power laser beam, electron beam, etc.).

Classiquement, pour éviter les projections dues à la répulsion électrostatique de particules de poudre adjacentes qui se chargent sous l'effet du faisceau de la source de puissance, le lit de poudre est préalablement consolidé par une préchauffe. Cette préchauffe assure une montée en température du lit de poudre à des températures qui peuvent être assez conséquentes (environ 750 °C pour les alliages de Titane par exemple).Conventionally, in order to avoid projections due to the electrostatic repulsion of adjacent powder particles which are charged under the effect of the beam of the power source, the powder bed is previously consolidated by preheating. This preheating ensures a rise in temperature of the powder bed at temperatures which can be quite substantial (around 750 ° C. for titanium alloys for example).

Elle a toutefois un fort coût énergétique.However, it has a high energy cost.

Elle représente en outre une perte en temps de cycle importante.It also represents a significant loss of cycle time.

De plus, lorsque la géométrie de la pièce ne l'exige pas, il n'est pas nécessaire de chauffer l'intégralité du lit de poudre à chaque étape de fusion sélective.In addition, when the geometry of the part does not require it, it is not necessary to heat the entire powder bed at each selective melting step.

Le préchauffage total d'une couche de poudre entraîne notamment une cohésion des poudres qui gêne le nettoyage de la pièce lorsque le processus de fabrication est terminé, en particulier lorsque la pièce comporte des cavités internes à géométrie complexe.The total preheating of a layer of powder results in particular in cohesion of the powders which hinders the cleaning of the part when the manufacturing process is finished, in particular when the part has internal cavities with complex geometry.

Il est également connu de post-chauffer la pièce après fusion sélective, notamment afin de maîtriser sa vitesse de refroidissement et sa cristallisation.It is also known to post-heat the part after selective melting, in particular in order to control its cooling rate and its crystallization.

Ce type de traitement demande une méthode de chauffage et de contrôle de température efficient et précis.This type of treatment requires an efficient and precise method of heating and temperature control.

PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTIONOVERVIEW OF THE INVENTION

Un but général de l'invention est de pallier les inconvénients des configurations proposées jusqu'à présent.A general object of the invention is to overcome the drawbacks of the configurations proposed so far.

Notamment, un but de l'invention est de proposer une solution qui permette un chauffage sans chargement et soulèvement de poudre.In particular, an object of the invention is to provide a solution which allows heating without loading and lifting of powder.

Un autre but encore est de proposer une solution qui permette de réduire les coûts et les temps chauffage dans les cycles de fabrication.Yet another object is to propose a solution which makes it possible to reduce the costs and the heating times in the manufacturing cycles.

Un autre but de l'invention est de proposer une solution simple de construction.Another object of the invention is to propose a simple construction solution.

Un autre but également est de proposer une solution de chauffage efficace, sur une large gamme de pressions.Another aim is also to provide an efficient heating solution over a wide range of pressures.

Un autre but est de limiter le chauffage du lit de poudre aux seules zones qui seront fondues lors de la phase de fusion qui suit, pour la strate en cours de fabrication.Another object is to limit the heating of the powder bed to only the zones which will be melted during the following melting phase, for the stratum during manufacture.

Un autre but est de réduire la consommation énergétique d'un cycle de chauffage.Another aim is to reduce the energy consumption of a heating cycle.

Un autre but est de permettre un chauffage uniforme ou différentiel (température locale différente) du lit de poudre.Another object is to allow uniform or differential heating (different local temperature) of the powder bed.

Selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif de chauffage localisé d'un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte :According to a first aspect, the invention provides a device for localized heating of a powder bed in an additive manufacturing device, characterized in that it comprises:

- un dispositif de génération localisée de plasma, ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus d'un lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération localisée du plasma sur celui-ci,a device for localized generation of plasma, said device being adapted to be placed and moved over a bed of powder, at a distance from the bed of powder allowing the localized generation of the plasma thereon,

- une source pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma,a source for the electrical supply of said plasma generation device,

- une unité de contrôle pour commander l'alimentation et le déplacement du dispositif de génération de plasma, et en ce que le dispositif de génération de plasma comporte plusieurs modules de commande dont l'alimentation et l'allumage sont commandés par l'unité de contrôle, chacun des modules de commande étant apte à contrôler la projection localisée d'un plasma au-dessus du lit de poudre, l'unité de contrôle commandant individuellement lesdits modules de commande lors du déplacement du dispositif de génération de plasma, selon des séquences en fonction de la ou des zones du lit de poudre à chauffer et du chauffage souhaité pour cellesci.a control unit for controlling the supply and movement of the plasma generation device, and in that the plasma generation device comprises several control modules, the supply and ignition of which are controlled by the control, each of the control modules being able to control the localized projection of a plasma above the powder bed, the control unit individually controlling said control modules during movement of the plasma generation device, according to sequences depending on the zone (s) of the powder bed to be heated and the desired heating for these.

Ce type de dispositif permet de chauffer le lit de poudre tout en se soustrayant au besoin de chauffer une enceinte contenant le lit de poudre, réduisant considérablement les besoins en énergie et le temps de la phase de chauffage.This type of device makes it possible to heat the powder bed while avoiding the need to heat an enclosure containing the powder bed, considerably reducing the energy requirements and the time of the heating phase.

Il permet en outre de réaliser un chauffage sélectif des zones du lit de poudre, notamment en ne chauffant que les zones qui seront consolidées ensuite.It also enables selective heating of the zones of the powder bed, in particular by heating only the zones which will then be consolidated.

Un tel dispositif est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :Such a device is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in combination:

- le dispositif de génération de plasma est adapté pour être déplacé avec une composante principale de déplacement perpendiculaire à la direction selon laquelle il s'étend ;- The plasma generation device is adapted to be moved with a main component of displacement perpendicular to the direction in which it extends;

- les modules de commande sont disposés les uns par rapport aux autres de manière à permettre de chauffer au moins une zone et/ou la totalité du lit de poudre au cours d'un déplacement du dispositif de génération de plasma ;- The control modules are arranged relative to each other so as to allow at least one zone and / or the entire powder bed to be heated during movement of the plasma generation device;

- le dispositif de chauffage comporte un mécanisme de réglage de la distance du dispositif de génération de plasma par rapport au lit de poudre ;- The heating device includes a mechanism for adjusting the distance of the plasma generation device from the powder bed;

- la source pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma comprend une source alternative, radiofréquence et/ou une source impulsionnelle ;the source for the electrical supply of said plasma generation device comprises an alternative source, radiofrequency and / or a pulse source;

- la source est configurée pour alimenter indépendamment chaque module de commande ;- the source is configured to supply each control module independently;

- l'unité de contrôle est adaptée pour alimenter chacun des modules de commande selon plusieurs durées en fonction de la surface à chauffer, lors du déplacement du dispositif de génération de plasma ;- The control unit is adapted to supply each of the control modules according to several durations as a function of the surface to be heated, during the movement of the plasma generation device;

- l'unité de contrôle est adaptée pour déplacer le dispositif de génération de plasma selon plusieurs vitesses de déplacement ;- The control unit is adapted to move the plasma generation device according to several movement speeds;

- au moins un module de commande comporte au moins une électrode de commande ;- at least one control module includes at least one control electrode;

- le dispositif de génération de plasma comprend une pluralité d'électrodes de commande alignées de part et d'autre de l'ouverture, chaque électrode de commande comprenant deux segments d'électrode, un premier segment impair disposé d'un côté de l'ouverture et un second segment pair disposé en vis-à-vis du premier segment et de l'autre côté de l'ouverture ;the plasma generation device comprises a plurality of control electrodes aligned on either side of the opening, each control electrode comprising two electrode segments, a first odd segment disposed on one side of the opening and a second even segment disposed opposite the first segment and on the other side of the opening;

- l'électrode primaire présente une géométrie sphérique et comporte une ouverture circulaire située en regard du lit de poudre, l'électrode de commande présentant une géométrie annulaire et étant située en regard de l'ouverture.- The primary electrode has a spherical geometry and has a circular opening located opposite the powder bed, the control electrode having an annular geometry and being located opposite the opening.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un appareil pour fabriquer un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant dans une enceinte :According to a second aspect, the invention relates to an apparatus for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing comprising in an enclosure:

- un support pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive,- a support for depositing successive layers of additive manufacturing powder,

- un arrangement de distribution adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit plateau ou sur une couche précédemment consolidée,a distribution arrangement suitable for applying a layer of powder on said tray or on a previously consolidated layer,

- au moins une source de puissance adaptée à la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement de distribution, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage localisé selon l'invention, ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération d'un plasma localisé sur celui-ci..- At least one power source suitable for the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement, characterized in that it comprises a localized heating device according to the invention, said device being adapted to be arranged and moved above the powder bed, at a distance from the powder bed allowing the generation of a plasma located thereon.

Un tel appareil est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes :Such an apparatus is advantageously supplemented by the following characteristics:

- l'arrangement de distribution comporte une raclette ou un rouleau de mise en couche, le dispositif de génération de plasma s'étendant à proximité de ladite raclette ou rouleau et étant mobile avec celui-ci, ou monté sur un dispositif mobile indépendant, par exemple un bras robot.the distribution arrangement comprises a squeegee or a layering roller, the plasma generation device extending close to said squeegee or roller and being movable therewith, or mounted on an independent mobile device, by example a robot arm.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne une méthode de fabrication d'un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective, ladite méthode comportant les étapes :According to a third aspect, the invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing, said method comprising the steps:

o Dépôt d'une couche de poudre sur un support, o Préchauffage d'au moins une zone localisée du lit de poudre au moyen d'un dispositif de chauffage selon l'invention, o Consolidation de la zone préalablement préchauffée, la consolidation étant réalisée au moyen d'une source de puissance.o Deposit of a layer of powder on a support, o Preheating of at least one localized zone of the powder bed by means of a heating device according to the invention, o Consolidation of the preheated zone, consolidation being carried out by means of a power source.

Avantageusement, au cours de l'étape de préchauffage, le dispositif de génération de plasma présente deux modes de fonctionnement :Advantageously, during the preheating step, the plasma generation device has two operating modes:

- un mode de déplacement, au cours duquel la vitesse de déplacement du dispositif de génération de plasma est maximisée ;- a displacement mode, during which the displacement speed of the plasma generation device is maximized;

- un mode de chauffage, au cours duquel au moins une électrode est alimentée pendant une durée déterminée, le dispositif de génération de plasma se déplaçant à une vitesse déterminée, réalisant ainsi le chauffage localisé d'au moins une zone du lit de poudre ; de cette manière, le temps d'un cycle de chauffage est réduit.- A heating mode, during which at least one electrode is supplied for a determined period, the plasma generation device moving at a determined speed, thus carrying out the localized heating of at least one zone of the powder bed; in this way, the time of a heating cycle is reduced.

PRÉSENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and should be read with reference to the appended figures in which:

- la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de fabrication additive comportant un dispositif de chauffage conforme à un mode de réalisation possible de l'invention ;- Figure 1 is a schematic representation of an additive manufacturing apparatus comprising a heating device according to a possible embodiment of the invention;

- la figure 2 représente une vue en coupe schématisée d'un dispositif de génération d'un plasma localisé conforme à l'invention ;- Figure 2 shows a schematic sectional view of a device for generating a localized plasma according to the invention;

- la figure 3 représente une vue en perspective schématisée d'un dispositif de génération d'un plasma localisé conforme à l'invention ;- Figure 3 shows a schematic perspective view of a device for generating a localized plasma according to the invention;

- la figure 4 illustre le principe de fonctionnement permettant un chauffage localisé selon l'invention ;- Figure 4 illustrates the operating principle for localized heating according to the invention;

- la figure 5 illustre un lit de poudre et met en lumière les zones chauffées avant la phase de fusion sélective de la poudre.- Figure 5 illustrates a powder bed and highlights the heated areas before the selective melting phase of the powder.

DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATIONDESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF IMPLEMENTATION AND IMPLEMENTATION

GénéralitésOverview

L’appareil 1 de fabrication additive sélective de la figure 1 comprend :The apparatus 1 for selective additive manufacturing of FIG. 1 comprises:

- un support tel qu'un plateau horizontal 3 sur lequel sont déposées successivement les différentes couches de poudre de fabrication additive (poudre métallique, poudre de céramique, etc.) permettant de fabriquer un objet tridimensionnel (objet 2 en forme de sapin sur la figure),- A support such as a horizontal plate 3 on which are successively deposited the different layers of additive manufacturing powder (metal powder, ceramic powder, etc.) making it possible to manufacture a three-dimensional object (object 2 in the shape of a fir tree in the figure )

- un réservoir de poudre 7 situé au-dessus du plateau 3,- a powder reservoir 7 located above the plate 3,

- un arrangement 4 pour la distribution de ladite poudre métallique sur le plateau 3, cet arrangement 4 comportant par exemple une raclette 5 ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre (déplacement selon la double flèche A) et former ainsi un lit de poudre,- An arrangement 4 for the distribution of said metal powder on the tray 3, this arrangement 4 comprising for example a squeegee 5 or a layering roller for spreading the different successive layers of powder (displacement according to the double arrow A) and forming thus a bed of powder,

- un ensemble 8 de sources d’énergie pour la fusion (totale ou partielle) des couches fines étalées,- a set 8 of energy sources for the fusion (total or partial) of the spread thin layers,

- une unité de contrôle 9 qui assure le pilotage des différents composants de l'appareil 1 en fonction d'informations pré-mémorisées (mémoire M),a control unit 9 which controls the various components of the device 1 as a function of pre-stored information (memory M),

- un mécanisme 10 pour permettre de descendre le support du plateau 3 au fur et à mesure du dépôt des couches (déplacement selon la double flèche B).- A mechanism 10 to allow the support of the plate 3 to descend as the layers are deposited (displacement according to the double arrow B).

Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, l’ensemble 8 comprend une source 12 de type laser.In the example described with reference to FIG. 1, the assembly 8 comprises a source 12 of the laser type.

En variante, l'ensemble 8 peut comprendre tout autre type de source d'énergie localisée permettant de fusionner des grains de poudre sous vide primaire (10-3 bar à 1 bar) comme par exemple une source de particules.As a variant, the assembly 8 may comprise any other type of localized energy source making it possible to merge powder grains under primary vacuum (10 -3 bar to 1 bar) such as for example a source of particles.

Toujours en variante, l'ensemble 8 peut aussi comprendre plusieurs sources du même type, comme par exemple plusieurs sources laser, ou des moyens permettant d'obtenir plusieurs faisceaux à partir d'une même source. Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, au moins un miroir galvanométrique 14 permet d’orienter et de déplacer le faisceau laser issu de la source 12 par rapport à l'objet 2 en fonction des informations envoyées par l'unité de contrôle 9. Optionnellement, plusieurs miroirs galvanométriques peuvent être utilisés, par exemple deux.Still alternatively, the assembly 8 can also include several sources of the same type, such as for example several laser sources, or means making it possible to obtain several beams from the same source. In the example described with reference to FIG. 1, at least one galvanometric mirror 14 makes it possible to orient and move the laser beam coming from the source 12 relative to the object 2 as a function of the information sent by the control 9. Optionally, several galvanometric mirrors can be used, for example two.

Tout autre système de déviation peut bien entendu être envisagé.Any other deviation system can of course be envisaged.

Dans un autre exemple non illustré, l'ensemble 8 comprend plusieurs sources 12 de type laser et le déplacement des différents faisceaux laser est obtenu en déplaçant les différentes sources 12 de type laser au-dessus de la couche de poudre à fusionner.In another example not illustrated, the assembly 8 comprises several sources 12 of the laser type and the displacement of the different laser beams is obtained by moving the different sources 12 of the laser type above the layer of powder to be fused.

Un bouclier thermique T peut être interposé entre la ou les sources de l'ensemble 8.A heat shield T can be interposed between the source or sources of the assembly 8.

Les composants de l’appareil 1 sont agencés à l’intérieur d’une enceinte étanche 17, le cas échéant reliée à une pompe à vide 18.The components of the device 1 are arranged inside a sealed enclosure 17, if necessary connected to a vacuum pump 18.

L'appareil comprend en outre un dispositif de chauffage 19 disposé au-dessus du lit de poudre et apte à se déplacer linéairement par rapport à celui-ci.The apparatus further comprises a heating device 19 disposed above the powder bed and able to move linearly with respect thereto.

Ce dispositif de chauffage 19 peut être disposé derrière et/ou devant la raclette 5 ou le rouleau de mise en couche, ou sur un même chariot coulissant. Il peut également être monté sur un chariot indépendant ou sur un bras articulé robotisé.This heating device 19 can be placed behind and / or in front of the squeegee 5 or the layering roller, or on the same sliding carriage. It can also be mounted on an independent trolley or on a robotic articulated arm.

Dans le cas d'un dispositif de chauffage 19 situé devant le rouleau de mise en couche 5 (dans le sens de déplacement du rouleau de mise en couche 5), lors du déplacement du rouleau de mise en couche 5 pour étaler une couche de poudre, le dispositif de chauffage 19 effectue le chauffage de la couche de poudre qui vient d'être fusionnée ou frittée de manière sélective.In the case of a heater 19 located in front of the coating roller 5 (in the direction of movement of the coating roller 5), when moving the coating roller 5 to spread a layer of powder , the heating device 19 performs the heating of the powder layer which has just been fused or sintered selectively.

La couche chauffée est ensuite recouverte par la couche suivante, limitant ainsi les pertes d'énergie par convection entre la couche chauffée et le milieu de l'enceinte 17, et chauffant par conduction la couche suivante.The heated layer is then covered by the next layer, thus limiting the losses of energy by convection between the heated layer and the medium of the enclosure 17, and heating by conduction the next layer.

En une variante, on peut imaginer deux ou plusieurs dispositifs de chauffage à la suite, placés avant et/ou après le dispositif de mise en couche 5, le dispositif de mise en couche 5 pouvant se déplacer dans deux sens opposés.In a variant, one can imagine two or more heating devices in succession, placed before and / or after the layering device 5, the layering device 5 being able to move in two opposite directions.

Il est préférable pour obtenir une certaine puissance de chauffage d'utiliser plusieurs appareils de puissance moindre permettant d'obtenir la puissance de chauffage voulue en additionnant leurs puissances respectives.It is preferable to obtain a certain heating power to use several devices of lower power making it possible to obtain the desired heating power by adding their respective powers.

Par exemple, les pertes calorifiques par effet Joule étant proportionnelles au carré de l'intensité du courant d'alimentation du dispositif 19, l'utilisation de deux appareils de puissance identique P/2 permet de réduire individuellement leurs pertes énergétiques par quatre par rapport à un appareil unique d'une puissance P. Les pertes globales du dispositif sont donc réduites de moitié.For example, the heat losses by the Joule effect being proportional to the square of the intensity of the supply current of the device 19, the use of two devices of identical power P / 2 makes it possible to individually reduce their energy losses by four compared to a single device with a power of P. The overall losses of the device are therefore reduced by half.

Le déplacement dudit dispositif 19, son alimentation localisée et son temps de résidence devant les différentes zones que l'on souhaite chauffer à la surface du lit de poudre sont également contrôlés par l'unité 9.The movement of said device 19, its localized supply and its residence time in front of the different zones which it is desired to heat on the surface of the powder bed are also controlled by unit 9.

Dispositif à électrode de commande, ou TriodeControl electrode device, or Triode

En référence à la figure 2, le dispositif de chauffage 19 comporte un dispositif de génération de plasma 20 que l'on déplace au-dessus du lit de poudre métallique (surface 21 massive ou granulaire, constituée de microou nano-poudre).With reference to FIG. 2, the heating device 19 comprises a plasma generation device 20 which is moved above the bed of metallic powder (solid or granular surface 21, made up of micro or nanopowder).

Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 2, le dispositif de génération de plasma 20 comporte une électrode primaire 24 qui s'étend dans une électrode de garde 25 le long d'un axe longitudinal X (représenté en figure 3), une distance non nulle séparant l'électrode de garde 25 de l'électrode primaire 24.In an embodiment illustrated in FIG. 2, the plasma generation device 20 comprises a primary electrode 24 which extends in a guard electrode 25 along a longitudinal axis X (represented in FIG. 3), a distance non-zero separating the guard electrode 25 from the primary electrode 24.

L'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25 présentent dans le mode de réalisation représenté une géométrie hémicylindrique, leur section formant un arc de cercle. Il est entendu que le terme hémicylindrique ne limite pas l'ouverture angulaire de la section des électrodes primaire 24 et de garde 25, qui peut former un arc s'étendant entre 20° et 350° d'angle.The primary electrode 24 and the guard electrode 25 have, in the embodiment shown, a semi-cylindrical geometry, their section forming an arc of a circle. It is understood that the term semi-cylindrical does not limit the angular opening of the section of the primary 24 and guard 25 electrodes, which can form an arc extending between 20 ° and 350 ° angle.

L’électrode primaire 24 peut être construite dans un matériau qui peut être isolant, semi-conducteur ou conducteur.The primary electrode 24 can be constructed of a material which can be insulating, semiconductor or conductive.

Dans un mode de réalisation, l'électrode primaire 24 est construite dans un métal qui présente une température de fusion élevée (typiquement, supérieure à la température de fusion des poudres) et qui est un bon conducteur électrique (conductivité supérieure à 5 x 106 S/m).In one embodiment, the primary electrode 24 is constructed from a metal which has a high melting temperature (typically, greater than the powder melting temperature) and which is a good electrical conductor (conductivity greater than 5 × 10 6 S / m).

La surface 21 du lit de poudre est par exemple reliée à la masse.The surface 21 of the powder bed is for example connected to ground.

L'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25 s'étendent chacune selon un axe longitudinal, et sont préférentiellement, mais non limitativement, coaxiales.The primary electrode 24 and the guard electrode 25 each extend along a longitudinal axis, and are preferably, but not limited to, coaxial.

En variante, l'axe longitudinal de l'électrode primaire 24 et l'axe longitudinal de l'électrode de garde 25 peuvent être parallèles.Alternatively, the longitudinal axis of the primary electrode 24 and the longitudinal axis of the guard electrode 25 may be parallel.

L'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25 comportent chacune une ouverture 26, 27 qui fait directement face à la surface 21 à chauffer.The primary electrode 24 and the guard electrode 25 each have an opening 26, 27 which directly faces the surface 21 to be heated.

Suivant la géométrie des électrodes, les deux ouvertures 26, 27 peuvent présenter des dimensions sensiblement similaires.Depending on the geometry of the electrodes, the two openings 26, 27 may have substantially similar dimensions.

Dans le mode de réalisation illustré en figure 3, les ouvertures 26, 27 s'étendent longitudinalement parallèlement à l'axe longitudinal X, les dimensions respectives des ouvertures 26, 27 dans la direction transversale étant différentes en raison de l'angle d'arc de la section droite des électrodes.In the embodiment illustrated in Figure 3, the openings 26, 27 extend longitudinally parallel to the longitudinal axis X, the respective dimensions of the openings 26, 27 in the transverse direction being different due to the arc angle of the cross section of the electrodes.

L'électrode de garde 25 peut comporter des moyens d'obturation 30 de manière à délimiter la zone de formation du plasma. Les moyens d'obturation peuvent comporter des plaques fixées sur l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25 et s'étendant longitudinalement le long des axes longitudinaux de l'électrode primaire 24 et de l'électrode de garde 25.The guard electrode 25 may include sealing means 30 so as to delimit the plasma formation zone. The closure means may comprise plates fixed to the primary electrode 24 and the guard electrode 25 and extending longitudinally along the longitudinal axes of the primary electrode 24 and the guard electrode 25.

Les moyens d'obturation 30 délimitent une fente 31 s'étendant parallèlement à l'axe X des électrodes et étant situé en regard de la surface 21 du lit de poudre et des ouvertures 26,27 des électrodes.The sealing means 30 define a slot 31 extending parallel to the axis X of the electrodes and being located opposite the surface 21 of the powder bed and the openings 26, 27 of the electrodes.

L’allumage de la décharge vers le lit de poudre est favorisé par l'électrode de garde 25 - flottante ou reliée à la masse - et placée à une très faible distance de l'électrode primaire 24 de façon à empêcher la décharge de se développer sur la totalité de la surface de l'électrode primaire 24 et ainsi favoriser les décharges à l'intérieur de l'électrode primaire 24.The ignition of the discharge to the powder bed is favored by the guard electrode 25 - floating or connected to ground - and placed at a very short distance from the primary electrode 24 so as to prevent the discharge from developing over the entire surface of the primary electrode 24 and thus favor discharges inside the primary electrode 24.

Une telle configuration permet au plasma de se développer à l'intérieur de l'électrode primaire 24 et de se projeter à travers l'ouverture 26, et éventuellement à travers la fente 31, sur une zone contrôlée à la surface du lit de poudre 21.Such a configuration allows the plasma to develop inside the primary electrode 24 and to project through the opening 26, and possibly through the slot 31, onto a controlled area on the surface of the powder bed 21 .

L'aire de la zone de projection sur la surface 21 est proche de la surface formée par la largeur de la fente 31 et de la longueur de l'électrode de commande 32.The area of the projection area on the surface 21 is close to the surface formed by the width of the slot 31 and the length of the control electrode 32.

Dans l'ensemble de la description, il est entendu par longueur la dimension suivant l'axe longitudinal X du dispositif de génération de plasmaThroughout the description, length is understood to mean the dimension along the longitudinal axis X of the plasma generation device.

20.20.

Préférentiellement, l'aire de la zone de projection sur la surface 21 est inférieure à la surface interne développée de l'électrode primaire 24.Preferably, the area of the projection area on the surface 21 is less than the developed internal surface of the primary electrode 24.

Le dispositif de génération de plasma 20 comporte également au moins un module de commande 32, qui s'étend le long de l'ouverture 26 de part et d'autre de celle-ci.The plasma generation device 20 also includes at least one control module 32, which extends along the opening 26 on either side of the latter.

Lorsque le dispositif de génération de plasma 20 comprend des moyens d'obturation 30, la ou les modules de commande 32 peuvent être fixés sur les moyens d'obturation 30.When the plasma generation device 20 comprises closure means 30, the control module (s) 32 can be fixed on the closure means 30.

Chaque électrode de commande 32 comprend deux corps 321 et 322 positionnés de part et d'autre de l'ouverture 26, et de part et d'autre de la fente 31 lorsque le dispositif de génération de plasma 20 comprend des moyens d'obturation 30.Each control electrode 32 comprises two bodies 321 and 322 positioned on either side of the opening 26, and on either side of the slot 31 when the plasma generation device 20 comprises closure means 30 .

En fonction de la tension d'alimentation d'une électrode de commande 32, le champ électrique formé entre l'électrode primaire 24 et l'électrode de commande 32 peut empêcher ou autoriser la projection de particules chargées, et donc de plasma, à travers l'ouverture 26, et à travers la fente 31.Depending on the supply voltage of a control electrode 32, the electric field formed between the primary electrode 24 and the control electrode 32 can prevent or allow the projection of charged particles, and therefore of plasma, through the opening 26, and through the slot 31.

Le centrage de l'électrode primaire 24 dans l'électrode de garde 25 est réalisé au moyen d'un élément de centrage 33, l'élément de centrage 33 pouvant optionnellement être diélectrique. Par exemple, l'élément de centrage 33 peut comprendre deux capillaires en céramique situés entre l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25.Centering of the primary electrode 24 in the guard electrode 25 is achieved by means of a centering element 33, the centering element 33 possibly optionally being dielectric. For example, the centering element 33 can comprise two ceramic capillaries located between the primary electrode 24 and the guard electrode 25.

Optionnellement, l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25 peuvent être connectées, physiquement mais non électriquement, entre elles de part et d'autre de leur ouverture 26, 27 au moyen d'un élément d'étanchéité 28, de manière à créer un espace fermé hermétique 29 entre l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25.Optionally, the primary electrode 24 and the guard electrode 25 can be connected, physically but not electrically, to each other on either side of their opening 26, 27 by means of a sealing element 28, so to create a hermetic closed space 29 between the primary electrode 24 and the guard electrode 25.

Dans un mode de réalisation, l'élément d'étanchéité 28 comporte deux joints linéaires s'étendant respectivement de part et d'autre de l'ouverture 26, chacun des joints joignant d'une part l'électrode primaire 24 et d'autre part l'électrode de garde 25.In one embodiment, the sealing element 28 comprises two linear joints extending respectively on either side of the opening 26, each of the joints joining on the one hand the primary electrode 24 and on the other apart the guard electrode 25.

Optionnellement, un fluide peut être mis en circulation à travers cet espace fermé 29 de manière à refroidir l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25.Optionally, a fluid can be circulated through this closed space 29 so as to cool the primary electrode 24 and the guard electrode 25.

Optionnellement, l'électrode primaire 24 est équipée au niveau de ses extrémités de bouchons magnétiques (non représentés) empêchant le plasma de s'évacuer par ces ouvertures. Dans un mode de réalisation, ces bouchons magnétiques peuvent comprendre un maillage métallique entraînant la formation d'une cage de Faraday et limitant la fuite du plasma par les extrémités de l'électrode primaire 24.Optionally, the primary electrode 24 is equipped at its ends with magnetic plugs (not shown) preventing the plasma from being evacuated through these openings. In one embodiment, these magnetic plugs can comprise a metal mesh causing the formation of a Faraday cage and limiting the leakage of the plasma through the ends of the primary electrode 24.

Dans des modes de réalisation non représentés, des actionneurs commandent le déplacement de plusieurs éléments mobiles permettant d'obturer ou de libérer localement l'ouverture 26 en fonction leur position, provoquant ainsi la libération localisée ou non du plasma.In embodiments not shown, actuators control the movement of several mobile elements making it possible to locally close or release the opening 26 according to their position, thus causing the localized or non-localized release of the plasma.

En référence à la figure 3, le dispositif de génération de plasma 20 comprend une pluralité (quatre dans l'exemple illustré) d'électrodes de commande 32 alignées de part et d'autre de l'ouverture 26.With reference to FIG. 3, the plasma generation device 20 comprises a plurality (four in the example illustrated) of control electrodes 32 aligned on either side of the opening 26.

Chaque électrode de commande 32 comprend deux segments d'électrode, un premier segment impair El, E3, E5, E7 disposé d'un côté de l'ouverture 26 et un second segment pair, respectivement E2, E4, E6, E8, disposé en vis-à-vis du premier segment et de l'autre côté de l'ouvertureEach control electrode 32 comprises two electrode segments, a first odd segment E1, E3, E5, E7 arranged on one side of the opening 26 and a second even segment, respectively E2, E4, E6, E8, arranged in opposite the first segment and on the other side of the opening

26.26.

Lors de la polarisation des deux segments d'une même électrode de commande 32, comme par exemple les segments El et E2, les charges libres du plasma généré par l'électrode primaire 24 sont récoltées par la paire El et E2 et de fait, le flux de particules chargée vers le lit de poudre, en dessous, est fortement limité, voir supprimé.During the polarization of the two segments of the same control electrode 32, such as for example the segments El and E2, the free charges of the plasma generated by the primary electrode 24 are collected by the pair El and E2 and in fact, the flow of charged particles to the powder bed below is severely limited, or even eliminated.

En revanche, pour d'autres valeurs de la polarisation électrique de la paire El et E2, les charges peuvent être extraites efficacement du plasma généré par l'électrode primaire 24 et projetées vers le lit de poudre conduisant au chauffage localisé de celui-ci.On the other hand, for other values of the electrical polarization of the pair E1 and E2, the charges can be efficiently extracted from the plasma generated by the primary electrode 24 and projected towards the powder bed leading to the localized heating of the latter.

Si seuls les segments E5 et E6, par exemple, sont polarisés de manière à extraire les charges du plasma, les particules chargées peuvent transiter par l'ouverture 26 sur la longueur correspondant à la longueur des segments E5 et E6, le plasma étant de ce fait projeté sur la surface 21 du lit de poudre en regard de la longueur de l'ouverture 26 située entre les segments E5 et E6.If only the segments E5 and E6, for example, are polarized so as to extract the charges from the plasma, the charged particles can pass through the opening 26 over the length corresponding to the length of the segments E5 and E6, the plasma being of this fact projected onto the surface 21 of the powder bed opposite the length of the opening 26 located between the segments E5 and E6.

Chacune des électrodes de commande 32 est alimentée indépendamment par la source d'excitation 22, associée à un répartiteur 23.Each of the control electrodes 32 is independently supplied by the excitation source 22, associated with a distributor 23.

Chaque paire de segments d'électrode situés face à face, par exemple les segments E7 et E8, peut donc être assimilée à un module de commande S4 configuré pour permettre la projection localisée d'un plasma préalablement généré par l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25.Each pair of electrode segments located face to face, for example the segments E7 and E8, can therefore be assimilated to a control module S4 configured to allow the localized projection of a plasma previously generated by the primary electrode 24 and l guard electrode 25.

Par souci de clarté sur la figure 3, seul le module de commande S4, comportant les segments d'électrode E7 et E8 est représenté.For the sake of clarity in FIG. 3, only the control module S4, comprising the electrode segments E7 and E8 is shown.

Il est évident que les paires de segments El et E2, E3 et E4, E5 et E6 forment également des modules de commande S, que l'on pourrait nommer respectivement SI, S2 et S3.It is obvious that the pairs of segments E1 and E2, E3 and E4, E5 and E6 also form control modules S, which could be called SI, S2 and S3 respectively.

Dans un mode de réalisation non représenté, l'électrode primaire 24 peut présenter une géométrie sensiblement sphérique et définir une cavité interne sensiblement sphérique.In an embodiment not shown, the primary electrode 24 can have a substantially spherical geometry and define a substantially spherical internal cavity.

L'électrode de garde 25 présente également une géométrie sensiblement sphérique et creuse, l'électrode primaire 24 étant logée à l'intérieur de l'électrode de garde 25.The guard electrode 25 also has a substantially spherical and hollow geometry, the primary electrode 24 being housed inside the guard electrode 25.

Dans ce mode de réalisation, l'électrode primaire 24 peut comporter une ouverture 26 circulaire, et l'électrode de garde 25 peut comporter une ouverture 27 sensiblement circulaire en regard de l'ouverture 26 de l'électrode primaire 24.In this embodiment, the primary electrode 24 may have a circular opening 26, and the guard electrode 25 may have a substantially circular opening 27 opposite the opening 26 of the primary electrode 24.

L'électrode de commande 32 peut présenter une géométrie annulaire et ainsi comporter une ouverture pouvant être positionnée en regard de l'ouverture 27 de l'électrode de garde 25.The control electrode 32 can have an annular geometry and thus comprise an opening that can be positioned opposite the opening 27 of the guard electrode 25.

Ce mode de réalisation présente une grande compacité et peut présenter un intérêt particulier s'il est assemblé au bout d'un bras articulé.This embodiment is very compact and can be of particular interest if it is assembled at the end of an articulated arm.

La distance entre d'une part l'ensemble constitué par l'électrode primaire 24 et l'électrode de garde 25 et d'autre part la surface 21 du lit de poudre est réglable. La distance à la surface 21 est notamment ajustée en fonction par exemple des conditions de pression dans l'enceinte 17.The distance between on the one hand the assembly constituted by the primary electrode 24 and the guard electrode 25 and on the other hand the surface 21 of the powder bed is adjustable. The distance to the surface 21 is notably adjusted as a function, for example, of the pressure conditions in the enclosure 17.

La génération des décharges électriques dépend en effet du produit pression-distance (loi de Paschen) et de la nature du gaz présent dans l'enceinte. Ainsi, en fonction de la pression de travail dans l’enceinte et de la nature du gaz il est possible d'ajuster cette distance afin d'obtenir un optimum de chauffe.The generation of electric discharges depends on the pressure-distance product (Paschen's law) and on the nature of the gas present in the enclosure. Thus, depending on the working pressure in the enclosure and the nature of the gas, it is possible to adjust this distance in order to obtain an optimum heating.

Principe de fonctionnementPrinciple of operation

En référence à la figure 4, le dispositif de génération de plasma 20 comporte une pluralité de modules de commande indépendants (en l'occurrence douze référencés de SI à S12) répartis dans la longueur dudit dispositif 20.With reference to FIG. 4, the plasma generation device 20 comprises a plurality of independent control modules (in this case twelve referenced from SI to S12) distributed over the length of said device 20.

Ces différents modules de commande SI à S12 sont alimentés indépendamment les uns des autres par une source d'excitation 22, laquelle est associée à un répartiteur 23.These different control modules SI to S12 are supplied independently of each other by an excitation source 22, which is associated with a distributor 23.

Dans d'autres modes de réalisation, plusieurs sources d'excitation 22 peuvent être utilisées.In other embodiments, several excitation sources 22 can be used.

La longueur de ces modules de commande SI à S12 est adaptée à la précision souhaitée sur la localisation du chauffage. Cette longueur est d’au moins un millimètre.The length of these control modules SI to S12 is adapted to the desired precision on the location of the heating. This length is at least one millimeter.

Les modules de commande SI à S12 peuvent être excités par la source 22 pour commander la projection d'un plasma de taille limitée, qui assure le chauffage localisé de la surface 21.The control modules SI to S12 can be excited by the source 22 to control the projection of a plasma of limited size, which provides localized heating of the surface 21.

En plaçant un module de commande de commande S devant la surface 21 de poudre, et après polarisation convenable de l'électrode de commande 32, il est possible d’entretenir un plasma homogène et localisé entre le module S et le lit de poudre, alimenté par la source principale du plasma qui est localisée dans la cavité de l'électrode principale 24.By placing a control control module S in front of the powder surface 21, and after suitable polarization of the control electrode 32, it is possible to maintain a homogeneous and localized plasma between the module S and the powder bed, fed by the main plasma source which is located in the cavity of the main electrode 24.

On transfère ainsi de manière efficace de l’énergie à la poudre, ce qui permet de réaliser son chauffage.Energy is thus efficiently transferred to the powder, which enables it to be heated.

La polarisation électrique des modules de commande SI à S12 permet le contrôle localisé de la projection du plasma produit à l'intérieur de l'électrode principale 24, soit en le gardant à l'intérieur de la cavité, soit en forçant le plasma à sortir de la cavité afin de chauffer localement la surfaceThe electrical polarization of the control modules SI to S12 allows localized control of the projection of the plasma produced inside the main electrode 24, either by keeping it inside the cavity, or by forcing the plasma to come out cavity to locally heat the surface

21.21.

La tension appliquée à chacun des modules de commande SI à S12 à l'aide du répartiteur 23 permet de réguler le flux du plasma vers la surface et d'obtenir si nécessaire une température différente en dessous de chaque module.The voltage applied to each of the control modules SI to S12 using the distributor 23 makes it possible to regulate the flow of plasma to the surface and to obtain, if necessary, a different temperature below each module.

Le dispositif de génération de plasma 20 est déplacé parallèlement à la surface 21, perpendiculairement à la direction selon laquelle il s'étend.The plasma generation device 20 is moved parallel to the surface 21, perpendicular to the direction in which it extends.

Une telle configuration permet un chauffage homogène sur une longueur limitée (la longueur d'un module de commande S) de surface du lit de poudre en regard de chaque module de commande SI à S12.Such a configuration allows uniform heating over a limited length (the length of a control module S) of the surface of the powder bed opposite each control module SI to S12.

La surface chauffée dépend de la distance de déplacement d'un module de commande S avec le plasma activé.The heated surface depends on the distance of movement of a control module S with the plasma activated.

Un tel dispositif de chauffage est efficace sur une large gamme de pressions, allant de 1 à quelques centaines de millibar.Such a heater is effective over a wide range of pressures, from 1 to a few hundred millibar.

La distance entre la ou les modules de commande SI à S12 et la surface 21 doit être la plus réduite possible, de façon à ce que les décharges électriques localisées se développent entre le plasma principal (produit à l'intérieur de l'électrode 24) et la surface 21 uniquement.The distance between the control module (s) SI to S12 and the surface 21 must be as small as possible, so that the localized electrical discharges develop between the main plasma (produced inside the electrode 24) and surface 21 only.

De cette manière, un plasma localisé est projeté si les électrodes de commande 32 sont polarisées convenablement, autrement le plasma reste confiné à l'intérieur de la cavité 24.In this way, a localized plasma is projected if the control electrodes 32 are suitably polarized, otherwise the plasma remains confined inside the cavity 24.

Un mécanisme (non représenté) permet le réglage de cette distance en plus du mécanisme 10.A mechanism (not shown) allows the adjustment of this distance in addition to the mechanism 10.

Dans les gammes de pression précitées, la ou les modules de commande SI à S12 sont espacés de la surface 21 à chauffer par un espace de quelques millimètres.In the aforementioned pressure ranges, the control module or modules SI to S12 are spaced from the surface 21 to be heated by a space of a few millimeters.

Mise en œuvre d'un chauffage localiséImplementation of localized heating

La séquence des durées d'excitation de chaque électrode/générateur est contrôlée par le répartiteur 23, en fonction de la vitesse d'avancement du dispositif de génération de plasma 20 pour ne chauffer localement que certaines zones prédéfinies de la surface 21 (quatre dans l'exemple illustré sur la figure 5) et en fonction du chauffage souhaité pour celles-ci.The sequence of the excitation durations of each electrode / generator is controlled by the distributor 23, as a function of the speed of advance of the plasma generation device 20 so as to locally heat only certain predefined areas of the surface 21 (four in the 'example illustrated in Figure 5) and depending on the desired heating for them.

Chaque zone localisée chauffée est d'une longueur sensiblement égale à celle d'un module de commande S, soit la longueur d'une électrode de commande 32, et d'une largeur correspondant à la distance v x t, où v représente la vitesse de balayage du dispositif de génération de plasma 20 (ou celle du système de mise en couche, si les deux sont solidaires) et t désigne le temps d'activation d'un module de commande S.Each localized heated zone is of a length substantially equal to that of a control module S, ie the length of a control electrode 32, and of a width corresponding to the distance vxt, where v represents the scanning speed. of the plasma generation device 20 (or that of the layering system, if the two are integral) and t denotes the activation time of a control module S.

Par activation d'un module de commande S, il est entendu que celuici permet l'éjection du plasma à travers la fente 31. Cet effet est obtenu lorsque les électrodes E du module de commande S sont alimentées convenablement, soit en tension continue, soit en radiofréquence, soit en mode impulsionnel.By activation of a control module S, it is understood that this allows the plasma to be ejected through the slot 31. This effect is obtained when the electrodes E of the control module S are adequately supplied, either with direct voltage, or in radio frequency, either in pulse mode.

La combinaison des différentes zones ainsi chauffées localement est adaptée (par le répartiteur 23 commandé par l'unité 9) en fonction de la zone que l'on souhaite soumettre à une fusion sélective sur la surface 21.The combination of the different zones thus heated locally is adapted (by the distributor 23 controlled by the unit 9) as a function of the zone which it is desired to subject to selective melting on the surface 21.

C'est ce qu'illustre la figure 5 sur laquelle sont représentées plusieurs zones chauffées sur l'ensemble de la surface du lit de poudre 21, les zones étant chauffées par un dispositif de génération de plasma 20 se déplaçant dans le sens indiqué par la flèche sur la figure.This is illustrated in FIG. 5, in which several heated zones are represented over the entire surface of the powder bed 21, the zones being heated by a plasma generation device 20 moving in the direction indicated by the arrow in the figure.

Ces zones correspondent à une activation, au cours du déplacement du dispositif de génération de plasma 20 à une vitesse V, des seuls modules de commande SI, S2, S3, S7 et S10.These zones correspond to an activation, during the movement of the plasma generation device 20 at a speed V, of the only control modules SI, S2, S3, S7 and S10.

Le module de commande S10 est déclenché à un premier instant pendant une durée tlO, les modules de commande SI et S7 étant activés à un même deuxième instant pour des durées respectives tl et t7.The control module S10 is triggered at a first instant for a duration t10, the control modules SI and S7 being activated at the same second instant for respective durations tl and t7.

Les modules de commande SI, S2 et S3 sont ensuite activés à un même troisième instant, puis le module de commande S2 est désactivé à un quatrième instant, activé à un cinquième instant, désactivé à un sixième instant et activé à un septième instant.The control modules SI, S2 and S3 are then activated at the same third instant, then the control module S2 is deactivated at a fourth instant, activated at a fifth instant, deactivated at a sixth instant and activated at a seventh instant.

Le module de commande S10 est activé pendant une durée tlO, le module de commande S7 pendant une durée t7 et le module de commande SI pendant une durée tl et chauffent donc trois zones locales de surface vxtlO, vxt7 et vxtl.The control module S10 is activated for a duration t10, the control module S7 for a duration t7 and the control module SI for a duration tl and therefore heat three local surface areas vxt10, vxt7 and vxtl.

Les modules de commande SI, S2 et S3 sont ensuite activés pendant une durée t, puis le module de commande S2 est désactivé pendant une durée t' pendant laquelle les modules de commande SI et S3 sont maintenus activés.The control modules SI, S2 and S3 are then activated for a duration t, then the control module S2 is deactivated for a duration t 'during which the control modules SI and S3 are kept activated.

Le module de commande S2 est ensuite réactivé pendant une durée t, les modules de commande SI et S3 étant toujours activés.The control module S2 is then reactivated for a period t, the control modules SI and S3 being always activated.

Le module de commande S2 est ensuite désactivé pendant une durée t' au cours de laquelle les modules de commande SI et S3 sont maintenus activés.The control module S2 is then deactivated for a period t ′ during which the control modules SI and S3 are kept activated.

Le module de commande S2 est enfin activé pendant une durée t, simultanément aux modules de commande SI et S3.The control module S2 is finally activated for a duration t, simultaneously with the control modules SI and S3.

Le fait d'avoir un dispositif de génération de plasma 20 générant un plasma en continu à l'intérieur de l'électrode primaire 24 et différentes électrodes de commande 32 indépendantes permet de générer des flux importants et localisés vers la surface 21, lorsque les modules de commande SI à S12 sont convenablement polarisés, pour chauffer les surfaces concernées par la fusion, permettant ainsi de minimiser la quantité d'énergie nécessaire à la phase de chauffe.Having a plasma generation device 20 generating a continuous plasma inside the primary electrode 24 and different independent control electrodes 32 makes it possible to generate large and localized fluxes towards the surface 21, when the modules SI to S12 are suitably polarized, to heat the surfaces concerned by the fusion, thus making it possible to minimize the amount of energy necessary for the heating phase.

Le temps de commutation limité grâce à ce type de module de commande permet d'améliorer la précision de la zone chauffée.The limited switching time thanks to this type of control module improves the precision of the heated area.

Optionnellement, en modifiant la vitesse de déplacement lorsque le dispositif de génération de plasma 20 passe au-dessus d'une zone du lit de poudre qui ne sera pas chauffée, le temps de la phase de chauffe peut également être drastiquement réduit.Optionally, by modifying the speed of movement when the plasma generation device 20 passes over an area of the powder bed which will not be heated, the time of the heating phase can also be drastically reduced.

La productivité et l'efficience de la phase de chauffe en sont donc améliorées.The productivity and the efficiency of the heating phase are therefore improved.

Avantageusement, le répartiteur 23 peut assurer des tensions différentes sur les modules de commande SI à S12 conduisant à des flux locaux de plasma différents impactant la surface 21. Ainsi la température de chaque zone chauffée peut être contrôlée indépendamment, mais elle peut être aussi la même pour toutes les zones chauffées.Advantageously, the distributor 23 can ensure different voltages on the control modules SI to S12 leading to different local plasma flows impacting the surface 21. Thus the temperature of each heated zone can be controlled independently, but it can also be the same for all heated areas.

Au cours de la génération d'un plasma localisé par des décharges électriques, l’énergie est transmise à la poudre par plusieurs biais coexistant simultanément dans un plasma.During the generation of a localized plasma by electrical discharges, energy is transmitted to the powder by several means coexisting simultaneously in a plasma.

Il s'agit des espèces chargées, électrons et ions, mais également des espèces neutres énergétiques, notamment les états excités non-radiatifs (métastables), et les photons. Comme la surface (poudre) reçoit les deux espèces chargées, les effets de charge (répulsion Coulombienne) sont réduits, voire supprimés.These are charged species, electrons and ions, but also energetic neutral species, in particular excited non-radiative (metastable) states, and photons. As the surface (powder) receives the two charged species, the charge effects (Coulomb repulsion) are reduced or even eliminated.

De plus, tous les photons visibles et infra-rouges (IR.) chauffent la matière lorsqu'ils sont absorbés, alors que les photons ultra-violets (UV) peuvent également modifier superficiellement la surface (décaper la surface par exemple) si leur énergie est supérieure à l'énergie de liaison des espèces adsorbées en surface.In addition, all visible and infrared (IR) photons heat the material when absorbed, while ultra-violet (UV) photons can also modify the surface superficially (pickling the surface for example) if their energy is greater than the binding energy of the species adsorbed on the surface.

Plus le plasma est dense, plus l'énergie transmise à la surface est importante. Il est possible de créer un plasma à partir de quelques 10 W et allant jusqu'à 5 kW et plus. La quantité d'énergie apportée par le plasma à la surface à chauffer peut être facilement ajustée par la puissance injectée individuellement dans chaque module de commande SI à S12 par des impulsions électriques pouvant aller jusqu'à 10 kV, ou plus si nécessaire.The denser the plasma, the greater the energy transmitted to the surface. It is possible to create a plasma from a few 10 W and up to 5 kW and more. The amount of energy brought by the plasma to the surface to be heated can be easily adjusted by the power injected individually into each control module SI to S12 by electrical pulses of up to 10 kV, or more if necessary.

Selon le mode d'excitation, il est possible d'accélérer les ions (notamment d'azote, argon ou un autre gaz inerte) à des très hautes énergies.Depending on the excitation mode, it is possible to accelerate the ions (in particular nitrogen, argon or another inert gas) to very high energies.

Par exemple, l'excitation de l'électrode primaire 24 par la source 22 peut être réalisée en radio fréquence (RF), tandis que la masse est connectée au lit de poudre (et au bâti de l'enceinte 17).For example, the excitation of the primary electrode 24 by the source 22 can be achieved by radio frequency (RF), while the mass is connected to the powder bed (and to the frame of the enclosure 17).

Le fonctionnement de la décharge en excitation radio fréquence (RF) présente l'avantage de générer un plasma à l'intérieur de l'électrode primaire 24 indépendamment de l'état de surface de cette électrode (métallique, oxydée, etc.)The operation of the radio frequency excitation (RF) discharge has the advantage of generating a plasma inside the primary electrode 24 independently of the surface state of this electrode (metallic, oxidized, etc.).

Le fonctionnement de la décharge en excitation radio fréquence (RF) présente l'avantage d'alternances positive-négative de la tension RF appliquée qui assure la neutralité de la charge à la surface du lit de poudre, évitant ainsi la remontée électrostatique des poudres.The operation of the radio frequency (RF) excitation discharge has the advantage of positive-negative alternations of the applied RF voltage which ensures the neutrality of the charge on the surface of the powder bed, thus avoiding the electrostatic rise of the powders.

La source 22 permet l'application d'une haute tension (> 0,5 kV) entre l'électrode primaire 24 et la surface 21 du lit de poudre.The source 22 allows the application of a high voltage (> 0.5 kV) between the primary electrode 24 and the surface 21 of the powder bed.

L'alimentation ainsi réalisée par la source 22 peut être soit sinusoïdale ou tout autre type de signal alterné, tel un signal carré ou triangle.The supply thus produced by the source 22 can be either sinusoidal or any other type of alternating signal, such as a square or triangle signal.

D’autres types d'excitations sont envisageables : impulsions haute tension (IHT), excitations mono polaires ou bipolaires.Other types of excitations are possible: high voltage pulses (IHT), mono polar or bipolar excitations.

Tout comme l'alimentation RF, l’alternance d’impulsions positivenégative assure la neutralité de la charge à la surface du lit de poudre.Like RF power, positive-negative pulse alternation ensures the neutrality of the charge on the surface of the powder bed.

L'alimentation impulsionnelle bi-polaire a l'avantage, contrairement au cas d'une alimentation RF, de ne pas nécessiter de système d’adaptation d’impédance (indispensable pour la polarisation RF), tout en assurant la neutralité de la poudre traitée.Bi-polar impulse power has the advantage, unlike RF power, of not requiring an impedance matching system (essential for RF polarization), while ensuring the neutrality of the treated powder .

Également, l'excitation impulsionnelle des modules de commande S permet des alimentations à des tensions bien plus élevées (> 10 kV) qu’en RF (~1 kV).Also, the pulse excitation of the S control modules allows supplies at much higher voltages (> 10 kV) than in RF (~ 1 kV).

Claims (15)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage localisé d'un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte :1. Device for localized heating of a powder bed in an additive manufacturing device, characterized in that it comprises: - un dispositif de génération localisée de plasma (20), ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus d'un lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération localisée du plasma sur celui-ci,a device for localized generation of plasma (20), said device being adapted to be placed and moved over a bed of powder, at a distance from the bed of powder allowing the localized generation of the plasma thereon, - une source pour l'alimentation électrique (22) dudit dispositif de génération de plasma (20),a source for the electrical supply (22) of said plasma generation device (20), - une unité de contrôle (9) pour commander l'alimentation et le déplacement du dispositif de génération de plasma (20), et en ce que le dispositif de génération de plasma (20) comporte plusieurs modules de commande (SI, S2, ...) dont l'alimentation et l'allumage sont commandés par l'unité de contrôle (9), chacun des modules de commande (SI, S2, ...) étant apte à contrôler la projection localisée d'un plasma au-dessus du lit de poudre, l'unité de contrôle commandant individuellement lesdits modules de commande (SI, S2, ...) lors du déplacement du dispositif de génération de plasma (20), selon des séquences en fonction de la ou des zones du lit de poudre à chauffer et du chauffage souhaité pour celles-ci.- a control unit (9) for controlling the supply and movement of the plasma generation device (20), and in that the plasma generation device (20) comprises several control modules (SI, S2,. ..) whose supply and ignition are controlled by the control unit (9), each of the control modules (SI, S2, ...) being able to control the localized projection of a plasma at- above the powder bed, the control unit individually controlling said control modules (SI, S2, etc.) during movement of the plasma generation device (20), in sequences according to the zone or zones of the powder bed to be heated and the desired heating for these. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de génération de plasma (20) est adapté pour être déplacé avec une composante principale de déplacement perpendiculaire à la direction selon laquelle il s'étend.2. Device according to claim 1, wherein the plasma generation device (20) is adapted to be moved with a main component of displacement perpendicular to the direction in which it extends. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les modules de commande (SI à S12) sont disposés les uns par rapport aux autres de manière à permettre de chauffer au moins une zone et/ou la totalité du lit de poudre au cours d'un déplacement du dispositif de génération de plasma (20).3. Device according to claim 2, wherein the control modules (SI to S12) are arranged relative to each other so as to allow to heat at least one area and / or the entire powder bed during a displacement of the plasma generation device (20). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant un mécanisme de réglage de la distance du dispositif de génération de plasma (20) par rapport au lit de poudre.4. Device according to one of the preceding claims, comprising a mechanism for adjusting the distance of the plasma generation device (20) relative to the powder bed. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source (22) pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma (20) comprend une source alternative, radiofréquence et/ou une source impulsionnelle.5. Device according to one of the preceding claims, in which the source (22) for the electrical supply of said plasma generation device (20) comprises an alternative source, radiofrequency and / or a pulse source. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source (22) est configurée pour alimenter indépendamment chaque module de commande (SI à S12).6. Device according to one of the preceding claims, in which the source (22) is configured to independently supply each control module (SI to S12). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de contrôle (9) est adaptée pour alimenter chacun des modules de commande (SI à S12) selon plusieurs durées en fonction de la surface à chauffer, lors du déplacement du dispositif de génération de plasma (20).7. Device according to one of the preceding claims, in which the control unit (9) is adapted to supply each of the control modules (SI to S12) according to several durations as a function of the surface to be heated, during the movement of the plasma generation device (20). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de contrôle (9) est adaptée pour déplacer le dispositif de génération de plasma (20) selon plusieurs vitesses de déplacement.8. Device according to one of the preceding claims, in which the control unit (9) is adapted to move the plasma generation device (20) according to several movement speeds. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un module de commande (SI à S12) comporte au moins une électrode de commande (32).9. Device according to one of the preceding claims, in which at least one control module (SI to S12) comprises at least one control electrode (32). 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de génération de plasma (20) comprend une pluralité d'électrodes de commande (32) alignées de part et d'autre de l'ouverture (26), chaque électrode de commande (32) comprenant deux segments d'électrode, un premier segment impair (El, E3, E5, E7) disposé d'un côté de l'ouverture (26) et un second segment pair (E2, E4, E6, E8) disposé en vis-à-vis du premier segment et de l'autre côté de l'ouverture (26).10. Device according to claim 9, in which the plasma generation device (20) comprises a plurality of control electrodes (32) aligned on either side of the opening (26), each control electrode ( 32) comprising two electrode segments, a first odd segment (E1, E3, E5, E7) disposed on one side of the opening (26) and a second even segment (E2, E4, E6, E8) disposed in opposite the first segment and on the other side of the opening (26). 11. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel l'électrode primaire (24) présente une géométrie sphérique et comporte une ouverture (26) circulaire située en regard du lit de poudre, l'électrode de commande (32) présentant une géométrie annulaire et étant située en regard de l'ouverture (26).11. Device according to claim 9, in which the primary electrode (24) has a spherical geometry and comprises a circular opening (26) situated opposite the powder bed, the control electrode (32) having an annular geometry and being located opposite the opening (26). 12. Appareil pour fabriquer un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant dans une enceinte :12. Apparatus for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing comprising in an enclosure: - un support (3) pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive,- a support (3) for depositing successive layers of additive manufacturing powder, - un arrangement de distribution (4) adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit plateau (3) ou sur une couche précédemment consolidée,- a distribution arrangement (4) adapted to apply a layer of powder on said tray (3) or on a previously consolidated layer, - au moins une source de puissance (8) adaptée à la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement de distribution (4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage localisé (19) selon l'une des revendications 1 à 11, ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération d'un plasma localisé sur celui-ci.- at least one power source (8) suitable for the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement (4), characterized in that it comprises a localized heating device (19) according to the one of claims 1 to 11, said device being adapted to be placed and moved above the powder bed, at a distance from the powder bed allowing the generation of a plasma located thereon. 13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel l'arrangement de distribution (4) comporte une raclette ou un rouleau (5) de mise en couche, le dispositif de génération de plasma (20) s'étendant à proximité de ladite raclette ou rouleau (5) et étant mobile avec celui- ci, ou monté sur un dispositif mobile indépendant, par exemple un bras robot.13. Apparatus according to claim 12, wherein the dispensing arrangement (4) comprises a squeegee or a layering roller (5), the plasma generation device (20) extending near said squeegee or roller (5) and being movable therewith, or mounted on an independent mobile device, for example a robot arm. 14. Méthode de fabrication d'un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective, ladite méthode comportant les étapes :14. Method for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing, said method comprising the steps: - Dépôt d'une couche de poudre sur un support (3) ou une couche précédemment solidifiée,- Deposition of a layer of powder on a support (3) or a previously solidified layer, - Préchauffage d'au moins une zone localisée de la couche de poudre au moyen d'un dispositif de chauffage (19) selon l'une des revendications 1 à 11,- Preheating of at least one localized area of the powder layer by means of a heating device (19) according to one of claims 1 to 11, - Consolidation de la zone préalablement préchauffée, la consolidation étant réalisée au moyen d'une source de puissance (8).- Consolidation of the preheated zone, consolidation being carried out by means of a power source (8). 15. Méthode selon la revendication 14, dans laquelle au cours de l'étape de préchauffage, le dispositif de génération de plasma (20) présente deux modes de fonctionnement :15. Method according to claim 14, in which during the preheating step, the plasma generation device (20) has two operating modes: - un mode de déplacement, au cours duquel la vitesse de déplacement du dispositif de génération de plasma (20) est maximisée ;- a displacement mode, during which the displacement speed of the plasma generation device (20) is maximized; - un mode de chauffage, au cours duquel au moins un module de commande (SI à S12) est alimenté pendant une durée déterminée, le dispositif de génération de plasma (20) se déplaçant à une vitesse déterminée, réalisant ainsi le chauffage localisé d'au moins une zone du lit de poudre.- a heating mode, during which at least one control module (SI to S12) is supplied for a determined duration, the plasma generation device (20) moving at a determined speed, thus realizing the localized heating of at least one area of the powder bed.
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