FR3092019A1 - Fabrication additive par modulation de vitesse de balayage - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication additive sélective d’un objet tridimensionnel à partir d’une couche de poudre, le procédé comprenant les étapes de : application d’une couche de poudre de fabrication additive sur un support ou sur une couche préalablement consolidée, émission d’un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point, le procédé comprenant en outre un ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point distinct du premier point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre, une émission d’un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé. Figure pour l’abrégé : Fig. 12
Description
La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive sélective.
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.
Classiquement, on utilise comme source pour réaliser la fusion des couches de poudre des sources laser de forte puissance ou des sources de faisceau d’électrons.
Classiquement, au cours du procédé de fabrication d’un objet tridimensionnel utilisant une source laser de forte puissance, la température maximale atteinte par la poudre peut dépasser la température d’évaporation, et le champ de température au sein d’une couche de poudre présente d’importants gradients.
La perte de matière par évaporation et les forts gradients provoquent des contraintes résiduelles qui ont un effet sur les caractéristiques mécaniques de l’objet, en particulier des déformations locales, des fissures de l’ordre du micromètre voire au-delà, entraînant des micro fissures et des dislocations de couches.
Il y a donc un besoin de mieux contrôler le champ de température de la couche de poudre au cours du procédé de fabrication.
Un but général de l’invention est de pallier les inconvénients des procédés de fabrication additive de l’art antérieur.
Notamment, un but de l’invention est de proposer une solution pour mieux contrôler le champ de température au cours du procédé.
Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de fabrication additive sélective d’un objet tridimensionnel à partir d’une couche de poudre, le procédé comprenant les étapes de :
application d’une couche de poudre de fabrication additive sur un support ou sur une couche préalablement consolidée,
émission d’un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point,
le procédé comprenant en outre
un ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point distinct du premier point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre,
une émission d’un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé.
Un tel procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques ou étapes suivantes prises seules ou en combinaison :
La variation de température estimée ΔT est préalablement estimée, en fonction de la distance r21entre le premier point et le deuxième point et de l’intervalle de temps prédéterminé (t2-t1), en calculant :
Q1étant une énergie reçue par la couche au cours de l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre, ε étant une effusivité thermique de la couche de poudre, R étant un rayon du faisceau laser, a étant une diffusivité thermique de la couche de poudre et t0est un instant prédéterminé.
Le procédé comprend en outre des étapes de :
- ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnprédéterminé en un n-ème point de la couche, n étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues à l’émission d’un faisceau laser de sorte à consolider n-1 zones de la couche de poudre, le n-ème point étant situé à la distance rnid’un i-ème point de la couche de poudre, avec i=1, 2, …(n-1) chaque i-ème point étant situé au sein d’une i-ème zone de la couche de poudre consolidée et étant éclairé par le faisceau laser à l’instant tiprédéterminé, de la manière suivante :
- ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnprédéterminé en un n-ème point de la couche, n étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues à l’émission d’un faisceau laser de sorte à consolider n-1 zones de la couche de poudre, le n-ème point étant situé à la distance rnid’un i-ème point de la couche de poudre, avec i=1, 2, …(n-1) chaque i-ème point étant situé au sein d’une i-ème zone de la couche de poudre consolidée et étant éclairé par le faisceau laser à l’instant tiprédéterminé, de la manière suivante :
dans laquelle T0est la température initiale de la poudre,
- émission à l’instant tnd’un faisceau laser vers le n-ème point de sorte à consolider une n-ème zone de la couche de poudre comprenant le n-ème point, la distance séparant le (n-1) ème point et le n-ème point étant égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps séparant l’émission sur le (n-1) ème point et l’émission sur le n-ème point.
- émission à l’instant tnd’un faisceau laser vers le n-ème point de sorte à consolider une n-ème zone de la couche de poudre comprenant le n-ème point, la distance séparant le (n-1) ème point et le n-ème point étant égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps séparant l’émission sur le (n-1) ème point et l’émission sur le n-ème point.
Chaque i-ème point des (n-1) premiers points de la couche est situé à une distance rnidu n-ème point de la couche de poudre telle que rni≤Vl du dans lequel Vl est un voisinage spatial prédéterminé, et chaque i-ème point correspond à un instant tid’émission du faisceau laser vers le i-ème point tel que |tn-ti|≤Vt, dans lequel Vt est un voisinage temporel prédéterminé, avec i=1, 2, …(n-1), et n un nombre entier supérieur ou égal à deux.
L’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnen un n-ème point de la couche dépend en outre d’une température seuil prédéterminée Ts.
L’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser dépend de la position d’un n-ème point idéal situé sur une trajectoire prédéterminée de sorte que la somme d’une estimation d’une température de préchauffage à l’instant tnau n-ème point idéal et d’une estimation d’une variation de température de la couche de poudre au n-ème point idéal due à l’émission à l’instant tnd’un faisceau laser vers le n-ème point idéal de sorte à consolider une n-ème zone de la couche de poudre comprenant le n-ème point idéal, est égale à la température seuil prédéterminée Ts.
L’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser dépend d’une vitesse idéale Vi,ncalculée comme le rapport de la distance entre le n-1-ème point de la couche de poudre et le n-ème point idéal sur l’intervalle de temps séparant l’émission sur le (n-1) ème point et l’émission sur le n-ème point.
L’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser prend en compte une contrainte cinématique maximale d’un appareil de fabrication additive.
La contrainte cinématique maximale d’un appareil de fabrication additive est une vitesse maximale, une accélération maximale, un vecteur d’à-coup (jerk) maximal, ou un temps de traitement de commande numérique.
La température seuil Ts est prédéterminée en fonction d’au moins un objectif de température choisi parmi les conditions suivantes :
une température de la poudre à atteindre en un point où passe le centre du spot laser et au moment du passage du laser,
une température de la poudre maximale atteinte au cours du temps en un point où passe le centre du spot laser,
une température de la poudre maximale atteinte au cours du temps en un point de la couche de poudre,
une température supérieure à ne pas dépasser au cours du temps en tout point de la couche de poudre,
une température inférieure sous laquelle ne pas passer en tout point de la poudre, ou
une combinaison de ces conditions éventuellement variable au cours du procédé de fabrication.
Le laser balaye une trajectoire discontinue comprenant un premier groupe de portions de droites parallèles entre elles.
Le laser balaye une trajectoire continue comprenant le premier groupe de portions de droites parallèles entre elles et un deuxième groupe de portions de droites, chaque portion de droite du deuxième groupe joignant une première extrémité d’une première portion de droite du premier groupe et une deuxième extrémité d’une deuxième portion de droite du premier groupe, la deuxième portion de droite étant voisine de la première portion de droite.
L’estimation de la variation de température de la couche de poudre au n-ème point causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider une ou plusieurs zones de la couche de poudre est réalisée une fois que le procédé de fabrication a commencé.
L’invention porte également sur un appareil de fabrication additive sélective adapté pour mettre en œuvre les procédés tels qu’on les a décrits dans cette section.
En particulier, l’invention porte sur un appareil de fabrication additive sélective d’un objet tridimensionnel à partir d’une couche de poudre, l’appareil comprenant :
une source de type laser,
une unité de contrôle configurée pour commander la source de type laser de sorte que la source émette un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point,
l’appareil comprenant en outre :
une mémoire pour mémoriser une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre,
et dans lequel l’unité de contrôle est configurée pour :
ajuster une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction de la variation de température estimée mémorisée dans la mémoire,
commander la source de type laser de sorte que la source émette un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’une part d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et d’autre part de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé.
Avantageusement, mais facultativement, l’appareil peut être complété par un calculateur ou un simulateur adapté pour déterminer des estimations de variations de température de la couche de poudre en un n-ème point causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider une ou plusieurs zones de la couche de poudre une fois que le procédé de fabrication a débuté.
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 dessins annexés sur lesquels :
les figures 9a et 9b représentent de manière schématique un détail d’une trajectoire à la surface d’une couche de poudre balayée par un faisceau laser selon deux techniques connues de l’art antérieur ;
les figures 11 et 12 représentent de manière schématique des évolutions au cours d’un balayage d’une couche de poudre par un faisceau laser selon des modes de réalisations possible de l’invention d’un objectif de température, d’une température de la poudre au point centre du spot laser et d’une vitesse de balayage du faisceau laser;
Appareil de fabrication additive sélective
L'appareil 121 de fabrication additive sélective de la figure 1 comprend :
- un support tel qu’un plateau horizontal 123 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 122 en forme de sapin sur la figure 1),
- un réservoir de poudre 127 situé au-dessus du plateau 123,
- un arrangement 124 pour la distribution de ladite poudre métallique sur le plateau, cet arrangement 124 comportant par exemple une raclette 125 et/ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre (déplacement selon la double flèche A),
- un ensemble 128 comportant au moins une source 1212 de type laser pour la fusion (totale ou partielle) des couches fines étalées, le faisceau laser généré par la source 1212 rentre en contact avec les couches fines étalées dans le plan de poudres, c’est-à-dire dans le plan où la couche de poudre a été étalée par la raclette 125.
- une unité de contrôle 129 qui assure le pilotage des différents composants de l’appareil 121 en fonction d’informations pré-mémorisées (mémoire M),
- un mécanisme 1210 pour permettre de descendre le support du plateau 123 au fur et à mesure du dépôt des couches (déplacement selon la double flèche B).
Dans l’exemple décrit en référence à la figure 1, au moins un miroir galvanométrique 1214 permet d'orienter et de déplacer le faisceau laser issu de la source 1212 par rapport à l'objet 122 en fonction des informations envoyées par l'unité de contrôle 129. Tout autre système de déviation peut bien entendu être envisagé.
Les composants de l'appareil 121 sont agencés à l'intérieur d'une enceinte étanche 1217 qui peut être reliée à un circuit de traitement d’air ou de gaz inerte. Le circuit de traitement d’air ou de gaz inerte peut être en outre adapté pour régler la pression au sein de l’enceinte étanche 1217 en dessous ou au-dessus de la pression atmosphérique.
Trajectoires dans la couche de poudre balayées par le laser à vitesse constante
La figure 2 représente de manière schématique une trajectoire située à la surface d’une couche de poudre et balayée par un faisceau laser.
Selon une technique connue de l’art antérieur la couche de poudre est balayée par un faisceau laser selon des zig zags ou des aller-retours de façon à consolider progressivement la couche de poudre.
Le laser est émis vers un premier point A1de la couche de poudre et balaye à puissance constante et vitesse constante la couche de poudre selon une première portion de droite orientée dans la direction d’un axe X jusqu’à un point B1. La première portion de droite correspond à une valeur de la coordonnée Y proche de 0 et est balayé dans le sens positif de l’axe X.
La longueur de la portion de droite A1B1est dans cet exemple égale à un millimètre.
Le balayage par un faisceau laser de la première portion de droite permet d’apporter localement à la couche de poudre suffisamment d’énergie pour fondre la poudre et consolider une zone de la couche qui comprend la première portion de droite.
L’émission du laser vers la couche de poudre est ensuite interrompue.
L’émission du laser est réactivée de sorte que le laser balaye à puissance constante et vitesse constante une seconde portion de droite depuis un point B2vers un point A2. Cette portion de droite est parallèle à la première portion de droite. La seconde portion de droite correspond à une valeur de la coordonnée Y supérieure à celle de la portion de droite précédente, et est balayée dans le sens négatif de l’axe X.
La longueur de la seconde portion de droite est la même que celle de la première portion.
A nouveau, l’émission du laser est interrompue, puis réactivée pour balayer à puissance constante et vitesse constante dans le sens positif de l’axe X une troisième portion de droite depuis un point A3vers un point B3. Cette portion de droite est parallèle aux deux portions de droite précédentes, correspondant à une valeur de la coordonnée Y supérieure à celle des deux portions de droite précédentes.
Ainsi de suite, il est possible de balayer une neuvième portion de droite définie par des points A9et B9sur la figure 2, à vitesse et puissance constantes dans le sens positif de l’axe X.
La longueur de toutes les portions de droite vaut un millimètre.
Effets thermiques du balayage laser à vitesse constante
La figure 3 représente de manière schématique un champ de température maximale atteinte par la poudre, au fur et à mesure de son balayage par un faisceau laser selon la trajectoire décrite dans la figure 2.
La température au cours du procédé de fabrication peut être déterminée par simulation numérique en tout point de la couche de poudre.
Pour chaque point étudié, il est possible de générer une suite temporelle des températures prises par la poudre en ce point au cours du procédé.
Il est possible d’extraire de cette suite temporelle le maximum de ses valeurs, maximum qui correspond à la température maximale atteinte par la poudre au point étudié au cours du procédé.
Les températures maximales les plus importantes sont atteintes en des points de la couche de poudre qui se situent vers une des extrémités des portions de droite telles qu’on les a définies plus haut en rapport avec la figure 2.
Plus précisément, parmi les deux extrémités de la portion de droite, il s’agit de l’extrémité qui est balayée en premier par le laser.
La zone Z1représentée sur les figures 2 et 3 correspond à de tels points de la couche de poudre. Ils sont situés vers l’extrémité de la troisième portion de droite qui est balayée en premier par le laser.
Les températures maximales les plus importantes correspondent environ à une température de 3500 Kelvins. Cette température peut dépasser la température de vaporisation de la poudre de fabrication additive. C’est le cas notamment lorsque la poudre de fabrication additive est composée de Ti6Al4V dont la température de vaporisation est de 3 473K.
La vaporisation de la poudre peut produire des lacunes dans l’objet fabriqué et des projections sur des zones déjà solidifiées, ce qui peut détériorer la qualité, l’état de surface et les caractéristiques mécaniques de l’objet fabriqué.
Par ailleurs, les températures maximales les plus importantes sont atteintes en des points de la couche de poudre qui sont situés relativement près des points où les températures maximales sont les moins importantes, environ 1800K.
La zone Z2représentée sur les figures 2 et 3 correspond à des points de la couche de poudre où les températures maximales sont les moins importantes. La zone Z2est située à proximité de la zone Z1.
De relativement forts gradients de température se situent entre la zone Z1et la zone Z2de la couche de poudre. Plus généralement le début du balayage d’une nouvelle portion de droite est associé à de relativement forts gradients de température.
Ces gradients conduisent ultérieurement à l’apparition de contraintes résiduelles qui ont un effet sur les caractéristiques mécaniques de la pièce et provoquent des déformations, ainsi que des fissures de l’ordre du micromètre voire au-delà.
La figure 4 représente de manière schématique les évolutions de différentes grandeurs au fur et à mesure du balayage d’une couche de poudre par un faisceau laser selon la trajectoire représentée sur la figure 2 et telle qu’on l’a décrite plus haut, les différentes grandeurs étant :
un objectif de température à atteindre au centre du spot laser 40,
une température de la poudre au point centre du spot laser 42, et
une vitesse de balayage du faisceau laser 44.
La vitesse de balayage du faisceau laser 44 représentée en fonction du temps fait apparaître les durées de balayage de chaque portion de droite évoquée plus haut dans la description de la figure 2.
La vitesse de balayage de la couche de poudre par le faisceau laser vaut dans cette situation 1 mètre par seconde.
La vitesse de balayage lors de la discontinuité depuis une portion de droite vers la portion de droite suivante sur la courbe 44 est programmée à 6m/s.
La longueur de chaque portion de droite valant un millimètre, le faisceau laser balaye chaque portion de droite en une milliseconde.
La courbe de vitesse 44 du faisceau laser au cours du temps correspond à une suite de plateaux séparés par des pics.
Le balayage de chaque portion de droite est effectué à vitesse constante, ce qui correspond aux plateaux de la courbe 44.
Entre deux portions de droite, le faisceau laser est éteint. Les moyens de déplacer le faisceau laser sont actionnés pour que l’émission du faisceau laser reprenne rapidement au début de la portion de droite suivante. Cela correspond aux pics de la courbe 44.
Chaque instant u repéré sur l’axe horizontal du Temps correspond à un point M de la couche de poudre situé sur la trajectoire vers lequel le laser est émis à l’instant u. Le centre du spot laser balaye le point M à l’instant u.
On entend par spot laser, la tache laser correspondant à une section transverse du faisceau laser située à l’intersection entre le faisceau laser et la couche de poudre.
Le spot laser peut avoir une forme circulaire.
La courbe 40 représente un objectif de température de la poudre au point centre du spot laser. Plus précisément il s’agit d’une température de la poudre à atteindre sans être dépassée en un point de la couche de poudre balayé par le centre du spot laser à l’instant du passage du laser.
La courbe 42 représente la température de la poudre au point centre du spot laser. Elle correspond à l’estimation de la température de la poudre au point M juste après l’instant u.
La courbe 42 est obtenue par simulation numérique.
On appelle « température de la poudre avant consolidation » une estimation de la température Tp de la couche de poudre au point M, juste avant l’instant u.
Cette estimation caractérise la diffusion au point M de l’énergie apportée avant l’instant u par le faisceau laser à la couche de poudre. La température de la poudre au point centre du spot laser dépend de la température de la poudre avant consolidation.
Cette estimation prend en compte l’énergie apportée par le laser vers le point M à l’instant u ainsi que la diffusion au point M de l’énergie apportée avant l’instant u par le laser à la couche de poudre.
La courbe 42 présente une brusque chute de signal autour de chaque transition d’une portion de droite à la portion de droite suivante. Cette chute de signal est suivie d’une augmentation brusque puis d’une diminution plus lente au cours du plateau suivant de la courbe 44 avant de présenter une nouvelle chute brusque de signal autour de la fin de ce plateau suivant.
A partir de la deuxième portion de droite balayée, le balayage d’une portion de droite de la couche de poudre correspond à une température de la poudre au point centre du spot laser faible en début de balayage, puis brusquement beaucoup plus importante avant de diminuer de plus en plus jusqu’à la fin du balayage de la portion de droite.
La figure 5 représente de manière schématique une cartographie de température atteinte par la poudre au point centre du spot laser, lorsque la couche de poudre est balayée par un faisceau laser selon la trajectoire de la figure 2 et telle qu’on l’a décrite plus haut.
La figure 5 et la courbe 42 de la figure 4 proposent deux représentations de la même grandeur « température atteinte par la poudre au point centre du spot laser ». Pour la figure 5 cette représentation est spatiale, alors que pour la courbe 42 de la figure 4 cette représentation est temporelle.
La température au point centre du spot laser est faible en début de balayage d’une portion de droite, puis brusquement beaucoup plus importante. Les zones Z3a, Z3bet Z3cidentifiées sur la figure 5 correspondent à cette variation.
Une fois cette brusque augmentation passée, la température au point centre du spot laser diminue plus doucement jusqu’à la fin du balayage de la portion de droite.
Ces variations de température au point centre du spot laser proviennent de différents effets.
D’une part lorsque le laser balaye une portion de droite, une partie de l’énergie apportée par le laser diffuse vers la portion de droite suivante dans l’ordre de balayage du laser.
La portion de droite suivante est chauffée, et en particulier dans la zone en regard des points qui viennent d’être balayés par le laser. Au cours du temps, l’énergie se diffuse davantage dans la poudre, de sorte que l’énergie provenant de la portion de droite balayée qui a diffusé aux points dans la zone en regard de la portion de droite suivante passe par un maximum avant de diminuer.
D’autre part, l’émission du faisceau laser vers la couche de poudre est interrompue en fin de balayage de la portion de droite, puis réactivée en début de portion de droite suivante. Cette discontinuité provoque une diminution dans l’apport d’énergie depuis une portion de droite vers la portion de droite suivante.
Pour ces raisons, la température de la poudre avant consolidation est inférieure en tout début de portion de droite par rapport au reste de la portion de droite.
La température au point centre du spot laser dépend notamment de la température avant consolidation au point balayé, c’est-à-dire de l’énergie provenant de la portion de droite précédente qui est présente en ce point au moment de son balayage par le laser.
Les sixième et septième portions P6 et P7 sont indiquées sur la figure 5. Elles sont balayées dans le sens des flèches F6 et F7. Différentes zones ont été identifiées dans ces portions, elles sont balayées par le laser dans l’ordre suivant : Z7a, Z6a, Z5a, Z4a, Z4b, Z5b, Z6bet Z7b.
Il y a relativement moins d’énergie diffusée depuis les zones précédemment balayées en tout début de portion de droite, par exemple dans la zone Z4bà cause de l’interruption de l’émission laser entre les zones Z4aet Z4b.
Il y a relativement plus d’énergie diffusée depuis les zones précédemment balayées dans la suite immédiate du tout début de portion de droite, par exemple dans la zone Z5b, car la partie de la portion de droite précédente située en regard, la zone Z5a, a été récemment balayée par le laser.
Il y a relativement de moins en moins d’énergie diffusée depuis les zones précédemment balayées dans le reste de la portion de droite, car la partie de la portion de droite précédente située en regard a été balayée par le laser il y a de plus en plus longtemps.
L’énergie reçue dans la zone Z6aqui a diffusé dans la zone Z6bau moment du balayage de la zone Z6b, est :
plus faible que l’énergie reçue dans la zone Z5aqui a diffusé dans la zone Z5bau moment du balayage de la zone Z5b, et
plus importante que l’énergie reçue dans la zone Z7aqui a diffusé dans la zone Z7bau moment du balayage de la zone Z7b.
Le champ de température illustrée sur la figure 5 correspond au champ de température au point centre du spot laser. Ce champ est inhomogène avec de forts gradients de température, notamment dans les extrémités des portions de droite qui sont balayées en premier.
Trajectoires dans la couche de poudre balayées par le laser à vitesse de balayage modulée
Une méthode est proposée afin de mieux contrôler le champ de température atteinte par la poudre au centre du spot laser et en conséquence le champ de température maximale atteinte, en modulant la vitesse de balayage du laser au cours du balayage de la poudre.
Une trajectoire dans la couche de poudre à balayer par le laser est choisie. Cette trajectoire peut être virtuellement découpée en segments Sn. Chaque segment Sn peut être caractérisé notamment par un n-ème « point accessible » de la couche de poudre compris dans le segment Sn et un instant tnà partir duquel le segment est balayé par le laser.
Un calcul de la vitesse de balayage du faisceau laser avec laquelle chaque segment est balayé est réalisé dans l’ordre de balayage des différents segments.
Pour le n-ème segment Sn, ce calcul comprend les étapes suivantes :
calcul d’une estimation de la température de la poudre avant consolidation en différents « points d’étude » de la couche de poudre situés sur la trajectoire en aval du (n-1)-ème point accessible de la couche de poudre, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues, au point d’étude de la couche de poudre et à l’instant tn, à l’émission d’un faisceau laser de sorte à balayer les n-1 segments situés en amont dans la trajectoire, chacun des n-1 segments étant balayé avec une vitesse de balayage du faisceau laser précédemment calculée,
calcul d’une estimation d’une température d’étude de la poudre au point centre du spot laser pour chacun des différents points d’étude de la couche de poudre, l’estimation dépendant de la température de la poudre avant consolidation précédemment estimée pour le point d’étude et d’une variation en température de la poudre due, au point d’étude de la couche de poudre, à l’émission d’un faisceau laser vers ledit point d’étude à l’instant tn,
détermination d’un n-ème « point idéal » comme le point d’étude pour lequel l’estimation de la température d’étude de la poudre au point centre du spot laser est égale à une température seuil Ts qui est une température de la couche à atteindre sans être dépassée au point centre du spot laser,
détermination d’un vitesse idéale de balayage Vi,ncalculée comme le rapport de la distance entre le (n-1)-ème point accessible de la couche de poudre et le n-ème point idéal au pas temporel (tn- tn-1) prédéterminé.
La modulation de la vitesse de balayage du faisceau laser est calculée pour l’ensemble des segments dans leur ordre de balayage.
Les segments peuvent être balayés à puissance constante ou variable du faisceau laser.
Les instants tnsont prédéterminés peuvent être reliés entre eux par la relation suivante : tn= tn-1+ Δt où Δt est un pas temporel qui peut être constant pour l’ensemble de la trajectoire. Un pas temporel variable peut également être utilisé.
Effets thermiques du balayage laser à vitesse de balayage du faisceau laser modulée
La figure 6 correspond à l’application d’une telle méthode dans le cas du balayage d’une couche de poudre par un faisceau laser selon une trajectoire de type zig-zag, comme dans le cas de la figure 2.
La figure 6 représente de manière schématique les évolutions de différentes grandeurs au fur et à mesure du balayage, les différentes grandeurs étant :
un objectif de température à atteindre au centre du spot laser 60,
une température de la poudre au point centre du spot laser 62, et
une vitesse de balayage du faisceau laser 64.
Les courbes 62 et 64 sont obtenues par simulation numérique.
Les grandeurs représentées dans les courbes 62 et 64 sont définies respectivement de la même manière que les grandeurs représentées dans les courbes 42 et 44 mais dans le cas où on applique la méthode pour mieux contrôler le champ de température.
Dans cette situation, la puissance du faisceau laser est maintenue constante et les instants tnsont reliés entre eux par la relation suivante : tn=tn-1+Δt où Δt est un pas temporel pour l’ensemble de la trajectoire.
La courbe de l’objectif de température à atteindre au centre du spot laser 60 est constante au cours du temps. Cela signifie que la température de la couche à atteindre sans être dépassée au point centre du spot laser est la même au cours du balayage du laser et du procédé de fabrication. Cette température peut être nommée température seuil Ts.
La courbe de la vitesse de balayage du faisceau laser 64 au cours du temps présente des zones de variations brusques dont la première se produit un peu après une milliseconde. Ces zones de variation correspondent aux transitions d’une portion de droite à la portion de droite suivante pour lesquelles la vitesse de balayage est programmée à 6m/s.
Ces zones de variation présentent notamment une augmentation brutale de la vitesse de balayage suivie d’une diminution plus lente.
Ce profil de variation est à rapprocher de celui des variations de la courbe 42 de la figure 4.
Dans la courbe 64, la vitesse de balayage augmente fortement en début de balayage d’une portion de droite, et plus précisément pour les zones telles qu’on les a décrites en rapport avec la figure 5 où la température de la poudre au point centre du spot laser passe par un pic en l’absence de modulation de la vitesse de balayage du faisceau laser.
Cela permet de diminuer l’apport d’énergie du laser à la couche de poudre aux endroits où, sans modulation de la vitesse de balayage, la température de la poudre au point centre du spot laser est trop importante.
La courbe de la température de la poudre au point centre du spot laser 62 de la figure 6 ne présente pas de valeurs qui se situent au-dessus de la courbe 40 d’objectif de température. En particulier, la courbe 62 ne présente pas de pics comme sur la courbe 42 au début du balayage de chaque portion de droite.
La courbe 62 présente des creux et l’amplitude des variations de la courbe 62 est inférieure à l’amplitude des variations de la courbe 42 : la courbe 62 évolue entre les valeurs de températures 1500K et 2300K soit un intervalle de 800K, alors que la courbe 42 évolue entre les valeurs de températures 1600K et 3100K soit un intervalle de 1500K. De plus, la variation de la courbe 62 est plus faible entre deux zones de transition d’une portion de droite à la portion de droite suivante.
La méthode de modulation de la vitesse de balayage du faisceau laser permet de réduire drastiquement les variations la température de la poudre au point centre du spot laser par rapport à la situation de la figure 4.
La figure 7 représente de manière schématique un champ de vitesse de balayage du faisceau laser envoyé vers la poudre, dans le même mode de balayage de la couche de poudre par un faisceau laser que celui de la figure 6.
Comme déjà représenté sur la courbe 64 de la figure 6, la vitesse de balayage du faisceau laser passe par un plateau correspondant à une valeur proche de 1m/s au cours de la première portion de droite située au bas de la figure 7.
Pour chaque portion de droite suivante, la vitesse de balayage du faisceau laser est maximale en début de balayage, elle chute, puis augmente à nouveau avant de diminuer au fur et à mesure du balayage de la portion de droite.
La figure 8 représente de manière schématique un champ de température maximale atteinte par la poudre, lorsque la couche de poudre est balayée par le faisceau laser, dans le même mode de balayage de la couche de poudre par un faisceau laser que celui de la figure 6.
Le champ de température maximale présente dans la figure 8 une plus grande homogénéité que dans la figure 3. La température maximale est comprise entre 1800K et 2800K dans la figure 8, alors qu’elle est comprise entre 1800K et 3500K dans la figure 3.
Les températures maximales atteintes en rapport avec la figure 8 ne dépassent pas 2800K et se situent nettement en dessous de la température de vaporisation du matériau Ti6Al4V.
Les gradients de température dans le cas de la figure 8 sont plus faibles que dans le cas de la figure 3.
Trajectoires de balayage avec discontinuités
La figure 9a représente de manière schématique un détail d’une trajectoire de balayage d’une couche de poudre par un faisceau laser selon une trajectoire de type zig-zag comme représentée sur la figure 2 et telle qu’on l’a décrite plus haut.
La vitesse de balayage du faisceau laser est modulée au cours du balayage selon la méthode proposée afin de mieux contrôler le champ de température.
La trajectoire présente une discontinuité entre la portion de droite 48 et la portion de droite suivante 49.
Le laser balaye la portion de droite 48 et passe notamment par les points 48a, 48b, 48c, 48d et 48e.
Le cercle 51a correspond au spot laser qui éclaire la couche de poudre au point 48a. La surface 52a correspond à l’effet thermique du balayage du laser jusqu’au point 48a. La surface 52a est d’autant plus importante que la température atteinte au point 48a est importante. La surface 52a dépend d’une part de l’énergie du faisceau laser envoyée au point 48a et d’autre part de l’énergie apportée par le laser à la couche de poudre en amont du point 48a et qui a diffusé jusqu’au point 48a.
Les effets thermiques du balayage du laser augmentent au fur et à mesure du balayage de la portion de droite 48. Les surfaces 52b, 52c, 52d et 52e sont de plus en plus importantes.
La vitesse de balayage du faisceau laser diminue au fur et à mesure du balayage d’une portion de droite, comme mentionné dans la description de la figure 6. L’énergie diffusée dans la couche de poudre dans la direction de balayage est de plus en plus importante au fur et à mesure du balayage de la portion de droite 48.
Au point 48e, l’émission du laser est interrompue. Elle est réactivée de sorte que le faisceau laser est émis vers le point 49e. Le faisceau laser balaye ensuite la portion de droite 49 dans la direction opposée à la portion de droite 48, du point 49e au point 49a. Les effets thermiques du balayage du laser augmentent au fur et à mesure du balayage de la portion de droite 49. Les surfaces 53e, 53d, 53c, 53b et 53a sont, dans cet ordre, de plus en plus importantes.
La surface 53e correspondant à l’effet thermique du balayage du laser jusqu’au point 49e est sensiblement plus faible que la surface 52e. La discontinuité du balayage c’est-à-dire l’interruption de l’émission du laser entre les points 48e et 49e, ainsi que le changement de la direction de balayage entre ces points participent à diminuer l’énergie diffusée dans la couche de poudre entre les points 48e et 49e.
Même avec une vitesse de balayage du faisceau laser autour du point 49e bien plus faible qu’autour du point 48e, comme mentionné dans la description de la figure 7, l’effet thermique du balayage du laser est plus important au point 48e qu’au point 49e.
Le champ de température atteinte par la poudre au centre du spot laser n’est pas homogène sur la trajectoire balayée dans le cas de la figure 9a et de la figure 6. En particulier, en tout début de balayage de portion de droite par le faisceau laser, la courbe de température de la poudre au point centre du spot laser 62 présentent une chute de signal.
Trajectoires de balayage sans discontinuités
Une forme de trajectoire est proposée afin de limiter la chute de température de la poudre avant consolidation et la chute de température de la poudre au point centre du spot laser en tout début de balayage de portion de droite.
La figure 9b représente de manière schématique un détail d’une forme de trajectoire proposée à cette fin.
La vitesse du faisceau laser est modulée au cours du balayage selon la méthode proposée afin de mieux contrôler le champ de température.
La trajectoire présente une continuité entre la portion de droite 48 et la portion de droite suivante 49, avec l’ajout d’une portion de droite 50 qui joint l’extrémité 48e de la portion de droite 48 et l’extrémité 49e de la portion de droite 49e. La portion de droite 50 est balayée par le faisceau laser du point 48e au point 49e en passant notamment par le point 50a auquel est associé la surface 54a qui caractérise l’effet thermique du balayage du laser jusqu’au point 50a.
Par rapport à la trajectoire illustrée dans la figure 9a, la trajectoire de la figure 9b est continue et correspond à des changements moins importants de direction de balayage.
La figure 10 représente de manière schématique une trajectoire à la surface d’une couche de poudre balayée par un faisceau laser selon une forme de trajectoire proposée.
La trajectoire est continue et comprend un premier groupe de portions de droites parallèles qui correspond aux portions de droites parallèles de la trajectoire représentée sur la figure 2. La trajectoire de la figure 10 comprend un deuxième groupe de portions de droites, chaque portion de droite du deuxième groupe joignant une première extrémité d’une première portion de droite du premier groupe et une deuxième extrémité d’une deuxième portion de droite du premier groupe, la deuxième portion de droite étant voisine de la première portion de droite.
Chaque passage d’une portion de droite du premier groupe de portions de droites à la suivante dans ce premier groupe, par exemple le passage de la portion de droite 100 à la portion de droite 102 est rendu continu par l’ajout d’une portion de droite du deuxième groupe de portions de droites, par exemple la portion de droite 104.
Effets thermiques du balayage laser à vitesse modulée dans le cas des trajectoires de balayage sans discontinuités
La figure 11 correspond à l’application de la méthode proposée afin de mieux contrôler le champ de température au balayage d’une couche de poudre par un faisceau laser selon la trajectoire illustrée à la figure 10.
La figure 11 représente de manière schématique les évolutions de différentes grandeurs au fur et à mesure du balayage, les différentes grandeurs étant :
un objectif de température à atteindre au centre du spot laser 110,
une température de la poudre au point centre du spot laser 112, et
une vitesse de balayage du faisceau laser 114.
Les courbes 112 et 114 sont obtenues par simulation numérique.
Les grandeurs représentées dans les courbes 112 et 114 sont définies respectivement de la même manière que les grandeurs représentées dans les courbes 42 et 44, mais dans le cas où on applique la méthode pour mieux contrôler le champ de température sur le cas d’une trajectoire continue.
Dans cette situation, la puissance du faisceau laser est maintenue constante et les instants tnsont reliés entre eux par la relation suivante : tn=tn-1+Δt où Δt est un pas temporel pour l’ensemble de la trajectoire.
Comme la courbe 60 de la figure 6, la courbe 110 de la figure 11 est constante : la température de la couche à atteindre sans être dépassée au point centre du spot laser est la même au cours du balayage du laser et du procédé de fabrication. Cette température peut être nommée température seuil Ts.
La courbe de la vitesse de balayage du faisceau laser 114 au cours du temps présente des variations brusques dont la première se produit un peu plus après une milliseconde. Ces zones de variation correspondent aux transitions d’une portion de droite à la portion de droite suivante.
Ces zones de variation présentent notamment une augmentation brutale de la vitesse de balayage suivie d’une diminution plus lente.
Ce profil de variation est à rapprocher de celui des variations de la courbe 64 de la figure 6.
La courbe de la température de la poudre au point centre du spot laser 112 de la figure 11 est quasiment confondue avec la courbe 110 d’objectif de température. L’objectif de température de la poudre au point centre du spot laser est atteint rapidement après le début du balayage de la première portion de droite par le faisceau laser.
La courbe 112 ne présente aucun pic ni aucun creux comme les courbes 42 et 62. L’amplitude des variations de la courbe 112 est nettement inférieure à l’amplitude des variations de la courbe 62 ou de la courbe 42.
La trajectoire continue proposée permet de réduire drastiquement les variations la température de la poudre au point centre du spot laser par rapport à la situation de la figure 6, et plus encore celle de la figure 4.
Trajectoires dans la couche de poudre balayées par le laser à vitesse de balayage modulée dans le cas d’une contrainte cinématique maximale limitée
L’appareil de fabrication additive peut présenter des limitations dans les vitesses de balayage liées à la maitrise du procédé et aux contraintes cinématiques de ses composants telles qu’une vitesse maximale, une accélération maximale, un vecteur d’à-coup (jerk) maximal, ou un temps de traitement de commande numérique. On parle de contrainte cinématique maximale limitée.
Par exemple, le calcul itératif des vitesses de balayage Vnconduit à des vitesses de balayage qui peuvent être supérieures à 2 mètres par seconde -comme dans la figure 11-, alors que l’appareil de fabrication additive ne peut pas réaliser des vitesses de balayage au-delà de cette valeur.
Il devient alors nécessaire de modifier le calcul itératif des vitesses de balayage du faisceau laser, tel qu’il a été présenté plus haut, pour prendre en compte une vitesse maximal réalisable par l’appareil de fabrication additive.
En particulier une fois que la détermination d’un n-ème point idéal et de la vitesse idéale de balayage Vi,neffectuées, les étapes suivantes peuvent être réalisées :
détermination d’un n-ème point accessible et de la vitesse de balayage au n-ème point accessible, selon la règle de décision suivante :
si la valeur de la vitesse idéale au n-ème point idéal est inférieure ou égale à la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, alors
la vitesse de balayage au n-ème point accessible est égale à la vitesse idéale de balayage Vi,n, et
le n-ème point accessible de la couche de poudre est le n-ème point idéal,
si la valeur de la vitesse au n-ème point idéal est supérieure à la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, alors
la vitesse de balayage au n-ème point accessible est égale à la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, et
le n-ème point accessible est un point situé sur la trajectoire en aval par rapport au (n-1)-ème point idéal à une distance correspondant au produit de la vitesse de balayage au n-ème point accessible précédemment calculée et du pas temporel (tn- tn-1).
Effets thermiques du balayage laser à vitesse de balayage modulée dans le cas d’une vitesse maximale limitée
La figure 12 correspond à l’application de la méthode proposée prenant en compte la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, sur le même type de trajectoire que celui correspondant à la figure 11.
La figure 12 représente de manière schématique les évolutions de différentes grandeurs au fur et à mesure du balayage, les différentes grandeurs étant :
un objectif de température à atteindre au centre du spot laser 130,
une température de la poudre au point centre du spot laser 132, et
une vitesse de balayage du faisceau laser 134.
Les courbes 132 et 134 sont obtenues par simulation numérique.
Les grandeurs représentées dans les courbes 132 et 134 sont définies respectivement de la même manière que les grandeurs représentées dans les courbes 42 et 44, mais dans le cas où on applique la méthode pour mieux contrôler le champ de température sur le cas d’une trajectoire discontinue.
Dans cette situation, la puissance du faisceau laser est maintenue constante et les instants tnsont reliés entre eux par la relation suivante : tn=tn-1+Δt où Δt est un pas temporel pour l’ensemble de la trajectoire.
Comme la courbe 60 de la figure 6, la courbe 130 de la figure 12 est constante : la température de la couche à atteindre sans être dépassée au point centre du spot laser est la même au cours du balayage du laser et du procédé de fabrication. Cette température peut être nommée température seuil Ts.
La courbe de la vitesse de balayage du faisceau laser 134 au cours du temps présente des zones de variations brusques dont la première commence un peu après une milliseconde. Ces zones de variation correspondent aux transitions d’une portion de droite à la portion de droite suivante.
La courbe 134 présente un plateau correspondant à une valeur proche de 1m/s au cours du balayage la première portion de droite, le plateau se situant entre les instants zéro milliseconde et une milliseconde.
La courbe 134 présente ensuite un motif de variations que l’on retrouve pour chaque portion de droite : la vitesse augmente brusquement, puis elle chute avant d’augmenter à nouveau et de diminuer plus lentement jusqu’à la portion de droite suivante.
La courbe 134 ne dépasse pas la valeur de 2m/s, car la vitesse maximale de balayage sur la courbe de la vitesse 134 est limitée à 2 m/s tout au long des portions de droite de la trajectoire discontinue.
Le fait de limiter la vitesse du balayage du faisceau laser limite la stabilité de la température de la poudre au point centre du spot laser que l’on peut atteindre : la courbe 132 présente un pic à chaque début de portion balayage d’une portion de droite alors que la courbe 112 ne présente aucun pic de ce type.
L’amplitude des variations de la courbe 132 est inférieure à l’amplitude des variations de la courbe 42 : la courbe 132 évolue entre les valeurs de températures 2300K et 2700K soit un intervalle de 400K, alors que la courbe 42 évolue entre les valeurs de températures 1600K et 3100K soit un intervalle de 1500K. De plus, la courbe 132 présente pour chaque portion de droite un plateau 136, alors que la courbe 42 ne présente pas ce type de plateaux.
Les figures 13 et 14 sont relatives à un mode de balayage où la vitesse maximale du balayage du faisceau laser est limitée et où la trajectoire de balayage est continue.
La figure 13 représente de manière schématique un champ de vitesse de balayage du faisceau laser envoyé vers la poudre, et la figure 14 représente de manière schématique un champ de température maximale atteinte par la poudre, lorsque la couche de poudre est balayée par le faisceau laser.
La limitation de la vitesse influe sur la répartition thermique et provoque une augmentation de la température pour les zones situées sur chaque portion de droite balayée par le spot laser et balayées peu après le début du balayage de la portion de droite.
Le champ de température maximale présente dans la figure 14 une plus grande homogénéité que dans la figure 3. La température maximale est comprise entre 1800K et 3100K dans la figure 14, alors qu’elle est comprise entre 1800K et 3500K dans la figure 3.
Les températures maximales atteintes en rapport avec la figure 14 ne dépassent pas 3100K et se situent nettement en dessous de la température de vaporisation du matériau Ti6Al4V.
Les gradients de température dans le cas de la figure 14 sont plus faibles que dans le cas de la figure 3.
Estimation de la température de la poudre avant consolidation Tp – cas de deux points
La température de la poudre au point centre du spot laser représentée sur les courbes 42 de la figure 4, 62 de la figure 6, 112 de la figure 11, et 132 de la figure 12 est estimée et dépendent notamment de la température la poudre avant consolidation qui est une estimation de la température Tp de la couche de poudre en un point de la couche de poudre juste avant que le laser ne balaie ce point.
Cette estimation prend en compte la diffusion audit point de l’énergie apportée auparavant par le laser à la couche de poudre.
Par exemple, dans le cas d’une émission d’un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant un premier point, une variation de température de la couche de poudre en un deuxième point distinct du premier point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre, peut être estimée en fonction de la distance entre le premier point et le deuxième point et d’un intervalle de temps prédéterminé.
Plus précisément, cette variation de température estimée ΔT peut être préalablement estimée, en fonction de la distance r21entre le premier point et le deuxième point et de l’intervalle de temps prédéterminé (t2-t1), en calculant :
Q1étant une énergie reçue par la couche au cours de l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre, ε étant une effusivité thermique de la couche de poudre, R étant un rayon du faisceau laser, a étant une diffusivité thermique de la couche de poudre et t0est un instant prédéterminé.
t0est un paramètre du modèle, définissant la borne inférieure de validité temporelle. Sa valeur peut être déterminée en fonction du pas temporel ∆t, par exemple tel que t0=10χ∆t, avec ∆t = 10 micro secondes.
On se place dans le cas où le spot laser a une forme circulaire définie par un rayon R.
La formule utilisée ici provient d’un modèle qui s’applique à la diffusion de la chaleur dans des solides, modèle qui peut également être appliqué aux poudres de fabrication additive solides incluant les poudres céramiques métalliques.
La formule ΔT(r21, t2-t1) peut être interprétée comme la variation à l’instant t2de température de la couche de poudre au deuxième point causée par l’émission à l’instant t1du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre.
Cette formule peut être utilisée pour établir la température de la poudre au deuxième point en n’importe quel instant ultérieur à l’instant t1.
En particulier, cette formule peut être utilisée pour établir la température de la poudre avant consolidation Tp(t2) au deuxième point, c’est-à-dire la température de la poudre au deuxième point juste avant que le laser n’éclaire ce deuxième point.
La température de la poudre avant consolidation Tp(t2) au deuxième point situé à la distance r21du premier point de la couche de poudre à l’instant t2peut être estimée à partir de la relation Tp(t2)=T0+ ΔT(r21, t2-t1) dans laquelle T0est la température initiale de la poudre.
L’émission d’un faisceau laser sur le premier point de la couche de poudre de fabrication additive a lieu à l’instant t1.
Cette estimation permet de mettre en œuvre un procédé de fabrication additive sélective d’un objet tridimensionnel à partir d’une couche de poudre, le procédé comprenant les étapes de :
application d’une couche de poudre de fabrication additive sur un support ou sur une couche préalablement consolidée,
émission d’un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point,
le procédé comprenant en outre
un ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point distinct du premier point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre,
une émission d’un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’une part d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et d’autre part de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé.
La vitesse de balayage ajustée peut être déterminée en fonction de l’estimation de la température avant consolidation Tp(t2) d’une température seuil Ts prédéterminée et d’un pas temporel Δt=(t2– t1).
La température seuil est une température de la couche à atteindre sans être dépassée au point centre du spot laser.
La vitesse de balayage ajustée peut être déterminée par :
un calcul d’une estimation de la température de la poudre avant consolidation en différents « points d’étude » de la couche de poudre situés sur la trajectoire en aval du premier point de la couche de poudre,
un calcul d’une estimation d’une température d’étude de la poudre au point centre du spot laser pour chacun des différents « points d’étude » de la couche de poudre, l’estimation dépendant de la température de la poudre avant consolidation précédemment estimée pour le point d’étude et d’une variation en température de la poudre due, au point d’étude de la couche de poudre, à l’émission d’un faisceau laser vers ledit point d’étude à l’instant t2,
une détermination du deuxième point de la couche de poudre comme le point d’étude pour lequel l’estimation de la température d’étude de la poudre au point centre du spot laser est égale à la température seuil Ts
une détermination d’un vitesse de balayage ajustée comme le rapport de la distance entre le premier point et le deuxième point et le pas temporel (t2- t1).
Estimation de la température de la poudre avant consolidation Tp – cas de n points
Plus généralement, la température avant consolidation peut être estimée dans la situation d’une trajectoire dans la couche de poudre comprenant plusieurs points éclairés pas le laser.
La température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnen un n-ème point, n étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, peut être estimée connaissant l’énergie apportée par le faisceau laser à la couche de poudre avant l’instant tn.
Chaque i-ème point, avec i=1, 2, …(n-1), est éclairé par le faisceau laser à l’instant tiet se situe au sein d’une i-ème zone de la couche de poudre consolidée grâce à l’énergie Qiapportée par le faisceau laser autour de l’instant ti.
La distance entre le i-ème point et le n-ème point est notée rni.
L’apport de l’énergie Qivers la couche de poudre, produit une variation de température estimée ΔT(rni, tn-ti) à l’instant tnau n-ème point de la couche. Cette variation est calculée de la manière suivante
La somme de ces variations permet une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) de la manière suivante :
dans laquelle T0est la température initiale de la poudre.
Cette estimation permet de mettre en œuvre un procédé de fabrication additive sélective d’un objet tridimensionnel à partir d’une couche de poudre, le procédé comprenant les étapes de :
ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnprédéterminé en un n-ème point de la couche, n étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues à l’émission d’un faisceau laser de sorte à consolider n-1 zones de la couche de poudre, le n-ème point étant situé à la distance rnid’un i-ème point de la couche de poudre, avec i=1, 2, …(n-1), chaque i-ème point étant situé au sein d’une i-ème zone de la couche de poudre consolidée et étant éclairé par le faisceau laser à l’instant tiprédéterminé, de la manière suivante :
dans laquelle T0est la température initiale de la poudre,
émission à l’instant tnd’un faisceau laser vers le n-ème point de sorte à consolider une n-ème zone de la couche de poudre comprenant le n-ème point, la distance séparant le (n-1) ème point et le n-ème point étant égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps séparant l’émission sur le (n-1) ème point et l’émission sur le n-ème point.
La vitesse de balayage ajustée peut être déterminée en fonction de l’estimation de la température avant consolidation Tp(tn) d’une température seuil Ts prédéterminée et d’un pas temporel Δt=(tn- tn-1)
La vitesse de balayage ajustée peut être déterminée par :
un calcul d’une estimation de la température de la poudre avant consolidation en différents « points d’étude » de la couche de poudre situés sur la trajectoire en aval du (n-1)-ème point accessible de la couche de poudre, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues, au point d’étude de la couche de poudre et à l’instant tn, à l’émission d’un faisceau laser de sorte à balayer les n-1 segments situés en amont dans la trajectoire, chacun des n-1 segments étant balayé avec une vitesse de balayage du faisceau laser précédemment calculée,
un calcul d’une estimation d’une température d’étude de la poudre au point centre du spot laser pour chacun des différents points d’étude de la couche de poudre, l’estimation dépendant de la température de la poudre avant consolidation précédemment estimée pour le point d’étude et d’une variation en température de la poudre du, au point d’étude de la couche de poudre, à l’émission d’un faisceau laser vers ledit point d’étude à l’instant tn,
une détermination d’un n-ème point de la couche de poudre comme le point d’étude pour lequel l’estimation de la température d’étude de la poudre au point centre du spot laser est égale à la température seuil Ts.
une détermination d’un vitesse de balayage ajustée comme le rapport de la distance entre le n-1-ème point de la couche de poudre et le n-ème point précédemment déterminé et du pas temporel (tn- tn-1) prédéterminé.
Dans le cas où la vitesse du balayage du faisceau laser est limitée, la vitesse de balayage ajustée à une itération doit prendre en compte la vitesse de balayage à l’itération précédente.
Comme précédemment, le calcul de la vitesse de balayage du faisceau laser avec laquelle chaque segment est balayé est réalisé dans l’ordre de balayage des différents segments.
Pour le n-ème segment Sn, ce calcul comprend les étapes suivantes :
calcul d’une estimation de la température de la poudre avant consolidation en différents « points d’étude » de la couche de poudre situés sur la trajectoire en aval du (n-1)-ème point accessible de la couche de poudre, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues, au point d’étude de la couche de poudre et à l’instant tn, à l’émission d’un faisceau laser de sorte à balayer les n-1 segments situés en amont dans la trajectoire, chacun des n-1 segments étant balayé avec une vitesse de balayage du faisceau laser précédemment calculée,
calcul d’une estimation d’une température de la poudre au point centre du spot laser pour chacun des différents points d’étude de la couche de poudre, l’estimation dépendant de la température de la poudre avant consolidation précédemment estimée pour le point d’étude et d’une variation en température de la poudre due, au point d’étude de la couche de poudre, à l’émission d’un faisceau laser vers ledit point d’étude à l’instant tn,
détermination d’un n-ème « point idéal » comme le point d’étude pour lequel l’estimation de la température d’étude de la poudre au point centre du spot laser est égale à une température seuil Ts qui est une température de la couche à atteindre sans être dépassée au point centre du spot laser.
détermination d’un vitesse idéale de balayage Vi,ncalculée comme le rapport de la distance entre le n-1-ème point accessible de la couche de poudre et le n-ème point idéal au pas temporel (tn- tn-1) prédéterminé.
Cette vitesse idéale de balayage n’est pas nécessairement réalisable par l’appareil de fabrication additive. Pour prendre en compte une vitesse maximale du balayage du faisceau laser, les étapes suivantes peuvent être réalisées :
détermination d’un n-ème point accessible et de la vitesse de balayage au n-ème point accessible, selon la règle de décision suivante :
si la valeur de la vitesse idéale au n-ème point idéal est inférieure ou égale à la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, alors
la vitesse de balayage au n-ème point accessible est égale à la vitesse idéale de balayage Vi,n, et
le n-ème point accessible de la couche de poudre est le n-ème point idéal,
si la valeur de la vitesse au n-ème point idéal est supérieure à la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, alors
la vitesse de balayage au n-ème point accessible est égale à la vitesse maximale réalisable par l’appareil de fabrication additive, et
le n-ème point accessible est un point situé sur la trajectoire en aval par rapport au (n-1)-ème point idéal à une distance correspondant au produit de la vitesse de balayage au n-ème point accessible précédemment calculée et du pas temporel (tn- tn-1).
Puissance et Pas de temps
La trajectoire dans la couche de poudre, comprenant plusieurs points éclairés par le laser, peut être balayée à puissance du faisceau laser constante ou variable.
Les trajectoires balayées par le laser correspondant aux figures 2 à 14 telles qu’on les a présentées précédemment ont été décrites à plusieurs reprises comme des trajectoires balayées par le laser à puissance du faisceau laser constante.
Cependant, l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser en fonction des estimations de variation de température peut tout à fait être mis en œuvre en utilisant des trajectoires balayées par un faisceau laser de puissance variable.
En particulier, lorsque les limites de vitesse sont atteintes et que l’homogénéité de la température reste insatisfaisante, la puissance peut être modulée pour améliorer l’homogénéité de la température.
De la même manière, les trajectoires balayées par le laser correspondant aux figures 2 à 14 telles qu’on les a présentées précédemment ont été décrites à plusieurs reprises comme des trajectoires balayées avec un pas temporel Δt=(tn- tn-1) constant pour l’ensemble de la trajectoire.
Cependant, l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser en fonction des estimations de variation de température peut tout à fait être mis en œuvre en utilisant un pas temporel variable.
Le pas temporel Δt peut être choisi variable au cours de la trajectoire. En particulier le pas temporel peut être choisi plus faible dans les situations où les vitesses de balayage ajustées successives diffèrent d’un écart relativement important, et plus important dans les situations où les vitesses de balayage ajustées successives diffèrent d’un écart relativement faible.
La trajectoire peut être virtuellement découpée en segments Sn de longueur identique ou différente correspondant donc à des durées de balayage laser identiques ou différentes. Chaque segment Sn est balayé par le laser spatialement à partir d’une première extrémité correspondant au n-ème point et temporellement à partir de l’instant tn.
Objectif de température
La température seuil Ts peut être choisie en fonction d’une température de la poudre souhaitée en un point où passe le centre du spot laser et au moment du passage du laser.
Cependant, la température seuil Ts peut être choisie en fonction d’autres critères.
Les formules de variation de température telles qu’on les a décrites plus haut permettent de déterminer l’effet d’un ou plusieurs apports d’énergie à la couche de poudre en n’importe quel point et à n’importe quel instant suivant lesdits apports.
L’évolution des températures pouvant être prédite, la température seuil Ts peut notamment être choisie en fonction d’objectifs de température parmi les conditions suivantes :
une température de la poudre maximale atteinte au cours du temps en un point où passe le centre du spot laser,
une température de la poudre maximale atteinte au cours du temps en un point de la couche de poudre,
une température supérieure à ne pas dépasser au cours du temps en tout point de la couche de poudre,
une température inférieure sous laquelle ne pas passer en tout point de la poudre, ou
une combinaison de ces conditions éventuellement variable au cours du procédé de fabrication.
La détermination des vitesses ajustées nécessite la détermination des estimations de variations de température de la couche de poudre aux différents points compris dans la trajectoire.
La détermination des estimations de variations de température peut être réalisée avant le début du procédé, ou bien une fois que le procédé de fabrication a débuté.
Dans le cas où l’estimation de la variation de température de la couche de poudre au n-ème point causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider une zone de la couche de poudre est réalisée une fois que le procédé de fabrication a commencé, il est nécessaire de disposer d’un calculateur ou un simulateur qui traite les différents points de la trajectoire suffisamment rapidement.
En particulier la vitesse à laquelle les différents points sont traités par le simulateur doit être supérieure ou au moins égale à la vitesse le faisceau laser éclaire ou balaye ces mêmes points.
Cela permet de prendre en compte tout aléa survenant pendant la production sans devoir réinitialiser la production et la simulation de température.
Voisinage temporel – voisinage spatial
La détermination des vitesses ajustées prend d’autant plus de temps que l’estimation est précise c’est-à-dire que le nombre de points pris en compte est important.
Afin de limiter le temps de calcul sans détériorer la qualité de l’estimation, il est possible de définir un voisinage spatial Vl et un voisinage temporel Vt qui limite le nombre de points déjà éclairés à prendre en compte dans les calculs.
Le voisinage temporel Vt représente la durée des effets thermiques du balayage d’un segment de trajectoire. Au-delà de cette durée, l’effet sur la température de la poudre de l’énergie diffusée dans l’environnement du segment balayé et apportée lors de son balayage peut être considéré comme négligeable.
Le voisinage spatial Vl représente la distance maximale des effets thermiques du balayage d’un segment de trajectoire. Au-delà de cette distance, l’effet sur la température de la poudre de l’énergie diffusée dans l’environnement du segment balayé et apportée lors de son balayage peut être considérée comme négligeable.
Le caractère négligeable nécessite de définir une différence seuil de température Ds. Les effets thermiques du balayage correspondant à des variations de température en deçà de cette différence, sont considérés comme négligeables.
Le voisinage temporel Vt et le voisinage spatial Vl peuvent être déterminés à partir de la méthode suivante, illustrée sur la figure 15 :
Dans une première étape, les informations suivantes sont mises en mémoire dans le simulateur :
les paramètres du procédé de balayage laser (puissance du faisceau laser et rayon du faisceau laser, vitesse de balayage du laser),
les paramètres du matériau (conductivité thermique, capacité thermique, densité, température de fusion et température initiale de la poudre T0),
les coordonnées d’une trajectoire de type portion de droite.
Dans une deuxième étape, le simulateur délivre une estimation de la température de la poudre dans un domaine spatial prédéfini qui comprend la trajectoire définie à l’étape précédente.
L’estimation de la température délivrée par le simulateur correspond à la température de la poudre à un instant prédéfini située temporellement à la fin du balayage de l’ensemble de la trajectoire par le laser après un temps de thermalisation de la poudre.
Cette estimation peut être calculée à partir des éléments que l’on a déjà définis précédemment comme le découpage virtuel de la trajectoire en segments et la somme de variations de température en différents points du domaine spatial dues au balayage de chaque segment par le laser.
On obtient à l’issue de la deuxième étape une carte des températures de la poudre dans le domaine spatial prédéfini à l’instant prédéfini.
Dans une troisième étape, une courbe isotherme correspondant à la somme T0+Ds de la température initiale de la poudre T0et de la différence seuil de température Ds est déterminée au sein de la carte des températures obtenue à la deuxième étape. Cette courbe isotherme correspond à une élévation en température de la différence seuil de température Ds.
Dans une quatrième étape, le voisinage spatial est déterminé comme la distance maximale dans la direction perpendiculaire à la trajectoire de type portion de droite entre deux points de la courbe isotherme déterminée à l’étape précédente.
Dans une cinquième étape, le voisinage temporel est déterminé comme le rapport sur la vitesse de balayage du laser de la distance maximale dans la direction de la trajectoire de type portion de droite entre deux points de la courbe isotherme déterminée à la troisième étape.
La figure 16 représente les distances utiles pour déterminer le voisinage spatial et le voisinage temporel.
L’axe X représenté sur la figure 16 représente la direction de la portion de droite de la trajectoire définie dans la première étape de la méthode précédente. La trajectoire est balayée dans le sens des X croissants. L’axe Y représente la direction perpendiculaire à la trajectoire de type portion de droite.
La courbe fermée 160 représente la courbe isotherme définie lors de la troisième étape de la méthode précédente.
Le voisinage spatial correspond à la longueur du segment 161.
La distance maximale entre deux points de la courbe isotherme déterminée à la troisième étape dans la direction de la trajectoire de type portion de droite correspond à la longueur du segment 162.
Le rapport de la longueur du segment 162 sur la vitesse de balayage permet de définir le voisinage temporel.
Une fois le voisinage spatial Vl et le voisinage temporel Vt déterminés, ces données peuvent être utilisées pour limiter le temps de calcul pour prédéterminer les variations de température permettant de calculer les vitesses ajustées dans le procédé de fabrication additive sélective.
Plus précisément, l’estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp à un instant tnen un n-ème point de la couche, peut être menée en prenant en considération les variations en température de la poudre dues à l’émission d’un faisceau laser de sorte à éclairer n-1 points de la couche de poudre, chaque i-ème point, avec i=1, 2, …(n-1), est éclairé par le faisceau laser à l’instant tiet se trouve situé à une distance rnidu n-ème point de la couche de poudre, tels que pour chaque i=1, 2, …(n-1), les inégalités suivantes sont respectées : rni≤Vl et |tn-ti|≤Vt.
L'appareil 121 de fabrication additive sélective représenté sur la figure 1 et tel qu’on la précédemment présenté comprend l’unité de contrôle 129 qui peut être configurée pour commander la source de type laser 1212 de sorte que la source émette un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point.
L’appareil 121 de fabrication additive sélective peut comprendre une mémoire M pour mémoriser une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre, la variation de température estimée étant fonction de la distance entre le premier point et le deuxième point et d’un intervalle de temps prédéterminé,
L’unité de contrôle 129 peut être configurée pour :
ajuster une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction de la variation de température estimée mémorisée dans la mémoire,
commander la source de type laser de sorte que la source émette un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’une part d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et d’autre part de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé.
L’appareil 121 de fabrication additive sélective peut également comprendre un calculateur ou un simulateur C représenté sur la figure 1 pour déterminer des estimations de variations de température une fois que le procédé de fabrication a débuté.
Le calculateur ou le simulateur C est adapté pour traiter les différents points de la trajectoire suffisamment rapidement, en particulier le temps durant lequel les différents points sont traités par le calculateur ou le simulateur doit être inférieur ou au moins égal au temps mis par le faisceau laser à éclairer ou balayer ces mêmes points.
Un tel calculateur ou simulateur C peut collaborer avec la mémoire M de façon à mémoriser les estimations de variations de température une fois qu’elles ont été produites.
Claims (16)
- Procédé de fabrication additive sélective d’un objet tridimensionnel à partir d’une couche de poudre, le procédé comprenant les étapes de :
- application d’une couche de poudre de fabrication additive sur un support ou sur une couche préalablement consolidée,
- émission d’un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point,
le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre
- un ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point distinct du premier point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre,
- une émission d’un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé. - Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 1, dans lequel la variation de température estimée ΔT est préalablement estimée, en fonction de la distance r21entre le premier point et le deuxième point et de l’intervalle de temps prédéterminé (t2-t1), en calculant :
- Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre des étapes de :
- ajustement d’une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnprédéterminé en un n-ème point de la couche, n étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, l’estimation dépendant des variations en température de la poudre dues à l’émission d’un faisceau laser de sorte à consolider n-1 zones de la couche de poudre, le n-ème point étant situé à la distance rnid’un i-ème point de la couche de poudre, avec i=1, 2, …(n-1) chaque i-ème point étant situé au sein d’une i-ème zone de la couche de poudre consolidée et étant éclairé par le faisceau laser à l’instant tiprédéterminé, de la manière suivante :
- émission à l’instant tnd’un faisceau laser vers le n-ème point de sorte à consolider une n-ème zone de la couche de poudre comprenant le n-ème point, la distance séparant le (n-1) ème point et le n-ème point étant égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps séparant l’émission sur le (n-1) ème point et l’émission sur le n-ème point. - Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 3, dans lequel en outre chaque i-ème point des (n-1) premiers points de la couche est situé à une distance rnidu n-ème point de la couche de poudre telle que rni≤Vl du dans lequel Vl est un voisinage spatial prédéterminé, et chaque i-ème point correspond à un instant tid’émission du faisceau laser vers le i-ème point tel que |tn-ti|≤Vt, dans lequel Vt est un voisinage temporel prédéterminé, avec i=1, 2, …(n-1), et n un nombre entier supérieur ou égal à deux.
- Procédé de fabrication additive sélective selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser en fonction d’une estimation d’une température de la poudre avant consolidation Tp(tn) à un instant tnen un n-ème point de la couche dépend en outre d’une température seuil prédéterminée Ts.
- Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 5 dans lequel l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser dépend de la position d’un n-ème point idéal situé sur une trajectoire prédéterminée de sorte que la somme d’une estimation d’une température de préchauffage à l’instant tnau n-ème point idéal et d’une estimation d’une variation de température de la couche de poudre au n-ème point idéal due à l’émission à l’instant tnd’un faisceau laser vers le n-ème point idéal de sorte à consolider une n-ème zone de la couche de poudre comprenant le n-ème point idéal, est égale à la température seuil prédéterminée Ts.
- Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 6 dans lequel l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser dépend d’une vitesse idéale Vi,ncalculée comme le rapport de la distance entre le n-1-ème point de la couche de poudre et le n-ème point idéal sur l’intervalle de temps séparant l’émission sur le (n-1) ème point et l’émission sur le n-ème point.
- Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 7 dans lequel l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser prend en compte une contrainte cinématique maximale d’un appareil de fabrication additive.
- Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 8 dans lequel la contrainte cinématique maximale d’un appareil de fabrication additive est une vitesse maximale, une accélération maximale, un vecteur d’à-coup maximal, ou un temps de traitement de commande numérique.
- Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 9 dans lequel la contrainte cinématique maximale d’un appareil de fabrication additive est une vitesse maximale, l’ajustement de la vitesse de balayage du faisceau laser commandant la vitesse de balayage à la vitesse idéale Vi,nlorsque ladite vitesse idéale Vi,nest inférieure ou égale à la vitesse maximale du balayage du faisceau laser et à la vitesse maximale du balayage du faisceau laser dans le cas contraire.
- Procédé de fabrication additive sélective selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la température seuil Ts est prédéterminée en fonction d’au moins un objectif de température choisi parmi les conditions suivantes :
- une température de la poudre à atteindre en un point où passe le centre du spot laser et au moment du passage du laser,
- une température de la poudre maximale atteinte au cours du temps en un point où passe le centre du spot laser,
- une température de la poudre maximale atteinte au cours du temps en un point de la couche de poudre,
- une température supérieure à ne pas dépasser au cours du temps en tout point de la couche de poudre,
- une température inférieure sous laquelle ne pas passer en tout point de la poudre, ou
- une combinaison de ces conditions éventuellement variable au cours du procédé de fabrication. - Procédé de fabrication additive sélective selon la revendication 1 à 11 dans lequel le laser balaye une trajectoire discontinue comprenant un premier groupe de portions de droites parallèles entre elles.
- Procédé de fabrication additive sélective selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le laser balaye une trajectoire continue comprenant le premier groupe de portions de droites parallèles entre elles et un deuxième groupe de portions de droites, chaque portion de droite du deuxième groupe joignant une première extrémité d’une première portion de droite du premier groupe et une deuxième extrémité d’une deuxième portion de droite du premier groupe, la deuxième portion de droite étant voisine de la première portion de droite.
- Procédé de fabrication additive sélective selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l’estimation de la variation de température de la couche de poudre au n-ème point causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider une ou plusieurs zones de la couche de poudre est réalisée une fois que le procédé de fabrication a commencé.
- Appareil de fabrication additive sélective (121) d’un objet tridimensionnel (122) à partir d’une couche de poudre, l’appareil comprenant :
- une source de type laser (1212),
- une unité de contrôle (129) configurée pour commander la source de type laser de sorte que la source émette un faisceau laser sur un premier point de la couche de poudre de fabrication additive, de sorte à consolider une première zone de la couche de poudre comprenant le premier point,
l’appareil étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- une mémoire (M) pour mémoriser une variation de température estimée de la couche de poudre en un deuxième point de la couche de poudre causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider la première zone de la couche de poudre, et dans lequel l’unité de contrôle est configurée pour :
- ajuster une vitesse de balayage du faisceau laser en fonction de la variation de température estimée mémorisée dans la mémoire,
- commander la source de type laser de sorte que la source émette un faisceau laser sur le deuxième point de sorte à consolider une deuxième zone de la couche de poudre comprenant le deuxième point, la variation de température estimée étant fonction d’une part d’un intervalle de temps prédéterminé séparant l’émission sur le premier point et l’émission sur le deuxième point et d’autre part de la distance séparant le premier point et le deuxième point qui est égale au produit de la vitesse de balayage ajustée par l’intervalle de temps prédéterminé. - Appareil de fabrication additive sélective (121) d’un objet tridimensionnel (122) selon la revendication 15, comprenant en outre un calculateur ou un simulateur (C) adapté pour déterminer des estimations de variations de température de la couche de poudre en un n-ème point causée par l’émission du faisceau laser de sorte à consolider une ou plusieurs zones de la couche de poudre une fois que le procédé de fabrication a débuté.
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Patent Citations (3)
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