FR3095144A1 - Procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce métallique de turbomachine comportant une cavité (3), au moins un orifice (4, 5) débouchant à l’extérieur de l’ébauche (1) et dans la cavité (3), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à : - réaliser une ébauche (1) de la pièce (1) par fabrication additive, - introduire une solution acide dans la cavité (3) de façon à appliquer ladite solution sur tout ou partie de la surface de la cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5), de façon à réduire sa rugosité, - extraire la solution acide de ladite cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1
Description
Domaine technique de l’invention
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces par fabrication additive, et plus particulièrement par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre.
Etat de la technique antérieure
Il est aujourd'hui courant d'avoir recours à des techniques de fabrication additive pour réaliser facilement et rapidement des pièces complexes. Lorsqu'il s'agit de la fabrication de pièces en alliage métallique ou en céramique, le procédé de fusion sélective ou de frittage sélectif de poudre permet d'obtenir des pièces complexes, qui sont difficilement réalisables ou non réalisables avec les procédés conventionnels tels que la fonderie, la forge ou l'usinage. Il est notamment possible de réaliser des pièces présentant des cavités difficiles d’accès. Le domaine aéronautique se prête particulièrement bien à l'utilisation de ce procédé.
En outre, ce procédé présente l'avantage d'être rapide et ne pas nécessiter d'outillage spécifique contrairement à la plupart des procédés conventionnels, ce qui réduit considérablement les coûts et les cycles de fabrication des pièces.
Un tel procédé comprend généralement une étape durant laquelle est déposée, sur un plateau de fabrication, une première couche de poudre d'un métal, d'un alliage métallique ou de céramique d'épaisseur contrôlée, puis une étape consistant à chauffer avec un moyen de chauffage (par exemple un faisceau laser ou un faisceau d'électrons) une zone prédéfinie de la couche de poudre, et de procéder en répétant ces étapes pour chaque couche supplémentaire, jusqu'à l'obtention, tranche par tranche, de la pièce finale. Un outillage et un procédé de fabrication d'une pièce par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre sont par exemple décrits dans la demande de brevet français FR 3 030 323 au nom de la Demanderesse.
Un inconvénient d’un tel procédé est que la pièce ainsi réalisée présente une rugosité relativement élevée, ce qui peut être préjudiciable à la tenue mécanique et à la durée de vie de la pièce. Certains distributeurs de turbine notamment sont particulièrement soumis à une telle contrainte où les cavités internes, de structures complexes, ont pour fonction principale d’assurer le refroidissement de la pièce sans provoquer de dégradation.
Lorsque les tolérances demandées en termes d’état de surface concernent des surfaces auxquelles il est possible d’accéder, ces surfaces peuvent être polies par des procédés conventionnels. Cependant, les procédés de polissage conventionnels ne permettent pas de réduire la rugosité des surfaces des cavités qui sont difficiles d’accès.
L’invention vise à proposer une solution à ce problème, de façon simple, fiable et peu onéreuse.
Présentation de l’invention
A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce métallique de turbomachine comportant une cavité, au moins un orifice débouchant à l’extérieur de la pièce et dans la cavité, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
- réaliser une ébauche de la pièce par fabrication additive,
- introduire une solution acide dans la cavité de façon à appliquer ladite solution sur tout ou partie de la surface de la cavité et/ou de l’orifice, de façon à réduire sa rugosité,
- extraire la solution acide de ladite cavité et/ou de l’orifice.
- réaliser une ébauche de la pièce par fabrication additive,
- introduire une solution acide dans la cavité de façon à appliquer ladite solution sur tout ou partie de la surface de la cavité et/ou de l’orifice, de façon à réduire sa rugosité,
- extraire la solution acide de ladite cavité et/ou de l’orifice.
L’application d’une solution acide sur la surface de la cavité et/ou de de l’orifice permet de réduire la rugosité de ladite surface.
La cavité peut être entièrement ou partiellement remplie de la solution acide.
Dans le cas où seule une partie de la cavité de la pièce est remplie par la solution acide, la pièce peut être mise en rotation de façon à appliquer la solution acide sur l’ensemble des surfaces de la cavité et des orifices. Dans ce cas, les orifices peuvent être préalablement obturés.
L’ébauche peut comporter au moins un premier orifice débouchant à l’extérieur de l’ébauche et dans la cavité, et au moins un second orifice débouchant à l’extérieur de l’ébauche et dans la cavité, la solution acide étant introduite au travers du premier orifice, le second orifice étant obturé avant introduction de la solution acide.
Le second orifice peut être obturé avec un matériau inerte par rapport à la solution acide, par exemple à l’aide d’un joint en silicone.
Le second orifice peut être rouvert après application de la solution acide, de façon à extraire au moins une partie de la solution acide au travers du second orifice.
La solution acide est une solution d’acide chlorhydrique ou d'acide nitrique.
L’ébauche peut être réalisée en alliage à base de Nickel.
Le temps d’application de la solution acide peut être compris entre 5 min et 10 min.
Le temps d’application de la solution peut être déterminé par calcul ou à l’aide d’essais, en fonction notamment du matériau utilisé pour réaliser la pièce et de la composition de la solution acide.
L’étape d’extraction de la solution acide comporte une étape de soufflage par injection d’un gaz sous pression dans la cavité et/ou dans l’orifice.
Le gaz est par exemple de l’air. Le gaz sous pression peut être injecté par un premier orifice et peut s’échapper par un second orifice, chaque orifice débouchant dans la cavité et à l’extérieur de l’ébauche.
L’ébauche peut être réalisée par un procédé de fusion sélective de poudre ou de frittage sélectif de poudre à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons.
Un tel procédé permet de réaliser des pièces présentant des formes complexes. Ce procédé permet notamment de réaliser des pièces à partir de poudre d’alliage métallique ou de céramique.
L’invention concerne également un distributeur de turbine pour une turbomachine, obtenu par l’intermédiaire du procédé précité.
L’invention concerne par ailleurs une turbomachine comportant une pièce obtenue par l’intermédiaire du procédé précité.
La pièce réalisée peut être destinée à intégrer une turbomachine. Les orifices et la cavité peuvent avoir pour finalité de permettre la circulation d’un fluide, par exemple un fluide de refroidissement tel que de l’air ou de l’huile, ou encore du carburant, lors du fonctionnement de la turbomachine.
A titre d’exemple, la rugosité Ra finale des surfaces polies de la pièce peut par exemple être comprise entre 0,8 µm et 6,4 µm. La rugosité desdites surfaces de l’ébauche avant polissage peut par exemple être comprise entre 7 µm et 12 µm.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
Le procédé selon l’invention comporte tout d’abord une étape de fabrication d’une ébauche métallique d’une pièce 1 par fabrication additive, en particulier par fusion sélective de poudre ou frittage sélectif de poudre à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons.
Comme illustré à la figure 1, la pièce est dans ce cas un distributeur de turbine comportant une pale 2a, une plate-forme dite radialement interne 2b et une plate-forme dite radialement externe 2c. Bien entendu, il est possible de réaliser d’autres types de pièces à l’aide du procédé selon l’invention.
Cette ébauche 1 est métallique et comporte une cavité interne 3, un premier orifice 4 débouchant dans la cavité 3 et à l’extérieur de l’ébauche 1, situés au niveau de la plate-forme radialement externe 2c, et des seconds orifices 5 débouchant dans la cavité 3 et à l’extérieur de l’ébauche 1, situés au niveau d’un bord de fuite 2d de la pale 2a.
La cavité 3 présente ici une forme générale rectangulaire.
Les orifices 4, 5 et la cavité 3 ayant pour finalité de permettre la circulation d’un fluide, par exemple un fluide de refroidissement tel que de l’air, lors du fonctionnement de la turbomachine.
Les surfaces internes des orifices 4, 5 et/ou de la cavité 3 sont relativement inaccessibles après fabrication de l’ébauche 1, ces surfaces présentant par ailleurs une rugosité relativement élevée, c’est-à-dire une surface 6 comportant des zones en creux 6a et des zones de pics 6b (voir figure 2), la différence de hauteur H entre les zones en creux 6a et les zones de pics 6b étant importante. A titre d’exemple, la rugosité Ra obtenue peut par exemple être comprise entre 7 µm et 12 µm.
Afin de pouvoir réduire la rugosité de ces surfaces 6 de façon à répondre aux spécificités du cahier des charges, le procédé selon l’invention prévoit de boucher les seconds orifices 5 à l’aide de joint en silicone par exemple et d’introduire dans la cavité 3 une solution acide. La cavité 3 peut être remplie d’une telle solution, de façon à pouvoir traiter l’ensemble de la surface de la cavité 3.
La solution est par exemple du type acide chlorhydrique, acide nitrique, ou tout autre solution utilisée dans d’autres applications telles que les attaques macrographiques et l’ébauche métallique 1 est par exemple réalisée en alliage base nickel ou tout autre matériau métallique permettant à la pièce d’assurer sa fonction principale et de tenir les caractéristiques mécaniques de conception. Le temps d’application est par exemple compris entre 5 min et 10 min.
Les joints sont ensuite retirés et la majorité de la solution acide peut être retirée par gravité.
De l’air sous pression peut être injecté par le premier orifice 4 par exemple, de façon à souffler et extraire le reste de la solution acide par les seconds orifices 5.
Comme cela est illustré en traits pointillés à la figure 2, l’application d’une solution acide sur la surface 6 à traiter permet de réduire sensiblement la différence de hauteur H’ entre les zones de pics 6b et les zones en creux 6a, de façon à réduire la rugosité de ladite surface 6.
A titre d’exemple, la rugosité Ra finale des surfaces 6 concernées de la pièce 1 peut par exemple être comprise entre 1 µm et 6 µm.
Un tel procédé est relativement simple et peu coûteux à mettre en œuvre. Il est par ailleurs particulièrement adapté à des pièces comportant des surfaces internes à polir qui sont difficiles d’accès.
Claims (8)
- Procédé de fabrication d’une pièce métallique de turbomachine comportant une cavité (3), au moins un orifice (4, 5) débouchant à l’extérieur de l’ébauche (1) et dans la cavité (3), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
- réaliser une ébauche (1) de la pièce (1) par fabrication additive,
- introduire une solution acide dans la cavité (3) de façon à appliquer ladite solution sur tout ou partie de la surface de la cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5), de façon à réduire sa rugosité,
- extraire la solution acide de ladite cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5). - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ébauche (1) comporte au moins un premier orifice (4) débouchant à l’extérieur de l’ébauche (1) et dans la cavité (3), et au moins un second orifice (5) débouchant à l’extérieur de l’ébauche (1) et dans la cavité (3), la solution acide étant introduite au travers du premier orifice (4), le second orifice (5) étant obturé avant introduction de la solution acide.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second orifice (5) est rouvert après application de la solution acide, de façon à extraire au moins une partie de la solution acide au travers du second orifice (5).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la solution acide est une solution du type acide chlorhydrique, acide nitrique, ou tout autre solution acide.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’ébauche (1) est réalisé en alliage base nickel.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le temps d’application de la solution acide peut être compris entre 5 min et 10 min.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’étape d’extraction de la solution acide comporte une étape de soufflage par injection d’un gaz sous pression dans la cavité (3) et/ou dans l’orifice (4, 5).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’ébauche (1) est réalisée par un procédé de fusion sélective de poudre ou de frittage sélectif de poudre à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons.
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