FR3095147A1 - 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 de turbomachine comportant une cavité (3), au moins un orifice (4, 5) débouchant à l’extérieur de la pièce (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 un matériau de comblement dans la cavité (3) au travers de l’orifice (4, 5), le matériau de comblement étant apte à recouvrir et à adhérer à la surface de la cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5), - répartir ledit matériau sur au moins une zone de ladite surface de la cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5) de façon à recouvrir ladite zone, au moins partiellement.
Figure à publier avec l’abrégé : Figure. 2
[Fig. 2]
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. 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 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 un matériau de comblement dans la cavité au travers de l’orifice, le matériau de comblement étant apte à recouvrir et à adhérer à la surface de la cavité et/ou de l’orifice,
- répartir ledit matériau sur au moins une zone de ladite surface de la cavité et/ou de l’orifice de façon à recouvrir ladite zone, au moins partiellement.
- réaliser une ébauche de la pièce par fabrication additive,
- introduire un matériau de comblement dans la cavité au travers de l’orifice, le matériau de comblement étant apte à recouvrir et à adhérer à la surface de la cavité et/ou de l’orifice,
- répartir ledit matériau sur au moins une zone de ladite surface de la cavité et/ou de l’orifice de façon à recouvrir ladite zone, au moins partiellement.
Le matériau de comblement permet de combler les porosités formées par la rugosité de ladite zone de la surface de la pièce obtenue par fabrication additive. De cette manière, le procédé selon l’invention permet d’abaisser la rugosité de la zone ainsi traitée, comblée ou recouverte.
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.
L’ébauche peut être mise en rotation de façon à répartir le matériau de comblement sur la zone concernée de ladite surface.
L’ébauche peut être mise en rotation selon trois axes orthogonaux.
L’ébauche peut être réalisée en métal.
Le matériau de comblement est un métal en fusion.
Un métal en fusion peut ainsi être suffisamment fluide pour pénétrer dans la cavité par l’intermédiaire de l’orifice et être répartie sur ladite zone de la surface à recouvrir.
Le métal en fusion formant le matériau de comblement peut être de la même nature que le métal utilisé pour la réalisation de l’ébauche.
De façon générale, le matériau de comblement peut être tout type de matériau apte à former un revêtement ne réduisant pas les caractéristiques mécaniques de la pièce et apte à combler au moins en partie les porosités générées lors de l’étape de fabrication additive, en vue de réduire la rugosité des surfaces ainsi recouvertes.
Après recouvrement de ladite zone de la surface à l’aide du matériau de comblement, la pièce peut subir un traitement thermique.
Un tel traitement thermique peut consister à chauffer la pièce à une température comprise entre 900°C et 1100°C, pendant une durée comprise entre 10 minutes et 30 minutes.
Un tel traitement thermique permet d’uniformiser la matière et améliore les caractéristiques mécaniques de la pièce.
L’orifice peut être obturé après introduction du matériau de comblement dans la cavité et avant l’étape de répartition du matériau de comblement sur ladite zone de la surface de la cavité et/ou du de l’orifice.
De cette manière, on évite qu’une partie du matériau de comblement s’échappe de la cavité lors de la répartition de ce matériau de comblement sur la zone concernée de la surface à recouvrir.
Après recouvrement de ladite zone de la surface à l’aide du matériau de comblement, le matériau de comblement en excès peut être retiré de la cavité, au travers de l’orifice.
Dans le cas où l’orifice a été préalablement obturé, ledit orifice peut être rouvert pour permettre le retrait du matériau de comblement en excès.
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’ébauche peut comporter au moins un premier orifice et au moins un second orifice, chaque orifice débouchant dans la cavité et à l’extérieur de l’ébauche.
L’ébauche peut comporter au moins deux orifices formant un angle l’un par rapport à l’autre et s’écartant l’un de l’autre en direction de la cavité.
L’ébauche peut comporter au moins deux orifices qui débouchent à l’extérieur de l’ébauche au niveau d’une zone d’entrée commune.
Le premier orifice peut déboucher dans la cavité au niveau d’un bord adjacent au second orifice.
A titre d’exemple, la rugosité Ra finale de la zone recouverte de la pièce peut par exemple être comprise entre 0,8µm et 6,4µm La rugosité de ladite zone de l’ébauche avant recouvrement à l’aide d’un matériau de comblement peut par exemple être comprise entre 7 µm et 12 µm.
L’invention concerne également une turbomachine ou un aéronef comportant une pièce obtenue par réalisation d’un procédé du type précité.
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.
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 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 aux figures 1 et 2, cette ébauche 1 comporte un corps 2, par exemple métallique, comportant une cavité interne 3, des premiers orifices 4 débouchant à l’extérieur de l’ébauche 1 et dans la cavité 3, et des seconds orifices 5 débouchant dans la cavité 3 et à l’extérieur de l’ébauche 1.
La cavité 3 présente ici une forme générale rectangulaire. Les premiers orifices 4 forment un angle l’un par rapport à l’autre et s’écartent l’un de l’autre en direction de la cavité 3. Les premiers orifices 4 débouchent à l’extérieur au niveau d’une zone d’entrée commune 6.
Les seconds orifices 5 débouchent dans la cavité 3 au niveau d’un bord adjacent aux premiers orifices 4.
Cette pièce est destinée à intégrer une turbomachine, 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 ou de l’huile, ou encore du carburant, 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. 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 de façon à répondre aux spécificités du cahier des charges, le procédé selon l’invention prévoit d’introduire un matériau de comblement 7 dans la cavité 3 au travers des orifices 4 et/ou des orifices 5.
Le matériau de comblement 7 est un matériau apte à recouvrir et à adhérer à la surface 8 de la cavité 3 et/ou des orifices 4, 5. Le matériau de comblement 7 est par exemple un métal en fusion, ledit métal pouvant alors être de même nature que le métal utilisé pour la réalisation de l’ébauche 1.
Les orifices 4, 5 sont ensuite bouchés ou obturés et le matériau de comblement est réparti sur la surface 7 de la cavité 3 et sur les surfaces 7 des orifices 4, 5 qui sont encore accessibles depuis la cavité.
Pour répartir le matériau de comblement 8 sur les surfaces 7 concernées, l’ébauche 1 est mise en rotation, par exemple selon trois axes orthogonaux.
Les orifices 4, 5 sont ensuite rouverts, en tout ou partie, et le matériau de comblement 8 en excès peut être retiré de la cavité 3, au travers des orifices 4, 5.
La pièce 1 ainsi obtenue subit ensuite un traitement thermique consistant par exemple à chauffer la pièce 1 à une température comprise entre 900°C et 1100°C, pendant une durée comprise entre 10 minutes et 30 minutes.
Le matériau de comblement 8 permet de combler tout ou partie des porosités formées par la rugosité de ladite zone de la surface 7 de la pièce 1 obtenue par fabrication additive, comme cela est illustré à la figure 3. De cette manière, le procédé selon l’invention permet d’abaisser la rugosité de la surface 7 ainsi recouverte.
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.
A titre d’exemple, la rugosité Ra finale de la zone recouverte de la pièce 1 peut par exemple être comprise entre 0,8µm et 6,4µm.
Claims (9)
- Procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine comportant une cavité (3), au moins un orifice (4, 5) débouchant à l’extérieur de la pièce (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 un matériau de comblement (8) dans la cavité (3) au travers de l’orifice (4, 5), le matériau de comblement (8) étant apte à recouvrir et à adhérer à la surface (7) de la cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5),
répartir ledit matériau (8) sur au moins une zone de ladite surface (7) de la cavité (3) et/ou de l’orifice (4, 5) de façon à recouvrir ladite zone, au moins partiellement. - Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ébauche (1) est mise en rotation de façon à répartir le matériau de comblement (8) sur la zone concernée de ladite surface (7).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’ébauche (1) est réalisée en métal.
- Procédé selon la revendication 3, caractérisé le matériau de comblement (8) est un métal en fusion.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après recouvrement de ladite zone de la surface (7) à l’aide du matériau de comblement (8), la pièce (1) subit un traitement thermique.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’orifice (4, 5) est obturé après introduction du matériau de comblement (8) dans la cavité (3) et avant l’étape de répartition du matériau de comblement (8) sur ladite zone de la surface (7) de la cavité (3) et/ou du de l’orifice (4, 5).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, après recouvrement de ladite zone de la surface (7) à l’aide du matériau de comblement (8), le matériau de comblement (8) en excès est retiré de la cavité (3), au travers de 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.
- Turbomachine ou aéronef comportant une pièce (1) obtenue par réalisation d’un procédé selon l’une des revendication 1 à 8.
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