FR3097164A1 - Systeme et procede d’ajout de matiere sur une surface determinee d’une piece au moyen d’un faisceau laser oriente par une tete a balayage laser et d’une injection de poudre laterale - Google Patents

Systeme et procede d’ajout de matiere sur une surface determinee d’une piece au moyen d’un faisceau laser oriente par une tete a balayage laser et d’une injection de poudre laterale Download PDF

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Abstract

Système pour ajouter de la matière par fusion de poudre sur une surface déterminée d’une pièce au moyen d’un faisceau laser pour construire un volume, ledit système comprenant : - un dispositif d’émission d’un faisceau laser, - une tête à balayage laser pourvue d’au moins deux miroirs galvanométriques et pourvue d’une lentille pour focaliser le faisceau laser incident réfléchi sur la surface déterminée, le système comprenant la tête à balayage laser étant maintenu immobile par rapport à la pièce lors de la construction dudit volume, - un dispositif d’injection de poudre placé latéralement par rapport au faisceau laser incident réfléchi focalisé pour distribuer la poudre sur la surface déterminée, - la fusion de poudre étant réalisée par le faisceau laser incident réfléchi focalisé émis sur la poudre distribuée sur la surface déterminée. Figure 1

Description

SYSTEME ET PROCEDE D’AJOUT DE MATIERE SUR UNE SURFACE DETERMINEE D’UNE PIECE AU MOYEN D’UN FAISCEAU LASER ORIENTE PAR UNE TETE A BALAYAGE LASER ET D’UNE INJECTION DE POUDRE LATERALE
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine du rechargement, de la construction et de la réparation et plus précisément, un système et un procédé pour ajouter de la matière sur une surface déterminée d’une pièce au moyen d’un faisceau laser.
Etat de l’art
De nos jours, le rechargement, la construction et la réparation sont considérés comme une technologie de production industrielle. A ce titre, la construction ou fabrication additive est utilisée dans de nombreux secteurs industriels tels que l’aéronautique ou le médical qui appartiennent à des domaines exigeants. Par conséquent, il est nécessaire de produire des pièces de très bonne qualité pour le client final.
Dans l’art antérieur, le procédé de dépôt de matière sous énergie concentrée repose sur le principe de dépôt de poudres métalliques à l’état fondu sur un substrat solide.
En effet, le principe initial consiste à utiliser un outil pour envoyer de la poudre métallique sous forme solide, avec une granulométrie définie, typiquement de l’ordre de 45 à 90µm, dans un faisceau de puissance tel qu’un faisceau laser ou un faisceau d’électrons. En traversant le faisceau laser, la poudre est échauffée et fondue et se lie par un procédé métallurgique au substrat pour former un dépôt. L’outil se déplaçant, il est ainsi possible de créer des cordons métalliques sur le substrat. Les couches sont ensuite superposées de manière à créer des pièces volumiques. La poudre métallique est à la base de toute construction effectuée avec la technologie LMD (en anglais : Laser Metal Deposition).
La poudre, de granulométrie très fine, est envoyée sous forme d’un jet composé : d’un gaz de transport (appelé gaz porteur), et de particules de poudre métallique. Ce jet permet de porter la poudre jusqu’au faisceau laser. Le débit de gaz s’exprime en litres/minutes et le débit de poudre en grammes/minutes.
Le jet de poudre est issu d’un distributeur de poudre et voyage dans un tube jusqu’à l’outil de dépose, au plus près du faisceau laser, dans lequel il est injecté. L’élément mécanique par lequel sort le jet de poudre est appelé buse. La poudre métallique est déposée sur le substrat, distant de quelques millimètres de la buse. Cette dernière a pour rôle de guider de manière maitrisée le jet de poudre incluant le gaz porteur afin que ledit jet de poudre atteigne le faisceau laser de manière optimale. La buse se compose de plusieurs pièces mécaniques, dont des cônes concentriques, qui ont pour but de guider la poudre. Le guidage du jet de poudre dépend de deux cônes : le cône extérieur et le cône intermédiaire. Ainsi, la buse est adaptée pour guider le jet de poudre et comprend en son centre un faisceau laser adapté pour chauffer la poudre.
La poudre est ainsi dirigée dans le faisceau laser par un jet de forme conique annulaire. Le jet de poudre est comme « focalisé » dans le faisceau laser, qui se trouve au centre de ce jet conique. Ainsi, le jet de poudre et le faisceau laser sont amenés selon des directions parallèles.
Cependant, la présence de la buse génère un problème d’encombrement pour accéder à des zones relativement étroites lors de la réalisation d’un procédé de rechargement, de réparation ou de fabrication.
De plus, avec le système selon l’art antérieur, certains matériaux se fissurent sous l’effet de la chaleur du faisceau laser. En effet, l’apport d’énergie au moyen d’un faisceau laser qui agit lentement, c’est-à-dire moins de 5 mètres par minute, engendre la fissuration de ces matériaux.
Dans l’art antérieur, certains systèmes DED (en anglais : Directed Energy Deposition) utilisent une tête à balayage LASER afin de grossir artificiellement le faisceau. En effet, afin d’augmenter la taille des dépôts, le faisceau est déplacé de façon très rapide et la trajectoire de dépose est effectuée par le déplacement de la tête à balayage. Les difficultés liées à la fissuration et à l’encombrement ne sont pas résolues par ce type de système qui est divulgué dans le document Pekkarinen [1].
Il s’avère alors nécessaire de proposer un système et un procédé qui surmontent les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Selon un premier aspect, l’objet de l’invention concerne un système pour ajouter de la matière par fusion de poudre sur une surface déterminée d’une pièce au moyen d’un faisceau laser pour construire un volume, ledit système comprenant :
  • un dispositif d’émission d’un faisceau laser pour émettre un faisceau laser incident,
  • une tête à balayage laser pourvue d’au moins deux miroirs galvanométriques pour réfléchir et déplacer le faisceau laser incident au moins dans le plan des surfaces à recharger, réparer ou construire selon un motif déterminé, et pourvue d’une lentille pour focaliser le faisceau laser incident réfléchi sur la surface déterminée, le système comprenant la tête à balayage laser étant maintenu immobile par rapport à la pièce lors de la construction dudit volume,
  • un dispositif d’injection de poudre placé latéralement par rapport au faisceau laser incident réfléchi focalisé pour distribuer la poudre sur la surface déterminée, la poudre étant distribuée de manière continue pendant la construction dudit volume, la fusion de la poudre étant réalisée par le faisceau laser incident réfléchi focalisé émis sur la poudre distribuée sur la surface déterminée.
De manière préférée, le système comprend au moins un support poly-articulé permettant de déplacer le système et/ou la pièce pour permettre le positionnement du système par rapport à la pièce afin d’accéder à la surface déterminée.
De manière préférée, le dispositif d’injection de poudre comprend un tube pour distribuer la poudre sur la surface déterminée.
De manière préférée, le dispositif d’injection de poudre comprend un premier dispositif de réglage latéral du tube dans un plan parallèle à la surface déterminée de la pièce.
De manière préférée, le dispositif d’injection de poudre comprend un deuxième dispositif de réglage pour régler l’angle à partir duquel la poudre est distribuée sur la surface déterminée.
De manière préférée, le dispositif d’injection de poudre comprend un troisième dispositif de réglage pour régler la hauteur du tube par rapport à la surface déterminée.
De manière préférée, le dispositif d’injection de poudre comprend un quatrième dispositif de réglage pour régler la hauteur du dispositif d’injection de poudre par rapport à la surface de la pièce.
De manière préférée, le système comprend un dispositif d’éclairage pour éclairer la surface déterminée.
De manière préférée, le système comprend une caméra permettant de localiser le motif et de positionner le système.
De manière préférée, le système comprend un dispositif d’analyse du volume de matière à ajouter, tel qu’un palpeur, un scanner tridimensionnel ou une caméra.
De manière préférée, le système comprend une unité de programmation adaptative pour créer les trajectoires adaptées au volume de matière à ajouter.
De manière préférée, le système comprend une unité d’acquisition de la température de la pièce lors d’une étape de préchauffage avant l’ajout de matière et lors d’une étape de post-chauffage après l’ajout de matière.
De manière préférée, le système comprend une unité de lancement automatique de l’ajout de matière à une température déterminée.
De manière préférée, le système comprend une unité de gestion automatique d’un cycle complet d’ajout de matière.
De manière préférée, le système comprend une unité d’analyse des informations pour surveiller l’ajout de matière.
De manière préférée, le système comprend une unité d’analyse de la géométrie du volume construit et une unité de comparaison avec un modèle tridimensionnel.
De manière préférée, le système comprend une unité de gestion automatique de l’arrivée de la poudre.
De manière préférée, le système comprend une unité d’asservissement de la puissance d’émission du faisceau laser en fonction de la température.
Selon un deuxième aspect, l’objet de l’invention concerne une procédé pour ajouter de la matière sur une surface déterminée d’une pièce au moyen d’une tête à balayage laser, d’un dispositif d’émission d’un faisceau laser et d’un dispositif d’injection de poudre, la tête à balayage laser étant pourvue de deux miroirs galvanométriques pour réfléchir et focaliser un faisceau laser incident, et déplacer le faisceau laser incident réfléchi focalisé sur la surface déterminée selon un motif déterminé, lors de la rotation des miroirs galvanométriques et la tête à balayage laser, le dispositif d’émission d’un faisceau laser, et le dispositif d’injection de poudre étant immobiles par rapport à la pièce, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
  • identification de la surface à recharger, construire ou réparer sur la pièce,
  • positionnement relatif de la tête à balayage laser, du dispositif d’émission d’un faisceau laser, et du dispositif d’injection de poudre et/ou de la pièce,
  • activation du dispositif d’injection de poudre pour permettre l’écoulement de la poudre sur la surface déterminée identifiée,
  • émission du faisceau laser incident réfléchi focalisé sur la surface déterminée identifiée selon un motif prédéfini,
  • fusion de la poudre sur la surface déterminée identifiée, simultanément à l’émission du faisceau laser incident réfléchi focalisé.


De manière préférée, le procédé comprend
une étape de préchauffage, dans laquelle le faisceau laser incident réfléchi focalisé est émis sur la surface déterminée identifiée selon un motif prédéfini, l’étape de préchauffage ayant lieu avant l’étape d’activation du dispositif d’injection de poudre.
De manière préférée, le procédé comprend
une étape de post-chauffage, l’étape de post-chauffage ayant lieu après l’étape de désactivation du dispositif d’injection de poudre.
Les buts, objets et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels :
- montre selon une vue de côté le système selon l’invention,
- montre selon une vue détaillée et en perspective le système selon la figure 1,
- montre selon une vue en perspective le dispositif d’injection de poudre selon l’invention,
- montre un diagramme des étapes du procédé selon l’invention,
- montre une photographie vue de dessus d’une réparation avec une trajectoire en spirale du faisceau laser selon l’invention,
- montre une photographie vue de dessus d’une réparation avec une trajectoire du faisceau laser en forme de zig-zag sur une pièce en forme de carré, selon l’invention,
- montre une autre photographie vue de dessus d’une réparation avec une trajectoire en spirale du faisceau laser, selon l’invention,
- montre une photographie d’une réparation après un polissage et une attaque d’une coupe transversale de la pièce traitée, selon l’invention.
Description détaillée d’un mode de réalisation
La présente invention concerne le procédé de fabrication additive, c’est-à-dire de rechargement, de réparation ou construction qui consiste notamment à construire un élément sur un substrat ou sur une pièce, couche après couche, par la fusion de poudres métalliques injectées latéralement par rapport à l’émission d’un faisceau laser. L’élément ou le volume à construire est constituée de n couches. Chaque couche est balayée par le faisceau laser d’une manière spécifique qui peut être différente selon les couches.
La présente invention concerne également le procédé de réparation d’une pièce et le procédé de rechargement d’une pièce.
La figure 1 montre un système 10 selon l’invention. Le système 10 comprend une lentille de focalisation 11, une tête à balayage laser 12, un dispositif d’émission laser (non montré) tel qu’un laser fibré, un faisceau laser 13, un dispositif d’injection de poudre 14 et un dispositif de protection (en anglais : cross jet) 15 de la lentille de focalisation 11. Le dispositif d’injection de poudre 14 est alimenté en poudre métallique par un dispositif d’apport de poudre (non montré).
Le faisceau laser utilisé est issu d’une source laser fibrée multimode avec une longueur d’onde autour de 1 micromètre. Le faisceau laser peut également comprendre d’autres longueurs d’onde. La source laser peut également être monomode.
Le mouvement relatif entre le faisceau laser et la pièce est produit au sein du système 10 en utilisant la tête à balayage laser 12 plutôt que les axes poly-articulés des machines de l’état de l’art. Cette utilisation de la tête à balayage laser 12 permet l’utilisation de trajectoire et de vitesse de balayage du faisceau laser différentes et nettement plus rapides que celle obtenues généralement dans l’état de l’art par l’utilisation des axes poly-articulés. L’utilisation d’un tube fin latéral 16 permet d’amener la poudre près des surfaces de la pièce difficiles d’accès par rapport à la géométrie de la pièce. Le tube fin possède un diamètre interne de l’ordre de quelques millimètres, par exemple 8 mm.
La tête à balayage laser 12 comprend au moins deux miroirs dits miroirs galvanométriques permettant le déplacement du faisceau laser focalisé au moins dans le plan des surfaces à recharger, réparer ou construire. Chaque miroir est entraîné en rotation autour de son axe par un moteur dit moteur galvanométrique. Le moteur galvanométrique comprend deux bobines électriques, un aimant permanent auquel est fixé un rotor qui entraîne le miroir galvanométrique correspondant. Lorsqu’un courant électrique circule dans les bobines électriques, celles-ci opèrent comme des électro-aimants et génèrent un champ magnétique. L’aimant permanent pivote alors pour s’aligner avec le champ magnétique. Dans la mesure où l’aimant permanent est relié au miroir par le rotor, l’aimant permanent entraîne dans son mouvement le miroir qui pivote également. Des moyens de commande permettent de commander les moteurs galvanométriques. La sortie de la tête à balayage 12 comporte un système de focalisation. Ainsi, à partir de l’émission d’un faisceau laser incident (non montré), la tête à balayage laser permet de produire un faisceau laser incident réfléchi focalisé 13 montré sur les figures 1, 2 et 3. Pour des raisons pratiques, le faisceau laser incident réfléchi focalisé 13 est indiqué comme étant le faisceau laser 13 dans la suite de la description. La puissance du faisceau laser est, par exemple, inférieure à 1 kilowatt. La vitesse de déplacement du faisceau laser 13 est, par exemple, supérieure à 50 mètres par minute avec un pas inférieur à 200 micromètres. Le diamètre du faisceau laser 13 est de 1 millimètre par exemple.
Le mouvement du faisceau laser 13 assuré par la tête à balayage laser 12 permet une élévation et un maintien de température en surface de la pièce à traiter par le procédé selon l’invention, ce qui permet le traitement de matériaux nécessitant un préchauffage avant l’ajout de matière ou un post-chauffage c’est-à-dire un chauffage après l’ajout de matière selon l’invention.
La tête de balayage laser permet d’assurer la déviation du faisceau laser à grande vitesse et avec précision.
Par conséquent, grâce à la tête à balayage laser, le faisceau laser 13 peut réaliser des trajectoires ou des motifs de toutes formes évitant ainsi les problèmes d’accélération, d’inertie et de difficulté d’accès. Le faisceau laser 13 se déplace donc selon un motif déterminé. Ainsi, le faisceau laser 13 peut réaliser des trajectoires en forme de spirale, de carré, de cercle, ou de « zig-zag ».
Le système 10 comprend le dispositif d’injection de poudre 14 placé latéralement par rapport au faisceau laser 13 lorsque ce dernier est émis. Le dispositif d’injection de poudre 14 comprend un tube fin 16 qui permet de disperser ou distribuer de la matière sous forme de poudre, sous la forme d’un nuage, sur la surface généralement réduite à construire, à recharger ou à réparer, et généralement difficile d’accès. Le débit massique de la poudre est inférieur à 20 grammes par minute par exemple. Le tube fin 16 contient un gaz porteur qui permet de transporter la poudre depuis le dispositif d’apport de poudre (non montré) jusqu’à la sortie du tube fin 16. Le débit du gaz porteur est de quelques litres par minute par exemple. Grâce à ce débit, aucun gaz de protection n’est nécessaire pour éviter l’oxydation de la poudre puisque le gaz porteur suffit et protège le bain de fusion et la poudre de l’oxydation.
Comme montré sur la figure 3, le dispositif d’injection de poudre 14 comprend également quatre dispositifs de réglage 18, 20, 22 et 24 pouvant être motorisés. Le premier dispositif de réglage 18 permet un réglage latéral du tube fin 16 dans un plan parallèle à la surface de la pièce. Le deuxième dispositif de réglage 20 permet de régler l’angle à partir duquel la poudre est dispersée sur la surface de la pièce. Le troisième dispositif de réglage 22 permet de régler la hauteur du tube fin 16 par rapport à la surface de la pièce. Le quatrième dispositif de réglage 24 permet de régler la hauteur du dispositif d’injection de poudre 14 par rapport à la surface de la pièce.
Le jet de poudre est fixe par rapport à la surface à réparer, à recharger ou à construire et couvre l’ensemble de celle-ci. Les dispositifs de réglage 18, 20, 22 et 24 permettent un réglage angulaire et cartésien par rapport à la surface de la pièce. Par exemple, l’angle d’inclinaison du tube fin 16 par rapport à la normale de la surface de la pièce est de 25°. La distance du tube fin 16 à la pièce est de 15 millimètres. Ainsi, le dispositif d’injection de poudre 14 permet d’amener la poudre dans des zones de la pièce difficiles d’accès. Le dispositif d’injection de poudre 14 peut également fonctionner avec des poudres non métalliques.
Le système 10 selon l’invention comprend la tête à balayage laser et le dispositif d’injection de poudre 14 placés sur un support poly-articulé (non montré) c’est-à-dire un support articulé selon plusieurs axes pour permettre de positionner le système 10 par rapport à la surface à traiter et de maintenir le système 10 immobile lors du dépôt de matière sur la surface à traiter.
Le support poly-articulé permet ainsi de déplacer le système 10 jusqu’à une position déterminée, au-dessus de la pièce à traiter. Ensuite, lors du rechargement, de la réparation ou de la construction, le système 10 est immobile par rapport à la pièce à traiter.
De manière alternative, le système 10 peut être fixé sur un bâti afin d’être immobile. Le support poly-articulé permet alors de déplacer la pièce à traiter jusqu’à une position déterminée par rapport au système 10.
Le système 10 selon l’invention comprend également une caméra permettant de localiser la surface à construire, à réparer ou à recharger et de positionner le système 10.
Le système 10 selon l’invention comprend un dispositif d’analyse (non montré) capable de mesurer la pièce pour en déduire la forme du défaut à réparer, à recharger ou de la surface de la pièce à construire, réparer ou recharger. Le dispositif d’analyse comprend par exemple un palpeur, un scanner tridimensionnel ou une caméra linéaire.
Le système 10 selon l’invention comprend une unité de programmation adaptative (non montrée) pour créer les trajectoires ou des motifs adaptés au volume de matière à ajouter.
Le système 10 selon l’invention comprend une unité d’acquisition de la température (non montrée) ou capteur de température de la pièce à construire, à réparer ou à recharger lors du préchauffage avant l’ajout de matière et lors du post-chauffage après l’ajout de matière.
Le système 10 selon l’invention comprend une unité de lancement automatique (non montrée) de la construction à la température adéquate c’est-à-dire à une température déterminée.
Le système 10 selon l’invention comprend une unité de gestion automatique (non montrée) du cycle complet d’ajout de matière (non montrée).
Le système 10 selon l’invention comprend une unité d’analyse des informations (non montrée) pour surveiller l’ajout de matière.
Le système 10 selon l’invention comprend une unité d’analyse de la géométrie du volume construit et de comparaison avec un modèle tridimensionnel (non montrée).
Le système 10 selon l’invention comprend une unité de gestion automatique de l’arrivée de la poudre (non montrée).
Le système 10 selon l’invention comprend une unité d’asservissement de la puissance d’émission du faisceau laser en fonction de la température (non montrée).
Lors de son utilisation, le système 10 selon l’invention fonctionne selon un procédé comprenant les étapes suivantes montrées sur le diagramme de la figure 4.
Au sein de l’étape 100, une identification du défaut, c’est-à-dire de la surface déterminée, est réalisée par le dispositif d’analyse (non montré) et le système 10 s’aligne au-dessus du défaut via le système poly-articulé par rapport à la surface à réparer, recharger ou construire selon une distance et une orientation déterminée.
Cet alignement peut être manuel ou automatique. Lorsque le système 10 est aligné avec le défaut, le système 10 est prêt à réparer, recharger le défaut ou construire le volume.
Au sein de l’étape 101, l’utilisateur décide si le préchauffage de la surface déterminée est nécessaire, c’est-à-dire le chauffage préalablement à l’étape 105 de rechargement, de construction ou de réparation décrite ci-après.
Si le préchauffage est nécessaire, alors le procédé se poursuit avec l’étape 102 qui comprend l’émission du faisceau laser 13 au moyen duquel la tête à balayage laser 12 trace un motif prédéfini sur la surface déterminée de la pièce. Ce motif, pouvant être différent du motif de fabrication, permet d’élever la température sur la zone à recharger, réparer ou construire de façon homogène et de permettre la déposition sur un matériau préchauffé évitant ainsi la fissuration.
Dans une étape 103, le capteur de température permet de surveiller la température de la surface à recharger, à réparer ou à construire. Dès lors que la consigne de température déterminée est atteinte, le processus passe à l’étape 104.
Au sein de l’étape 104, le dispositif d’injection de poudre est activé afin de permettre à la poudre de s’écouler au sein du tube fin 16.
Ensuite, au sein de l’étape 105, le dispositif d’émission laser est activé. Le faisceau laser balaie alors le motif prédéfini. Ce motif peut être un motif composé de plusieurs couches, chaque couche ayant potentiellement son propre motif. La poudre est fondue par le faisceau laser 13 de façon très localisée et l’enchainement du motif et des couches permet de réaliser la forme à déposer.
Au sein de l’étape 106, l’utilisateur décide si le post-chauffage de la surface déterminée est nécessaire. Le post-chauffage est une étape postérieure à l’étape 105, durant laquelle le dispositif d’injection de poudre 14 est désactivé et le faisceau laser 13 est émis sur la surface déterminée identifiée selon le motif prédéfini.
Si le post-chauffage est nécessaire, alors le procédé se poursuit avec l’étape 107. Au sein de l’étape 107, le dispositif d’injection de poudre 14 est désactivé afin que la poudre cesse de s’écouler et le faisceau laser 13 balaie le motif prédéfini sur la pièce.
Dans une étape 108, le capteur de température permet de surveiller la température du post-chauffage afin de déterminer s’il est nécessaire de poursuivre le chauffage en ajustant les paramètres du faisceau laser 13 pour suivre le profil de refroidissement de la pièce ou s’il est nécessaire de stopper le post-chauffage.
Ensuite, au sein de l’étape optionnelle 109, l’utilisateur vérifie de manière visuelle ou le système 10 vérifie de manière automatique, à l’aide d’un palpeur, d’un scanner tridimensionnel, d’une caméra linéaire la géométrie de la forme déposée sur la surface déterminée afin de valider le respect de la géométrie par rapport à un modèle déterminé.
Selon un mode de réalisation préféré, la vitesse de rechargement, construction ou réparation est de 13 mètres par minute, le débit du gaz porteur est de 3 litres par minute et l’angle d’inclinaison du tube fin est de 25 degrés par rapport à la normale de la surface de la pièce.
La figure 5 montre une photographie vue de dessus d’une réparation avec une trajectoire en spirale du faisceau laser.
La figure 6 montre une photographie vue de dessus d’une réparation avec une trajectoire du faisceau laser en forme de zig-zag sur une pièce en forme de carré.
La figure 7 montre une photographie vue de dessus d’une réparation avec une trajectoire en spirale du faisceau laser.
La figure 8 montre une photographie d’une réparation après un polissage et une attaque d’une coupe transversale de la pièce traitée.
Le système selon l’invention permet d’utiliser une tête à balayage laser 12 pour un procédé LMD (en anglais : Laser Metal Deposition) et ce, sans lit de poudre fixe, tout en conservant le système 10 immobile par rapport à la pièce à traiter. Au sein de l’invention, le jet de poudre est dynamique c’est-à-dire qu’il est présent pendant la durée de la réparation, du rechargement ou de la construction. Le motif nécessaire à la construction dudit volume est réalisé uniquement grâce aux mouvements des miroirs galvanométriques.
Grâce à l’invention, la dynamique de déplacement, c’est-à-dire la vitesse et l’accélération du faisceau laser dans le plan de la pièce sont plus élevées que dans les systèmes de réparation, rechargement et construction de l’état de l’art. Ainsi, le mouvement rapide du faisceau laser permet une répartition thermique plus homogène de la surface traitée.
Grâce à l’invention, il est possible de réaliser une gestion thermique d’une construction localisée. En effet, dans la mesure où l’apport de poudre et l’apport d’énergie thermique sont dissociés au sein de la présente invention, il est possible de préchauffer la surface à construire, à réparer ou à recharger au moyen de la trajectoire du faisceau laser décrit précédemment et de post-chauffer la surface construite, réparée ou rechargée comme décrit précédemment.
Cette gestion thermique peut donc être réalisée avant et après la construction, la réparation ou le rechargement d’une surface déterminée.
A l’issue du procédé selon l’invention, le taux de dilution est très faible et équivalent à celui des solutions de rechargement laser de l’art antérieur.
Le système selon l’invention permet de réparer, recharger ou construire des pièces sur des surfaces de faible dimension, de l’ordre de quelques centimètres.
Le système selon l’invention permet également de réparer, recharger ou construire des surfaces de pièces dans des zones desdites pièces actuellement non accessibles en raison de l’encombrement d’une buse de dépôt selon l’état de l’art.
Le système selon l’invention permet aussi d’effectuer les opérations de réparation, de rechargement ou de construction sur des matériaux susceptibles de se fissurer, selon l’état de l’art. Grâce au système selon l’invention, ces matériaux ne se fissurent pas à l’issue du procédé selon l’invention. En effet, la gestion thermique selon l’invention permet d’éviter la fissuration.
Le système selon l’invention permet de dissocier la taille du dépôt de matière sur la pièce de la taille du faisceau laser grâce à la dynamique de déplacement du faisceau laser.
Par ailleurs, le système selon l’invention peut s’adapter facilement aux machines de fabrication additive existantes.
Les modes de réalisation précédemment décrits sont indiqués à titre d’exemples uniquement.
Bibliographie
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Claims (21)

  1. Système (10) pour ajouter de la matière par fusion de poudre sur une surface déterminée d’une pièce au moyen d’un faisceau laser (13) pour construire un volume, ledit système (10) comprenant :
    - un dispositif d’émission d’un faisceau laser pour émettre un faisceau laser incident,
    - une tête à balayage laser (12) pourvue d’au moins deux miroirs galvanométriques pour réfléchir et déplacer le faisceau laser incident au moins dans le plan des surfaces à recharger, réparer ou construire selon un motif déterminé, et pourvue d’une lentille pour focaliser le faisceau laser incident réfléchi sur la surface déterminée, le système (10) comprenant la tête à balayage laser (12) étant maintenu immobile par rapport à la pièce lors de la construction dudit volume,
    - un dispositif d’injection de poudre (14) placé latéralement par rapport au faisceau laser incident réfléchi focalisé (13) pour distribuer la poudre sur la surface déterminée, la poudre étant distribuée de manière continue pendant la construction dudit volume,
    la fusion de la poudre étant réalisée par le faisceau laser incident réfléchi focalisé (13) émis sur la poudre distribuée sur la surface déterminée.
  2. Système (10) selon la revendication 1, comprenant au moins un support poly-articulé permettant de déplacer le système (10) et/ou la pièce pour permettre le positionnement du système (10) par rapport à la pièce afin d’accéder à la surface déterminée.
  3. Système (10) selon la revendication 1 ou 2, le dispositif d’injection de poudre (14) comprenant un tube (16) pour distribuer la poudre sur la surface déterminée.
  4. Système selon la revendication 3, dans lequel le dispositif d’injection de poudre (14) comprend un premier dispositif (18) de réglage latéral du tube (16) dans un plan parallèle à la surface déterminée de la pièce.
  5. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’injection de poudre (14) comprend un deuxième dispositif (20) de réglage pour régler l’angle à partir duquel la poudre est distribuée sur la surface déterminée.
  6. Système (10) selon la revendication 3, dans lequel le dispositif d’injection de poudre (14) comprend un troisième dispositif de réglage (22) pour régler la hauteur du tube (16) par rapport à la surface déterminée.
  7. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’injection de poudre (14) comprend un quatrième dispositif de réglage (24) pour régler la hauteur du dispositif d’injection de poudre (14) par rapport à la surface de la pièce.
  8. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant un dispositif d’éclairage pour éclairer la surface déterminée.
  9. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une caméra permettant de localiser le motif et de positionner le système (10).
  10. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant un dispositif d’analyse du volume de matière à ajouter, tel qu’un palpeur, un scanner tridimensionnel ou une caméra.
  11. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité de programmation adaptative pour créer les trajectoires adaptées au volume de matière à ajouter.
  12. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité d’acquisition de la température de la pièce lors d’une étape de préchauffage (102) avant l’ajout de matière et lors d’une étape de post-chauffage (107) après l’ajout de matière.
  13. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité de lancement automatique de l’ajout de matière à une température déterminée.
  14. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité de gestion automatique d’un cycle complet d’ajout de matière.
  15. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité d’analyse des informations pour surveiller l’ajout de matière.
  16. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité d’analyse de la géométrie du volume construit et une unité de comparaison avec un modèle tridimensionnel.
  17. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité de gestion automatique de l’arrivée de la poudre.
  18. Système (10) selon l’une des revendications précédentes, ledit système comprenant une unité d’asservissement de la puissance d’émission du faisceau laser en fonction de la température.
  19. Procédé pour ajouter de la matière sur une surface déterminée d’une pièce au moyen d’une tête à balayage laser (12), d’un dispositif d’émission d’un faisceau laser et d’un dispositif d’injection de poudre (14), la tête à balayage laser (12) étant pourvue de deux miroirs galvanométriques pour réfléchir et focaliser un faisceau laser incident, et déplacer le faisceau laser incident réfléchi focalisé (13) sur la surface déterminée selon un motif déterminé, lors de la rotation des miroirs galvanométriques et la tête à balayage laser (12), le dispositif d’émission d’un faisceau laser, et le dispositif d’injection de poudre (14) étant immobiles par rapport à la pièce, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
    - identification (100) de la surface à recharger, construire ou réparer sur la pièce,
    - positionnement (100) relatif de la tête à balayage laser (12), du dispositif d’émission d’un faisceau laser, et du dispositif d’injection de poudre (14) et/ou de la pièce,
    - activation (104) du dispositif d’injection de poudre (14) pour permettre l’écoulement de la poudre sur la surface déterminée identifiée,
    - émission (105) du faisceau laser incident réfléchi focalisé (13) sur la surface déterminée identifiée selon un motif prédéfini,
    - Fusion (105) de la poudre sur la surface déterminée identifiée, simultanément à l’émission du faisceau laser incident réfléchi focalisé (13).
  20. Procédé selon la revendication 19, comprenant une étape de préchauffage (102), dans laquelle le faisceau laser incident réfléchi focalisé (13) est émis sur la surface déterminée identifiée selon un motif prédéfini, l’étape de préchauffage (102) ayant lieu avant l’étape d’activation (104) du dispositif d’injection de poudre (14).
  21. Procédé selon l’une des revendications 19 ou 20, comprenant une étape de post-chauffage (107), l’étape de post-chauffage (107) ayant lieu après l’étape de désactivation du dispositif d’injection de poudre (14).
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