FR3099395A1 - Electrodes pour la fabrication additive par soudage à l'arc robotisé de pièces en métal à très faible conductivité thermique, chargeur, et dispositif et procédé d’affutage pour de telles électrodes - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de fabrication additive d’une pièce (300) en métal ayant une faible conductivité thermique, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, par dépôt successif de couches (310), à l’aide d’un dispositif comprenant une torche de soudage mobile (200) pourvue d’une électrode infusible (215) et d’un tube contact configuré pour guider le fil de soudage (230). L’invention a pour objet l’électrode infusible (215) et plus particulièrement la géométrie de sa partie active, son procédé d’affutage ainsi qu’un dispositif d’affutage. L’invention a aussi pour objet un changeur d’électrode incorporé au dispositif de fabrication additive. Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention concerne la fabrication additive de pièces tridimensionnelles en métal à très faible conductivité thermique, et, plus particulièrement, une électrode pour la fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière, le fil de soudage étant distinct de l’électrode et sensiblement parallèle à celle-ci. Cette disposition permet la fusion du fil de soudage dans le bain de fusion ou à proximité de celui-ci. L’invention concerne également un chargeur d’électrode ainsi qu’un dispositif et un procédé d’affutage des électrodes selon l’invention.
La fabrication additive de pièces tridimensionnelles repose sur un principe général d’apport de matière, les pièces étant construites couche par couche. Les technologies couramment mises en œuvre de fabrication additive reposent aujourd’hui sur la fusion ou le frittage d’une fine couche de poudres, typiquement de poudres métalliques, plastiques ou céramiques. Il existe des procédés sur lit de poudre et des procédés par projection de poudre. Ils sont adaptés à la production d’un nombre limité de pièces.
Bien que ces technologies aient fait leurs preuves, elles présentent néanmoins des inconvénients liés, notamment, aux coûts des moyens mis en œuvre pour effectuer la fusion ou le frittage, typiquement un faisceau d’électrons ou un faisceau laser, et à la dimension des pièces produites, généralement inférieures à quelques dizaines de centimètres, voire de l’ordre du mètre pour les plus grandes dimensions.
La fabrication additive basée sur des technologies de soudage, par exemple de soudage de type MIG-MAG (Metal Inert Gas – Metal Active Gas) ou TIG (Tungsten Inert Gas) où le fil de soudage permet l’apport de matière pour fabriquer une pièce, autorise la fabrication de pièces de grandes dimensions avec un matériel souvent moins onéreux, bien que nécessitant des traitements de finition. Cette technologie permet la fabrication de pièces dans un grand nombre de métaux parmi lesquels l’aluminium, l’acier, l’acier inoxydable ou encore le titane.
Lafigure 1illustre schématiquement un exemple de dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage.
Comme illustré, une pièce tridimensionnelle 100 est fabriquée par dépôts successifs de couches génériquement référencées 105. La première couche 105 est déposée sur un support 110 tandis qu’une couche suivante 105 est déposée sur une couche précédente 105 et ainsi de suite jusqu’à obtention de la pièce 100. Le matériau du support 110 est généralement le même que celui du fil d’apport de telle sorte que la pièce finale résulte de la combinaison d’au moins une partie du support 110 et des couches 105 déposées successivement.
Selon l’exemple illustré sur la figure 1, l’apport de matériau est effectué par soudage à l’aide d’une torche MIG 115. Celle-ci comprend un tube contact pour guider le fil de soudage 120 et une buse canalisant un gaz inerte jusqu’à l’endroit où le métal est déposé afin de prévenir toute oxydation lors du soudage. Elle peut également comprendre un mécanisme d’entrainement du fil de soudage 120, par exemple un mécanisme à galets d’entrainement. Le fil de soudage 120 joue ici le rôle d’électrode pour la production d’un arc électrique permettant la fusion d’une partie de la surface du support 110, de la couche 105 déposée précédemment et de l’extrémité du fil de soudage 120. La torche 115 est reliée à un générateur électrique (non représenté) qui fournit le courant électrique requis pour déclencher et maintenir l’arc nécessaire au soudage.
La position de la torche 115 est contrôlée par un bras robotisé 125, par exemple un bras à 5 ou 6 degrés de liberté, lui-même contrôlé par un logiciel de commande exécuté par un calculateur (non représenté).
Selon l’exemple présenté, la torche 115 a un mouvement circulaire autour d’un axe perpendiculaire à la surface du support 110 où les couches 105 seront déposées, et, un mouvement d’élévation incrémental, pour permettre, à chaque révolution, le dépôt d’une nouvelle couche 105 sur la couche déposée précédemment.
L’objet 100 est, par exemple, réalisé en acier.
Cependant, alors que cette technologie est facilement accessible, sa mise en œuvre s’avère souvent délicate du fait, notamment, de l’échauffement de la pièce qui peut conduire à des déformations et à des effondrements du bain de fusion.
Par ailleurs, elle n’est pas adaptée à certains matériaux tels que le titane ou des alliages à base de fer, nickel et chrome, notamment les alliages connus sous les noms Inconel 600, Inconel 625 et Inconel 718 (Inconel est une marque), offrant une très grande résistance thermique et/ou électrique. En effet, pour ces matériaux, les résultats obtenus ne sont généralement pas satisfaisants en termes de tenue mécanique.
Alternativement au soudage de type MIG décrit ci-dessus, un soudage de type TIG pourrait être utilisé. Un dispositif de soudage TIG utilise une torche comprenant généralement un corps de torche auquel est fixé une électrode infusible, qui peut être en tungstène, et une buse permettant de délivrer un gaz d’inertage autour du bain de soudure. Un fil de soudage est guidé jusqu’à proximité de l’électrode. Dans un dispositif de soudage TIG, l’électrode est affutée en pointe comme illustré à la figure 7. Les caractéristiques physiques de la partie aiguisée de l’électrode jouent un rôle majeur dans la formation et la forme de l’arc et donc sur les dimensions du cordon de soudure.
Dans le soudage de type TIG des problèmes spécifiques apparaissent du fait que l’arc électrique est généré à l’extrémité de l’électrode qui est distincte du fil de soudage. En effet, cette électrode dite « infusible » est sujette à une usure due aux conditions de son utilisation. C’est pour cela que l’électrode en soudage TIG doit-être régulièrement affutée et remplacée. De plus l’électrode peut être polluée durant son utilisation, notamment par les fumées résultant de la combustion liée au soudage, par exemple des fumées d’huiles de lubrification. Dans le cadre de la fabrication additive de pièce métallique l’usure et la pollution de l’électrode affecte la géométrie et les caractéristiques physico-chimique de la partie active de l’électrode ce qui altère la forme et la stabilité de l’étincelle dont dépend la qualité et la stabilité de la couche de métal à déposer.
Il existe donc un besoin pour améliorer les procédés et dispositifs de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, pour la fabrication de pièces tridimensionnelles en matériaux offrant une très faible conductivité thermique, notamment en titane et en alliage à base de fer, nickel et chrome.
L’invention permet de résoudre tout ou partie des problèmes exposés ci-dessus.
L’invention a ainsi pour objet une électrode infusible pour dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m-1.K-1, par dépôt successif de cordons de matière provenant d’un fil de soudage mis en fusion par un arc électrique, l’électrode étant de forme générale cylindrique et comprenant une partie de fixation localisée à une première extrémité axiale de l’électrode et coopérant avec un mécanisme de fixation d’une torche de soudage mobile; et une partie active localisée à une deuxième extrémité axiale de l’électrode et permettant de générer un arc électrique dont les caractéristiques dépendent de la géométrie de la partie active. Cette partie active de l’électrode présente successivement en direction de la deuxième extrémité axiale de l’électrode tout d’abord au moins une partie tronconique présentant une longueur et un angle de tronc de cône de valeurs déterminées ; et ensuite une partie conique présentant un angle de cône de valeur déterminée. Dans cette partie active, les valeurs de la longueur et de l’angle de la partie tronconique et la valeur de l’angle de la partie conique sont adaptées à la géométrie du cordon de matière à déposer.
La partie tronconique permet un meilleur contrôle de l’énergie incidente et donc une plus grande stabilité et précision de la géométrie du cordon de soudure. Néanmoins, la partie conique qui est soumise directement à l’énergie thermique dégagée durant le processus de fabrication additive et donc à l’usure, de par son angle plus important réduit la quantité de matière exposée à cette énergie thermique et donc son usure tout en contribuant à une bonne morphologie et stabilité de l’arc électrique. L’électrode selon l’invention permet ainsi la fabrication à faible coût de pièces en métaux ayant une très faible conductivité thermique, en améliorant la précision et la reproductibilité des résultats obtenus.
De façon avantageuse, le diamètre du corps de l’électrode est compris entre 0,25 et 6,4 mm.
Préférentiellement, l’angle de tronc de cône de la partie active de l’électrode est compris entre 10° et 50°.
Préférentiellement, l’angle de cône de la partie active de l’électrode est compris entre 30° et 80°.
Préférentiellement, l’angle de tronc de cône est compris entre 20° et 40°.
L’invention a aussi pour objet un dispositif d’affutage d’une électrode infusible telle que définie ci-dessus, comprenant un support abrasif présentant une face sensiblement plane sur laquelle une partie active de l’électrode est affutée ; et des moyens de positionnement de l’électrode à affuter pour positionner l’électrode dans au moins une position angulaire par rapport à la face sensiblement plane du support abrasif, la ou lesdites positions angulaires correspondant à l’angle de la partie tronconique et/ou à l’angle de la partie conique de l’électrode.
Avantageusement, dans le dispositif d’affutage, les moyens de positionnement de l’électrode sont un porte-électrode pouvant basculer d’une première position angulaire à une deuxième position angulaire pour réaliser successivement la partie tronconique et la partie conique.
Alternativement, dans le dispositif d’affutage, les moyens de positionnement de l’électrode correspondent à un premier organe de guidage coopérant avec l’électrode pour la positionner dans une première position angulaire pour réaliser la partie tronconique et un deuxième organe de guidage coopérant avec l’électrode pour la positionner dans une deuxième position angulaire pour réaliser la partie conique.
L’invention a également pour objet un procédé d’affutage d’électrode infusible telle que définie ci-dessus qui comprend les étapes suivantes : d’une part la mise en place d’une électrode dans des moyens de positionnement de l’électrode par rapport à une face sensiblement plane d’un support abrasif et la mise en mouvement du support abrasif ; et d’autre part l’affutage successif de la partie tronconique puis de la partie conique de l’électrode. Le procédé d’affutage selon l’invention permet l’affutage avec une grande précision et répétabilité de la forme de l’électrode souhaitée ce qui contribue à la régularité et à la qualité de la pièce à fabriquer.
Avantageusement, dans le procédé d’affutage l’étape de mise en place d’une électrode dans des moyens de positionnement se décompose en une étape de guidage de l’électrode selon une première position angulaire par rapport à la face sensiblement plane du support abrasif dans laquelle la partie tronconique de l’électrode est réalisée, et une étape de guidage de l’électrode selon une deuxième position angulaire par rapport à la face sensiblement plane du support abrasif dans laquelle la partie conique de l’électrode est réalisée.
Alternativement, dans le procédé d’affutage l’étape de mise en place d’une électrode dans des moyens de positionnement se décompose en une étape de positionnement de l’électrode dans un porte-électrode, et une étape de basculement du porte-électrode entre une première position angulaire dans laquelle la partie tronconique est réalisée et une deuxième position angulaire dans laquelle la parie conique de l’électrode est réalisée.
Dans un deuxième mode de réalisation, l’invention a également pour objet un changeur d’électrodes infusibles pour dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m- 1.K-1 , par dépôt successif de cordons de matière provenant d’un fil de soudage mis en fusion par un arc électrique. Le changeur d’électrodes comprend : un chargeur d’électrodes dans lequel sont disposés des électrodes, un bras robotisé supportant une torche de soudage sur laquelle est fixée de façon amovible une électrode, un mécanisme de montage/démontage d’électrode pour fixer et détacher l’électrode de la torche, et un dispositif de déplacement de l’électrode entre le mécanisme de montage/démontage et le chargeur d’électrodes.
Grâce au changeur d’électrodes selon l’invention, plusieurs électrodes affutées peuvent être stockées à l’intérieur de l’enceinte d’inertage en début de cycle de fabrication additive avant que celle-ci soit remplit de gaz inerte. Ainsi la durée de l’opération de changement d’électrode est réduite ce qui contribue à une plus grande régularité de la fabrication additive d’une pièce et à une productivité accrue du dispositif de fabrication additive.
Avantageusement, l’électrode est clipsable sur la torche de soudage et le mécanisme de montage/démontage est adapté à clipser et déclipser l’électrode de la torche.
Préférentiellement, dans le changeur d’électrodes le chargeur d’électrodes se déplace dans les deux sens d’un axe x d’un repère cartésien.
De façon avantageuse, dans le changeur d’électrodes infusibles le dispositif de de déplacement de l’électrode se déplace dans les deux sens d’un axe y et d’un axe z du repère cartésien.
Préférentiellement, au moins un des mouvements du dispositif de déplacement de l’électrode et du chargeur d’électrode du changeur d’électrodes est effectué par un vérin électrique.
Selon un troisième mode de réalisation de l’invention, il est proposé un changeur d’électrodes tel que défini ci-dessus dans lequel sont positionnées des électrodes telles que définies précédemment.
Dans un quatrième mode de réalisation, l’invention a aussi pour objet un dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m- 1.K-1, par dépôt successif de cordons de matière provenant d’un fil de soudage mis en fusion par un arc électrique, caractérisé en ce qu’il comprend une électrode selon l’une des revendications 1 à 5 et/ou un changeur d’électrodes selon l’une des revendications 12 à16.
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif, au regard des dessins annexés, eux-mêmes n’étant fourni qu’à titre illustratif d’exemples de mise en œuvre de l’invention, et dans lesquels :
Selon des modes de réalisation et tel qu’illustré à titre indicatif aux figures, l’invention concerne tout d’abord des électrodes dites « infusibles » pour la fabrication additive par soudage à l’arc robotisé, le dépôt de matière étant effectué à l’aide d’une torche permettant la fusion d’un fil de soudage amené, de préférence, sensiblement parallèlement à une électrode non fusible, par exemple une électrode en tungstène, le fil de soudage entrant en fusion au contact du bain de fusion provoqué par l’arc électrique généré entre l’électrode et la pièce en cours de fabrication ou à proximité de ce bain de fusion. Selon d’autres modes de réalisation, l’invention vise des chargeurs pour de telles électrodes ainsi qu’un dispositif et un procédé d’affutage pour des électrodes infusibles et un changeur d’électrodes.
Selon des modes de réalisation particuliers, l’invention permet la fabrication additive de matériaux ayant une très faible conductivité thermique (ou très forte résistance thermique), par exemple une conductivité thermique inférieure à 25 W.m- 1.k-1, ou dans un exemple plus spécifique une conductivité thermique comprise entre 10 W.m-1.k-1et 25 W.m-1.k-1. A titre d’illustration, un tel matériau peut-être le titane ayant une conductivité thermique d’environ 21 W.m- 1.k-1, l’Inconel 600 ayant une conductivité thermique d’environ 14,8 W.m-1.k-1, l’Inconel 625 ayant une conductivité thermique d’environ 9,8 W.m-1.k-1, l’Inconel 718 ayant une conductivité thermique d’environ 11,2 W.m-1.k-1ou un assemblage de tels matériaux (Inconel est une marque).
Lafigure 2illustre un exemple de torche de soudage pouvant être utilisées pour mettre en œuvre l’invention. Dans un dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, l’utilisation du soudage de type TIG nécessite l’emploi d’une torche 200 adaptée telle que montrée à lafigure 2.
La torche de soudage 200 comprend ici un support de torche 205, un corps de torche 210 auquel est fixé une électrode infusible 215, par exemple une électrode en tungstène, et une buse 220 permettant de délivrer un gaz d’inertage 235.
La torche 200 comprend également un tube contact 225 pour guider un fil de soudage 230, de préférence selon une direction sensiblement parallèle à l’électrode 215 ou, plus généralement, selon une direction formant un angle avec celle de l’électrode 215 compris entre environ 0° et 35°, par exemple entre 15° et 25°, par exemple encore un angle d’environ 20°.
Le tube contact est, de préférence, arrangé pour déboucher à l’intérieur de la buse 220 de telle sorte que le fil de soudage soit proche de l’électrode de soudage 215. A titre d’illustration, le fil de soudage se situe, au niveau de l’extrémité inférieure de l’électrode de soudage, à une distance de celle-ci comprise entre 1 et 10 mm, par exemple environ 5 mm.
Le tube contact 225 peut être associé à un mécanisme d’entrainement (non représenté) pour contrôler l’avance du fil de soudage, tel que, par exemple, un mécanisme à galets d’entrainement. Ce mécanisme d’entrainement du fil de soudage 230 peut opérer seul ou en combinaison avec un autre mécanisme similaire installé, par exemple, sur un bras robotisé auquel est fixée la torche de soudage 200 ou dans un générateur électrique délivrant le courant nécessaire à la production de l’arc électrique permettant le dépôt de matière.
Lafigure 3illustre la mise en œuvre d’une torche de soudage de type TIG similaire à celle illustrée sur la figure 2, pour la fabrication additive d’une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique.
A titre d’illustration, il est considéré ici que la pièce 300 en cours de fabrication comprend tout ou partie d’un support 305 et une première couche 310 en cours de réalisation. Le support 305 et la couche 310 sont typiquement formés dans le même matériau, par exemple du titane. Une partie du support 305 n’appartenant pas à la pièce fabriquée pourra être éliminée durant la finition.
Comme illustré, lorsque la torche de soudage 200 est utilisée et qu’un courant est appliqué entre l’électrode 215 et la pièce 300 en cours de fabrication, un arc électrique 315 se forme entre l’électrode 215 et la partie de la pièce 300 la plus proche de l’électrode 215. L’arc électrique ainsi formé chauffe la partie supérieure de la pièce 300 la plus proche de l’électrode 215, formant un bain de fusion 320.
L’angle entre l’électrode 215 et une normale à la surface du support 305 sur laquelle une couche de matière 310 doit être déposée, peut-être compris entre 0° et 25°, par exemple entre 0° et 5°.
Le courant électrique appliqué à l’électrode infusible 215 peut être, par exemple, un courant pulsé permettant d’alterner des temps chauds et des temps froids afin de permettre une fusion assurant des propriétés mécaniques recherchées tout en limitant l’échauffement de la pièce en cours de fabrication.
L’avancement du fil de soudage peut être synchronisé avec les pulsations du courant appliqué à l’électrode utilisée pour former l’arc électrique. Ainsi, le fil de soudage avance lorsque le bain de fusion permet la fusion du fil de soudage et n’avance pas lors des périodes de refroidissement de la pièce en cours de fabrication. Du fait du temps nécessaire au chauffage de la pièce en cours de fabrication, permettant d’amener le bain de fusion à la température requise, il peut exister un temps de latence entre l’application d’un courant correspondant à un temps chaud et l’avancement du fil de soudage. En d’autres termes, l’avancement du fil de soudage peut être déphasé par rapport au courant pulsé appliqué à l’électrode de soudage.
Lafigure 4illustre un exemple de variation de l’intensité d’un courant pulsé appliqué à une électrode de soudage et un exemple de variation d’avancement d’un fil de soudage.
Comme illustré sur le graphe supérieur de la figure 4, le courant pulsé appliqué à l’électrode de soudage peut varier d’une intensité notéeIfassociée à un temps froid à une intensité notéeIcassociée à un temps chaud. A titre d’illustration, l’intensitéIfpeut être égale à environ 200A tandis que l’intensitéIfpeut être égale à environ 100A. D’autres intensités peuvent bien sûr être utilisées, notamment selon la nature du fil de soudage et son diamètre.
Toujours à titre d’illustration, chaque cycle d’intensité correspondant au temps chaud, notéCc, représente entre 10 et 50% d’un cycle total notéCt, par exemple environ 20% d’un cycle total notéCt.
La fréquence du courant pulsé peut être comprise entre 1 et 20Hz, par exemple environ 5Hz.
Comme illustré sur le graphe inférieur de la figure 4, la vitesse d’avancement du fil de soudage varie ici d’une vitesse notéeV fassociée à un temps froid à une vitesse notéeV cassociée à un temps chaud. La vitesseVfpeut être nulle ou négative (correspondant alors à un retrait).
La fréquence de cadencement d’avance du fil de soudage est, de préférence, identique à celle du courant pulsé appliqué à l’électrode de soudage. Cependant, le cycle d’avancement correspondant au temps chaud, notéC A c, peut être plus court, égal ou plus long que le cycle d’intensitéIccorrespondant au temps chaud. Par ailleurs, comme observé ci-dessus, un temps de latence ou déphasage noté Δt est, de préférence, appliqué pour permettre au bain de fusion de chauffer avant que le fil de soudage n’entre en contact avec celui-ci.
Lesfigures 5a à 5eillustrent des étapes d’apport de métal à très faible conductivité thermique par fusion du fil de soudage dans le bain de fusion ou à proximité de celui-ci, pour la fabrication additive d’une pièce 300.
Les étapes visées ici ont pour objet l’apport de métal pour la formation d’une troisième couche, référencée 310-3, sur une deuxième couche référencée 310-2 elle-même déposée sur une première couche référencée 310-1 qui a été déposée sur un support 305.
Comme illustré sur la figure 5a, un arc électrique 315 est maintenu entre l’électrode 215 et la pièce 300, plus précisément entre l’électrode 215 et la surface de la seconde couche 310-2 sur laquelle est déposée une nouvelle couche.
Il est supposé ici que l’intensité du courant appliqué à l’électrode 215 est, durant l’étape illustrée sur la figure 5a, une intensité correspondant à un début de temps chaud, permettant l’élévation de la température du bain de fusion 320.
Dans une étape suivante, illustrée sur la figure 5b, le fil de soudage avance pour venir en contact du bain de fusion ou à proximité de ce dernier.
Lorsque le fil de soudage est en contact avec le bain de fusion ou qu’il se trouve à proximité de ce dernier, par exemple à moins de 5mm, sa partie inférieure, notée 500, entre en fusion et, comme illustré sur la figure 5c, tombe sur la pièce 300 en cours de fabrication, dans le bain de fusion, pour venir former le dépôt noté 505.
Combiné à une baisse d’intensité du courant appliqué à l’électrode de soudage, correspondant à un temps froid, le dépôt de la partie inférieure du fil de soudage vient refroidir le bain de fusion, l’apport correspondant à cette partie inférieure du fil de soudage venant ainsi se figer avant de s’étaler de façon excessive, comme illustré sur la figure 5d.
Comme illustré sur la figure 5e, similaire à la figure 5a, le processus se poursuit avec un nouveau temps chaud durant lequel l’intensité du courant appliqué à l’électrode de soudage est augmentée pour recréer un bain de fusion au contact ou à proximité duquel le fil de soudage pourra entrer en fusion afin d’effectuer un nouvel apport de métal.
Le fil de soudage peut commencer son mouvement vers le bain de fusion dès que l’intensité du courant appliqué à l’électrode de soudage est augmentée, voire avant, en fonction de la longueur de la partie fondue, de telle sorte que l’extrémité inférieure du fil de soudage soit en contact avec le bain de fusion ou à proximité de ce dernier lorsqu’il atteint une température permettant l’apport de métal.
La torche de soudage peut avancer indépendamment des pulsations du courant appliqué à l’électrode de soudage, c’est-à-dire de façon continue ou quasi continue le long du chemin sur lequel un dépôt doit être effectué (étant observé que le dépôt peut être arrêté temporairement selon les formes de la pièce à fabriquer).
De plus, un dépôt ponctuel de matière est effectué en début et/ou en fin de trajectoire de dépôt pour compenser l’affaissement résultant du procédé de dépôt de matière.
Le métal déposé le long d’une trajectoire lors d’un passage de la torche de soudure peut mesurer, par exemple, environ 1mm de haut et 5mm de large.
Lafigure 6illustre un exemple de dispositif pour la fabrication additive d’une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique.
Comme illustré, le dispositif 600 comprend une enceinte fermée 602, de préférence étanche ou quasi étanche, permettant l’établissement d’une surpression de l’intérieur de la cavité par rapport à l’extérieur, par exemple une surpression comprise entre 2 et 10%, de telle sorte que l’air extérieur ne puisse pas entrer dans l’enceinte 602 et polluer son atmosphère.
L’enceinte 602 est remplie d’un gaz inerte, par exemple d’argon ou un mélange à base d’argon. Lorsque ce gaz est de l’argon pur, sa pureté est, de préférence, égale ou supérieure à 99,999% (en volume). Il s’agit, par exemple, du gaz commercialisé par la société Air Liquide sous la marque Alphagaz 1 Argon dont la pureté est supérieure à 99,999% (en volume) ou du gaz commercialisé par la société Messer sous la dénomination Argon 6.0 dont la pureté est supérieure à 99,9999% (en volume).
Un système d’alimentation en gaz peut être configuré selon le contexte pour maintenir une pression constante dans l’enceinte 602. Ce système peut en outre comprendre des moyens de recyclage pour filtrer l’atmosphère de l’enceinte 602, notamment filtrer l’oxygène qui serait présent dans cette atmosphère ou des fumées résultant de combustions liées à la soudure, par exemple des fumées d’huile.
Le système d’alimentation en gaz d’inertage peut également modifier la température du gaz injecté dans l’enceinte 602 et, le cas échéant, transmis à la torche de soudage. Une régulation de la température du gaz d’inertage contribue à contrôler la température de l’atmosphère de cette enceinte et celle de la pièce en cours de fabrication.
Outre un système d’alimentation en gaz inerte, le dispositif 600 comprend un générateur électrique et, de préférence, un régulateur de température. Ces éléments peuvent être combinés dans un même ensemble, ici l’ensemble 604, ou être indépendants.
A titre d’illustration, l’ensemble 604 comprend une canalisation d’alimentation en gaz 606 et une canalisation d’aspiration de gaz 608.
Toujours à titre d’illustration et selon un mode de réalisation particulier, la canalisation d’alimentation en gaz diffuse du gaz à proximité de la torche de soudage et alimente en gaz la torche de soudage, par exemple via le bras robotisé supportant la torche de soudage, pour permettre à cette dernière de délivrer du gaz autour de l’électrode de soudage. Ce double apport en gaz inerte permet de réduire un risque d’oxydation lors de l’apport de métal par fusion.
Il est observé ici que si le gaz inerte doit protéger le bain de fusion pour limiter les risques d’oxydation, il protège en outre, de préférence, la pièce en cours de fabrication, notamment lorsqu’elle est portée à une température élevée, par exemple une température supérieure à 300°C.
Dans l’exemple illustré sur la figure 6, l’ensemble 604 comprend en outre une canalisation d’alimentation 610 en fluide calorifique, par exemple en huile ou en glycol, ainsi qu’une canalisation de retour 612 de ce fluide calorifique. Ce dernier permet de chauffer ou refroidir, directement ou indirectement, par exemple par contact, une pièce en cours de fabrication.
L’ensemble 604 fourni en outre, ici, le courant électrique utilisé pour former l’arc électrique nécessaire à l’apport de métal pour la fabrication de la pièce 300. Selon l’exemple illustré sur la figure 6, ce courant est transmis via un câble 614 à la torche de soudage (ce câble passant ici par le bras robotisé supportant cette dernière).
Dans l’exemple illustré sur la figure 6, l’enceinte 602 comprend une table de support 616 pour maintenir le support 305 utilisé pour fabriquer la pièce 300. Le support 300 est maintenu, par exemple, à l’aide de boulons, de pinces ou de tout autre système de fixation génériquement référencés 618. Un maintien ferme du support 305 permet de contrôler sa position et d’éviter une déformation de celui-ci du fait de la chaleur liée aux opérations de soudage.
Selon des modes de réalisation particuliers, la table de support 616 comprend des moyens de régulation thermique, par exemple une plaque 620 dans laquelle peut circuler un fluide calorifique, ici celui apporté par la canalisation 610, pour contrôler la température du support 305 par échange thermique.
L’enceinte 602 comprend en outre une torche de soudage 200 montée sur un bras robotisé 622 lui-même monté sur un support 624 contrôlant les mouvements du bras de façon autonome ou sous la supervision d’un ordinateur 626. Le bras robotisé 622 est, par exemple, un bras à 5 ou 6 degrés de liberté. Combiné, le cas échéant, aux mouvements de la table de support 616, il permet un dépôt de métal sur un support le long d’une trajectoire quasi quelconque.
La table de support 616 est, de préférence, orientable selon un, deux ou trois axes pour faciliter le dépôt de métal dans certaines configurations.
Pour contrôler la qualité de dépôt du métal d’apport et par conséquent la qualité de la pièce fabriquée, il a été observé que la qualité, la stabilité et la morphologie de l’arc électrique joue un rôle très important. Il a également été observé que ces caractéristiques de l’arc électrique sont notamment liées à la géométrie de l’électrode et que cette dernière s’use au cours de son utilisation, lors de la fabrication d’une pièce. De plus l’électrode peut être polluée durant le soudage par les fumées résultant de la combustion d’huiles de lubrification à proximité de la zone de soudage.
Cependant, l’accès à l’intérieur de l’enceinte durant la fabrication d’une pièce étant une opération compliquée, onéreuse et consommatrice de temps, il est nécessaire d’optimiser les électrodes et leur usage pour limiter leur usure et le temps requis pour leur changement qui nécessite une interruption du processus de fabrication.
La figure 7illustre une électrode infusible 700 pour torche de soudage de type TIG telle que représentée à la figure 2. L’électrode est en tungstène du fait de sa température de fusion très élevée (environ 3400°C). Le tungstène utilisé pour la fabrication d’électrode de soudage peut être pure ou dopé avec un additif qui peut être, par exemple, du zirconium, du lanthane, du cérium, ou de la thorine (on parle alors de tungstène thorié).
L’électrode 700 a une forme allongée avec un corps 701 de forme généralement cylindrique. Le corps 701 de l’électrode a un diamètre qui peut être compris entre 0,25 mm et 6,4 mm, par exemple 3,2 mm. Le diamètre de l’électrode est choisi notamment en fonction des dimensions (largeur et épaisseur) du cordon de matière à déposer.
L’électrode 700 présente à une de ses extrémités une partie (non représentées) qui coopère avec des moyens de fixation appartenant à la torche pour fixer de façon démontable l’électrode à cette dernière, par exemple par clipsage. A l’autre extrémité de l’électrode 700 se trouve la partie active 702 qui est en opération la partie de l’électrode la plus proche de la partie de la pièce en cours de fabrication. La partie active 702 de l’électrode 700 a une forme généralement conique. L’arc électrique se produit entre la partie active 702 de l’électrode 700 et la partie de la pièce en vis-à-vis.
Il en découle que les caractéristiques de la partie active 702 de l’électrode 700 jouent un rôle majeur sur la qualité et la morphologie de l’arc électrique et donc, notamment, sur la profondeur, la largeur et la régularité du cordon de soudure déposé par la torche au cours du processus de fabrication additive. Ces éléments détermineront directement la qualité de la pièce à fabriquer et ses propriétés mécaniques.
L’angle 703 du cône formé par la partie active 702 influe directement sur la largeur et la profondeur du bain de soudure et donc de la pénétration du cordon de matière déposé. Un angle 703 aigu aura tendance à dilater l’arc électrique et à former une colonne d’arc en forme de cône pointe en haut, alors qu’un angle 703 proche de 45° génère une colonne d’arc plus « cylindrique ». L’angle 703 de la partie active 702 est généralement compris entre 30° et 60.
Bien que dite « infusible », l’électrode d’une torche de soudage TIG s’use durant son utilisation. Plus particulièrement, c’est l’extrémité de la partie active 702 de l’électrode 700 qui se dégrade durant le soudage. C’est pour cela que l’électrode 700 doit être régulièrement affutée. Une électrode affûtée aiguë facilite l’amorçage de l’arc électrique mais elle se détériore rapidement et provoque des risques d’inclusion de tungstène dans la soudure. C’est pour cela qu’il est recommandé d’émousser la pointe de l’électrode en formant un méplat. Néanmoins, bien que prolongeant la durée d’utilisation de l’électrode entre deux affutages, ce méplat nuit à la stabilité et à la directivité de l’arc électrique dans certaines conditions. Pour la fabrication additive par dépôt de matière, cet aspect est particulièrement critique car il empêche un dépôt de matière régulier et entraine une augmentation de la fréquence des affutages. Il est à noter que L’affutage se fait dans la direction longitudinale de l’électrode 700. Les marques de l’affutage s’étendant de la base vers la pointe du cône formant la partie active 702. Un affutage, par exemple, dans le sens transversal nuit à la stabilité de l’arc électrique.
La hauteur 704 du cône formant la partie active 702 peut être compris dans une plage allant d’une à trois fois le diamètre du corps 701 de l’électrode 700.
La forme conventionnelle de la partie active 702 de l’électrode est donc très sensible à l’usure et elle pose, pour la fabrication additive de pièces tridimensionnelles en métal à très faible conductivité thermique, des problèmes de répétitivité sur des plages de temps suffisamment longues et de précision des dimensions de la couche de métal déposée.
Selon un mode de réalisation de l’invention une forme particulière est conférée à la partie active de l’électrode infusible afin de remédier aux problèmes générés par la technique conventionnelle du soudage TIG lorsqu’appliqué à la fabrication additive de pièces tridimensionnelles en métal à très faible conductivité thermique. Un mode de réalisation de l’invention est illustré à lafigure 8.
L’électrode 800 présente à son extrémité la plus proche de la pièce à réaliser une partie active 802 située à l’extrémité d’un corps d’électrode 801. Selon l’invention, cette partie active 802 est constituée d’au moins deux sections. En partant du corps 801 de l’électrode 800, on trouve au moins une partie tronconique 803 suivie d’une partie conique 804 formant la partie extrême de l’électrode 800 qui est la plus proche de la position où se formera le bain de soudure.
La partie tronconique 803 présente un premier angle 806 dont l’ouverture peut être comprise entre 10° et 50°, préférentiellement entre 20° et 40° par exemple 30°. La hauteur 805 de la partie tronconique 803 est définie par rapport au premier angle 806 et au diamètre de l’électrode 800. La partie conique 804 présente un deuxième angle 807 d’ouverture supérieure à celle du premier angle 806 et comprise entre 30° et 80°, de préférence entre 40° et 70°, par exemple 60°. Il est à noter que la hauteur 805 et les angles 806 et 807 de la partie active 802, de même que le diamètre du corps 801 de l’électrode 800, peuvent varier selon les caractéristiques géométriques du cordon de soudure désirées.
La partie tronconique a, entre autres, pour fonction d’adapter le niveau de l’énergie par réduction progressive de la section de la partie active 802 l’électrode 800 lorsque l’on se rapproche de son extrémité. Ceci permet un meilleur contrôle de l’énergie incidente et donc une plus grande stabilité et précision de la géométrie du cordon de soudure. La partie conique est soumise directement à l’énergie thermique dégagée durant le processus de fabrication additive et donc à l’usure. Sa forme conique avec un deuxième angle 807 d’ouverture supérieure à celle du premier angle 806 réduit la quantité de matière exposée à cette énergie thermique et donc son usure tout en contribuant à une bonne morphologie et stabilité de l’arc électrique.
Un autre aspect de l’invention concerne directement le procédé d’affutage d’une électrode infusible pour la fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par un fil de soudage distinct de l’électrode, pour la fabrication additive de pièces tridimensionnelles en métal à très faible conductivité thermique.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé d’affutage de la partie active 701 de l’électrode 700 telle que représentée à la figure 7. Du fait des conditions thermiques extrêmes au quelles est soumise l’électrode d’une torche de soudage, par exemple de type TIG, celle-ci doit être démontée de la torche et affutée régulièrement afin de restaurer la géométrie désirée de sa partie active. En effet, comme décrit ci-dessus, les caractéristiques de la couche de matière déposée lors de l’opération de soudage dépendent étroitement de la géométrie de la partie active de l’électrode. Afin d’assurer la précision de la largeur et de l’épaisseur de la couche de matière déposée lors de la fabrication additive d’une pièce tridimensionnelle, il faut interrompre régulièrement le processus de fabrication pour démonter l’électrode et l’affuter. Pour des raisons de productivité et de continuité des phases de fabrication, ces interruptions doivent être les moins fréquentes et les plus brèves possibles. A cette fin, l’invention propose un procédé d’affutage durant lequel l’électrode est affutée pour présenter les caractéristiques de l’électrode 800 telle que décrite ci-dessus et illustrée à la figure 8. L’affutage de l’électrode en tungstène, pure ou dopé, se fait sur une meule diamantée ou une meule carborundum, c’est-à-dire au carbure de silicium, par exemple de grain 120. Usuellement, les électrodes sont affutées sur la tranche de la meule. La forme cylindrique de la tranche de la meule procure une forme concave à l’enveloppe de la partie active affutée. Ainsi comme montré à la figure 7, la partie active 701 de l’électrode 700 présente une forme qui n’est pas strictement conique mais dont l’enveloppe est incurvée de façon concave. Cette forme obtenue par un affutage conventionnel accentue les problèmes posés par cette technique pour la fabrication additive. En effet la pointe de la partie active 701 d’une électrode 700 affutée sur la tranche de la meule d’affutage est plus aiguë du fait de la cylindricité de la partie de la meule sur laquelle l’électrode 700 est affutée.
De plus lors d’un affutage conventionnel, la partie active de l’électrode n’est affutée que selon un angle unique afin de lui donner une forme substantiellement conique comme illustré à la figure 7.
Selon l’invention, il est proposé un procédé d’affutage d’électrode infusible pour dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal, qui comprend les étapes suivantes. Une électrode 800 à affuter est positionnée dans un porte-électrode qui est orienté dans une première position angulaire par rapport à la face de la meule sur laquelle l’électrode sera affutée. Dans cette première position angulaire, la direction longitudinale du corps de l’électrode 801 forme par rapport à la face de la meule sur laquelle l’électrode est affutée un angle égal à la moitié du premier angle 806 de la partie tronconique 803 de l’électrode 800.
L’électrode 800 est affutée sur une face de la meule en rotation selon ce premier angle 806 par déplacement du porte électrode vers la meule.
Ensuite le porte-électrode est éloigné de la meule avant d’être basculé avec l’électrode dans une deuxième positon angulaire correspondant à la position d’affutage du deuxième angle 807 de la partie conique 804 de la partie active 802 de l’électrode 800. Dans cette deuxième position, la direction longitudinale du corps de l’électrode 801 forme avec la face de la meule un angle égal à la moitié de l’angle 807 de la partie conique 804. Finalement, la partie active 802 est affutée sur la meule en rotation afin de former la partie conique 804. Il est à noter que cette séquence d’étapes du procédé est indiquée à titre purement illustratif et que le procédé d’affutage peut être mis en œuvre de différentes façons. Par exemple, après l’étape d’affutage de l’électrode selon le premier angle 806, le porte électrode peut être directement basculé dans la deuxième position pour affuter l’électrode selon le deuxième angle 807 sans interruption de l’affutage par éloignement du porte-électrode de la meule.
Comme indiqué ci-dessus, il est préférable d’affuter l’électrode sur une surface plane d’un support abrasif ce qui peut se faire sur d’autres types de support abrasif que des meules, tel que par exemple des limes. Néanmoins, l’affutage de l’électrode sur la tranche d’une meule d’affutage permet également d’obtenir la forme de la partie active à deux angles telle que décrite ci-dessus. Dans ce cas, si le diamètre de la meule est suffisamment grand, la tranche de la meule pourra être considérée comme substantiellement plane par rapport à la taille de l’électrode produisant une concavité négligeable. Bien que produisant une concavité de l’enveloppe des zones affutées, cette configuration a l’avantage de produire des stries d’affutage 705 sensiblement longitudinales par rapport à l’axe de l’électrode. Ce n’est pas le cas si l’affutage se fait sur la face plane d’une meule puisque la génératrice est un arc et non une ligne. Dans la réalité même en utilisant la tranche d’une meule pour affuter l’électrode, les stries d’affutage 705 ne sont pas parfaitement rectilignes puisqu’il faut imprimer un mouvement de rotation de l’électrode autour de son axe durant l’affutage. Néanmoins, cette distorsion des stries d’affutage peut être limitée en réduisant la vitesse de rotation de l’électrode ce qui ralenti d’autant son affutage.
Alors que la séquence d’étapes décrite ci-dessus est applicable à un procédé d’affutage automatique de l’électrode. Celle-ci peut aussi être affutée manuellement, par exemple à l’aide d’un dispositif d’affutage manuel dans lequel l’électrode 800 à affuter est introduite dans une première partie d’un dispositif de guidage coopérant avec l’électrode 800 pour la positionner afin d’en affuter la partie active selon le premier angle 806. Ensuite, l’électrode 800 est introduite dans une deuxième partie du dispositif de guidage coopérant avec l’électrode 800 afin d‘affuter la partie active 802 selon le deuxième angle 807.
Un autre aspect de l’invention concerne un dispositif d’affutage 900 d’électrode infusible selon l’invention pour dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal dont une possibilité de mise en œuvre est illustrée de façon schématique à lafigure 9. L’outil utilisé pour affuter des électrodes est une meule 901 diamantée ou carborundum par exemple de grain 120. Une des faces 902 de la meule est utilisée pour affuter l’électrode. L’affutage de l’électrode sur la face de la meule 902, procure un affutage plus précis. La forme obtenue n’est pas influencée par le rayon de courbure de la tranche 903 de la meule qui peut varier selon, par exemple le degré d’usure de la meule 900.
Afin de garantir une bonne stabilité de l’arc électrique, il est important que l’électrode soit affutée longitudinalement afin que les stries d’affutage 705 (voir figure 7) soient orientées dans la direction du corps de l’électrode. Pour cela l’axe de l’électrode durant l’affutage est le plus perpendiculaire possible à l’axe de rotation de la meule 901 et l’affutage se fait le plus possible à la périphérie de la meule 901 afin d’avoir un rayon de courbure des stries d’affutage 705 le plus grand possible. Le dispositif d’affutage 900 présente un dispositif de positionnement de l’électrode (non-représenté) permettant d’affuter l’électrode tout d’abord dans une première position 904 correspondant au premier angle 806 de la partie tronconique 803 de l’électrode 800, et puis dans une deuxième position 905 correspondant au deuxième angle 807 de la partie conique 804 de l’électrode 800. Le dispositif de positionnement de l’électrode peut prendre différentes formes selon le type de dispositif d’affutage souhaité.
Par exemple, pour un dispositif d’affutage de type manuel, le dispositif de positionnement de l’électrode peut présenter un premier organe de guidage de l’électrode pour guider l’électrode vers la meule dans la première positon 904 et un deuxième organe de guidage pour guider l’électrode vers la meule dans la deuxième positon 905. Ces organes de guidage peuvent, par exemple, prendre la forme d’alésages réalisés dans une pièce de guidage située parallèlement à la meule 901 du côté de la face 902 utilisée pour l’affutage.
Par contre, dans un dispositif d’affutage de type automatique ou partiellement automatique, l’électrode est placée dans un porte-électrode appartenant au dispositif d’affutage et situé en regard de la face 902 de la meule utilisée pour l’affutage. C’est le porte électrode qui d’une part s’avance et s’éloigne de la meule et d’autre part bascule entre la première position d’affutage 904 et la deuxième position d’affutage 905.
Un autre aspect de l’invention concerne un changeur d’électrodes. L’opération de changement de l’électrode dans la torche de soudage nécessite une interruption du procédé de fabrication additive de pièces. Cette interruption est d’autant plus longue que les organes constituant le dispositif de fabrication sont enfermés dans une enceinte d’inertage, qui peut être pressurisée, comme illustrée à la figure 6. Ces interruptions du processus de fabrication influent négativement sur la productivité du dispositif et sur la régularité des propriétés mécaniques de la pièce fabriquée. Pour réduire l’impact de ces interruptions, l’invention propose comme illustré à titre d’exemple à lafigure 10, l’installation d’un changeur d’électrode dans l’enceinte d’inertage 602. Le changeur d’électrode 1000 comporte d’une part un chargeur d’électrodes 1001 présentant des logements 1002 dans chacun desquels est positionnée une électrode 1003, et d’autre part un bras cartésien 1004 permettant de déplacer une électrode 1003 du chargeur d’électrode 1001 vers un mécanisme de montage/démontage d’électrode 1005. Dans le changeur d’électrodes 1000, une électrode peut être déplacée dans les deux sens, positif et négatif, selon les trois axes x, y et z d’un repère cartésien. Par exemple, le chargeur d’électrode 1001 peut se déplacer selon un premier axe x dans les deux sens x+et x-, alors que le bras cartésien peut se déplacer dans les deux sens y-et y+, et z+et z-selon les deux axes x et y. Un bras robotisé 1006 portant la torche de soudage 1007, place la torche 1007 à proximité du mécanisme de montage/démontage 1005 afin qu’une électrode 1003 apportée du chargeur d’électrodes 1001 par le bras cartésien 1004 soit prête à être mise en position sur la torche 1007. Lorsque l’électrode de la torche 1009 est usée, le bras robotisé 1006 replace la torche 1007 à proximité du mécanisme de démontage/démontage 1005 afin que celle-ci soit détachée de la torche 1007 pour être ramenée par le bras cartésien 1004 dans un logement 1002 libre du chargeur d’électrodes 1001. Par exemple, l’électrode 1003 peut être clipsée sur la torche de soudage 1007 et déclipsée de la torche 1007. Le mécanisme de montage/démontage d’électrode 1003 permet ainsi de clipser une électrode affutée sur la torche 1007et de déclipser de la torche 1007 une électrode usée en vue de son changement.
Grâce au changeur d’électrodes 1000, plusieurs électrodes 1003 affutées peuvent être stockées à l’intérieur de l’enceinte d’inertage en début de cycle de fabrication additive avant que celle-ci soit remplit de gaz inerte. Ainsi la durée de l’opération de changement d’électrode est réduite ce qui contribue à une plus grande régularité de la fabrication additive d’une pièce et à une productivité accrue du dispositif de fabrication additive.
Les mouvements du bras cartésien 1004 selon les deux axes y et z et le mouvement du chargeur d’électrodes 1001 selon l’axe x peuvent être induits par des vérins électriques. L’utilisation de vérins électriques, comparée aux vérins hydrauliques, permet d’obtenir une plus grande précision des mouvements, plus de positions possibles et une gestion facilitée des déplacements du chargeur d’électrode 1001 et du bras cartésien 1004 par automate.
Lafigure 11illustre un exemple de dispositif de contrôle pouvant être utilisé pour mettre en œuvre, au moins partiellement, un mode de réalisation. Il peut correspondre au dispositif 626 illustré sur la figure 6 ou à un élément du support 624 si celui peut contrôler le bras robotisé 622 de façon autonome. Un tel dispositif peut également être utilisé pour contrôler les caractéristiques du courant appliqué à l’électrode de soudage et/ou pour contrôler l’avance du fil de soudage.
Le dispositif de contrôle 1100 est par exemple un ordinateur ou un calculateur. Il comporte de préférence un bus de communication 1102 auquel sont reliés :
- une unité centrale de traitement ou microprocesseur 1104 (CPU, sigle deCentral Processing Uniten terminologie anglo-saxonne) ;
- une unité centrale de traitement ou microprocesseur 1104 (CPU, sigle deCentral Processing Uniten terminologie anglo-saxonne) ;
une mémoire morte 1106 (ROM, acronyme deRead Only Memoryen terminologie anglo-saxonne) pouvant comporter le système d’exploitation et des programmes tels que "Prog" ;
- une mémoire vive ou mémoire cache 1108 (RAM, acronyme deRandom Access Memoryen terminologie anglo-saxonne) comportant des registres adaptés à enregistrer des variables et paramètres créés et modifiés au cours de l'exécution des programmes précités ;
- un lecteur 1110 de support amovible de stockage 1112 tel qu’une carte mémoire ou un disque, par exemple un disque DVD ; et
- une carte graphique 1114 reliée à un écran 1116.
- une mémoire vive ou mémoire cache 1108 (RAM, acronyme deRandom Access Memoryen terminologie anglo-saxonne) comportant des registres adaptés à enregistrer des variables et paramètres créés et modifiés au cours de l'exécution des programmes précités ;
- un lecteur 1110 de support amovible de stockage 1112 tel qu’une carte mémoire ou un disque, par exemple un disque DVD ; et
- une carte graphique 1114 reliée à un écran 1116.
Optionnellement, le dispositif 1100 peut également disposer des éléments suivants :
- un disque dur 1120 pouvant comporter les programmes "Prog" précités et des données traitées ou à traiter ;
- un clavier 1122 et une souris 1124 ou tout autre dispositif de pointage comme un crayon optique, un écran tactile ou une télécommande permettant à l’utilisateur d’interagir avec les programmes précités ; et
- une interface de communication 1126 reliée à un réseau de communication distribué 1128, par exemple un réseau de communication sans fil et/ou un réseau de communication local, l'interface étant apte à transmettre et à recevoir des données.
- un disque dur 1120 pouvant comporter les programmes "Prog" précités et des données traitées ou à traiter ;
- un clavier 1122 et une souris 1124 ou tout autre dispositif de pointage comme un crayon optique, un écran tactile ou une télécommande permettant à l’utilisateur d’interagir avec les programmes précités ; et
- une interface de communication 1126 reliée à un réseau de communication distribué 1128, par exemple un réseau de communication sans fil et/ou un réseau de communication local, l'interface étant apte à transmettre et à recevoir des données.
Le bus de communication permet la communication et l'interopérabilité entre les différents éléments inclus dans le dispositif de contrôle 1100 ou reliés à lui. La représentation du bus n'est pas limitative et, notamment, l'unité centrale est susceptible de communiquer des instructions à tout élément du dispositif 1100 directement ou par l'intermédiaire d'un autre élément du dispositif 1100.
Le code exécutable de chaque programme permettant à l'appareil programmable de mettre en œuvre l'invention peut être stocké, par exemple, dans le disque dur 1120 ou en mémoire morte 1106.
De plus le dispositif de contrôle 1100 peut contrôler les opérations du changeur d’électeurs 1000. C’est-à-dire les mouvements du chargeur 1001 selon l’axe x, les mouvements du bras cartésien 1004 selon les axes y et z et le fonctionnement du mécanisme de montage/démontage 1005.
Selon une variante, le code exécutable des programmes pourra être reçu par l'intermédiaire du réseau de communication 928, via l'interface 926, pour être stocké de façon identique à celle décrite précédemment.
De manière plus générale, le ou les programmes pourront être chargés dans un des moyens de stockage du dispositif 900 avant d'être exécutés.
L'unité centrale 904 va commander et diriger l'exécution des instructions ou portions de code logiciel du ou des programmes précités, instructions qui sont stockées dans le disque dur 920 ou dans la mémoire morte 906 ou bien dans les autres éléments de stockage précités. Lors de la mise sous tension, le ou les programmes qui sont stockés dans une mémoire non volatile, par exemple le disque dur 920 ou la mémoire morte 906, sont transférés dans la mémoire vive 908 qui contient alors le code exécutable du ou des programmes précités, ainsi que des registres pour mémoriser les variables et paramètres nécessaires à la mise en œuvre de l'invention.
En particulier, les programmes précités peuvent avoir pour objet de contrôler la trajectoire de la torche de soudure, le dépôt de métal d’apport et/ou la rotation de la table de support afin de contrôler la forme de la pièce à fabriquer
Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de l’invention pourra appliquer des modifications dans la description précédente. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites, d'autres variantes et combinaisons de caractéristiques sont possibles.
Claims (18)
- Électrode infusible pour dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m-1.K-1, par dépôt successif de cordons de matière provenant d’un fil de soudage mis en fusion par un arc électrique, l’électrode étant de forme générale cylindrique et comprenant :
- une partie de fixation localisée à une première extrémité axiale de l’électrode (800) et coopérant avec un mécanisme de fixation d’une torche de soudage mobile (200); et
- une partie active (802) localisée à une deuxième extrémité axiale de l’électrode (800) et permettant de générer un arc électrique dont les caractéristiques dépendent de la géométrie de la partie active (802) ;
caractérisée en ce que la partie active de l’électrode présente successivement en direction de la deuxième extrémité axiale de l’électrode :
- au moins une partie tronconique (803) présentant une longueur (805) et un angle de tronc de cône (806) de valeurs déterminées ; et
- une partie conique (804) présentant un angle de cône (807) de valeur déterminée ; et
les valeurs de la longueurs (805) et de l’angle (806) de la partie tronconique (803) et la valeur de l’angle de la partie conique (804) sont adaptées à la géométrie du cordon de matière à déposer. - Électrode selon la revendication 1 caractérisée en ce qu’en outre le diamètre du corps (801) de l’électrode (800) est compris entre 0,25 et 6,4 mm, de préférence le diamètre de l’électrode est de 3,2 mm.
- Électrode selon l’une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l’angle de tronc de cône (806) est compris entre 10 et 50 degrés.
- Électrode selon l’une des revendication 1 à 3 caractérisée en que l’angle de cône (807) est compris entre 30 et 80 degrés.
- Électrode selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que l’angle de tronc de cône (806) est compris entre 20 et 40 degrés.
- Dispositif d’affutage d’une électrode infusible selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’il comprend :
- un support abrasif (901) présentant une face sensiblement plane (902) sur laquelle une partie active (802) de l’électrode (800) est affutée ;
- des moyens de positionnement de l’électrode à affuter pour positionner l’électrode dans au moins une position angulaire (904, 905) par rapport à la face sensiblement plane (902) du support abrasif (901), la ou lesdites positions angulaires (904, 905) correspondant à l’angle de la partie tronconique (806) et/ou à l’angle de la partie conique (807) de l’électrode (800). - Dispositif d’affutage selon la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens de positionnement de l’électrode sont un porte-électrode pouvant basculer d’une première position angulaire (904) à une deuxième position angulaire (905) pour réaliser successivement la partie tronconique (803) et la partie conique (804).
- Dispositif d’affutage selon la revendication 6 dans lequel les moyens de positionnement de l’électrode correspondent à un premier organe de guidage coopérant avec l’électrode pour la positionner dans une première position angulaire (904) pour réaliser la partie tronconique (803) et un deuxième organe de guidage coopérant avec l’électrode pour la positionner dans une deuxième position angulaire (905) pour réaliser la partie conique (804).
- Procédé d’affutage d’électrode infusible selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes,
- mise en place d’une électrode dans des moyens de positionnement de l’électrode par rapport à une face sensiblement plane (902) d’un support abrasif (901) ;
- mise en mouvement du support abrasif (901) ; et
- affutage successifs de la partie tronconique (803) puis de la partie conique (804) de l’électrode (800). - Procédé d’affutage selon la revendication 9 dans lequel l’étape de mise en place d’une électrode dans des moyens de positionnement se décompose en :
- une étape de guidage de l’électrode selon une première position angulaire (904) par rapport à la face sensiblement plane (902) du support abrasif (901) dans laquelle la partie tronconique (803) de l’électrode est réalisée ; et
- une étape de guidage de l’électrode selon une deuxième position angulaire (905) par rapport à la face substantiellement plane (902) du support abrasif (901) dans laquelle la partie conique (804) de l’électrode est réalisée. - Procédé d’affutage selon la revendication 9 dans lequel l’étape de mise en place d’une électrode dans des moyens de positionnement se décompose en :
- une étape de positionnement de l’électrode dans un porte-électrode ; et
- une étape de basculement du porte-électrode entre une première positon angulaire (904) dans laquelle la partie tronconique (803) est réalisée et une deuxième position angulaire (905) dans laquelle la parie conique (804) de l’électrode (800) est réalisée. - Changeur d’électrodes infusibles pour dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m-1.K-1, par dépôt successif de cordons de matière provenant d’un fil de soudage mis en fusion par un arc électrique, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un chargeur d’électrodes (1001) dans lequel sont disposés des électrodes (103) ;
- un bras robotisé (1006) supportant une torche de soudage (1007) sur laquelle est fixée de façon amovible une électrode (1003) ;
- un mécanisme de montage/démontage d’électrode (1005) pour fixer et détacher l’électrode (1003) de la torche (1007); et
- un dispositif de déplacement (1004) de l’électrode (1003) entre le mécanisme de montage/démontage (1005) et le chargeur d’électrodes (1001). - Changeur d’électrodes infusibles selon la revendication 12 dans lequel l’électrode (103) est clipsable sur la torche de soudage (1007) et le mécanisme de montage/démontage (1005) est adapté à clipser et déclipser l’électrode (1003) de la torche (1007).
- Changeur d’électrodes infusibles selon la revendication 12 ou 13 dans lequel le chargeur d’électrodes (1001) se déplace dans les deux sens d’un axe x d’un repère cartésien.
- Changeur d’électrodes infusibles selon l’une des revendication 12 à 14 dans lequel le dispositif de de déplacement (1004) de l’électrode (1003) se déplace dans les deux sens d’un axe y et d’un axe z du repère cartésien.
- Changeur d’électrodes infusibles selon l’une des revendication 12 à 15 dans lequel au moins un des mouvements du dispositif de déplacement (1004) de l’électrode (1003) et du chargeur d’électrode (1001) est effectué par un vérin électrique.
- Changeur d’électrodes selon l’une des revendications 12 à 16 dans laquelle des électrodes selon l’une des revendications 1 à 5 sont positionnées.
- Dispositif de fabrication additive d’une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m- 1.K-1, par dépôt successif de cordons de matière provenant d’un fil de soudage mis en fusion par un arc électrique, caractérisé en ce qu’il comprend une électrode selon l’une des revendications 1 à 5 et/ou un changeur d’électrodes selon l’une des revendications 12 à16.
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|---|---|---|---|---|
| SU766795A1 (ru) * | 1978-07-10 | 1980-10-02 | Предприятие П/Я М-5147 | Неплав щийс электрод |
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-
2019
- 2019-08-02 FR FR1908891A patent/FR3099395B1/fr active Active
Patent Citations (2)
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