FR3106841A1 - Unité de fabrication modulaire et transportable offrant une haute sécurité industrielle notamment pour la fabrication additive métallique - Google Patents

Abstract

UNITÉ DE FABRICATION MODULAIRE ET TRANSPORTABLE OFFRANT UNE HAUTE SÉCURITÉ INDUSTRIELLE NOTAMMENT POUR LA FABRICATION ADDITIVE MÉTALLIQUE L’unité (1) comprend une pluralité de modules (M1 à M4) réalisés à partir de conteneurs d’expédition standards (C1 à C4). Les modules sont juxtaposés et assemblés entre eux de manière démontable, et ont entre deux modules juxtaposés au moins une zone de communication spatiale comportant des ouvertures en regard aménagées dans des parois juxtaposées des deux modules et des moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures. L’unité comprend une zone confinée (ZC) hébergeant une machine de fabrication et exposée à une substance contaminante et/ou résidu contaminant, et une zone saine (ZS) et une zone tampon (ZT). La zone confinée est aménagée dans deux modules juxtaposés (M1, M4) avec une surface au sol continue à travers la zone de communication spatiale et les moyens de jonction et d’étanchéité assurent une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de la substance contaminante et/ou résidu contaminant. Fig.1

Description

UNITÉ DE FABRICATION MODULAIRE ET TRANSPORTABLE OFFRANT UNE HAUTE SÉCURITÉ INDUSTRIELLE NOTAMMENT POUR LA FABRICATION ADDITIVE MÉTALLIQUE

L’invention concerne de manière générale le domaine des ateliers et usines de fabrication mettant en œuvre des techniques de fabrication présentant des risques de sécurité industrielle, pour les personnes, les biens ou l’environnement, liés notamment à l’utilisation de poudres métalliques comme matière d’œuvre entranteou à la production de résidus de fabrication contenant des particules ou nanoparticules métalliques. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à une unité de fabrication modulaire et transportable offrant une haute sécurité industrielle et adaptée pour la fabrication additive métallique dite «FAM», mais pas exclusivement.

De manière générale, l’invention trouve une application privilégiée pour des unités de fabrication mettant en œuvre des procédés de fabrication faisant appel à des poudres ou particules métalliques comme matière d’œuvre entrante. L’invention trouve également une application pour les procédés produisant des résidus de fabrication, tels que ceux désignés «fumées» ou «suies», qui peuvent contenir des particules ou nanoparticules métalliques.

Ainsi, la fabrication additive mettant en œuvre des poudres métalliques est concernée en premier lieu, incluant les procédés d’impression sur lit de poudre par fusion ou frittage, par exemple par source laser ou faisceau électronique, et les procédés de dépôt ou de projection de matière métallique initialement sous forme de poudre ou de fil. Les procédés faisant usage de liant polymère par extrusion, notamment par dépôt de fil dit « fused-deposition-modelling» en anglais, ou par projection de liant, dit « metal binder jetting») en anglais, sont également concernés dès lors que des particules métalliques sont émises, et il en est de même pour les procédés réalisant la fusion de fil métallique et provoquant des dégagements de fumées tel que, par exemple, le procédé dit «WAAM» pour «Wire Arc Additive Manufacturing» en anglais. Les procédés de soudage, généralement par faisceau laser ou arc électrique, produisant des fumées chargées de nanoparticules métalliques sont également concernés. Ces nanoparticules métalliques, qui sont produites par l’impact de la source d’énergie de soudage sur les matériaux métalliques, sont actuellement souvent ignorées et aspirées localement avec les fumées.

Les différents procédés et techniques de fabrication évoqués ci-dessus présentent un certain nombre de risques dits «HSE», pour «Hygiène-Sécurité-Environnement», liés notamment à la présence de sources énergétiques de puissance, de poudres ou particules métalliques et à l’utilisation de gaz sous pression.

Des sources laser de plusieurs centaines de kilowatts, des faisceaux d’électrons focalisés ou des arc électriques de soudage de type «MIG», «TIG», «MAG» et autres sont utilisés habituellement en tant que sources énergétiques pour fondre ou fritter le matériau métallique. D’autres sources énergétiques peuvent aussi être utilisées, comme des sources plasma ou des sources hybrides formées de plusieurs des sources susmentionnées. La présence de ces sources énergétiques de forte puissance constitue un danger pour les opérateurs et impose des mesures de sécurité spécifiques, notamment vis-à-vis des hautes températures générées et des dégagements gazeux.

Les poudres et particules métalliques portent en elles des risques propres qui découlent de leur inflammabilité et de leur toxicité, à savoir, la création d’une atmosphère inflammable voire explosive et un impact possible sur la santé des opérateurs en contact avec celles-ci. La proximité avec certaines poudres métalliques présente en effet des risques à effets différés dits CMR, pour « Cancérigène-Mutagène-Reprotoxique». La dissémination des poudres métalliques dans l’environnement représente donc un risque important de pollution pour les écosystèmes, qui pourrait devenir critique avec une utilisation massive de la fabrication additive métallique.

Les gaz ou mélanges de gaz sous pression fréquemment utilisés, notamment dans la fabrication additive métallique, sont des gaz inertes, comme l'argon et l'azote, qui ne sont ni toxiques ni inflammables. Cependant, dans les lieux confinés et mal ventilés, ces gaz lorsqu’ils sont présents avec de fortes concentrations peuvent chasser l’air et conduire à une réduction de la teneur en oxygène. Une perte de conscience, des blessures ou une mort par anoxie sont des conséquences possibles pour les personnes en cas de carence en oxygène. Les jets de gaz sous pression s'échappant d’une conduite défectueuse ou d'une bouteille de gaz sont aussi une source de danger pour les personnes. Les tuyaux ou les bouteilles de gaz comprimé peuvent être projetés sous l’effet d’une fuite de gaz sous pression et provoquer des blessures.

La fabrication additive métallique est promise à prendre une part de plus en plus importante dans la production de pièces métalliques. Dans la première moitié des années 2010, cette technique de fabrication a connu un développement rapide et a été déployée avec une relative méconnaissance et une sous-estimation des risques encourus. Actuellement, l’application des normes relatives aux atmosphères explosives et à la manipulation de poudre, ainsi que l’application de procédures spécifiques, se généralisent pour cette technique de fabrication et conduisent à la réalisation d’ateliers dédiés. Les ateliers connus de ce type se caractérisent notamment par un cloisonnement de ceux-ci dans un bâtiment hébergeur, un circuit de renouvellement de l’air et le port d’équipements de protection individuelle pour le personnel concerné. Ces ateliers dédiés autorisent une maîtrise des risques, mais présentent cependant un certain nombre d’inconvénients. Un inconvénient important est la nécessité de disposer d’un bâtiment pouvant abriter l’atelier dédié. Lorsqu’un tel bâtiment doit être construit, l’investissement demandé est conséquent et la disponibilité de l’atelier est dépendante d’une durée de travaux qui elle aussi peut être conséquente. Un autre inconvénient notable est le fait que le bâtiment peut être sinistré en cas de fuite de poudres métalliques, de gaz ou autres hors de l’enceinte de l’atelier. De plus, ces ateliers ont une structure fixe et sont donc peu flexibles vis-à-vis d’une modification structurelle ou d’une modification de leur parc d’équipements. En outre, leur structure fixe les rend inaptes à une transportabilité sur différents sites, par exemple, pour répondre à des besoins de mutualisation des installations.

Par les documents FR3057488A1 et FR3057479A1, il est connu un atelier mobile de fabrication additive comprenant un cadre autoporteur permettant de rendre l'atelier transportable par voie routière. L’atelier comporte une enceinte de fabrication, une machine de fabrication additive installée à l'intérieur de l’enceinte de fabrication, un dispositif d'inertage, un chemin de circulation dans l’enceinte de fabrication, un sas d’accès et un dispositif de traitement de l’air dans l’enceinte de fabrication et le sas d’accès. L’enceinte de fabrication est réalisée à l’aide de panneaux qui sont fixés de manière étanche. L’agencement de l’enceinte de fabrication, du sas d’accès et du dispositif de traitement de l’air autorise un confinement des poudres métalliques utilisées pour la fabrication. Ces documents divulguent également la réalisation d’une unité de fabrication additive par association de deux ateliers mobiles ayant chacun son cadre autoporteur.

Dans l’atelier décrit par les documents FR3057488A1 et FR3057479A1, la transportabilité voulue de l’atelier par voie routière impose une largeur réduite du cadre autoporteur de l’atelier. Pour obtenir la surface au sol nécessaire à l’implantation de l’ensemble des équipements de l’atelier, la longueur du cadre autoporteur doit donc être conséquente. Il en découle que le transport par voie routière d’un tel atelier doit se faire habituellement au moyen d’un convoi exceptionnel. En outre, l’utilisation des autres modes de transport, que sont le transport aérien, le transport ferroviaire et le transport maritime, est rendue délicate par un gabarit de l’atelier qui ne satisfait pas aux normes du transport multimodal. L’installation de l’atelier dans un bâtiment existant peut être rendue complexe, voire impossible, du fait de sa grande longueur.

La largeur réduite du cadre autoporteur de l’atelier des documents FR3057488A1 et FR3057479A1 est aussi un inconvénient et interdit l’implantation de certaines machines de grande capacité. Comme décrit dans ces documents, une imprimante par fusion sur lit de poudre, qui est une machine de capacité moyenne, requiert l’ajout d’un élément additionnel pour son implantation dans l’atelier, sous la forme d’une extension fixée au cadre autoporteur. Pour le transport de l’atelier, cette extension doit être démontée, afin de satisfaire à la largeur normalisée requise.

Les dimensions réduites de l’atelier des documents FR3057488A1 et FR3057479A1 induisent des limitations importantes quant à son utilisation pratique, par exemple, pour la réalisation d’une ligne de production complète, totalement intégrée, nécessitant des espaces suffisants pour mettre en œuvre et assurer la maintenance d’équipements aux dimensions industrielles. Ainsi, dans cet atelier, le manque d’espace disponible conduit à une installation de certains équipements, comme les dispositifs de traitement d’air et d’inertage, hors de l’enceinte, ce qui peut compromettre le confinement recherché. Des particules provenant des poudres métalliques ou des nanoparticules contenues dans les fumées peuvent être présentes dans les dispositifs de traitement d’air et d’inertage et se disperser hors de la zone confinée lors d’opérations de maintenance, par exemple, lors d’un remplacement ou d’un nettoyage des filtres, conduisant ainsi à une contamination de l’environnement.

Dans sa demande de brevet français FR3075079A1, la demanderesse a proposé un atelier de fabrication additive métallique transportable comportant un module principal et des modules complémentaires qui sont réalisés chacun à partir d’un conteneur d’expédition standard. Le module principal est une zone confinée qui accueille une machine de fabrication additive métallique et la poudre métallique nécessaire à la fabrication de pièces. Les modules complémentaires reçoivent d'autres équipements de l'atelier. Un tel atelier construit de manière modulaire avec des conteneurs d’expédition standards présente plusieurs avantages, notamment, ceux d’être totalement compatible avec un transport multimodal, d’une installation aisée sur site et, consécutivement, d’un démarrage rapide de l’exploitation de l’atelier. Un tel atelier reste cependant contraint par les dimensions standards des conteneurs d’expédition et les surfaces disponibles peuvent s’avérer insuffisantes ou inadaptées pour des unités de fabrication de grande capacité.

La présente invention a pour objectif de procurer une unité de fabrication modulaire et transportable ne présentant pas les inconvénients susmentionnés de la technique antérieure, offrant un zonage rigoureux garantissant une haute sécurité industrielle et adaptée pour la fabrication additive métallique, l’unité étant basée sur l’utilisation de conteneurs d’expédition de dimensions standards et fournissant des espaces suffisants pour l’ensemble des opérations de production et de maintenance des équipements.

Selon un premier aspect, l’invention concerne une unité de fabrication modulaire et transportable comprenant une pluralité de modules réalisés à partir de conteneurs d’expédition standards, les modules étant disposés de manière juxtaposée, étant assemblés entre eux de manière démontable, et ayant entre deux modules juxtaposés au moins une zone de communication spatiale entre modules comportant des ouvertures en regard aménagées dans des parois juxtaposées des deux modules et des moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures, l’unité ayant un agencement multizone comportant au moins une zone confinée hébergeant au moins une machine de fabrication et exposée à une substance contaminante et/ou résidu contaminant, au moins une zone saine non exposée à la substance contaminante et/ou résidu contaminant et au moins une zone tampon entre une zone confinée et une zone saine, et une zone confinée étant aménagée dans les deux modules juxtaposés avec une surface au sol continue à travers la zone de communication spatiale et les moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de la substance contaminante et/ou résidu contaminant.

Selon une caractéristique particulière, l’unité de fabrication modulaire et transportable comprend dans les modules au moins une portion de zone ayant un plancher renforcé destiné à assurer une stabilité vibratoire pendant la fabrication, le plancher étant renforcé par un ajout de moyens de renfort de structure dans au moins un conteneur.

Selon une autre caractéristique particulière, les modules sont assemblés mécaniquement par des coins d’assemblage normalisés de conteneur et par des moyens d’assemblage mécanique compris dans les moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures.

Selon encore une autre caractéristique particulière, l’unité de fabrication modulaire et transportable comprend des modules juxtaposés selon leur longueur sur un même niveau, par des petits côtés en regard et des coins d’assemblage normalisés de conteneur en coïncidence, et/ou des modules juxtaposés selon leur largeur sur un même niveau, par des grands côtés en regard et des coins d’assemblage normalisés de conteneur en coïncidence, et/ou des modules juxtaposés selon leur hauteur sur deux niveaux, par des grands côtés en regard et des coins d’assemblage normalisés de conteneur en coïncidence.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures comprennent un joint d’étanchéité disposé sur le pourtour des ouvertures, le joint d’étanchéité assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de la substance contaminante et/ou résidu contaminant et étant de type polymère et/ou polyoléfine et/ou caoutchouc et/ou éthylène-propylène-diène monomère.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures comprennent des moyens d’assemblage mécanique ayant des cornières de serrage assurant un serrage des parois juxtaposées et un écrasement du joint d’étanchéité.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des ouvertures comprennent des moyens d’assemblage mécanique ayant des cadres fixés aux parois juxtaposées sur le pourtour des ouvertures et enserrant le joint d’étanchéité.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de jonction et d’étanchéité comprennent également des moyens de jonction de réseau comportant un boîtier de dérivation et/ou un raccord rapide, les moyens de jonction de réseau assurant un raccordement d’un réseau électrique et/ou d’eau et/ou de gaz et/ou de ventilation et/ou de climatisation et/ou un raccordement d’un système de sécurité et/ou un raccordement d’un réseau informatique, et les moyens de jonction de réseau comprenant des moyens assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de la substance contaminante et/ou résidu contaminant.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de jonction et d’étanchéité comprennent également un carter intérieur de protection/finition et/ou des moyens extérieurs d’étanchéité.

Selon encore une autre caractéristique particulière, la au moins une zone tampon comprend des première, deuxième et troisième zones tampon, la première zone tampon étant aménagée entre une zone saine et une zone confinée et comprenant un double sas d’accès d’opérateur assurant une cascade de dépression d’air dans lequel sont stockés des équipements de protection individuelle, la deuxième zone tampon étant aménagée entre une zone saine et une zone confinée et étant destinée à une décontamination et extraction hors de la zone confinée de pièces produites par la au moins une machine de fabrication et la deuxième zone tampon étant aménagée entre une zone saine et une zone confinée et étant destinée à une introduction de matériel propre dans la zone confinée.

Selon encore une autre caractéristique particulière, la au moins une zone confinée comprend également l’ensemble du matériel nécessaire au fonctionnement de la machine de fabrication ainsi que d’autres équipements comprenant des moyens d’inertage, de décontamination et de traitement d’air.

Selon une forme de réalisation particulière, l’unité de fabrication modulaire et transportable est destinée à une fabrication additive métallique et la au moins une machine de fabrication comprend une imprimante de fabrication additive métallique ou deux imprimantes de fabrication additive métallique de types différents.

Selon encore une autre caractéristique particulière, l’unité de fabrication modulaire et transportable comprend une zone confinée destinée à un stockage de poudre métallique et/ou une zone saine aménagée dans deux autres modules juxtaposés avec une surface au sol continue à travers une autre zone de communication spatiale entre modules comportant d’autres ouvertures en regard aménagées dans des parois juxtaposées des deux autres modules et des moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour des autres ouvertures et assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de la substance contaminante et/ou résidu contaminant.

Selon encore une autre caractéristique particulière, l’unité de fabrication modulaire et transportable comprend au moins un module qui est équipé d’un caisson de rehaussement de hauteur de module, le caisson de rehaussement de hauteur de module étant formé à partir d’un conteneur d’expédition standard.

Selon encore une autre caractéristique particulière, l’unité de fabrication modulaire et transportable comprend une zone saine destinée à un stockage de panneaux de transport, les panneaux de transport étant destinés à une fermeture des ouvertures aménagées dans les parois.

D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

La Fig.1 est une vue plane de principe d’une unité de fabrication selon l’invention, montrant schématiquement une configuration générale modulaire de celle-ci et son agencement multizone.

La Fig.2 est une vue plane schématique d’une première forme de réalisation particulière d’une unité de fabrication selon l’invention hébergeant une machine de fabrication additive métallique.

La Fig.3 est une vue plane schématique d’une deuxième forme de réalisation particulière d’une unité de fabrication selon l’invention hébergeant deux machines de fabrication additive métallique.

La Fig.4 est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’une jonction entre deux modules associés dans leur prolongement dans une unité de fabrication selon l’invention, au niveau de poutres supérieures des conteneurs.

La Fig.5 est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’une jonction interne de deux parois de modules juxtaposés dans le cas d’une ouverture de grande taille entre deux modules à l’intérieur d’une unité de fabrication selon l’invention.

La Fig.6 est une vue schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’une jonction interne de deux parois de modules juxtaposés dans le cas d’une ouverture de petite taille entre deux modules à l’intérieur d’une unité de fabrication selon l’invention.

La Fig.7 est une vue schématique en coupe générale d’un exemple de réalisation d’une jonction entre deux modules juxtaposés, comprenant un boîtier de dérivation pour des raccordements de réseaux dans un faux-plafond des modules.

La Fig.8 est une vue schématique en coupe agrandie de l’exemple de réalisation de la Fig.7, montrant le boîtier de dérivation et des moyens d’étanchéité mis en œuvre dans la jonction.

La Fig.9 est une vue schématique en coupe d’un agencement de rehaussement de hauteur d’un module au moyen d’un conteneur d’expédition standard formant caisson supérieur, pour l’accueil d’une machine de grande hauteur dans une unité de fabrication selon l’invention.

Dans la description qui suit, à des fins d'explication et non de limitation, des détails spécifiques sont fournis afin de permettre une compréhension de la technologie décrite. Il sera évident pour l'homme du métier que d'autres modes ou formes de réalisation peuvent être mis en pratique en dehors des détails spécifiques décrits ci-dessous. Dans d'autres cas, les descriptions détaillées de méthodes, dispositifs, techniques, etc., bien connus sont omises afin de ne pas complexifier la description avec des détails inutiles.

De manière générale, on comprendra que le terme «conteneur» utilisé dans la présente demande de brevet se réfère à un conteneur d’expédition ou conteneur maritime, dit aussi «containeur» ou «container», ayant des dimensions standards définies par l’Organisation Internationale de Normalisation (ISO). On comprendra également que les termes «substance contaminante» et « résidu contaminant» utilisés dans la présente demande de brevet se réfèrent de manière générale à une pluralité de composants présentant une toxicité reconnue, ou dangereux pour les personnes et les écosystèmes, et incluant des poudres, particules, nanoparticules métalliques et autres, ainsi que des gaz, fumées, suies et autres.

L’unité de fabrication selon l’invention comprend plusieurs modules qui sont formés à partir de conteneurs. Différents types de conteneurs sont utilisés selon les formes de réalisation de l’invention. Ainsi, les conteneurs utilisés seront majoritairement des conteneurs ayant une longueur extérieure de 20 pieds ou de 40 pieds, une largeur extérieure de 8 pieds et une hauteur extérieure de 8,5 pieds. Des conteneurs de hauteur supérieure, typiquement de 9 pieds ou de 9,5 pieds, pourront aussi être utilisés pour héberger des machines de fabrication de grande dimension. Des conteneurs dits «mi-hauteur» de 4,5 pieds hauteur extérieure pourront aussi être utilisés, typiquement pour accroitre la hauteur d’un module ou pour former une zone technique annexe hors de la zone confinée, comme cela apparaîtra plus clairement dans la suite de la description. La structure en acier de ces conteneurs les rend résistants aux conditions extérieures, et autorise un déploiement de l’unité de fabrication à l’extérieur comme à l’intérieur d’un bâtiment, par exemple, dans un hall de celui-ci. L’utilisation de conteneurs dans la présente invention participe au recyclage général des objets et matières, dans le cadre du développement durable, en donnant une seconde vie à d’anciens conteneurs ayant servi au transportde marchandise. Ces conteneurs standards, utilisés pour former structurellement les modules de l’unité de fabrication, autorise un transport multimodal des différents modules désassemblés de l’unité de fabrication. Ainsi, les modules peuvent être transportés par voie routière, sans nécessité d’un convoi exceptionnel, et peuvent aussi être transportés par voie ferroviaire, par voie maritime ou par voie aérienne, y compris par hélicoptère.

Les conteneurs sont adaptés structurellement et aménagés aux fins de l’invention. Ainsi, les aménagements des conteneurs comprennent notamment la création d'ouvertures, des moyens ajoutés de renforcement de structure et des moyens ajoutés d'assemblage mécanique démontable et étanche entre les conteneurs.

Les ouvertures créées dans les parois verticales des conteneurs permettent notamment d'obtenir des zones continues avec des superficies suffisantes s'étendant dans plusieurs conteneurs, conformément à un zonage voulu, notamment pour accueillir des machines de fabrication de capacité industrielle. Les superficies des zones ne sont ainsi pas limitées par les dimensions standards des conteneurs.

Les conteneurs sont conçus initialement pour avoir une capacité de déformation élastique importante, avec des parois fines en un acier ductile. La charge au sol maximale d’un conteneur est normalement limitée à une valeur qui n’excède pas une tonne au mètre carré. Dans la présente invention, les moyens de renforcement de structure sont nécessaires notamment afin de pouvoir accueillir des machines de fabrication additive métallique qui requièrent une grande stabilité aux vibrations, une bonne horizontalité, et qui peuvent avoir un poids compris entre quatre et cinq tonnes reparties sur quelques mètres carrés, pour celles de capacité industrielle.

Les moyens d'assemblage mécanique démontable et étanche sont conçus de façon à faciliter les opérations d’assemblage/désassemblage de l’unité de fabrication qui doivent pouvoir être effectuées rapidement. Une étanchéité élevée entre les conteneurs doit également être garantie, de façon à empêcher toute fuite de substances et résidus contaminants hors de l’unité de fabrication.

La Fig.1 montre de manière schématique une configuration générale de principe d’une unité de fabrication selon l’invention qui, de manière générale, repose sur un assemblage de modules formés à partir de conteneurs et un agencement multizone dans lequel une même zone peut s’étendre sur plusieurs conteneurs.

Dans cet exemple de la Fig.1, l’unité de fabrication, repérée 1, comprend quatre modules M1 à M4, réalisés respectivement à partir de conteneurs C1 à C4, dans lesquels sont agencées une zone confinée ZC, une zone tampon ZT et une zone saine ou propre ZS.

Les modules M1 à M4 sont disposés côte-à-côte, de manière jointive, et sont assemblés entre eux pour former l’unité de fabrication 1. Des jonctions étanches doivent être assurées entre les modules M1 à M4, sur des plans de jonction J1 à J4 représentées schématiquement par des traits interrompus à la Fig.1.

Les conteneurs C1 à C4 forment les enveloppes structurelles extérieures des modules M1 à M4. Les conteneurs C1 et C2 ont une longueur de 40 pieds chacun. Les modules C3 et C4 ont une longueur de 20 pieds chacun.

La zone confinée ZC s’étend ici entre les modules M1 et M4 à travers des ouvertures réalisées dans les parois verticales des conteneurs C1 et C4, au niveau du plan de jonction J1. La zone tampon ZT s’étend elle entre les modules M1 et M2 à travers des ouvertures réalisées dans les parois verticales des conteneurs C1 et C2, au niveau du plan de jonction J2.

Dans l’invention, comme cela apparaîtra plus clairement par la suite, l’assemblage mécaniques des modules, assurant la tenue structurelle et le maintien de l’étanchéité, est réalisé de deux façons, d’une part, au moyen des coins d’assemblage normalisés ISO présents dans les conteneurs et, d’autre part, par un serrage de cadres en regard posés sur les contours des ouvertures des modules juxtaposés. Pour cela, dans une configuration de l’unité de fabrication sur un seul niveau, les modules sont disposés en juxtaposition de telle façon que deux coins ISO supérieurs d’un module sont en regard avec deux coins ISO supérieurs du module juxtaposé. Ainsi, les coins ISO disponibles sont mis pleinement à profit pour l’assemblage mécanique de la jonction de deux modules, avec des dispositifs de fixation préconisés par l’ISO, comme des vis ou boulons à filetage inversé. Une juxtaposition des modules selon leur longueur, par leurs petits côtés en regard, ou une juxtaposition des modules selon leur largeur, par leurs grands côtés en regard, seront compatibles avec la disposition précitée, par exemple pour former l’unité de fabrication ayant globalement la forme d’un bloc parallélépipèdique sur un niveau. Par contre, une configuration en U des modules, comme décrite dans la demande de brevet français FR3075079A1, ne sera pas compatible avec la disposition précitée.

Dans certaines formes de réalisation de l’invention, des modules seront empilés en hauteur, comme les conteneurs dans le transport maritime, afin de former une unité de fabrication sur plusieurs niveaux. Pour l’assemblage, les coins ISO inférieurs d’un module haut seront alors mis en coïncidence avec les coins ISO supérieurs d’un module bas.

De manière générale, une unité de fabrication selon l’invention comprendra une ou plusieurs zones confinées ZC, une ou plusieurs zone tampon ZT et une ou plusieurs zones saines ZS.

Comme indiqué plus haut, conformément à l’invention, une ou plusieurs des zones ZC, ZT et ZS peuvent s’entendre dans plusieurs modules et avoir ainsi des superficies qui ne sont pas limitées par les dimensions des conteneurs. De préférence, afin de favoriser l’étanchéité et la rapidité de déploiement de l’unité de fabrication, les parois de ces zones à l’intérieur des conteneurs seront agencées de façon à être fixes et rigides.

Les zones confinées ZC sont des enceintes étanches aux fluides, aux poussières et aux gaz. Elles contiennent l’ensemble des équipements et dispositifs en contact avec des substances et résidus contaminants et disposent des matériels et de l’espace suffisant pour assurer la maintenance et l’entretien de l’ensemble de ces équipements et dispositifs en contact avec les substances et résidus contaminants sans sortir de la zone confinée ZC ou de la zone tampon ZT. Les substances et résidus contaminants dans une unité de fabrication additive métallique sont typiquement, comme mentionné plus haut, les poudres et particules métalliques, ainsi que les résidus de fabrication sous forme de fumées, suies et autres pouvant contenir des nanoparticules métalliques.

Les sols et les cloisons des zones confinées ZC sont typiquement recouverts d’un matériau facilement nettoyable, présentant des surfaces lisses, non-poreuses et antistatiques, avec un raccordement à la terre électrique. La géométrie de la zone confinée ZC est conçue pour éviter des parties difficilement nettoyables, comme des recoins.

Les zones confinées ZC sont typiquement mises en dépression par rapport aux zones tampons ZT, en encore plus par rapport aux zones saines ZS, pour limiter toute fuite de substances et résidus contaminants à l’extérieur des zones confinées ZC.

Les équipements, dispositifs et éléments suivants sont placésdans une ou plusieurs zones confinées ZC dans le cas d’une unité de fabrication additive métallique:

- L’ensemble des équipements et dispositifs constitutifs des machines de fabrication additive métallique en contact avec les substances et résidus contaminants, qui comprennent notamment la chambre de fabrication, le circuit de distribution de poudre, le dispositif de mise en couche, le circuit d’alimentation et de récupération de poudre. Certains éléments de ces équipements et dispositifs constitutifs, n’ayant pas fonctionnellement à être à proximité de ceux-ci, pourront être déportés hors de la zone confinée ZC, comme par exemple un ordinateur de commande, une armoire électrique, un dispositif de refroidissement ou autres;

- Les équipements et dispositifs de nettoyage de l’imprimante, tel que par exemple un aspirateur par voie humide, un aspirateur par voie sèche et autres;

- L’ensemble du circuit d’extraction et de traitement des fumées et suies, incluant les filtres, en contact avec celles-ci. Un espace suffisant sera prévu pour permettre l’opération de changement des filtres, incluant le cas échéant, la passivation de ceux-ci; et

- Les équipements et dispositifs de préparation et de traitement des poudres métalliques, comme par exemple un tamiseur;

- L’ensemble des stocks de poudres métalliques présents dans l’unité de fabrication et qui ne sont pas contenus des contenants scellés et étanches aux poussières.

Les zones tampons ZT sont des enceintes étanches aux fluides, aux poussières et aux gaz et qui sont juxtaposées à une ou plusieurs zones confinées ZC. La zone tampon ZT est nécessaire pour garantir une non-dissémination des substances et résidus contaminants potentiellement présents sur les personnes, les objets ou dans les réseaux de gaz en provenance de la zone confinée ZC. De même que pour la zone confinée ZC, l’ensemble des opérations réalisées dans la zone tampon ZT, y compris les opérations de maintenance, doivent pouvoir être effectuées dans la zone, sans aucun contact avec l’extérieur des zones ZT et ZC.

Les sols et les cloisons des zones tampons ZT sont typiquement recouverts d’un matériau facilement nettoyable, présentant des surfaces lisses, non-poreuses et antistatiques, avec un raccordement à la terre électrique. La géométrie de la zone confinée ZT est conçue pour éviter des parties difficilement nettoyables, comme des recoins.

Les zones tampons ZT sont typiquement mises en dépression par rapport aux zones saines ZS pour limiter toute fuite de substances et résidus contaminants vers les zones saines ZS. Les zones tampons ZT ont typiquement placées en surpression par rapport aux zones confinées ZC pour limiter toute fuite de substances et résidus contaminants des zones confinées ZC vers les zones tampons ZT.

La zone tampon ZT comprend une première zone permettant aux opérateurs de fabrication et aux opérateurs de maintenance de retirer, sans contaminer, les équipements de protection individuelle portés dans la zone confinée ZC, et autorisant une évacuation en toute sécurité des équipements de protection individuelle souillés. Cette première zone pourra comprendre plusieurs pièces, comme par exemple deux sas ou davantage.

La zone tampon ZT comprend également une deuxième zone, ou un dispositif spécifique inclus dans la zone tampon ZT, pour isoler les réseaux quittant la zone confinée ZC et susceptibles de contenir des substances et résidus contaminants, comme les réseaux des systèmes de ventilation, de climatisation et autres de la zone confinée ZC, pour lesquels les filtres doivent être placés en zone tampon ZT.

La zone tampon ZT comprend également des systèmes ou des dispositifs garantissant une non-contamination de l’environnement extérieur par un quelconque élément extrait de la zone confinée ZC, comme par exemple des outils, des pièces fabriquées sur lesquelles peuvent subsister des substances et résidus contaminants, ou un filtre usagé. Ainsi, un système de conditionnement étanche aux poussières ou un système de nettoyage, comme par exemple un sas de lavage à l’eau, par air comprimé, par ultrasons et autres, pourront être utilisés à cet effet.

Les zones saines ZS comprennent un ou plusieurs espaces techniques pour héberger à minima un dispositif de ventilation. Les zones saines ZS sont exemptes de substances et résidus contaminants. Ainsi, une zone saine ZS pourra comprendre notamment :

- Des espaces techniques hébergeantprincipalement une centrale de traitement d'air, qui pourra être associé à un dispositif de chauffage, ventilation et climatisation. Ces espaces pourront comprendre également un dispositif autonome d’alimentation de gaz, comme des bouteilles de gaz ou un générateur de gaz, pour alimenter des équipements en gaz inerte, par exemple, l’azote, l’argon ou autres. Eventuellement, selon les formes de réalisation, ces espaces techniques pourront héberger également un ou plusieurs dispositifs tels qu’un dispositif d’alimentation en air comprimé, comme des bouteilles d’air comprimé, un compresseur d’air ou autres, ainsi qu’une réserve d’eau, un dispositif de récupération des eaux usées et autres, ainsi qu’une ou plusieurs armoires électriques pour l’alimentation électrique d’équipements situés dans des zones ZC ou ZT, une source d’alimentation électrique intégréetelles que à panneau solaire, groupe électrogène, batteries électriques ou autres, sachant que les armoires électriques susmentionnées pourront alternativement être disposées dans les zones ZC ou ZT;

- Un espace dédié au stockage de dispositifs nécessaires pour le transport des conteneurs, tels que des panneaux de transport pour une fermeture de l’ensemble des ouvertures aménagées dans les parois des conteneurs;

- Des espaces de post-traitement et/ou de caractérisationhébergeant des dispositifs d’usinage, de contrôle non destructif, de traitement thermique, de compaction isostatique à chaud, de microscopie et autres;

- Des espaces de stockage notamment pour des consommables des filtres, des contenants de poudre scellés, des contenants de déchets scellés et autres;

- Des espaces numériques notamment pour la conception, le suivi de production ou pour le pilotage d’un ou plusieurs dispositifs et équipements; et

- Des espaces d’accès, de visite, de présentation ou exposition («showroom»), des lieux de vie ou de travail, comme par exemple des douches, salles de réunion, espace café et autres.

Les différentes zones ZC, ZT et ZS comprendront des extincteurs d’incendie déployés en conformité avec la réglementation et satisfaisant aux normes les plus sévères.

L’unité de fabrication selon l’invention comprend des systèmes de sécurité centralisée pour la détection d’incendie, les fuites de gaz, etc., qui doivent être adaptés à la structure modulaire et démontable de celle-ci.

Ainsi, les systèmes de sécurité d’incendie de l’état de la technique connectent par des fils continus, de bout en bout, l’ensemble des dispositifs de sécurité, tels que détecteurs, déclencheurs, dispositifs actionnés, diffuseurs sonores ou visuels, etc., à une unité de contrôle électronique. Compte-tenu qu’une telle architecture, avec des fils continus, n’est pas envisageable dans une structure modulaire, l’invention prévoit la mise en place d’un câblage par portion, chaque portion de câblage correspondant à un module. La jonction entre deux portions de câblage est assurée par un boitier de dérivation qui est détaillé plus bas en référence aux Figs.7 et 8. La conformité avec les standards de sécurité pourra être renforcée, si nécessaire, par au moins un des deux moyens suivants, à savoir, une validation du bon fonctionnement de chaque portion de câblage et des boitiers de dérivation par des tests intermédiaires préalables à la mise en place des dispositifs du système de sécurité d’incendie, et la mise en place de circuits électriques redondants pour garantir un bon fonctionnement de la détection d’incendie même en cas de défaillance d’un boitier de dérivation.

En référence plus particulièrement aux Figs.2 à 9, il est maintenant décrit ci-dessous à titre d’exemple plusieurs formes de réalisation particulières de l’unité de fabrication selon l’invention.

Dans une première forme de réalisation particulière montrée schématiquement à la Fig.2, l’unité de fabrication, repérée 1A, comprend quatre modules M1A à M4A formés respectivement à partir de quatre conteneurs C1A à C4A. Les conteneurs C1A à C4A ont ici chacun une longueur 40 pieds, une largeur de 8 pieds et une hauteur de 9,5 pieds.

Les quatre conteneurs C1A à C4A sont modifiés pour permettre une fabrication additive dans des conditions spatiales et sécuritaires adéquates.

Dans un premier temps, des ouvertures, représentées à la Fig.2 en trait interrompu, sont réalisées par découpe dans les conteneurs pour une zone de communication spatiale au niveau de jonctions OU1, OU2, de deux conteneurs, ainsi que pour les portes, les fenêtre et autres, et un cadre, par exemple en profilé de section carrée, est soudé, si nécessaire, sur le pourtour de ces ouvertures. Le plancher des conteneurs C1A à C4A est renforcé par le soudage de poutres, de traverses métalliques ou autres là où cela est nécessaire pour assurer une stabilité vibratoire pendant la fabrication et supporter des équipements lourds, notamment ici au niveau de deux zones PR1 et PR2 du conteneur C3A, représentées avec un mouchetage à la Fig.2. Un tel renfort du plancher d’un conteneur est montré à la Fig.7, avec l’ajout de poutres repérées PT. Des châssis permettant de supporter les réseaux sont soudés dans des faux-plafonds installés dans les conteneurs C1A à C4A. Les structures métalliques sont peintes par la suite selon un protocole adapté aux installations industrielles en milieu extérieur, connu de l’homme du métier.

Dans un second temps, les quatre conteneurs C1A à C4A sont équipés, en faux-plafond, de leurs réseaux électriques, de gaz, et ventilation, y compris de boîtiers de dérivation et raccords rapides pour les jonctions des réseaux entre conteneurs. Des cloisons intérieures CI1 à CI5 sont posées à l’intérieur des conteneurs, ici les conteneurs C1A à C3A, pour délimiter différentes zones et espaces de l’unité de fabrication 1A. Typiquement, ces cloisons intérieures CI1 à CI5 sont formées d’un panneau de laine de roche, ayant une épaisseur de 80 mm, encapsulé entre deux peaux de laine d’acier thermolaquées. Des portes intérieures P1 à P4 sont posées. Une porte extérieure P5 et une fenêtre F1 sont posées sur une façade de l’unité 1A, dans le conteneur C4A. Des portes d’origine PC1 à PC3 du conteneur C1A sont ici conservées fonctionnelles. Les autres portes d’origine des conteneurs C1A à C4A sont condamnées. Un revêtement de sol antistatique, lessivable et supportant une haute fréquence de passage est posé dans les conteneurs C1A à C4A. Ce revêtement de sol permet un nettoyage efficace des substances et résidus contaminants qui se déposent sur le sol des zones confinées ZC et des zones tampons ZT. Un tel nettoyage doit être prévu non seulement en fonctionnement nominal de l’unité de fabrication, mais aussi avant tout démontage de celle-ci pour un transport vers un autre lieu.

Après la modification des conteneurs C1A à C4A comme indiqué ci-dessus, l’ensemble des équipements et dispositifs nécessaires, décrits plus bas, sont installés dans les conteneurs C1A à C4A afin de finaliser la réalisation des modules M1A à M4A de l’unité de fabrication 1A.

Une fois les modules M1A à M4A équipés avec l’ensemble des équipements et dispositifs nécessaires, ceux-ci sont immobilisés préalablement à toute opération de transport et de manutention, par exemple, par boulonnage aux poutres métalliques du plancher, celles préexistantes dans les conteneurs ou celles ajoutées pour renforcer le plancher, comme susmentionné. De plus, les panneaux de transport susmentionnés sont fixés sur les ouvertures des modules M1A à M4A. Les modules M1A à M4A sont alors prêts pour un transport vers le site d’installation de l’unité de fabrication 1A. Par exemple, quatre camions seront affrétés pour un transport séparé des modules M1A à M4A jusqu’au site d’installation.

Sur le site d’installation de l’unité de fabrication 1A, les panneaux de transport sont retirés des modules. Les modules sont installés, de préférence, sur une dalle de béton, et assemblés. Un premier module, par exemple le module M1A, est déposé sur la dalle en béton par grutage. Ensuite, le module M2A, qui doit être juxtaposé au module M1A, est approché, puis aligné par grutage et ajusté à la barre à mine, jusqu’à ce que leurs ouvertures soient en regard et correctement positionnées. Ces deux modules M1A et M2A sont alors solidarisés au niveau des coins ISO des conteneurs, en particulier par les coins ISO supérieurs et aussi les coins ISO inférieurs si ces derniers sont accessibles. Les cadres susmentionnés, soudés sur les ouvertures des modules M1A et M2A, sont boulonnés ensemble à la jonction entre les modules M1A et M2A et pressent des joints assurant l’étanchéité de la jonction. Les raccords électriques, de gaz, d’eau, et ceux des systèmes de sécurité, du réseau informatique et autres sont réalisés entre les deux modules M1A et M2A et des jonctions de gaine de ventilation, rigides ou souples, sont également mises en place. L’ensemble des opérations ci-dessus sont ensuite répétées avec les modules M3A et M4A de façon à finaliser l’assemblage de l’unité de fabrication 1A.

En phase finale de l’assemblage de l’unité de fabrication 1A, différentes opérations de test sont réalisées afin de vérifier que les différents réseaux sont pleinement opérationnels. Ainsi, sont vérifiés l’étanchéité des réseaux de gaz, d’eau et autres, ainsi que le fonctionnement des systèmes électriques, de sécurité et autres. Une fois vérifiée la pleine fonctionnalité des réseaux, les jonctions entre les différents modules sont recouvertes par des tôles de finition qui sont jointées, par exemple, avec du silicone.

Comme visible à la Fig.2, l’unité de fabrication 1A comprend deux zones confinées ZC1 et ZC2, quatre zones tampons ZT1 à ZT4, et trois zones saines ZS1 à ZS3.

La zone confinée ZC1 s’étend sur les deux modules M2A et M3A grâce aux jonctions étanches inter-module réalisées dans la présente invention. Les jonctions étanches réalisées, conformément à l’invention, sont décrites en détail plus bas en référence aux Figs.4 à 8.

La zone confinée ZC1 héberge une imprimante par fusion sur lit de poudre A, par exemple le modèle FormUp350® du fabricant Addup®, incluant son module fluide B. La présence de ce module fluide B dans la zone confinée ZC1 permet de réaliser les opérations de maintenance du filtre sans risquer la dissémination de suies de fabrication. La zone confinée ZC1 contient également un aspirateur inerté C, par exemple le modèle VacClean+® du fabricant Addup®, un tamiseur inerté D, par exemple le modèle Powder Prep+® du fabricant Addup®, un aspirateur par voie sèche E conforme aux normes d’atmosphère explosive dites «ATEX», et un gerbeur permettant le transport de cartouches de poudre métallique (non représenté).

L’accès à la zone confinée ZC1 est autorisé par deux zones tampons ZT1 et ZT2 formant un double sas d’accès pour des opérateurs. La zone tampon ZT1 est destinée à l’habillage de l’opérateur. Dans la zone tampon ZT1 sont entreposés notamment les équipements de protection individuelle F de l’opérateur. La zone tampon ZT2 est destinée au déshabillage de l’opérateur et contient un bac de récupération H des équipements de protection individuelle souillés, ainsi qu’un lave-main G. Les trois portes P2, P3 et P4 permettant de traverser ces zones tampons ZT1 et ZT2 sont gérées par un automate n’autorisant qu’une seule ouverture à la fois pour éviter tout courant d’air. Une cascade de dépression d’air au sein des zones tampons ZT1 et ZT2 et de la zone confinée ZC1 est assurée par le système de traitement d’air évitant toute fuite de substances et résidus contaminants en dehors de ces zones. La zone tampon ZT1 est placée à une pression inférieure de 5 Pa à 10 Pa par rapport à la pression atmosphérique. La zone tampon ZT2 est placée à une pression inférieure de 15 Pa à 30 Pa par rapport à la pression atmosphérique. La zone confinée ZC1 est placée à une pression inférieure de 35 Pa à 50 Pa par rapport à la pression atmosphérique.

La zone tampon ZT3 est un sas mécanique permettant d’introduire du matériel propre dans la zone confinée ZC1.

La zone tampon ZT4 comprend une machine formée d’un sas mécanique et d’un système de lavage adapté au retrait de grains de poudre présents dans les pièces produites. C’est par la zone tampon ZT4 que les pièces produites sortent de la zone confinée ZC1.

La zone saine ZS1 est une zone d’atelier accueillant un four I, une scie à ruban J, une sableuse K et un équipement de tribofinition L. La zone saine ZS1 permet un post-traitement des pièces produites jusqu’à obtenir des pièces fonctionnelles.

Dans cette configuration, la poudre métallique est stockée dans des armoires M situées dans la zone confinée ZC2. L’intérêt est ici d’avoir un accès direct, à travers la porte P1, au stock de poudre depuis la zone confinée ZC1 dédiée à la fabrication des pièces. Un stockage de la poudre dans des contenants scellés pourra dans d’autres configuration être réalisé en dehors d’une zone confinée.

La zone saine ZS2 est une zone technique contenant différents équipements et dispositifs tels que typiquement une centrale de traitement d’air, une cuve de récupération des eaux usées, un compresseur, une console de mesure du taux d’oxygène, de l’hygrométrie, de la température, de la dépression des zones confinées ZC1, ZC2, un groupe froid de l’imprimante A, et des bouteilles de gaz inerte, par exemple l’argon. La zone saine ZS2 est accessible depuis l’extérieur, par les portes de conteneur PC1, PC2, pour faciliter les opérations de maintenance.

La zone saine ZS3 est une zone technique destinée notamment au stockage des panneaux de transport pour fermer les ouvertures des modules. La zone saine ZS3 est accessible depuis l’extérieur par la porte de conteneur PC3.

Avec cette première forme de réalisation particulière 1A, l’invention fournit une unité de fabrication de haute sécurité industrielle, ayant la capacité de production d’une machine de fusion sur lit de poudre. La surface au sol de la zone confinée ZC1 est de l’ordre de 35 m². Une telle surface excède donc de 7 m² environ la surface intérieure au sol d’un conteneur de 40 pieds et présente une géométrie qui autorise l’installation et la mise en œuvre de l’imprimante A de capacité industrielle. En particulier, la zone confinée ZC1 a un espace suffisant pour charger les plateaux de fabrication de l’imprimante A et pour procéder aux étapes de manutention des bidons de poudre métallique qui sont convoyés par chariot de manutention.

Dans cette forme de réalisation, l’unité de fabrication selon l’invention est en grande partie autonome. Les raccordements au réseau électrique, au réseau d’eau et, éventuellement au réseau Internet, sont seuls nécessaires pour la production de pièces fonctionnelles obtenues par fabrication additive. Une autonomie encore plus complète de l’unité de fabrication pourra être obtenue en équipant celle-ci d’un groupe électrogène et d’une réserve d’eau qui pourront être localisés dans une zone saine ZS. Le groupe électrogène sera alors dimensionné pour alimenter électriquement l’ensemble des équipements et dispositifs électriques de l’unité.

Dans une deuxième forme de réalisation particulière montrée schématiquement à la Fig.3, l’unité de fabrication, repérée 1B, comprend six modules M1B à M6B formés respectivement à partir de six conteneurs C1B à C6B. Les conteneurs C1B à C3B ont chacun une longueur 40 pieds, une largeur de 8 pieds et une hauteur de 9,5 pieds. Les conteneurs C4B à C6B ont chacun une longueur 20 pieds, une largeur de 8 pieds et une hauteur de 9,5 pieds.

Les six conteneurs C1B à C6B sont modifiés en employant les mêmes techniques que celles utilisées pour les conteneurs C1A à C4A décrits plus haut.

Ainsi, des ouvertures, indiquées à la Fig.3 en trait interrompu, sont réalisées par découpe dans les conteneurs pour former des zones de communication spatiale au niveau de jonctions OU3, OU, OU5 des conteneurs, ainsi que pour les portes, les fenêtre et autres, et un cadre, par exemple en profilé de section carrée, est soudé, si nécessaire, sur le pourtour de ces ouvertures. Le plancher des conteneurs C1B à C6B est renforcé par le soudage de poutres et de traverses métalliques là où cela est nécessaire (cf. les poutres PT à la Fig.7). Des châssis sont posés pour supporter les réseaux dans des faux-plafonds des conteneurs. Les structures métalliques des conteneurs sont peintes. Les conteneurs sont ensuite équipés de leurs réseaux. Des cloisons intérieures CI6 à CI10 sont posées dans les conteneurs pour délimiter différentes zones et espaces de l’unité de fabrication 2A. Des portes intérieures P6 à P9 et une porte extérieure P10 sont posées. Des portes d’origine PC4 à PC9 des conteneurs sont conservées fonctionnelles. Les autres portes d’origine des conteneurs sont condamnées. Un revêtement de sol antistatique, lessivable et supportant une haute fréquence de passage est posé dans les conteneurs.

L’assemblage de l’unité de fabrication 1B est réalisée de manière semblable à celui décrit plus haut pour l’unité de fabrication 1A et ne sera pas décrit ici.

Comme visible à la Fig.3, l’unité de fabrication 1B comprend deux zones confinées ZC3 et ZC4, trois zones tampons ZT5 à ZT7 et quatre zones saines ZS3 à ZS6.

La zone confinée ZC3 héberge deux imprimantes repérées N et O, à savoir, respectivement ici une imprimante de type fusion sur lit de poudre DMP320® du fabricant 3DSystems® et une imprimante par dépôt de poudre Modulo250® du fabricant BeAM®. Ainsi, la présence de ces deux imprimantes N, O, offre à l’unité de fabrication 1B une capacité de production accrue. De plus, ces imprimantes N, O, employant des procédés distincts de fabrication de pièces, il est possible de produire une plus grande variété de pièces, notamment pour réaliser des pièces de différents types, par exemple, pour des opérations de réparation dans des sites isolés tels que des plateformes en mer.

Outre les équipements périphériques des imprimantes N et O qui ne sont pas représentés à la Fig.3, la zone confinée ZC3 contient également une scie P et un four Q permettant respectivement de désolidariser les pièces produites de leur plateau de fabrication et d’appliquer des traitements thermiques. L’implantation de la scie P dans la zone confinée ZC permet d’éviter un risque de dissémination de poudre métallique non fondue et initialement occluse dans la pièce, qui est libérée par l’opération de découpe.

La zone confinée ZC4 contient le stock de poudre. L’entrée dans l’unité de fabrication 1B se fait par la zone saine ZS4, à travers la porte P10, pour ensuite traverser deux zones tampons ZT5 et ZT6 formant des sas. La zone tampon ZT7 comprend une machine formée d’un sas mécanique et d’un système de lavage adapté au retrait de grains de poudre présents dans les pièces produites. Les zones saines ZS5 et ZS6 contiennent l’ensemble des équipements et dispositifs techniques destinés à alimenter l’unité de fabrication 1B. La zone saine ZS3 est une zone technique accessible depuis l’extérieur et dédiée notamment au stockage des panneaux de transport.

En référence aussi aux Figs.4 à 8, des détails de réalisation des jonctions étanches entre les modules sont maintenant décris ci-dessous. De manière générale, l’étanchéité de l’unité de fabrication de la présente invention est obtenue par la mise en place de joints d’étanchéité de type polymère, par exemple, polyoléfine ou caoutchouc, entre les cadres de chaque ouverture, sur la totalité de leur pourtour.

La Fig.4 montre un exemple de réalisation d’une jonction entre deux modules qui sont associés dans leur prolongement, au niveau de poutres supérieures, PS1 et PS2, des conteneurs. Outre l’assemblage extérieur classique des coins ISO, par boulons ou vis, bien connue de l’homme du métier et non représentée, il est prévu deux cornières de serrage CO1 et CO2, fixées sur des portions inférieures des poutres PS1 et PS2, qui enserrent un joint d’étanchéité JE1, par exemple de type EPDM pour «Ethylène-Propylène-Diène Monomère». L’écrasement du joint d’étanchéité JE1 est obtenu par le rapprochement des deux cornières CO1, CO2, grâce à des moyens de serrage démontables tels que boulons ou vis. La composition du joint d’étanchéité JE1 devra être adaptée aux conditions extérieures telles que la température, l’hygrométrie et autres. L’étanchéité entre des parois en tôle T1 et T2 des conteneurs et les poutres PS1 et PS2, est procurée par le soudage de ces éléments entre eux. La présence du joint d’étanchéité JE1, sur le plan de jonction supérieure des deux containeurs garantit une absence d’écoulement d’eau entre les deux modules, écoulement susceptible de causer une dégradation accélérée de l’unité de fabrication. A l’intérieur des modules, des panneaux de cloison PA1 et PA2 recouvrent les parois en tôle T1 et T2 et les cadres CD1 et CD2. Un carter intérieur de protection CP1 est posé sur la jonction afin d’éviter tout endommagement du joint d’étanchéité JE1. Le carter de protection CP1 est typiquement jointé aux panneaux de cloison PA1 et PA2 pour éviter toute fuite de substances et résidus contaminants, en particulier dans les zones confinées ZC et tampon ZT. Dans les zones confinées ZC et tampon ZT, la présence du carter de protection CP1 permet aussi de garantir le caractère nettoyable et décontaminable de ces zones. Dans les zones saines ZS, un carter de protection ou une tôle de finition intérieure pourra aussi être posé sur la jonction pour faciliter le nettoyage et pour des questions d’esthétique.

La Fig.5 montre un exemple de réalisation d’une jonction interne de deux parois de modules juxtaposés, par exemple au niveau d’une grande ouverture à l’intérieur de l’unité de fabrication. De manière analogue à l’exemple de la Fig.4, deux cornières de serrage CO3 et CO4 sont utilisées et enserrent un joint d’étanchéité JE2, par exemple de type EPDM. Les cornières de serrage CO3 et CO4 sont fixées aux parois en tôle T3 et T4 des conteneurs. Des panneaux de cloison PA3 et PA4 recouvrent les parois en tôle T3 et T4. Un carter intérieur de protection ou de finition CP2 est posé sur la jonction et remplit des fonctions analogues à celles indiqués ci-dessus pour le carter de protection CP1 susmentionné.

La Fig.6 montre un exemple de réalisation d’une jonction interne de deux parois de modules juxtaposés dans le cas d’une ouverture de petite taille, par exemple, pour une porte intérieure PO de l’unité de fabrication. Dans cet exemple, des cadres CD3 et CD4 sont soudés aux parois en tôle T5 et T6 des conteneurs. Un joint d’étanchéité JE3, par exemple de type EPDM, est enserré entre les cadres CD3 et CD4. Dans cet exemple de réalisation, contrairement aux exemples de réalisation des Figs.4 et 5, il n’est pas posé de cornières de serrage, celui-ci étant assuré en d’autres points de jonction (non représentés). Des panneaux PA5 et PA6 sont fixés sur les parois en tôle T5 et T6 et sont protégés en leurs bords par des cornières de finition CF1 à CF4.

Les Figs.7 et 8 montrent un autre exemple de réalisation d’une jonction entre deux modules associés dans leur prolongement, dans laquelle est implanté un boîtier de dérivation, repéré BD.

Cette jonction est montrée à proximité de deux coins ISO supérieurs, CISO1 et CISO2, des conteneurs, ces coins ISO étant représentés en arrière-plan. Comme décrit précédemment, les modules sont fixés mécaniquement entre eux de manière standard par leurs coins ISO supérieurs, CISO1 et CISO2. Des cadres CD5 et CD6 soudés aux conteneurs et des cornières de serrage CO5 et CO6 assurent une fixation mécanique supplémentaire entre les modules, avec un serrage par boulons ou vis. Des joints d’étanchéité JE4, par exemple de type EPDM, sont enserrés entre les cadres CD5, CD6, et les cornières de serrage CO5, CO6. Des moyens extérieurs d’étanchéité, sous la forme de cornières et d’une couvertine CV sont fixées en partie supérieure des cadres CD5 et CD6 et un film de butyle est déposé au spray pour parfaire l’étanchéité de la jonction.

Le boîtier de dérivation BD assure les raccordements de l’ensemble des réseaux situés dans les faux-plafonds des deux modules. La zone d’implantation du boîtier de dérivation BD n’est pas considérée ici comme étant exposée au risque d’atmosphère explosive, dit risque «ATEX». Les faux-plafonds sont formés entre des panneaux PA7, PA8, fixés aux tôles des conteneurs et des panneaux suspendus PA9, PA10. Des châssis et goulottes GO1, GO2, sont logés dans les faux-plafonds et supportent les câbles, tuyaux et autres des réseaux. Les châssis et goulottes GO1, GO2, convergent sur le boîtier de dérivation BD à l’intérieur duquel sont effectués des raccordements. Le boîtier de dérivation BD est avantageusement recouvert de silicone coupe-feu CF. Une mousse coupe-feu est également pulvérisée. Un carter intérieur d’habillage CP3 est posé sur la jonction et pourra être jointé, par exemple avec du silicone, sur les panneaux PA9, PA10. Le carter d’habillage CP3 protège la jonction et le boîtier de dérivation BD et remplit des fonctions analogues à celles des carters de protection CP1 et CP2 susmentionnés.

De manière générale, des raccords rapides du type dit «plug and play» seront privilégiés pour ces raccordements, ainsi qu’un accès rapide à la connectique par un retrait aisé des capots de fermeture. Des tuyaux flexibles seront de préférence utilisés pour les raccords des réseaux de gaz, d’eau ou autres au niveau des jonctions de modules.

Typiquement, les réseaux électriques de courant fort et de courant faible, les systèmes de sécurité, les réseaux de gaz, d’eau et autres seront raccordés au niveau des jonctions des modules. Les systèmes de sécurité comprennent le système de sécurité d’incendie, ainsi que des systèmes de sécurité additionnels qui pourront être intégrés selon les formes de réalisation, comme par exemple des capteurs de gaz oxygène, azote ou autres pour le risque d’anoxie, des capteurs anti-intrusion et autres. Ces systèmes de sécurité additionnels pourront être de type filaire, comme le système de sécurité d’incendie, ou de type sans-fil, par exemple à travers un réseau de communication de données local de type «WiFi», «Bluetooth» ou autres.

La Fig.9 concerne une troisième forme de réalisation particulière de l’unité de fabrication, repérée 1C, qui est adaptée pour accueillir une machine R dont la hauteur est supérieure à celle des conteneurs utilisés, tout en conservant la facilité d’un transport multimodal. A titre d’exemple, la machine R est une imprimante par faisceau d’électron Q20plus® du fabricant Arcam EBM® ayant une hauteur de 2945 mm, hauteur qui excède la hauteur interne de 2380 mm d’un conteneur de 8,5 pieds de hauteur.

Dans cet exemple de réalisation, la machine R est installée dans une zone confinée ZC5 d’un module M1C de l’unité de fabrication 1C. Le module M1C est réalisé à partir d’un conteneur inférieur C1C et d’un conteneur supérieur C2C. Le plancher PL1 du conteneur inférieur C1C est renforcé (cf. les poutres PT à la Fig.7) pour supporter le poids de la machine R. Le conteneur supérieur C2C est superposé sur le conteneur inférieur C1C et forme un caisson de rehaussement de la hauteur du module M1C. Le conteneur supérieur C2C est formé à partir d’un conteneur mi-hauteur standard. Des ouvertures S1 et S2 sont réalisées en regard, respectivement dans le toit TO1 du conteneur inférieur C1C et dans le plancher PL2 du conteneur supérieur C2C. Un joint d’étanchéité JE5, par exemple de type EPDM, est prévu entre les deux conteneurs C1C et C2C. L’assemblage mécanique étanche entre les deux conteneurs C1C et C2C est réalisé comme pour des conteneurs juxtaposés, avec les techniques décrites plus haut. Les coins ISO disponibles, ainsi que des cadres soudés, des cornières de serrage, des boulons ou vis, notamment pour écraser le joint d’étanchéité, et des carters de protection ou finition et autres seront typiquement utilisés pour cet assemblage.

De manière générale, pour la transportabilité de l’unité de fabrication selon l’invention, l’ensemble des équipements et dispositifs pourront être solidarisés de façon permanente ou temporaire dans les modules. Les équipements lourds, tels que les machines de fabrication additive, seront préférentiellement arrimés à des poutres métalliques du sol du conteneur, poutres préexistantes dans la structure de celui-ci ou rajoutées. Les équipements plus légers seront fixés à des cloisons intérieures des modules, ou aux équipements plus lourds ancrés au sol. Des poutres métalliques verticales pourront aussi être ajoutées dans les modules pour fixer des équipements et dispositifs.

Comme le montre la description faite ci-dessus à l’aide de plusieurs formes de réalisation et exemples, l’invention procure une unité de fabrication transportable de structure modulaire, garantissant une étanchéité parfaite vis-à-vis des substances et résidus contaminants, et autorisant un déploiement et une exploitation rapide de l’unité. L’unité de fabrication de l’invention apporte une réponse aux contraintes antinomiques qui sont d’avoir des dimensions compatibles avec un transport multimodal et d’avoir des espaces suffisamment étendus pour la mise en œuvre et la maintenance d’équipements aux dimensions industrielles.

L’utilisation de conteneurs d’expédition standards facilite le transport multimodal de l’unité de fabrication de l’invention. La transportabilité de l’unité de fabrication de l’invention se révèle particulièrement avantageuse pour des déploiements temporaires ou dans des environnements contraints, comme une plateforme pétrolière, une zone désertique ou isolée et autres. Les aménagements apportés aux conteneurs permettent de garantir une étanchéité parfaite, ainsi que la résistance et la stabilité des structures pour supporter des charges pouvant excéder la résistance normale des conteneurs d’expédition standards.

L’unité de fabrication de l’invention est adaptée pour une implantation à l’extérieur, ce qui permet de mieux circonscrire les risques, comparativement à une implantation au sein d’un bâtiment. L’agencement modulaire autorisé par l’invention permet de concevoir des espaces parfaitement adaptés au cahier des charges d’un besoin industriel. Ainsi, par exemple, l’invention offre une grande flexibilité et autorise le choix du nombre des machines de fabrication, de leurs capacités, ainsi que le choix du nombre et du type des équipements périphériques. En usage, la modularité de l’unité de fabrication autorise une évolution des espaces pour de nouveaux besoins et une évolution du parc des machines installées.

Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux exemples de réalisation qui ont été décrits ici à titre illustratifs. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.

Claims (15)

1. Unité de fabrication modulaire et transportable (1A) comprenant une pluralité de modules (M1A à M4A) réalisés à partir de conteneurs d’expédition standards (C1A à C4A), lesdits modules (M1A à M4A) étant disposés de manière juxtaposée, étant assemblés entre eux de manière démontable, et ayant entre deux dits modules juxtaposés (M2A, M3A) au moins une zone de communication spatiale (OU1, OU2) entre modules comportant des ouvertures en regard aménagées dans des parois juxtaposées desdits deux modules (M2A, M3A) et des moyens de jonction et d’étanchéité (CISO1, CISO2; PS1, PS2; CD3 à CD6; CO1 à CO6, JE1 à JE4; CP1 à CP3) agencés sur le pourtour desdites ouvertures, ladite unité (1A) ayant un agencement multizone comportant au moins une zone confinée (ZC1, ZC2) hébergeant au moins une machine de fabrication (A, B) et exposée à une substance contaminante et/ou résidu contaminant, au moins une zone saine (ZS1 à ZS3) non exposée à ladite substance contaminante et/ou résidu contaminant et au moins une zone tampon (ZT1 à ZT4) entre une dite zone confinée (ZC1, ZC2) et une dite zone saine (ZS1 à ZS3), dans laquelle une dite zone confinée (ZC1) est aménagée dans lesdits deux modules juxtaposés (M2A, M3A) avec une surface au sol continue à travers ladite zone de communication spatiale (OU1) et lesdits moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour desdites ouvertures assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de ladite substance contaminante et/ou résidu contaminant.
2. Unité de fabrication modulaire et transportable selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend dans lesdits modules au moins une portion de zone ayant un plancher renforcé (PR1, PR2, PL1) destiné à assurer une stabilité vibratoire pendant la fabrication, ledit plancher étant renforcé par un ajout de moyens de renfort de structure (PT) dans au moins un dit conteneur (C3A, C1C).
3. Unité de fabrication modulaire et transportable selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits modules (M1A à M4A) sont assemblés mécaniquement par des coins d’assemblage normalisés de conteneur (CISO1, CISO2 et par des moyens d’assemblage mécanique (CD3 à CD6; CO1 à CO6) compris dans lesdits moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour desdites ouvertures.
4. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’elle comprend des dits modules juxtaposés selon leur longueur sur un même niveau (M1B, M4B; M2B, M5B; M3B, M6B), par des petits côtés en regard et des coins d’assemblage normalisés de conteneur (CISO1, CISO2) en coïncidence, et/ou des dits modules juxtaposés (M1A à M4A; M1B à M3B) selon leur largeur sur un même niveau, par des grands côtés en regard et des coins d’assemblage normalisés de conteneur (CISO1, CISO2) en coïncidence, et/ou des dits modules juxtaposés selon leur hauteur sur deux niveaux, par des grands côtés en regard et des coins d’assemblage normalisés de conteneur (CISO1, CISO2) en coïncidence.
5. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour desdites ouvertures comprennent un joint d’étanchéité (JE1 à JE4) disposé sur le pourtour desdites ouvertures, ledit joint d’étanchéité (JE1 à JE4) assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de ladite substance contaminante et/ou résidu contaminant et étant de type polymère et/ou polyoléfine et/ou caoutchouc et/ou Ethylène-Propylène-Diène Monomère.
6. Unité de fabrication modulaire et transportable selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour desdites ouvertures comprennent des moyens d’assemblage mécanique ayant des cornières de serrage (CO1 à CO6) assurant un serrage desdites parois juxtaposées et un écrasement dudit joint d’étanchéité (JE1 à JE4).
7. Unité de fabrication modulaire et transportable selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de jonction et d’étanchéité agencés sur le pourtour desdites ouvertures comprennent des moyens d’assemblage mécanique ayant des cadres (CD3 à CD6) fixés auxdites parois juxtaposées sur le pourtour desdites ouvertures et enserrant ledit joint d’étanchéité (JE3, JE4).
8. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de jonction et d’étanchéité comprennent également des moyens de jonction de réseau comportant un boîtier de dérivation (BD) et/ou un raccord rapide, lesdits moyens de jonction de réseau assurant un raccordement d’un réseau électrique et/ou d’eau et/ou de gaz et/ou de ventilation et/ou de climatisation et/ou un raccordement d’un système de sécurité et/ou un raccordement d’un réseau informatique, et lesdits moyens de jonction de réseau comprenant des moyens (CF) assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de ladite substance contaminante et/ou résidu contaminant.
9. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de jonction et d’étanchéité comprennent également un carter intérieur de protection/finition (CP1 à CP3) et/ou des moyens extérieurs d’étanchéité (CR, CV).
10. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ladite au moins une zone tampon comprend des première, deuxième et troisième zones tampons, ladite première zone tampon (ZT1, ZT2) étant aménagée entre une dite zone saine (ZS1) et une dite zone confinée (ZC1) et comprenant un double sas d’accès d’opérateur assurant une cascade de dépression d’air dans lequel sont stockés des équipements de protection individuelle, ladite deuxième zone tampon (ZT4) étant aménagée entre une dite zone saine (ZS1) et une dite zone confinée (ZC1) et étant destinée à une décontamination et extraction hors de ladite zone confinée (ZC1) de pièces produites par ladite au moins une machine de fabrication (A, B) et ladite deuxième zone tampon (ZT3) étant aménagée entre une dite zone saine (ZS1) et une dite zone confinée (ZC1) et étant destinée à une introduction de matériel propre dans ladite zone confinée (ZC1).
11. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ladite au moins une zone confinée (ZC1, ZC2) comprend également l’ensemble du matériel nécessaire (M) au fonctionnement de ladite machine de fabrication ainsi que d’autres équipements (C, D, E) comprenant des moyens d’inertage, de décontamination et de traitement d’air.
12. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, destinée à une fabrication additive métallique, caractérisée en ce que ladite au moins une machine de fabrication comprend une imprimante de fabrication additive métallique (A, B) ou deux imprimantes de fabrication additive métallique (N, O) de types différents.
13. Unité de fabrication modulaire et transportable selon la revendication 12, caractérisée en ce qu’elle comprend une dite zone confinée destinée à un stockage de poudre métallique (ZC2) et/ou une zone saine (ZS1) aménagée dans deux autres modules juxtaposés (M3A, M4A) avec une surface au sol continue à travers une autre zone de communication spatiale (OU2) entre modules comportant d’autres ouvertures en regard aménagées dans des parois juxtaposées desdits deux autres modules (M3A, M4A) et des moyens de jonction et d’étanchéité (CISO1, CISO2; PS1, PS2; CD3 à CD6; CO1 à CO6, JE1 à JE4; CP1 à CP3) agencés sur le pourtour desdites autres ouvertures et assurant une étanchéité totale à la poussière et aux fluides et vis-à-vis de ladite substance contaminante et/ou résidu contaminant.
14. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dit module (M1C) qui est équipé d’un caisson de rehaussement de hauteur de module, ledit caisson de rehaussement de hauteur de module étant formé à partir d’un conteneur d’expédition standard (C2C).
15. Unité de fabrication modulaire et transportable selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu’elle comprend une dite zone saine (ZS3) destinée à un stockage de panneaux de transport, lesdits panneaux de transport étant destinés à une fermeture desdites ouvertures aménagées dans lesdites parois.