FR3108869A1 - Procédé de fabrication additive d’une paroi pour turbomachine, comprenant au moins un orifice de refroidissement - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication additive d’une paroi (10) pour turbomachine, la paroi (10) comprenant un premier orifice de refroidissement (40). Le procédé de fabrication comprend la fabrication additive de la paroi (10) par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre. La paroi (10) est fabriquée au moins partiellement autour du premier orifice de refroidissement (40) avec au moins une zone inférieure (19a) qui a une longueur minimale (La) comprise entre 0,01 et 0,4 mm et/ou avec une zone inférieure (19a) qui a une épaisseur totale (ea) comprise entre 0,06 et 0,22 mm. Figure pour l’abrégé : figure 4b

Description

Procédé de fabrication additive d’une paroi pour turbomachine, comprenant au moins un orifice de refroidissement

L’invention se rapporte au domaine technique de la fabrication additive sur lit de poudre, également dénommée impression 3D. Elle concerne plus spécifiquement un procédé de fabrication d’une paroi pour turbomachine, comprenant un orifice de refroidissement, la paroi étant fabriquée par un dépôt de poudre couche par couche, en partie solidifié par fusion sélective ou frittage sélectif par un faisceau laser ou par un faisceau d’électrons.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les procédés de fusion sélective ou de frittage sélectif sur lit de poudre permettent de réaliser facilement des pièces métalliques ou céramiques telles que des pièces de turbomachine qui sont soumises à des contraintes mécaniques et/ou thermiques importantes.

De tels procédés sont notamment connus sous les acronymes SLM (de l’anglais « Selective Laser Melting »), SLS (de l’anglais « Selective Laser Sintering »), DMLS (de l’anglais « Direct Metal Laser Sintering ») et EBM (de l’anglais « Electron Beam Melting »).

Ces procédés comprennent généralement une étape de dépôt, à l’aide d’un moyen d’étalement de type rouleau ou racleur, d’une première couche de poudre dans un bac de fabrication dont le fond est formé par un plateau mobile en translation, suivie d’une étape de chauffage par un faisceau laser ou par un faisceau d’électrons d’une zone prédéfinie de la couche de poudre. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale ou le frittage local de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la pièce. Cette pièce est notamment une paroi pour turbomachine.

Le plateau est ensuite descendu d'une distance correspondant à l'épaisseur d'une couche, puis une seconde couche de poudre est amenée par le moyen d’étalement sur la couche précédente. Par la suite, une seconde couche de la pièce est formée à l'aide du faisceau. Ces étapes sont répétées jusqu’à la fabrication complète de la pièce.

Il est particulièrement difficile de réaliser par fabrication additive, notamment de façon reproductible, une paroi de turbomachine avec des trous de refroidissement qui soient de faibles dimensions et qui soient sensiblement uniformes, en particulier lorsque ces trous de refroidissement s’étendent sensiblement perpendiculairement à la paroi de turbomachine.

L’invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l’art antérieur.

A cet égard, l’invention a pour objet un procédé de fabrication additive d’une paroi pour turbomachine, la paroi comprend un premier orifice de refroidissement. Le procédé de fabrication comprend la fabrication additive de la paroi par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre.

Selon l’invention, la paroi est fabriquée au moins partiellement autour du premier orifice de refroidissement avec une zone inférieure qui a une épaisseur totale comprise entre 0,06 et 0,22 mm. La zone inférieure est fabriquée avec un apport d’énergie linéique qui est inférieur à celui pour fabriquer une zone intermédiaire qui forme la majorité du volume de la paroi.

Grâce au procédé de fabrication additive selon l’invention, la fabrication d’une paroi de turbomachine avec au moins un premier orifice de refroidissement de faibles dimensions est facilitée. La géométrie du premier orifice de refroidissement est notamment améliorée.

Le procédé de fabrication de la paroi tend à être plus reproductible. Il favorise aussi la réalisation de premiers orifices de refroidissement qui sont plus uniformes dans la paroi, y compris lorsque ces premiers orifices de refroidissement s’étendent sensiblement perpendiculairement à une surface extérieure de la paroi de turbomachine.

Selon une particularité de réalisation, la zone inférieure est fabriquée avec une longueur minimale de zone inférieure qui est comprise entre 0,01 et 0,4 mm. La longueur minimale de zone inférieure est une longueur minimale de solidification de poudre pour que la zone inférieure puisse être formée.

En particulier, la longueur minimale de la zone inférieure est abaissée et/ou l’épaisseur totale de la zone inférieure est augmentée, ce qui permet de fabriquer une zone inférieure, sur un volume plus important. Le plus grand volume de zone inférieure dans la première région permet de réduire les défauts de fabrication du premier orifice de refroidissement.

Une zone inférieure, également connue sous le nom de « downskin », est notamment une zone qui est formée d’au moins une couche de poudre solidifiée et qui est fabriquée avec un apport d’énergie linéique qui est inférieur à celui pour fabriquer une zone intermédiaire.

Une zone intermédiaire, également connue sous le nom de « inskin», est notamment une zone qui est formée d’au moins une couche de poudre solidifiée. Les zones intermédiaires forment la majorité du volume de la paroi. Chaque zone intermédiaire est notamment formée avec un apport d’énergie linéique qui est standard pour la fabrication de la paroi.

Une zone supérieure, également connue sous le nom de « upskin», est notamment une zone qui est formée d’au moins une couche de poudre solidifiée et qui est fabriqué avec un apport d’énergie linéique qui est sensiblement égal à celui qui est utilisé pour fabriquer une zone intermédiaire mais avec une double exposition énergétique par rapport à la zone intermédiaire.

Un apport d’énergie linéique correspond notamment à une quantité d’énergie délivrée à la matière, en l’occurrence de poudre, par unité de distance.

De préférence, la zone inférieure a une longueur minimale qui est sensiblement égale à 0,05 mm.

De préférence, la zone inférieure a une épaisseur qui est sensiblement égale à 0,12 mm.

Selon une autre particularité de réalisation, la première région de la paroi est fabriquée sans zone supérieure.

Selon une autre particularité de réalisation, la première région de la paroi est fabriquée avec une épaisseur de zone supérieure qui est inférieure ou égale à 0,06 mm.

En l’absence de zone supérieure ou avec une zone supérieure de plus faible épaisseur, les défauts de fabrication du premier orifice de refroidissement sont notamment réduits.

Selon une particularité de réalisation, la zone inférieure est située dans une portion supérieure du premier orifice de refroidissement, notamment un bord supérieur du premier orifice de refroidissement, lorsque la paroi est fabriquée sensiblement verticalement par fabrication additive sur un support.

Le support est notamment un plateau de fabrication, la paroi s’étendant perpendiculairement au plateau de fabrication lors de la fabrication additive de la paroi.

Il est particulièrement difficile de réaliser la portion supérieure du premier orifice de refroidissement par fabrication additive dans la paroi sans déplacement de matière, par exemple de poudre, vers le bas. La prépondérance de la zone inférieure dans la portion supérieure de l’orifice de refroidissement facilite la réalisation de l’orifice de refroidissement.

Selon une particularité de réalisation, la zone inférieure est fabriquée par un premier apport d’énergie linéique sur le lit de poudre qui est compris entre 0,0200 J/mm et 0,0300 J/mm.

De préférence, la zone inférieure est fabriquée par un premier apport d’énergie linéique sur le lit de poudre qui est sensiblement égal à 0,0250 J/mm.

Selon une autre particularité de réalisation, une zone intermédiaire autour du premier orifice de refroidissement est fabriquée par un deuxième apport d’énergie linéique sur le lit de poudre qui est compris entre 0,1300 J/mm et 0,1950 J/mm.

De préférence, la zone intermédiaire autour du premier orifice de refroidissement est fabriquée par un deuxième apport d’énergie linéique sur le lit de poudre qui est sensiblement égal à 0,1625 J/mm.

Selon une particularité de réalisation, la paroi est fabriquée autour de l’orifice de refroidissement avec une zone supérieure qui est fabriquée par un troisième apport d’énergie linéique sur le lit de poudre qui est compris entre 0,1300 J/mm et 0,1950 J/mm.

De préférence, la paroi est fabriquée autour de l’orifice de refroidissement avec une zone supérieure qui est fabriquée par un troisième apport d’énergie linéique sur le lit de poudre qui est sensiblement égal à 0,1625 J/mm.

De préférence, le troisième apport d’énergie linéique est sensiblement égal au deuxième apport d’énergie linéique avec double exposition énergétique de la zone supérieure par rapport à la zone intermédiaire.

La faible valeur du premier apport d’énergie linéique par rapport au deuxième apport d‘énergie linéique et/ou au troisième apport d’énergie linéique permet de fusionner/d’agglomérer moins de poudre lors de la fabrication d’une zone inférieure que lors de la fabrication d’une zone intermédiaire ou d’une zone supérieure. Il en résulte une diminution de défauts de fabrication du premier orifice de refroidissement qui est réalisé à partir d’un plus grand volume de zone inférieure.

Selon une autre particularité de réalisation, le premier orifice de refroidissement s’étend autour d’un axe longitudinal du premier orifice de refroidissement qui est sensiblement orthogonal à une surface extérieure de la paroi.

De préférence, la paroi s’étend sensiblement perpendiculairement à un plateau de fabrication lors de la fabrication additive de la paroi.

Il est d’autant plus difficile de réaliser un premier orifice de refroidissement par fabrication additive avec cette orientation du premier orifice de refroidissement et/ou de la paroi, et le procédé de fabrication selon l’invention est alors d’autant plus avantageux.

Selon une particularité de réalisation, le premier orifice de refroidissement est modélisé numériquement avec une surface transversale sensiblement ovale pour être fabriqué par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre avec une section transversale sensiblement circulaire.

La modélisation préalable du premier orifice de refroidissement avec une forme différente de la forme voulue pour cet orifice permet notamment de tenir compte du déplacement de matière vers le bas lors de la fusion/de l’agglomération de poudre au niveau du bord supérieur du premier orifice de refroidissement.

Selon une autre particularité de réalisation, la paroi comprend au moins un deuxième orifice de refroidissement. Le deuxième orifice de refroidissement est orienté autour d’un axe longitudinal du deuxième orifice de refroidissement qui est incliné par rapport à la surface extérieure de la paroi d’un angle compris entre 5° et 45° dans au moins un plan de coupe de la paroi, de préférence environ 20°.

Le plan de coupe est notamment un plan de coupe longitudinal de la paroi qui comprend une normale à la surface extérieure de la paroi.

Le procédé de fabrication additive permet notamment de réaliser un deuxième orifice de refroidissement avec une orientation, notamment une inclinaison, par rapport à la paroi qui serait difficilement réalisable avec un procédé de perçage connu de l’état de la technique, tel qu’un perçage laser.

Selon une particularité de réalisation, le deuxième orifice de refroidissement comprend une entrée et/ou une sortie qui comprend un arrondi.

L’arrondi en entrée et/ou en sortie du deuxième orifice de refroidissement tend à limiter les dépôts de matière indésirables en entrée et/ou en sortie du deuxième orifice de refroidissement.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

représente une turbomachine comprenant une paroi qui est fabriquée selon un procédé de fabrication additive selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

est une représentation schématique partielle d’un outillage de fabrication additive qui est utilisé pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive selon le premier mode de réalisation de l’invention ;

illustre schématiquement la fabrication de la paroi sur l’outillage de fabrication additive, lors de la mise en œuvre du procédé de fabrication additive selon le premier mode de réalisation ;

illustre schématiquement la structure d’une paroi à proximité d’un orifice de refroidissement, selon un procédé de fabrication additive connu de l’état de la technique ;

illustre schématiquement la structure de la paroi à proximité d’un orifice de refroidissement, lors de la mise en œuvre du procédé de fabrication additive selon le premier mode de réalisation ;

est une photo représentant la paroi comportant un orifice de refroidissement, qui est fabriquée par le procédé de fabrication additive connu de l’état de la technique ;

est une photo représentant la paroi comportant un orifice de refroidissement, qui est fabriquée par le procédé de fabrication additive selon le premier mode de réalisation ;

schématiquement la mise en œuvre du procédé de fabrication additive selon le premier mode de réalisation de l’invention.

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.

La figure 1 représente une turbomachine 1 à double flux et double corps. La turbomachine 1 est un turboréacteur qui a une forme de révolution autour d’un l’axe longitudinal AX.

La turbomachine 1 comprend, sur le chemin d’une veine primaire 11 d’un flux primaire, une manche d’entrée d’air 2, une soufflante 3, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9.

De manière générale, le terme « air » désigne tout gaz susceptible de servir de comburant dans la turbomachine 1.

Le compresseur basse pression 4, le compresseur haute pression 6, la turbine haute pression 8 et la turbine basse pression 9 délimitent une veine secondaire 13 d’écoulement d’un flux secondaire qui les contourne.

Le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 8 sont reliées mécaniquement par un arbre d’entraînement du compresseur haute pression 6, de sorte à former un corps haute pression de la turbomachine 1. De manière similaire, le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 9 sont reliées mécaniquement par un arbre de turbomachine 1, de façon à former un corps basse pression de la turbomachine 1.

Le compresseur basse pression 4, le compresseur haute pression 6, la chambre de combustion 7, la turbine haute pression 8 et la turbine basse pression 9 sont entourés par un carénage interne qui s’étend depuis la manche d’entrée 2 jusqu’à la turbine basse pression 9.

Ce carénage interne est entouré par un carter externe qui délimite la turbomachine radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal AX. Le carter externe délimite radialement vers l’extérieur la veine secondaire 13, notamment au niveau de la soufflante 3.

La figure 2 représente un exemple d’outillage 20 pour la fabrication d’une pièce par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre selon un procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation.

Dans le mode de réalisation représenté, la pièce est une paroi 10 pour turbomachine d’aéronef, par exemple une paroi d’une pale ou d’un rebord de turbomachine. Elle est conçue pour résister aux contraintes mécaniques et/ou thermiques particulièrement importantes lors du fonctionnement de la turbomachine. Elle est fabriquée par fabrication additive à partir d’une poudre 17 qui est typiquement en matériau métallique pour un usage aéronautique.

L’outillage 20 comporte un bac d’alimentation 23 en poudre 17, un bac de fabrication 24, dans lequel va être formé l’ébauche de paroi 10, et un troisième bac, qui peut être un bac de récupération 25 du surplus de poudre 17 ou un deuxième bac d’alimentation.

Le fond de chaque bac est formé d’un plateau qui est mobile en translation sur un bras d’actionnement 26 orienté selon un axe vertical des bacs. Chaque plateau comprend une plaque métallique qui forme une embase pour la poudre 17. Le plateau 27 du bac d’alimentation est configuré pour se déplacer selon un premier axe vertical Z1-Z1 qui est sensiblement parallèle au deuxième axe vertical Z2-Z2 de déplacement du plateau de fabrication 28.

L’actionnement du plateau 27 du bac d’alimentation permet d’amener de poudre 17 dans le bac de fabrication 24. Le plateau de fabrication 28 du bac de fabrication, en descendant, permet la création des couches 19 successives de l’ébauche de paroi 10.

L’outillage 20 comporte également un moyen d’étalement 29, du type rouleau tel que celui qui est représenté à la figure 1 ou bien racleur, qui permet de pousser la poudre 17 du bac d’alimentation 23 dans le bac de fabrication 24 et d’étaler cette poudre 17, dans le bac d’alimentation 23, de manière à former une couche 19 de poudre d’épaisseur déterminée. Pour ce faire, le moyen d’étalement 29 se déplace le long d’un plan de balayage horizontal selon une direction de déplacement représentée par la flèche A allant du bac d’alimentation 23 au bac de récupération 25. Le surplus de poudre peut être récupéré dans le bac de récupération 25.

L’outillage 20 comprend en outre un moyen de chauffage 30 configuré pour faire fondre ou pour fritter au moins une partie d'une couche 19 de poudre déposée sur le plateau de fabrication 28, de manière à obtenir, après solidification, une couche 19 de l’ébauche de paroi 10.

Le moyen de chauffage 30 comprend par exemple un laser 31 et un ou plusieurs miroirs 32 permettant d’envoyer le faisceau laser vers les zones de la couche de poudre 17 à fusionner ou à fritter. Le bac de fabrication 24 va ainsi contenir, après le balayage de la couche de poudre 17 par un faisceau énergétique, la couche 19 de matière solidifiée qui est entourée du poudre 17 non fusionnée ou non frittée.

L’outillage 20 comprend également un deuxième moyen de chauffage, par exemple un four 34, pour réaliser au moins un traitement thermique de l’ébauche de paroi 10, suite au refroidissement de chaque couche 19 de matière solidifiée.

En référence à la figure 3, le plateau de fabrication 28 comprend une surface extérieure inférieure S1 et une surface extérieure supérieure S2 qui est opposée à la surface extérieure inférieure S1 et à laquelle est fixée l’ébauche de paroi 10, suite à une étape de fabrication additive 105 de l’ébauche de paroi 10.

La paroi 10 comprend une extrémité inférieure 10a, une extrémité supérieure 10b qui est opposée à l’extrémité inférieure 10a, et un corps 12 qui s’étend depuis l’extrémité inférieure 10a jusqu’à l’extrémité supérieure 10b. Elle comprend un premier plat qui est délimité par une première surface latérale S3 et un deuxième plat qui est délimitée par une deuxième surface latérale S4 qui est opposée à la première surface latérale S3.

Dans le mode de réalisation représenté, la paroi 10 a une forme générale de plaque et la deuxième surface latérale S4 est sensiblement parallèle à la première surface latérale S3.

Dans le présent document et en l’absence de précision contraire, une direction axiale ou longitudinale est une direction parallèle à l’axe longitudinal Z-Z de la paroi 10. L’axe longitudinal Z-Z de la paroi 10 est orienté sensiblement verticalement dans le mode de réalisation représenté. Une direction radiale ou transversale est une direction orthogonale à l’axe longitudinal Z-Z de la paroi et sécante avec cet axe. Une direction circonférentielle est définie comme une direction localement orthogonale à une direction radiale et à la direction de l’axe longitudinal Z-Z de la paroi. Une direction normale Y-Y est une direction qui est sensiblement orthogonal à la première surface latérale S3 ou à la deuxième surface latérale S4.

Lors de sa fabrication additive 105, l’ébauche de paroi 10 est fixée à son extrémité inférieure 10a au plateau de fabrication 28. Elle s’étend sensiblement perpendiculairement à la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 28 avec lequel elle forme un angle α.

La paroi 10 est traversée par des premiers orifices de refroidissement 40 et par des deuxièmes orifices de refroidissement 44.

Chaque deuxième orifice de refroidissement 44 s’étend depuis une entrée 43 qui débouche à travers la première surface latérale S3 jusqu’à une sortie 45 qui débouche à travers la deuxième surface latérale S4 autour d’un axe longitudinal R1-R1 de ce deuxième orifice de refroidissement 44. L’axe longitudinal R1-R1 de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 est incliné par rapport à la première surface latérale S3 et par rapport à la deuxième surface latérale S4 d’un angle γ qui est compris entre 5° et 45° dans au moins un plan de coupe longitudinal de la paroi 10 qui comprend la normale Y-Y à la paroi 10.

Dans le mode de réalisation représenté, l’axe longitudinal R1-R1 de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 est incliné par rapport à la première surface latérale S3 et par rapport à la deuxième surface latérale S4 d’un angle γ qui est sensiblement égal à 20° dans le plan de coupe longitudinal qui est représenté à la figure 3.

Dans le mode de réalisation représenté, l’entrée 43 de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 comprend un arrondi 43a. La sortie 45 de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 comprend un arrondi 45a.

Chaque premier orifice de refroidissement 40 s’étend depuis une entrée 41 qui débouche à travers la première surface latérale S3 jusqu’à une sortie 42 qui débouche à travers la deuxième surface latérale S4 autour d’un axe longitudinal R2-R2 de ce premier orifice de refroidissement 40. L’axe longitudinal R2-R2 de chaque premier orifice de refroidissement 40 est orienté selon un angle β qui est sensiblement perpendiculaire à la première surface latérale S3 et à la deuxième surface latérale S4 de la paroi 10.

Il est d’autant plus difficile de réaliser chacun des premiers orifices de refroidissement 40 par fabrication additive que la paroi 10 est fabriquée additivement en étant sensiblement perpendiculaire au plateau 28 de fabrication, et que l’axe longitudinal R2-R2 de chaque premier orifice de refroidissement 40 est sensiblement perpendiculaire à la première surface latérale S3 et à la deuxième surface latérale S4 de la paroi 10. En effet, le matériau de la paroi 10 tend à se déplacer vers le bas lors de la fusion/de l’agglomération de poudre 17 au niveau du bord supérieur de chacun des premiers orifices de refroidissement 40. Par ailleurs, les premiers orifices de refroidissement sont d’autant plus difficiles à réaliser qu’ils ont de faibles dimensions, par exemple un rayon r1 qui est sensiblement égal à 0,25 mm et une surface A1 qui est environ égale à 0,20 mm².

Le procédé de fabrication 100 de la paroi 10 selon l’invention vise à remédier au moins partiellement à ces inconvénients, en modifiant les paramètres de fabrication additive de la paroi 10 autour de chaque premier orifice de refroidissement 40, et notamment à proximité des premiers orifices de refroidissement 40.

En référence conjointe aux figures 3, 4b, 5b et 6, la paroi 10 est fabriquée additivement avec des zones inférieures 19a et des zones intermédiaires 19b. Le corps 12 de la paroi est fabriquée sans zone supérieure 19c, contrairement à une paroi 10 qui serait fabriquée additivement selon un procédé connu de la technique telle que celle qui est représentée schématiquement à la figure 4a.

Dans le présent exposé, une zone inférieure 19a, également connue sous le nom de « downskin », est une zone qui est formée d’au moins une couche de poudre 17 solidifiée et qui est fabriquée avec un apport d’énergie linéique Ea qui est inférieur à celui pour fabriquer une zone intermédiaire 19b.

Une zone intermédiaire 19b, également connue sous le nom de « inskin», est notamment une zone qui est formée d’au moins une couche de poudre 17 solidifiée. Les zones intermédiaires 19b forment la majorité du volume de la paroi 10. Chaque zone intermédiaire 19b est notamment formée avec un apport d’énergie linéique Eb qui est standard pour la fabrication de la paroi 10.

Une zone supérieure 19c, également connue sous le nom de « upskin», est notamment une zone qui est formée d’au moins une couche de poudre 17 solidifiée et qui est fabriqué avec un apport d’énergie linéique Ec qui est sensiblement égal à celui qui est utilisé pour fabriquer une zone intermédiaire 19b mais avec une double exposition énergétique par rapport à la zone intermédiaire 19b.

Chaque zone inférieure 19a de la paroi 10, délimitant au moins partiellement un premier orifice de refroidissement 40, a une épaisseur totale ea qui est comprise entre 0,06 et 0,22 mm. Chaque zone inférieure 19a a notamment une épaisseur totale ea qui est sensiblement égale à 0,12 mm.

Dans le présent exposé, le paramètre d’épaisseur ea de chaque zone inférieure 19a est également connu sous la dénomination de « thickness of the downskin ». Il s’agit de l’épaisseur totale de la zone inférieure 19a dans au moins une section longitudinale de la paroi 10.

Dans le mode de réalisation représenté, l’épaisseur totale ea de la zone inférieure 19a correspond à l’épaisseur de cinq couches de poudre 17 agglomérée/fusionnée dans la zone inférieure 19a.

Chaque zone inférieure 19a de la paroi 10, délimitant au moins partiellement un premier orifice de refroidissement 40, est fabriquée avec une longueur minimale La de zone inférieure qui est comprise entre 0,01 et 0,4 mm. Chaque zone inférieure 19a est notamment fabriquée avec un paramètre de longueur minimale La qui est sensiblement égale à 0,05 mm.

Dans le présent exposé, le paramètre de longueur minimale La de zone inférieure est également connu sous la dénomination de « downskin minumum length ». Il s’agit de longueur minimale de solidification de poudre pour que la zone inférieure 19a puisse être formée. Le paramètre de longueur minimale La de zone inférieure est à comparer à la longueur de déplacement effectif du laser. Elle est inférieure à la longueur de déplacement effectif du laser dans la zone inférieure 19a pour permettre la fabrication de la zone inférieure 19a.

Dans le mode de réalisation représenté, le paramètre de longueur minimale La correspond à la longueur minimale d’une couche de poudre fusionnée/agglomérée dans la zone inférieure 19a, dans au moins une section longitudinale de la paroi 10.

Chaque zone inférieure 19a est fabriquée par un premier apport d’énergie linéique Ea sur le lit de poudre 17 qui est compris entre 0,02 J/mm et 0,03 J/mm. Chaque zone inférieure 19a est fabriquée par un premier apport d’énergie linéique Ea sur le lit de poudre 17 qui est préférentiellement sensiblement égal à 0,0250 J/mm.

Chaque zone intermédiaire 19b est fabriquée par un deuxième apport d’énergie linéique Eb sur le lit de poudre 17 qui est compris entre 0,1300 J/mm et 0,1950 J/mm. Chaque zone intermédiaire 19b est fabriquée par un deuxième apport d’énergie linéique Eb sur le lit de poudre 17 qui est préférentiellement sensiblement égal 0,1625 J/mm.

Plus généralement, le premier apport d’énergie linéique Ea est inférieur de sensiblement 85% au deuxième apport d’énergie linéique Eb. La faible valeur du premier apport d’énergie linéique Ea par rapport au deuxième apport d’énergie linéique Eb permet notamment de fusionner/d’agglomérer moins de poudre 17 lors de la fabrication d’une zone inférieure 19a que lors de la fabrication d’une zone intermédiaire 19b. Il en résulte une diminution de défauts de fabrication de chaque premier orifice de refroidissement 40 en augmentant le volume de la zone inférieure 19a relativement au volume de la zone intermédiaire 19b.

En référence conjointe aux figures 4a et 4b, la paroi 10 qui est fabriquée selon le procédé de fabrication additive 100 selon le premier mode de réalisation se distingue d’une paroi 10 qui est fabriquée additivement selon un procédé de fabrication connu de l’état de la technique, en ce qu’elle est dépourvue de zone supérieure 19c au fond de chaque premier orifice de refroidissement 40, en ce qu’elle comprend un volume très supérieur de zone inférieure 19a qui est située au bord supérieur de chaque premier orifice de refroidissement 40, et en ce que chaque premier orifice de refroidissement 40 est délimité au niveau de son bord inférieur par une zone intermédiaire 19b.

La longueur minimale La de chaque zone inférieure 19a de la paroi 10 qui est fabriquée selon le procédé de fabrication additive 100 selon le premier mode de réalisation est par exemple inférieure de sensiblement 90% par rapport à la longueur minimale de chaque zone inférieure 19a d’une paroi 10 qui est fabriquée additivement selon un procédé de fabrication connu de l’état de la technique. La longueur minimale La de chaque zone inférieure 19a de la paroi 10 est notamment déterminée selon la direction X-X en référence conjointe aux figures 3, 4a et 4b.

L’épaisseur ea de l’ensemble des couches de la zone inférieure 19a de la paroi 10 qui est fabriquée selon le procédé de fabrication additive 100 selon le premier mode de réalisation est par exemple supérieure de 200% par rapport à l’épaisseur de l’ensemble des couches d’une zone inférieure 19a d’une paroi 10 qui est fabriquée additivement selon un procédé de fabrication connu de l’état de la technique. L’épaisseur totale ea de zone inférieure 19a est notamment déterminée selon la direction Z-Z, en référence conjointe aux figures 3, 4a et 4b.

Les paramètres de fabrication de chaque zone intermédiaire 19b de la paroi 10 qui est fabriquée selon le procédé de fabrication additive 100 sont sensiblement identiques aux paramètres de fabrication de zone intermédiaire 19b d’une paroi 10 qui est fabriquée additivement selon un procédé de fabrication connu de l’état de la technique.

Comme indiqué précédemment, la paroi 10 qui est fabriquée selon le procédé de fabrication additive 100 selon le premier mode de réalisation ne comprend pas de zones supérieures 19c.

En référence conjointe aux figures 5a et 5b, le troisième orifice de refroidissement 46 qui est représenté à la figure 5a se distingue du premier orifice de refroidissement 40 qui est représenté à la figure 5b par son procédé de fabrication additive.

En référence à la figure 4a, le troisième orifice de refroidissement 46 comprend seulement deux couches dans la zone inférieure 19a qui est située exclusivement sur un bord supérieur du troisième orifice de refroidissement 46. Il comprend quatre couches dans la zone supérieure 19c qui est située exclusivement dans un bord inférieur du troisième orifice de refroidissement 46.

En référence à la figure 5a, le troisième orifice de refroidissement 46 qui traverse une paroi 10 qui est fabriquée selon un procédé de fabrication connu de l’état de la technique, a un bord qui présente une forme assez irrégulière. Il comporte des effondrements de matière au niveau de son bord supérieur. Par ailleurs, il comporte des dépôts de matière intempestifs importants au fond du troisième orifice de refroidissement 46. Le troisième orifice de refroidissement 46 comprend par exemple un rayon r2 qui est sensiblement égal à 0,25 mm et une surface A2 qui est environ égale à 0,19 mm².

En référence à la figure 4b, le bord supérieur du premier orifice de refroidissement 40 comprend cinq couches de poudre agglomérée/fusionnée dans la zone inférieure 19a qui est située exclusivement sur un bord supérieur du premier orifice de refroidissement 40. L’épaisseur totale ea de la zone inférieure 19a du premier orifice de refroidissement 40 est significativement plus élevée que celle de la zone inférieure 19a du troisième orifice de refroidissement 46, du fait du nombre plus élevé de couches de la zone inférieure 19a du premier orifice de refroidissement 40. Le bord inférieur du premier orifice de refroidissement 40 est formé par une zone intermédiaire 19b. Le bord du premier orifice de refroidissement 40 est dépourvu de zone supérieure 19c, contrairement au troisième orifice de refroidissement 46.

La longueur minimale La de chaque couche de la zone inférieure 19a de la paroi 10 autour de chaque premier orifice de refroidissement 40 du mode de réalisation de la figure 4b est inférieure, selon la direction horizontale aux figures 4a et 4b, à la longueur minimale de chaque couche de la zone inférieure 19a du mode de réalisation de la figure 4a.

En référence à la figure 5b, le premier orifice de refroidissement 40 qui est fabriquée selon un procédé de fabrication 100 selon le premier mode de réalisation, a une forme plus régulière, notamment au niveau de son bord supérieur et au fond du premier orifice de refroidissement 40. Le rayon r1 du premier orifice de refroidissement 40 est sensiblement égal au r2 du troisième orifice de refroidissement 46. La surface A1 du premier orifice de refroidissement est supérieure d’environ 15% à la surface A2 du troisième orifice de refroidissement 46, du fait du bord plus régulier du premier orifice de refroidissement 40.

Le procédé de fabrication additive 100 selon le premier mode de réalisation est maintenant décrit plus en détail, en référence notamment à la figure 6.

Le procédé de fabrication 100 comprend tout d’abord une étape 101 de détermination des paramètres de fabrication additive de la paroi 10, notamment la valeur de la longueur minimale La de chaque zone inférieure 19a, la valeur du paramètre d’épaisseur ea de l’ensemble des couches de la zone inférieure 19a, la valeur du premier apport d’énergie linéique Ea et la valeur du deuxième apport d’énergie linéique Eb.

Le procédé de fabrication additive 100 comprend ensuite une modélisation numérique 103 de chaque premier orifice de refroidissement 40 avec une surface transversale sensiblement ovale pour que chaque premier orifice de refroidissement 40 soit fabriqué avec une section transversale sensiblement circulaire.

Cette modélisation numérique 103 de chaque premier orifice de refroidissement 40 avec une surface de forme différente de la forme voulue pour cet orifice permet notamment de tenir compte du déplacement de matière vers le bas lors de la fusion/de l’agglomération de poudre 17 au niveau du bord supérieur de chaque premier orifice de refroidissement 40.

Le procédé de fabrication 100 se poursuit par une étape de fabrication additive 105 couche par couche de la paroi 10 par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre 17, notamment par un laser. Les premiers orifices de refroidissement 40 et les deuxièmes orifices de refroidissement 44 sont réalisés à travers la paroi 10 simultanément à la fabrication de la paroi 10.

Le faisceau énergétique qui est appliqué sur le lit de poudre 17 pour former chaque zone inférieure 19a et chaque zone intermédiaire 19b est déplacé linéairement avec des mouvements de va et vient. Suite à l’étape de fabrication additive 105, l’ébauche de paroi 10 est fixée à son extrémité inférieure 10a au plateau de fabrication 28.

Le procédé de fabrication additive 100 selon le premier mode de réalisation permet notamment de réaliser chaque deuxième orifice de refroidissement 44 avec une orientation par rapport à chacune des surfaces latérales S3, S4 qui serait difficilement réalisable avec un procédé de perçage connu de l’état de la technique, tel qu’un perçage laser, notamment lorsque l’angle γ est inférieur ou égal à 20°.

L’arrondi 43a en entrée de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 tend à limiter les dépôts de matière indésirables en entrée 43 de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 lors de la fabrication additive 105. L’arrondi 45a en sortie de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 tend à limiter les dépôts de matière indésirables en sortie 45 de chaque deuxième orifice de refroidissement 44 lors de la fabrication additive 105.

L’étape de fabrication additive 105 comprend un refroidissement rapide de l’ébauche de paroi 10, suite à la fusion ou au frittage de la poudre 17, ce qui est susceptible de générer des contraintes mécaniques, notamment des retraits, ainsi que des variations de structures dans l’ébauche de paroi 10.

Le procédé de fabrication 100 comprend un chauffage 106, 108 de l’ébauche de paroi 10. Ce chauffage 106 comprend notamment un premier traitement thermique de détentionnement qui vise à réduire les contraintes thermiques, les contraintes mécaniques résiduelles et les variations structurelles qui ont été générées dans l’ébauche de paroi 10 lors de l’étape de fabrication additive 105. Ce chauffage 106, 108 peut aussi comprendre un deuxième traitement thermique 108 pour augmenter la solidité et/ou la durée de vie de l’ébauche de paroi 10. Le chauffage 106, 108 a typiquement lieu à une température supérieure à 1000°C.

Le procédé de fabrication 100 de la paroi 10 comporte enfin un usinage 110 de l’ébauche de paroi 10, notamment pour séparer l’extrémité inférieure 10a de l’ébauche de paroi 10 du plateau de fabrication 28. Cet usinage 110 comprend par exemple un usinage par électro érosion de la paroi 10.

Le procédé de fabrication 100 peut également comporter un usinage 112 du plateau de fabrication 28. Cet usinage 112 comprend par exemple un usinage par électro érosion, une rectification, ou un sablage du plateau de fabrication 28 en vue de la fabrication d’une autre paroi 10.

Grâce au procédé de fabrication additive 100 selon l’invention, la fabrication de la paroi 10 de turbomachine avec au moins un premier orifice de refroidissement 40 de faibles dimensions est facilitée. La géométrie de chaque premier orifice de refroidissement 40 est notamment améliorée. Le procédé de fabrication additive 100 selon l’invention permet notamment de réaliser des premiers orifices de refroidissement 40 avec un rayon r1 plus faible.

Le procédé de fabrication 100 de la paroi 10 tend à être plus reproductible. Il favorise aussi la réalisation des premiers orifices de refroidissement 40 qui ont des géométries plus uniformes dans la paroi 10.

En particulier, la longueur minimale La de chaque zone inférieure 19a est abaissée lors de la mise en œuvre du procédé de fabrication 100 et l’épaisseur de chaque zone inférieure 19a est augmentée. La paroi 10 est alors fabriquée avec des zones inférieures 19a sur un volume plus important relativement au volume des zones intermédiaires 19b, en l’absence notamment de zone supérieure 19c, à proximité de chacun des premiers orifices de refroidissement 40. Il en résulte une géométrie plus précise, plus uniforme et plus facilement reproductible de chaque premier orifice de refroidissement 40, notamment une réduction des défauts de fabrication de chaque premier orifice de refroidissement 40.

En l’absence de zone supérieure 19c, les défauts de fabrication de chaque premier orifice de refroidissement 40 sont réduits. En particulier, les dépôts de matière intempestifs au fond de chaque premier orifice de refroidissement 40 en l’absence de zones supérieures 19c sont limités.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite sans sortir du cadre de l’exposé de l’invention. En particulier, la structure de l’outillage 20, la structure de la paroi 10 et le procédé de fabrication 100 peuvent varier.

Le nombre, la géométrie et la répartition des premiers orifices de refroidissement 40, et des deuxièmes orifices de refroidissement 44 peuvent varier. La paroi 10 peut comprendre par exemple seulement des premiers orifices de refroidissement 40.

En variante encore, au moins un deuxième orifice de refroidissement 44 de la paroi peut être dépourvu d’arrondi. Dans ce cas, l’entrée 43 et/ou la sortie 45 de la paroi peut être usinée suite à l’étape de fabrication additive 105.

En variante, la paroi 10 est fabriquée à proximité des premiers orifices de refroidissement 40 avec une zone supérieure 19c dont l’épaisseur est par exemple inférieure ou égale à 0,06 mm.

Dans ce cas, le paramètre d’épaisseur de la zone supérieure 19c, également connu sous la dénomination de « thickness of the upskin », est notamment défini comme l’épaisseur de l’ensemble des couches de la zone supérieure 19c qui est fabriquée avec une paramétrie dite Upskin.

Avec une zone supérieure 19c de faible épaisseur, les défauts de fabrication de chaque premier orifice de refroidissement 40 sont réduits par rapport à une paroi 10 qui est fabriquée additivement selon un procédé connu de l’état de la technique. En particulier, les dépôts de matière non souhaités en fond de chaque premier orifice de refroidissement 40 restent limités.

Chaque zone supérieure 19c de la paroi 10 est par exemple fabriquée par un troisième apport d’énergie linéique Ec sur le lit de poudre 17 qui est compris entre 0,1300 J/mm et 0,1950 J/mm, de préférence 0,1625 J/mm.

En particulier, le troisième apport d’énergie linéique Ec est sensiblement égal au deuxième apport d’énergie linéique Eb avec double exposition énergétique d’une zone supérieure 19c par rapport à une zone intermédiaire 19b.

La faible valeur du premier apport d’énergie linéique Ea par rapport au troisième apport d’énergie linéique Ec permet notamment de fusionner/d’agglomérer moins de poudre 17 lors de la fabrication d’une zone inférieure 19a que lors de la fabrication d’une zone supérieure 19c. Il en résulte une diminution de défauts de fabrication du premier orifice de refroidissement 40 en augmentant le volume de zone inférieure 19a.

De manière générale, le premier apport d’énergie linéique Ea, le deuxième apport d’énergie linéique Eb et/ou le troisième apport d’énergie linéique Ec peuvent avoir différentes valeurs, notamment le long de la paroi 10. Le troisième apport d’énergie linéique Ec peut notamment avoir une valeur différente du deuxième apport d’énergie linéique Eb.

Le procédé de fabrication 100 peut ne pas comprendre d’usinage 110 de l’ébauche de paroi 10 et/ou d’usinage 112 du plateau de fabrication 28.

Claims (11)

1. Procédé de fabrication additive (100) d’une paroi (10) pour turbomachine, la paroi (10) comprenant un premier orifice de refroidissement (40), le procédé de fabrication (100) comprenant la fabrication additive (101) de la paroi (10) par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre (17),
   caractérisé en ce que la paroi (10) est fabriquée au moins partiellement autour du premier orifice de refroidissement (40) avec une zone inférieure (19a) qui a une épaisseur totale (ea) comprise entre 0,06 et 0,22 mm, la zone inférieure (19a) étant fabriquée avec un apport d’énergie linéique qui est inférieur à celui pour fabriquer une zone intermédiaire (19b) qui forme la majorité du volume de la paroi (10).
2. Procédé de fabrication additive (100) selon la revendication précédente, dans lequel la zone inférieure (19a) est fabriquée avec une longueur minimale (La) de zone inférieure qui est comprise entre 0,01 et 0,4 mm, la longueur minimale (La) de zone inférieure étant une longueur minimale de solidification de poudre pour que la zone inférieure (19a) puisse être formée.
3. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone inférieure (19a) a une longueur minimale (La) qui est comprise entre 0,01 et 0,4 mm et/ou la zone inférieure (19a) a une épaisseur totale (ea) qui est comprise entre 0,06 et 0,22 mm,
   la zone inférieure (19a) ayant de préférence une longueur minimale (La) qui est sensiblement égale à 0,05 mm, et/ou la zone inférieure (19a) ayant de préférence une épaisseur totale (ea) qui est sensiblement égale à 0,12 mm.
4. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (10) est fabriquée autour du premier orifice de refroidissement (40) sans zone supérieure (19c) ou avec une épaisseur de zone supérieure (19c) qui est inférieure ou égale à 0,06 mm,
   la zone supérieure (19c) étant fabriquée avec un apport d’énergie linéique qui est sensiblement égal à celui qui est utilisé pour fabriquer une zone intermédiaire (19b) qui forme la majorité du volume de la paroi (10) mais avec une double exposition énergétique par rapport à la zone intermédiaire (19b).
5. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone inférieure (19a) est située dans une portion supérieure du premier orifice de refroidissement (40) lorsque la paroi (10) est fabriquée sensiblement verticalement par fabrication additive sur un support (28), le support étant notamment un plateau de fabrication (28).
6. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone inférieure (19a) est fabriquée par un premier apport d’énergie linéique (Ea) sur le lit de poudre (17) qui est compris entre 0,0200 J/mm et 0,0300 J/mm, de préférence 0,0250 J/mm, et/ou
   dans lequel une zone intermédiaire autour du premier orifice de refroidissement (40) est fabriquée par un deuxième apport d’énergie linéique (Eb) sur le lit de poudre (17) qui est compris entre 0,1300 J/mm et 0,1950 J/mm, de préférence 0,1625 J/mm.
7. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (10) est fabriquée autour de l’orifice de refroidissement (40) avec une zone supérieure (19c) qui est fabriquée par un troisième apport d’énergie linéique (Ec) sur le lit de poudre (17) qui est compris entre 0,1300 J/mm et 0,1950 J/mm, de préférence 0,1625 J/mm.,
   le troisième apport d’énergie linéique (Ec) étant de préférence sensiblement égal au deuxième apport d’énergie linéique (Eb) avec double exposition énergétique de la zone supérieure (19c) par rapport à la zone intermédiaire (19b).
8. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier orifice de refroidissement (40) s’étend autour d’un axe longitudinal (R2-R2) du premier orifice de refroidissement qui est sensiblement orthogonal à une surface extérieure (S3, S4) de la paroi (10),
   la paroi (10) s’étendant de préférence sensiblement perpendiculairement à un plateau de fabrication (28) lors de la fabrication additive (101) de la paroi (10),
9. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier orifice de refroidissement (40) est modélisé numériquement avec une surface transversale sensiblement ovale pour être fabriqué par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre (17) avec une section transversale sensiblement circulaire.
10. Procédé de fabrication additive (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (10) comprend au moins un deuxième orifice de refroidissement (44) qui est orienté autour d’un axe longitudinal (R1-R1) du deuxième orifice de refroidissement qui est incliné par rapport à une surface extérieure (S3, S4) de la paroi d’un angle (γ) compris entre 5° et 45° dans au moins un plan de coupe de la paroi (10), de préférence environ 20°.
11. Procédé de fabrication additive (100) selon la revendication précédente, dans lequel une entrée (43) et/ou une sortie (45) du deuxième orifice de refroidissement (44) est fabriquée avec un arrondi (43a, 45a).