FR3109324A1 - Dispositif de fabrication additive presentant une zone fondue stabilisée mettant en œuvre un champ magnetique haute frequence - Google Patents
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Abstract
Dispositif de fabrication additive d’au moins une pièce (P) comportant :- un plateau de construction comportant une zone de fabrication de la pièce (P),- des moyens de fourniture (4) du matériau pour fabriquer la pièce,- une source d’énergie (6) générant un faisceau d’énergie pour fondre le matériau et former une zone fondue (ZF),- des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence (8) dans la zone fondue, dont l’intensité assure une stabilisation de la zone fondue (ZF). Figure pour l’abrégé : 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE
ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à un dispositif de fabrication additive mettant en œuvre un champ magnétique haute fréquence et à un procédé de fabrication additive.
Les procédés de fabrication additive comprennent par exemple les procédés par fusion de lit de poudre ou PBF (Powder Bed Fusion en terminologie anglo-saxonne) et les procédés de dépôt de matière sous énergie concentrée ou DED (Directed Energy Deposition en terminologie anglo-saxonne)
Les procédés PBF consistent à fondre, par exemple au moyen d’un faisceau laser, certaines régions d’un lit de poudre.
Les procédés DED consistent à déposer un matériau fondu, par exemple au moyen d’un faisceau laser, le matériau étant amené sous forme solide par exemple sous la forme d’un fil ou de poudre.
L’étape de passage en voie liquide, généralement sous forme de bain de fusion, s’opère à des températures très élevées, de l’ordre de plusieurs milliers de Kelvin, ce qui a pour effet de réduire la viscosité et la tension de surface des matériaux. Par ailleurs les gradients de température sont très intenses et de ce fait, les phases liquides peuvent être le lieu de phénomènes d’instabilité pouvant aller jusqu’ à la rupture du bain et à l’éjection de gouttelettes.
C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un dispositif de fabrication additive et une méthode de fabrication additive dans lesquels les problèmes d’instabilités hydrodynamiques, et en particulier ceux conduisant à des ondulations de la surface libre du bain et à sa fragmentation et à l’éjection de gouttelettes sont réduits, voire supprimés.
Le but de la présente invention est atteint par un dispositif de fabrication additive d’au moins une pièce en cours de fabrication, comportant des moyens pour fournir le matériau sur un support, au moins une source d’énergie pour fondre le matériau et des moyens pour générer un champ magnétique alternatif au niveau de la zone de fusion du matériau. La fréquence du champ magnétique est suffisamment élevée pour que le champ magnétique ait un effet de stabilisation du bain fondu.
De préférence, la fréquence du champ magnétique est comprise entre 10 kHz et 100 MHz, et de manière encore plus préférée entre 100 kHz et 20 MHz. L’intensité caractéristique du champ magnétique dans le bain fondu est de préférence comprise entre 0,01 T et 1 T et de manière encore préférée entre 0,05 T et 0,2 T.
Selon l’invention, en appliquant un champ magnétique à haute fréquence au bain fondu, celui-ci est confiné dans une peau électromagnétique. Les courants induits apparaissent dans cette peau, il y a alors apparition de forces de Lorentz dans la zone de peau du liquide, qui ont pour effet d’induire une pression supplémentaire agissant à la surface du liquide, et évitant, ou du moins réduisant les instabilités hydrodynamiques qui conduisent à des ondulations de la surface libre du bain pouvant aller jusqu’à sa fragmentation et à l’éjection de gouttelettes.
De préférence, les moyens de génération de champ magnétique alternatif sont situés au plus près de la zone de fabrication afin de réduire la puissance requise pour générer un champ magnétique d’intensité suffisante.
De préférence, lorsque la pièce est fabriquée sur un plateau de construction, celui-ci est refroidi au moins au début de la fabrication.
La présente invention s’applique à la fois à la fabrication par fusion de lit de poudre et à la fabrication par dépôt de matière sous énergie concentrée.
L’un des objets de la présente invention est alors un dispositif de fabrication additive d’au moins une pièce comportant :
- des moyens de fourniture du matériau pour fabriquer la pièce à une zone de fabrication,
- au moins une source d’énergie destinée à générer au moins un faisceau d’énergie pour fondre le matériau et former au moins une zone fondue dans la zone de fabrication,
- des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence au moins dans la zone fondue, ladite haute fréquence étant comprise entre 10 kHz et 100 MHz, et ledit champ magnétique ayant une intensité caractéristique comprise entre 0,01T et 1T.
- des moyens de fourniture du matériau pour fabriquer la pièce à une zone de fabrication,
- au moins une source d’énergie destinée à générer au moins un faisceau d’énergie pour fondre le matériau et former au moins une zone fondue dans la zone de fabrication,
- des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence au moins dans la zone fondue, ladite haute fréquence étant comprise entre 10 kHz et 100 MHz, et ledit champ magnétique ayant une intensité caractéristique comprise entre 0,01T et 1T.
De manière encore préférée, la fréquence est comprise entre 100 kHz et 20 MHz.
De manière encore préférée, les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence génèrent un champ magnétique dont l’intensité caractéristique est comprise entre 0,05 T et 0,2 T.
De préférence, les moyens de génération d’un champ magnétique sont disposés à une distance d de la surface de la zone fondue comprise entre 2 mm et 50 mm.
Le dispositif de fabrication additive peut comporter un plateau de construction sur une face duquel la pièce est fabriquée et les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont avantageusement disposés du côté de ladite face.
Dans un exemple avantageux, le dispositif de fabrication additive comporte des moyens de refroidissement du plateau de construction. Les moyens de refroidissement du plateau de construction peuvent comporter un circuit de circulation d’un fluide en contact du plateau de construction ou dans le plateau de construction.
Le dispositif de fabrication additive comporte avantageusement des moyens de refroidissement et/ou des moyens de protection thermique et/ou des moyens de protection des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence.
Les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence peuvent comporter au moins un électroaimant comprenant une bobine. Les moyens de refroidissement des moyens de génération du champ peuvent comporter un circuit de circulation d’un fluide dans la bobine.
Dans un exemple de réalisation, les moyens de fourniture délivrent du matériau sous forme de poudre ou de fil.
Les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont mobiles et leurs déplacements peuvent être asservis au déplacement de la source d’énergie.
Avantageusement, les moyens de fourniture, la source d’énergie et les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont configurés pour se déplacer ensemble. Par exemple, les moyens de fourniture, la source d’énergie et les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont coaxiaux.
Dans un autre exemple, le dispositif de fabrication additive comporte également des moyens de génération d’un champ magnétique indépendant du temps solidaires en mouvement des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence.
Un autre objet de la présente invention est un procédé de fabrication additive d’au moins une pièce comportant :
- la fourniture d’au moins un matériau conducteur électrique à une zone de fabrication,
- l’application d’une énergie à la zone de fabrication pour fondre ledit matériau et former une zone fondue,
- l’application d’un champ magnétique haute fréquence au moins dans la zone fondue, ladite haute fréquence étant comprise entre 10 kHz et 100 MHz et ledit champ magnétique ayant une intensité caractéristique comprise entre 0,01T et 1T.
- la fourniture d’au moins un matériau conducteur électrique à une zone de fabrication,
- l’application d’une énergie à la zone de fabrication pour fondre ledit matériau et former une zone fondue,
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De manière préférée, la fréquence est comprise entre 100 kHz et 20 MHz et/ou les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence génèrent un champ magnétique dont l’intensité caractéristique est comprise entre 0,05 T et 0,2 T.
La pièce peut être fabriquée sur un plateau de construction et un refroidissement dudit plateau a lieu au moins au début du procédé de fabrication
Un refroidissement des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence peut avoir lieu.
Il peut être prévu d’appliquer un champ magnétique indépendant du temps au moins dans la zone fondue a également lieu.
Le procédé peut être un procédé par fusion sur lit de poudre, ou un procédé par dépôt de matière sous énergie concentrée.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans la suite de la description, les expressions « bain fondu » et « zone fondue » sont synonymes.
B désigne le champ magnétique alternatif haute fréquence.
Le dispositif de fabrication et le procédé de fabrication additive selon l’invention utilisent des matériaux conducteurs, par exemple métalliques, voire des matériaux semi-conducteurs ayant un comportement métallique en phase liquide. Par exemple, les matériaux utilisables sont par exemple le fer, le nickel, le titane, l’aluminium, le chrome et le cobalt, et leurs alliages.
Sur la figure 1, on peut voir une représentation schématique de principe d’un dispositif de fabrication de pièces par fabrication additive selon l’invention.
En configuration PBF, la pièce est fabriquée sur un plateau de construction, duquel elle est retirée en fin de fabrication, et en configuration DED la pièce est fabriquée sur un substrat qui fait parfois partie de la pièce définitive. C’est en particulier le cas pour les procédés de réparation ou d’ajout de fonctionnalités sur des pièces existantes.
Dans la description du dispositif de la figure 1 est décrit schématiquement le principe de l’invention, le plateau en configuration PBF et le substrat en configuration DED seront désignés « support ».
Le dispositif de fabrication comporte des moyens de fourniture du matériau 4 et une source d’énergie 6 configurée pour fondre le matériau. Un support 2 est prévu sur lequel la pièce est destinée à être fabriquée.
La source d’énergie 6 est par exemple un laser dont le faisceau est orienté vers la zone où l’on souhaite fabriquer la pièce P. La puissance du laser peut par exemple varier entre 100 W et 5 kW. En variante, la source de chaleur est un faisceau d’électrons.
Le dispositif comporte également des moyens de génération d’un champ magnétique alternatif à haute fréquence 8.
Dans la présente demande, on entend par haute fréquence, une fréquence comprise entre 10 kHz et 100 MHz, et de préférence entre 100 kHz et 20 MHz.
En outre, l’intensité caractéristique du champ magnétique est comprise entre 0,01 T et 1T, de préférence 0,05 T et 0,2 T. Dans la présente demande, on entend par « intensité caractéristique » l’amplitude du champ mesurée au centre des moyens de génération dudit champ.
Les moyens de génération d’un champ magnétique 8 sont par exemple formés par un ou plusieurs électroaimants comportant chacun une bobine, reliés à une source de courant alternatif. Tous les électroaimants peuvent générer un champ magnétique de même intensité et de même fréquence ou de fréquence différente, ou tout ou partie d’entre eux peut produire un champ magnétique d’intensité différente et/ou de fréquence différente.
A des fins de simplification, dans la suite de la description les moyens de génération d’un champ magnétique 8 seront désignés par la bobine.
La bobine est avantageusement disposée au plus près du bain fondu, ce qui permet de réduire l’énergie nécessaire pour générer le champ magnétique d’intensité requise dans la zone fondue. De préférence, la bobine est disposée à une distance d de la surface du bain comprise entre 2 mm et 50 mm, préférentiellement entre 5 mm et 20 mm.
La distance d est la distance la plus courte entre la face de la bobine par laquelle sort le champ et la surface du bain fondu, quelle que soit l’orientation de la bobine. Sur la figure 1, la bobine est disposée de sorte que son axe soit normal à la surface du bain fondu. La figure 5 représente un autre exemple d’orientation de la bobine et la distance d associée par rapport au bain fondu, dans lequel l’axe de la bobine est incliné par rapport à la surface du bain fondu.
Au moins dans une configuration PBF, il peut avantageusement être prévu de prévoir plusieurs bobines réparties au-dessus de la surface du lit de poudre et d’activer la ou les bobines au niveau de la zone de bain fondu, ce qui permet d’éviter de grands déplacements aux moyens de générations de champ magnétiques. Dans la configuration DED, la mise en œuvre de plusieurs bobines est envisageable cependant la configuration préférentielle est celle où les moyens de génération du champ se déplacent solidairement de la source de chaleur, auquel cas une seule bobine suffit.
Les moyens de génération du champ magnétique sont de préférence situés au-dessus du plateau support et éventuellement du plateau de construction en configuration PBF, afin d’éviter que le plateau support et éventuellement le plateau de construction forment un écran pour le champ magnétique.
De préférence, des moyens sont mis en œuvre pour que les moyens de génération du champ magnétique restent à leur température de fonctionnement. Par exemple de moyens de protection thermique et/ou des moyens de refroidissement sont prévus. Par exemple un fluide caloporteur circule dans la bobine pour maintenir sa température à une température de fonctionnement, pour cela la ou les bobine(s) est ou sont en fil ou tube creux permettant la circulation d’un fluide caloporteur dans celle-ci. Comme moyens de protection thermique, on peut utiliser un écran en céramique disposé entre le bain et les moyens de génération du champ, cet écran pouvant être consommable et remplacé à chaque nouvelle construction. Des moyens de protection, par exemple contre les projections, peuvent être mis en œuvre, il peut s’agir d’un écran consommable. L’écran thermique peut servir de protection contre les projections.
De préférence, la ou les bobines comporte(nt) un nombre de spires réduit pour limiter la valeur de tension à appliquer, par exemple de l’ordre de quelques kV, tout en permettant des courants compris en général entre 50 A et 5000 A. En effet, l’inductance de la bobine croît proportionnellement à N2, N étant le nombre de spires. De préférence, la ou les bobines comporte(nt) une seule spire.
De préférence également, la ou les bobines sont réalisées en fil de Litz, permettant de limiter l’effet de peau dans la ou les bobine(s) elles-mêmes.
On peut avantageusement combiner un tube en cuivre refroidi et des fils de Litz fixés sur le tube.
De plus, le dispositif de fabrication peut comporter des moyens de refroidissement du plateau support et/ou du plateau de construction. En effet, au moins au début du procédé de fabrication, il y a un couplage électromagnétique entre la ou les bobines et le plateau support et/ou du plateau de construction dans le cas de plateau en matériau conducteur électrique. Ce couplage provoque un échauffement du plateau support et/ou du plateau de construction.
Par exemple, les moyens de refroidissement sont en contact avec le plateau support et/ou le plateau de construction. Par exemple, les moyens de refroidissement comportent un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur. Avantageusement, le circuit de refroidissement se déploie directement dans le plateau de construction améliorant l’efficacité du refroidissement.
De préférence, une conduite amène le fluide dans le plateau de construction, celle-ci passe par un orifice ménagé dans le plateau support. L’étanchéité est assurée par la fixation du plateau de construction sur le support. Un joint disposé entre la face inférieure du plateau de construction et la face supérieure du plateau support et bordant le plateau de construction peut être mis en œuvre.
Les moyens de refroidissement du plateau support et/ou du plateau de construction peuvent être commandés pour que le refroidissement n’ait lieu que dans une première phase du procédé de fabrication, i.e. tant que le couplage entre les moyens de génération d’un champ magnétique et le plateau support et/ou du plateau de construction provoque un échauffement qui peut être dommageable au dispositif et/ou à la fabrication de la pièce.
La zone de dépôt varie au cours du temps, à la fois dans le plan et en hauteur. En effet, en général les pièces sont formées en plusieurs passes. Dans un exemple de réalisation, la pièce P en cours de fabrication est mobile par rapport au bâti du dispositif dans les trois directions de l’espace. En configuration PBF, le support 2 formant un plateau de construction est disposé sur un plateau support (non représenté) généralement mobile uniquement selon la direction verticale. Les déplacements de la pièce et/ou du plateau de construction sont commandés par exemple par un ordinateur ou une commande numérique.
La direction Z correspond à la direction des couches lors du procédé de fabrication. Les directions X et Y définissent le plan de chaque couche.
Dans un autre exemple, les moyens de fourniture du matériau et le faisceau de la source d’énergie sont mobiles dans les trois directions de l’espace par rapport au support et de la pièce en cours de fabrication.
Dans un autre exemple, le support est mobile dans tout ou partie des directions de l’espace et les moyens de fourniture du matériau et le faisceau de la source d’énergie sont mobiles dans tout ou partie des directions de l’espace. Par exemple, le support est mobile dans la direction Z et les moyens de fourniture du matériau et le faisceau de la source d’énergie sont mobiles dans les directions X et Y.
La source d’énergie, par exemple une source laser, peut être mobile ou c’est le faisceau d’énergie, par exemple le faisceau laser, qui est orienté par exemple au moyen d’un ou plusieurs miroirs.
Par exemple, le support et/ou les moyens de fourniture du matériau et la source d’énergie sont déplacés par des actionneurs commandés par une unité de commande reliée à un ordinateur.
A titre d’exemple, la vitesse de balayage peut varier entre 50 mm/s et plusieurs m/s et la surface de la zone fondue peut être relativement étendue, typiquement entre 100 x 100 µm² et 5 x 5 mm².
Les inventeurs ont déterminé qu’en appliquant un champ magnétique à haute fréquence au niveau du bain de matériau en fusion, celui-ci pouvait être stabilisé.
A haute fréquence, le champ magnétique est confiné dans une peau électromagnétique dont l’épaisseurest conventionnellement prise égale à :
[Math 1]
Où :
représente la fréquence du champ magnétique imposé en Hz,
la perméabilité magnétique du matériau (Hm-1 ) ,
la conductivité électrique du matériau.
[Math 1]
Où :
représente la fréquence du champ magnétique imposé en Hz,
la perméabilité magnétique du matériau (Hm-1 ) ,
la conductivité électrique du matériau.
L’épaisseur de peau est typiquement de l’ordre de 100 µm à une fréquence de 10 MHz.
En fabrication PBF, l’épaisseur du bain est de l’ordre de 100 µm.
En fabrication DED, l’épaisseur du bain est d’un ordre de grandeur supérieure à celle en fabrication PBF.
L’application d’un tel champ électromagnétique génère l’apparition d’un courant induit dans la peau. Il en résulte l’apparition de forces de Lorentz dans la peau qui ont pour effet d’induire une pression supplémentaire agissant à la surface du liquide, et évitant, ou du moins réduisant les instabilités hydrodynamiques qui conduisent à des ondulations de la surface libre du bain pouvant aller jusqu’à sa fragmentation et à l’éjection de gouttelettes.
Nous allons maintenant décrire différents exemples non limitatifs de réalisation du dispositif de fabrication additive.
En configuration PBF, la profondeur du bain varie par exemple entre 50 µm et 500 µm. En configuration DED, cette profondeur varie par exemple entre 500 µm et 5 mm.
Sur la figure 2, on peut voir un exemple de réalisation d’un dispositif de fabrication additive particulièrement avantageux représentatif d’une configuration DED.
Dans cet exemple, les moyens de fourniture 4 comportent une buse 4.1 et le matériau à fondre est amené sous forme de poudre. La poudre peut comporter un seul matériau ou un mélange de matériaux. En variante, la matière est sous forme de fil, les moyens de fourniture comportant par exemple un dévidoir.
Comme cela a été expliqué ci-dessus, les moyens de génération d’un champ magnétique 8 sont disposés au plus près de la surface de la zone fondue ZF. Cette disposition des moyens de génération d’un champ magnétique permet d’atteindre l’intensité de champ magnétique souhaitée tout en limitant la puissance de moyens de génération d’un champ magnétique.
Les moyens de fourniture 4, la source d’énergie 6 et les moyens de génération d’un champ magnétique 8 sont coaxiaux selon l’axe Xc, Xc représentant la normale à la surface du bain fondu passant par le centre de la zone d’application de la chaleur. Les moyens de fourniture 4, la source d’énergie 6 et les moyens de génération d’un champ magnétique 8 forment un ensemble solidaire en mouvement. Ainsi, les différents moyens gardent des positions relatives fixes. Dans cet exemple, l’axe de la bobine est avantageusement orthogonal à la surface libre de la zone fondue ZF. Dans cette configuration, les moyens de génération d’un champ magnétique peuvent être disposés au plus près du bain fondu sans interférer avec les moyens de fourniture 4, la source d’énergie 6.
Sur la figure 3A, on peut voir un autre exemple de réalisation en mode DED dans lequel le matériau est amené sous forme d’un fil F, l’extrémité libre du fil F étant en regard de la zone de dépôt souhaitée. Dans cet exemple les moyens de fourniture 104 et les moyens de génération 108 sont coaxiaux. La source d’énergie 106 est disposée par rapport aux moyens de fourniture 104 de sorte que l’extrémité libre du fil F soit fondue par l’énergie fournie par la source d’énergie 106 au droit de la zone de dépôt souhaitée. Les moyens de génération 108 sont disposés sensiblement le long de l’axe Xc au-dessus par rapport à la zone fondue de sorte à générer le champ magnétique dans la zone fondue ZF sans interférer avec la source d’énergie 106.
De manière avantageuse, les moyens de fourniture et la source d’énergie sont solidaires en déplacement.
Selon une variante représentée sur la figure 3B, la source d’énergie 106 s’étend selon un premier axe A et les moyens de fourniture 104 s’étendent le long d’un deuxième axe B, les axes A et B étant sécants et disposés d’un côté et de l’autre d’un plan contenant l’axe Xc de la zone fondue souhaitée. Les moyens de génération 108 sont disposés sensiblement au droit du point d’intersection des axes au-dessus par rapport à la zone fondue de sorte à générer le champ magnétique dans la zone fondue ZF sans interférer avec la source d’énergie 106 et le fil F de matériau.
De manière avantageuse, les moyens de génération et la source d’énergie sont solidaires en mouvement, ainsi les moyens de génération suivent le déplacement de la zone fondue.
Sur la figure 4, on peut voir un autre exemple de réalisation d’un dispositif de fabrication additive mettant en œuvre un procédé de fusion sur lit de poudre.
On peut voir un lit de poudre LP dans lequel se trouve la pièce P en cours de fabrication. La pièce P1 est disposée sur un plateau de construction 202.
Dans l’exemple représenté, le plateau de construction 202 est disposé sur un plateau support 210 apte à se déplacer verticalement le long de l’axe Z. Par exemple, le dispositif comporte un vérin 212, duquel est solidaire le plateau support 210 le long de l’axe Z.
Les moyens de fourniture délivrent de la poudre sous forme de couches d’épaisseur typique variant entre 30 µm et 100 µm sur toute l’étendue du lit de poudre LP. Ces moyens (rouleau, racleur…) sont bien connus de l’homme du métier et ne seront pas décrits en détail.
La source d’énergie est par exemple un laser, dont le faisceau est configuré pour se déplacer sur la surface supérieure du lit de poudre dans le plan XY de sorte à fondre la poudre dans certaines zones uniquement du lit de poudre.
Les moyens de génération de champ magnétique comportent une bobine 208 disposée au-dessus du lit de poudre. De manière avantageuse, le faisceau d’énergie traverse le bobinage pour atteindre la surface du lit de poudre. La bobine peut être disposée très proche du lit de poudre.
Dans cet exemple, la source d’énergie 206 est fixe et c’est le faisceau d’énergie émis par la source d’énergie 206 qui est déplacé sur la surface du lit de poudre au moyen d’un miroir 216 mobile. Le faisceau d’énergie balaye la surface du lit de poudre.
La bobine 208 se déplace de manière coordonnée avec la trajectoire du faisceau d’énergie. Par exemple l’électroaimant 208 est monté sur un système mobile dans le plan XY asservi au déplacement du faisceau d’énergie.
Par exemple, le faisceau d’énergie se déplace à une vitesse comprise entre 100 mm/s et 10 m/s, préférentiellement 200 mm/s et 2 m/s.
Il peut avantageusement être prévu que la vitesse de déplacement de la source de champ magnétique soir inférieure d’un ordre de grandeur à celle du faisceau d’énergie : en effet, la source de champ magnétique présente généralement plus d’inertie que la source d’énergie. Pour cela on adopte une stratégie de fabrication adaptée, dans laquelle la position de la source de champ magnétique suit la position moyenne du faisceau d’énergie ; l’amplitude des déplacements unitaires du faisceau d’énergie est choisie suffisamment faible pour que le faisceau n’intercepte pas la source de champ.
Il sera compris que l’intensité du champ magnétique appliquée à la zone fondue peut être variable au cours du procédé, par exemple en fonction de la hauteur du lit.
Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif de fabrication additive permet la fabrication de plusieurs pièces simultanément. Pour cela le dispositif de fabrication comporte plusieurs moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence, chacun disposé de sorte à générer un champ magnétique haute fréquence localisé au niveau de la zone fondue d’une pièce.
Le dispositif selon l’invention permet également la fabrication de pièces de forme complexe. Pour cela, le plateau de construction peut comporter un support de pièce pour permettre la fabrication de pièces de forme complexe, par exemple de forme ellipsoïdale. De manière avantageuse, le support de pièce est refroidi pendant tout ou partie du procédé de fabrication.
Dans un exemple avantageux, les moyens de génération d’un champ magnétique sont tels qu’ils génèrent à la fois un champ magnétique haute fréquence et un champ magnétique permanent, ce qui permet d’améliorer encore davantage la stabilité du bain. En effet l’application d’un champ magnétique permanent a pour effet de générer dans le liquide une force de freinage qui stabilise les mouvements convectifs dans le bain fondu, et évite ou au moins limite la mise en place d’instabilités hydrodynamiques pouvant aller jusqu’à la projection de gouttelettes.
Dans un exemple, les moyens de génération d’un champ magnétique comportent un ou plusieurs électroaimants alimentés par un courant comportant une composante alternative haute fréquence et une composante continue.
Dans un autre exemple, moyens de génération d’un champ magnétique comportent un ou plusieurs électroaimants alimentés par un courant alternatif haute fréquence et au moins un aimant permanent. Dans cet exemple, des moyens sont mis en œuvre afin que la température de l’aimant soit maintenue en dessous de sa température de désaimantation spontanée. A titre d’exemple les températures maximales d’utilisation des aimants NdFeB, ferrites de strontium et SmCo sont respectivement de l’ordre de 200°C, 300°C et 400°C.
La présente invention s’applique à tout dispositif de fabrication additive utilisant un ou des matériaux suffisamment conducteurs de l’électricité.
Claims (23)
- Dispositif de fabrication additive d’au moins une pièce (P, P1, P2, P3) comportant :
- des moyens de fourniture (4, 104) du matériau pour fabriquer la pièce à une zone de fabrication,
- au moins une source d’énergie (6, 106, 206) destinée à générer au moins un faisceau d’énergie pour fondre le matériau et former au moins une zone fondue (ZF) dans la zone de fabrication,
- des moyens de génération d’un champ magnétique (8, 108, 208) haute fréquence au moins dans la zone fondue, ladite haute fréquence étant comprise entre 10 kHz et 100 MHz, et ledit champ magnétique ayant une intensité caractéristique comprise entre 0,01T et 1T. - Dispositif de fabrication additive selon la revendication 1, dans lequel ladite fréquence est comprise entre 100 kHz et 20 MHz.
- Dispositif de fabrication additive selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence génèrent un champ magnétique dont l’intensité caractéristique est comprise entre 0,05 T et 0,2 T.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique sont disposés à une distance d de la surface de la zone fondue comprise entre 2 mm et 50 mm.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 4, comportant un plateau de construction sur une face duquel la pièce est fabriquée et dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont disposés du côté de ladite face.
- Dispositif de fabrication additive selon la revendication 5, comportant des moyens de refroidissement du plateau de construction.
- Dispositif de fabrication additive selon la revendication 6, dans lequel les moyens de refroidissement du plateau de construction comportent un circuit de circulation d’un fluide en contact du plateau de construction ou dans le plateau de construction.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 7, comportant des moyens de refroidissement et/ou des moyens de protection thermique et/ou des moyens de protection des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence comportent au moins un électroaimant comprenant une bobine.
- Dispositif de fabrication additive selon les revendications 8 et 9, dans lequel les moyens de refroidissement des moyens de génération du champ comportent un circuit de circulation d’un fluide dans la bobine.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une revendication 1 à 10, dans lequel les moyens de fourniture délivrent du matériau sous forme de poudre ou de fil.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont mobiles et leurs déplacements sont asservis au déplacement de la source d’énergie.
- Dispositif de fabrication additive selon la revendication 12, dans lequel les moyens de fourniture (4), la source d’énergie (6) et les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence sont configurés pour se déplacer ensemble.
- Dispositif de fabrication additive selon la revendication 13, dans lequel les moyens de fourniture (4), la source d’énergie (6) et les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence (8) sont coaxiaux.
- Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications précédentes, comportant également des moyens de génération d’un champ magnétique indépendant du temps solidaires en mouvement des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence.
- Procédé de fabrication additive d’au moins une pièce comportant :
- la fourniture d’au moins un matériau conducteur électrique à une zone de fabrication,
- l’application d’une énergie à la zone de fabrication pour fondre ledit matériau et former une zone fondue,
- l’application d’un champ magnétique haute fréquence au moins dans la zone fondue, ladite haute fréquence étant comprise entre 10 kHz et 100 MHz et ledit champ magnétique ayant une intensité caractéristique comprise entre 0,01T et 1T. - Procédé de fabrication additive selon la revendication 16, dans lequel ladite fréquence est comprise entre 100 kHz et 20 MHz.
- Procédé de fabrication additive selon la revendication 16 ou 17, dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence génèrent un champ magnétique dont l’intensité caractéristique est comprise entre 0,05 T et 0,2 T.
- Procédé de fabrication additive selon l’une des revendications 16 à 18, dans lequel la pièce est fabriquée sur un plateau de construction et lors duquel un refroidissement dudit plateau a lieu au moins au début du procédé de fabrication
- Procédé de fabrication additive selon l’une des revendications 16 à 19, dans lequel un refroidissement des moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence a lieu.
- Procédé de fabrication additive selon l’une des revendications 16 à 20, dans lequel l’application d’un champ magnétique indépendant du temps au moins dans la zone fondue a également lieu.
- Procédé de fabrication additive selon l’une des revendications 16 à 21, dans lequel le procédé est un procédé par fusion sur lit de poudre.
- Procédé de fabrication additive selon l’une des revendications 16 à 21, dans lequel le procédé est un procédé par dépôt de matière sous énergie concentrée.
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