FR3113286A1

FR3113286A1 - Procédé de fabrication d’une structure par fabrication additive

Info

Publication number: FR3113286A1
Application number: FR2008320A
Authority: FR
Inventors: Arnaud DELEHOUZE; Eric Bouillon; Roger André GOUJARD Stéphane; Marc MONTAUDON
Original assignee: Safran Ceramics SA
Current assignee: Safran Ceramics SA
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-08-06
Also published as: EP4192690A1; WO2022029377A1; FR3113286B1; CN116113534A

Abstract

Procédé de fabrication d’une structure par fabrication additive La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une structure par technique de fabrication additive mettant en œuvre un dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé, comprenant la formation d’un renfort qui comprend une pluralité d’éléments de renfort interconnectés en céramique ou en carbone qui définissent entre eux un volume interstitiel ayant une forme tortueuse le long dudit axe de dépôt. Figure pour l’abrégé : 2.

Description

Procédé de fabrication d’une structure par fabrication additive

La présente invention concerne la fabrication d’un renfort notamment pour pièce en matériau composite à matrice céramique (« matériau CMC » ) par technique de fabrication additive, et plus précisément par dépôt chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Deposition ») assisté par rayonnement énergétique focalisé.

Les pièces en matériau CMC sont connues pour posséder à la fois de bonnes propriétés mécaniques permettant leur utilisation pour des éléments de structure et la capacité de conserver ces propriétés à des températures élevées. Les pièces CMC comportent un renfort fibreux en fibres réfractaires, typiquement en carbone ou en céramique, qui est densifié par une matrice céramique, par exemple en carbure de silicium (SiC). Les technologies de composites à matrices céramiques reposent essentiellement aujourd’hui sur l’utilisation de renforts fibreux tissés. Outre le coût élevé des fibres réfractaires, l’opération de tissage est également onéreuse et peut présenter des limitations en termes de géométries de pièces, en particulier pour les pièces de faible taille et de géométrie complexe, en lien avec l’inadéquation du pas textile tissé.

On connait en outre des techniques de fabrication additive qui permettent de réaliser des pièces en métal ou en matériau polymère mais ces techniques ne donnent pas, à l’heure actuelle, des résultats entièrement satisfaisants pour le dépôt de matériaux réfractaires, tels que des céramiques.

Il est donc souhaitable de disposer d’un procédé permettant la fabrication d’une structure ayant une géométrie complexe et qui soit adapté au dépôt d’une large variété de matériaux réfractaires.

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure par fabrication additive, comprenant au moins :
- la formation d’un renfort par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé, le renfort étant déposé le long d’un axe de dépôt et comprenant une pluralité d’éléments de renfort interconnectés en céramique ou en carbone qui définissent entre eux un volume interstitiel ayant une forme tortueuse le long dudit axe de dépôt.

L’invention propose un procédé de fabrication additive dans lequel la structure est construite progressivement et comprend au moins un renfort et éventuellement une matrice et une interphase qui sont formées au fur et à mesure de la formation du renfort, comme il sera détaillé plus bas. Le renfort ainsi que la matrice et l’interphase, lorsqu’elles sont présentes, sont chacun formés par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé. La technique de fabrication additive proposée met, d’une part, en œuvre un dépôt chimique en phase vapeur dans lequel il y a transformation d’un ou plusieurs précurseurs sous l’effet d’un chauffage localisé et ponctuel produit par le rayonnement énergétique focalisé qui permet, selon le choix du précurseur, de déposer une large variété de matériaux. D’autre part, le chauffage localisé de ce(s) précurseur(s) est réalisé en focalisant le rayonnement énergétique uniquement au niveau des zones où le dépôt de matière est souhaité, ce qui permet d’accéder à des géométries complexes pour le renfort et en particulier pour le volume interstitiel entre les éléments de renfort. On obtient ainsi un renfort de forme complexe ayant un volume interstitiel de forme tortueuse au moins le long de l’axe de dépôt, c’est-à-dire ayant une forme sinueuse et non rectiligne lorsque l’on se déplace le long de cet axe. La forme complexe du renfort permet de remplacer les textures tissées et d’aboutir à des propriétés de renfort optimisées par rapport à celles-ci. Le procédé selon l’invention offre une grande diversité dans les formes accessibles sans mettre en œuvre d’opération de tissage de fibres pour réaliser le renfort et donc en s’affranchissant des limitations associées à cette technique.

Dans un exemple de réalisation, le renfort est un renfort 4D. L’invention n’est toutefois pas limitée en termes de géométrie pour le renfort. Selon une variante, on peut conférer une autre forme au renfort, comme une forme alvéolaire par exemple, la forme du renfort étant adaptée à l’application souhaitée.

Dans un exemple de réalisation, le procédé comprend une alternance entre le dépôt d’une couche du renfort et le dépôt d’une matrice par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé, la matrice étant présente dans le volume interstitiel du renfort obtenu.

Dans ce cas, la matrice est déposée au fur et à mesure de la formation du renfort. On obtient ainsi directement une pièce en matériau composite avec une matrice densifiant le volume interstitiel entre les éléments de renfort.

Dans un exemple de réalisation, le procédé comprend au moins :
- le dépôt d’une première couche du renfort,
- le dépôt de la matrice dans le volume interstitiel de la première couche du renfort afin d’obtenir une première couche du renfort densifiée, et
- le dépôt d’une deuxième couche du renfort sur la première couche du renfort densifiée.

Dans ce cas, la matrice est déposée dans le volume interstitiel d’une couche du renfort déposée au préalable. On ne sort néanmoins pas du cadre de l’invention dans le cas inverse où la matrice est déposée en premier et la couche de renfort déposée autour de la matrice précédemment déposé.

En particulier, le procédé peut comprendre en outre la formation d’une interphase sur les éléments de renfort de la première couche du renfort avant le dépôt de la matrice, l’interphase pouvant être formée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé.

Dans ce cas, la formation de l’interphase est aussi effectuée au fur et à mesure de la formation du renfort et de la matrice.

Dans un exemple de réalisation, il y a focalisation du rayonnement énergétique sur une portion solide située au voisinage d’une zone où le dépôt doit être effectué.

Dans ce cas, le point de focalisation du rayonnement énergétique n’est pas dans la phase gazeuse mais sur une portion solide qui peut correspondre à un substrat sur lequel la structure est formée ou à une partie de la structure elle-même sur laquelle le dépôt est destiné à être réalisé, c’est-à-dire à une portion de la structure précédemment déposée. Dans ce cas, le chauffage de la portion solide transmet localement de l’énergie au précurseur gazeux afin de le transformer et obtenir le dépôt. Une telle caractéristique permet, par rapport au chauffage direct de la phase gazeuse, d’améliorer la maîtrise de la localisation du dépôt. Une telle caractéristique permet, en outre, de travailler dans un réacteur à paroi froide qui permet d’avoir plus de souplesse sur les pressions de gaz et les températures de dépôts tout en évitant tout risque de nucléation en phase homogène. Cela permet de moduler plus facilement la cinétique de dépôt.

On notera que l’on peut, durant la formation de la structure, utiliser une combinaison d’une focalisation du rayonnement énergétique sur une portion solide et dans la phase gazeuse. On peut en variante uniquement focaliser le rayonnement énergétique sur une portion solide ou uniquement dans la phase gazeuse.

Dans un exemple de réalisation, le rayonnement énergétique focalisé est un faisceau laser focalisé.

En particulier, la longueur d’onde faisceau laser focalisé peut être comprise entre 1058 nm et 1068 nm, par exemple sensiblement égale à 1063 nm.

Ces valeurs de longueur d’onde dans le proche infra-rouge permettent d’obtenir une absorption maximale de l’énergie par la portion solide lors d’une focalisation du faisceau laser sur celle-ci. Les longueurs d’onde peuvent être plus basses, dans l’UV ou le visible, dans le cas par exemple où le faisceau laser est focalisé dans la phase gazeuse.

L’invention n’est toutefois pas limitée à l’emploi d’un laser en tant que rayonnement énergétique. On peut ainsi en variante utiliser un faisceau d’électrons focalisé.

On peut utiliser le même précurseur gazeux pour former l’intégralité du renfort ou modifier le précurseur gazeux au fur et à mesure du dépôt du renfort. Le précurseur gazeux peut en outre être modifié entre le dépôt du renfort et le dépôt de la matrice et de l’interphase éventuelle. Le matériau formant la matrice et l’interphase éventuelle peut être différent de celui du renfort. On peut par exemple déposer un renfort en carbure de silicium, une interphase en pyrocarbone ou nitrure de bore et une matrice en carbure de silicium dans le volume interstitiel.

A titre d’exemple, la structure peut comporter l’un au moins des matériaux suivants : une céramique carbure, par exemple du carbure de silicium, une céramique nitrure, une céramique carbonitrure, une céramique oxyde, par exemple de l’alumine, ou une céramique de composition eutectique. En particulier, le renfort, la matrice et l’interphase éventuelle peuvent, indépendamment l’une de l’autre, comporter un matériau choisi dans la liste précédemment indiquée.

Dans un exemple de réalisation, le renfort est un renfort d’une pièce de turbomachine. En particulier, le renfort peut constituer le renfort d’une aube de turbomachine, d’un secteur d’anneau de turbine ou de distributeur. Le renfort peut constituer un renfort d’une pièce de turbomachine d’aéronef.

La représente, de manière schématique et partielle, le dépôt d’une première couche du renfort dans le cadre d’un exemple de procédé selon l’invention.

La représente, de manière schématique et partielle, le dépôt de la matrice dans le volume interstitiel de la première couche du renfort de la .

La représente, de manière schématique et partielle, le dépôt d’une deuxième couche du renfort sur la première couche densifiée par la matrice de la .

La représente, de manière schématique et partielle, le dépôt de la matrice dans le volume interstitiel de la deuxième couche du renfort de la .

La représente un renfort 4D obtenu par mise en œuvre d’un exemple de procédé selon l’invention.

La représente une pièce de turbomachine obtenue par mise en œuvre d’un exemple de procédé selon l’invention.

On va décrire, en lien avec les figures 1 à 4, un exemple possible pour le dépôt couche par couche d’une structure par dépôt chimique en phase vapeur assisté par un rayonnement énergétique focalisé. La taille des couches a été exagérée sur les figures pour des raisons de lisibilité. Dans l’exemple illustré, la structure fabriquée comprend un renfort et une matrice densifiant le renfort formée au fur et à mesure de son dépôt. Selon cet exemple, la structure est formée en alternant entre le dépôt d’une couche du renfort et le dépôt de la matrice. Selon une variante non illustrée et sur le même principe, une interphase peut en outre être formée sur les éléments de renfort après dépôt d’une couche du renfort et avant dépôt de la matrice. On forme la structure couche par couche par fabrication additive, une couche de la structure correspondant à un tronçon de celle-ci le long de l’axe de dépôt et comprenant, dans l’exemple considéré, le renfort, de la matrice et l’interphase éventuellement présente.

La illustre la formation d’une première couche 10 du renfort par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé à partir d’un précurseur gazeux G11. La première couche 10 est déposée sur un support S présent dans une chambre réactionnelle C hermétique, par exemple au contact de ce support S.

Avant initiation du dépôt, la chambre réactionnelle C a été purgée des traces d’eau et de dioxygène. Pour cela, une pluralité de cycles de pompage et détente d’un gaz, comme de l’argon, peut être réalisée. Le précurseur gazeux G11 est introduit dans la chambre réactionnelle C au travers d’un canal d’introduction 15 de gaz. L’homme du métier sait choisir le précurseur gazeux en fonction du matériau souhaité à déposer parmi les précurseurs gazeux connus des dépôts chimiques en phase vapeur classiques. Les techniques de contrôle de l’injection et du pompage du précurseur gazeux font aussi partie des connaissances générales et ne nécessitent pas d’être détaillées ici. Par exemple, on peut utiliser du méthyltrichlorosilane (CH₃SiCl₃ou MTS) ou du monométhylsilane (MMS) pour déposer du carbure de silicium. On peut utiliser du propane et/ou du méthane pour déposer du carbone. De manière similaire à ce qui peut être mis en œuvre dans les techniques classiques de dépôt chimique en phase vapeur, le précurseur gazeux peut être dilué dans un gaz neutre ou réactif complémentaire. On peut ainsi ajouter de l’hydrogène et/ou de l’azote au précurseur.

Le précurseur gazeux G11 subit un chauffage localisé par un rayonnement énergétique E11 focalisé afin de déposer la première couche 10 du renfort à la géométrie souhaitée. La première couche 10 déposée comprend une pluralité d’éléments de renfort 22 interconnectés qui définissent entre eux un volume interstitiel V ayant une forme prédéfinie et contrôlée, un exemple de géométrie du renfort sera détaillé dans la suite en lien avec la . Pour réaliser la géométrie souhaitée, le rayonnement énergétique E11 est focalisé successivement dans les zones où le dépôt est recherché afin d’apporter localement de la chaleur et transformer localement le précurseur gazeux G11. Comme évoqué plus haut, le point de focalisation du rayonnement énergétique E11 peut être situé au niveau d’une portion solide, par exemple au niveau du support S ou d’une partie de dépôt précédemment réalisée, afin de provoquer son échauffement et provoquer la transformation du précurseur G11 à proximité et réaliser ainsi le dépôt de la matière. Selon une variante non préférentielle, le point de focalisation du rayonnement énergétique E11 peut être directement situé dans le précurseur gazeux G11.

Dans l’exemple illustré, le rayonnement énergétique E11 provient d’un laser. Le système illustré selon cet exemple comprend un dispositif d’irradiation D qui comprend une source laser 30, un collimateur 33, un scanner optique 35 lequel permet d’orienter le faisceau laser durant le procédé ainsi qu’un dispositif de focalisation 34, comme une lentille, permettant de focaliser le faisceau laser dans la zone où le dépôt doit être réalisé. La source laser peut être une source dans l’infra-rouge ayant une longueur d’onde comprise entre 1058 nm et 1068 nm, par exemple une source de type photodiode Yb fibrable. En variante, la longueur d’onde du laser est dans l’ultra-violet ou le visible, notamment dans le cas d’un chauffage direct de la phase gazeuse. La source laser 30 peut fonctionner en mode continu, de manière préférentielle, ou en mode discontinu s’il est recherché d’éviter d’apporter trop de puissance surfacique. On ne sort néanmoins pas du cadre de l’invention si une source énergétique autre qu’un laser est utilisée comme un faisceau d’électrons. Dans les différents cas envisagés, la focalisation de la source de chaleur se fait d’une manière connue de l’homme du métier en utilisant des dispositifs de focalisation optiques ou électromagnétiques. Quelle que soit la nature du rayonnement énergétique utilisé, la puissance du rayonnement énergétique focalisé peut être comprise entre 1 mW et 100 W, de préférence entre 20 mW et 5 W.

Le rayonnement énergétique E11 focalisé peut être déplacé pour réaliser le dépôt de la première couche 10 de renfort à la géométrie souhaitée en modifiant la position et/ou l’inclinaison du scanner optique 35. Un dispositif de contrôle de l’irradiation (non représenté) permet de contrôler le déplacement du rayonnement énergétique E11. Cela permet ainsi de réaliser un balayage par le rayonnement énergétique E11 focalisé dans des zones prédéfinies où le dépôt de la matière constitutive de la première couche 10 doit être réalisé. Les moyens de déplacement du rayonnement énergétique focalisé sont similaires à ceux utilisés dans la technologie de moulage sélectif par laser (« Selective Laser Molding » ; « SLM »). On notera qu’en complément ou à la place du déplacement du rayonnement énergétique E11 focalisé, il est possible de déplacer et/ou d’incliner le support S lors du dépôt. Un dispositif de contrôle du support (non représenté) permet de réaliser ce déplacement ou cette inclinaison. Le support S peut ainsi être mobile selon au moins une direction de l’espace, par exemple et de préférence selon la direction verticale Z, voire selon les trois directions de l’espace. En variante ou en combinaison, le support S peut être incliné autour d’au moins une des directions de l’espace, voire de chacune d’entre elles. On ne sort néanmoins pas du cadre de l’invention si le support S demeure fixe et que le dépôt de la première couche 10 est uniquement obtenu par un déplacement du rayonnement énergétique E11 focalisé dans une pluralité de zones prédéterminées.

A titre indicatif, la pression dans la chambre réactionnelle C durant la formation de la structure peut être comprise entre 5 mbar et 3 bar, par exemple entre 5 mbar et 15 mbar ou entre 1 bar et 3 bar. La chambre réactionnelle C peut comporter un capteur de pression (non représenté) ainsi qu’un dispositif de pompage P afin respectivement de mesurer et d’ajuster la pression dans la chambre réactionnelle C au fur et à mesure du dépôt de la structure. La chambre réactionnelle C comprend un canal de sortie 17 de gaz au travers duquel le précurseur gazeux résiduel GR11 et les sous-produits de réaction sont pompés en dehors de la chambre réactionnelle. On peut, si cela est souhaité, utiliser un dispositif séparateur, comme un système chromatographique, pour séparer et réinjecter le précurseur dans la chambre C et rejeter les sous-produits. La pression dans la chambre réactionnelle C et la puissance surfacique du rayonnement énergétique mis en œuvre sont déterminés par l’homme du métier en fonction de la nature du précurseur utilisé afin d’adapter la cinétique de dépôt. La chambre réactionnelle C peut en outre comporter un capteur thermique (non représenté), comme une caméra thermique, afin de mesurer la température locale au point de focalisation du rayonnement énergétique, ainsi qu’un dispositif de régulation permettant, en fonction de la mesure provenant du capteur thermique, de modifier la puissance du rayonnement énergétique focalisé afin d’appliquer la puissance prédéfinie souhaitée pour transformer le précurseur et réaliser le dépôt.

On vient de décrire, en lien avec la , le dépôt d’une première couche 10 du renfort. Dans l’exemple considéré, le dépôt du renfort est provisoirement interrompu afin de former la matrice M dans le volume interstitiel de la première couche 10 précédemment formée comme il va, à présent, être décrit en lien avec la .

Une fois la première couche 10 du renfort déposée, l’irradiation par le rayonnement énergétique focalisé E11 est interrompue et la chambre réactionnelle C purgée. Un précurseur gazeux G12 destiné à former la matrice M dans le volume interstitiel de la première couche 10 par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé est ensuite introduit dans la chambre réactionnelle C. Le précurseur G12 peut être différent du précurseur G11 et conduire au dépôt d’une matrice M formée d’un matériau différent de celui de la première couche 10 du renfort. Afin de procéder au dépôt de la matrice M dans les zones souhaitées, le rayonnement énergétique E12 et/ou le support S sont pilotés de manière similaire à ce qui vient d’être décrit plus haut pour la première couche 10. La puissance surfacique du rayonnement énergétique E12 peut être différente de celle du rayonnement énergétique E11 en étant adaptée au précurseur G12. Le contrôle de la pression dans la chambre réactionnelle et le traitement du mélange de précurseur de matrice résiduel GR12 et des sous-produits peut être tel que décrit plus haut pour le cas du dépôt de la première couche 10.

La matrice M peut comprendre, voire être constituée majoritairement en masse par, une céramique carbure, nitrure ou oxyde. La matrice peut par exemple comprendre du carbure de silicium, voire être constituée majoritairement en masse par du carbure de silicium.

Dans une variante non illustrée, une interphase de défragilisation est déposée, de manière similaire, sur les éléments de renfort de la première couche du renfort avant formation de la matrice aussi par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé. L’interphase peut être monocouche ou multicouches. Cette interphase peut comprendre par exemple du carbure de silicium, du nitrure de bore, du nitrure de bore dopé au silicium BN(Si), ou du pyrocarbone PyC. L’interphase a une fonction de défragilisation du matériau composite qui favorise la déviation de fissures éventuelles parvenant à l’interphase après s’être propagées dans la matrice, empêchant ou retardant la rupture du renfort.

Après le dépôt de la matrice M dans le volume interstitiel de la première couche 10 du renfort, le dépôt du renfort est repris en déposant une deuxième couche 20 du renfort en céramique ou en carbone sur la première couche 10 densifiée par la matrice M, comme illustré sur la .

L’irradiation par le rayonnement énergétique focalisé E12 est interrompue et la chambre réactionnelle C purgée. Un précurseur gazeux G21 destiné à former la deuxième couche 20 du renfort par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé est ensuite introduit dans la chambre réactionnelle C. Le rayonnement énergétique focalisé E21 est appliqué afin de déposer la deuxième couche 20 du renfort à la géométrie souhaitée sur la première couche 10, de manière similaire à ce qui a été décrit plus haut. Les caractéristiques décrites plus haut pour le dépôt de la première couche 10 demeurent applicables au dépôt de la deuxième couche 20. On notera que le précurseur G21 peut être identique ou différent du précurseur G11. Le matériau de la deuxième couche 20 du renfort peut être identique ou différent du matériau de la première couche 10 du renfort. De préférence, le matériau de la deuxième couche 20 du renfort est identique au matériau de la première couche 10 du renfort. La puissance surfacique du rayonnement énergétique E21 peut être identique ou différente de celle du rayonnement énergétique E11. Le contrôle de la pression dans la chambre réactionnelle et le traitement du mélange de précurseur résiduel GR21 et des sous-produits peut être tel que décrit plus haut pour le cas du dépôt de la première couche 10.

Lors du dépôt de la deuxième couche 20, le rayonnement énergétique E21 peut balayer un ensemble de zones définissant un motif différent par rapport au motif défini par l’ensemble de zones balayées par le rayonnement énergétique E11 lors du dépôt de la première couche 10. La deuxième couche 20 est superposée à la première couche 10, ici le long d’un axe de dépôt matérialisé par la direction verticale Z. La deuxième couche 20 peut être déposée au contact de la première couche 10. La deuxième couche 20 peut recouvrir sensiblement l’intégralité de la première couche 10, ou seulement une partie de celle-ci. La deuxième couche 20 comprend une pluralité d’éléments de renfort interconnectés en céramique ou en carbone qui définissent entre eux un volume interstitiel de forme différente de la forme du volume interstitiel entre les éléments de renfort de la première couche 10, de sorte à conférer une forme tortueuse au volume interstitiel du renfort 1 le long de l’axe de dépôt Z. La forme du volume interstitiel de la deuxième couche 20 peut être sensiblement différente de celle du volume interstitiel de la première couche 10, afin de correspondre à l’orientation souhaitée du renfort.

Une fois la deuxième couche 20 du renfort déposée, l’irradiation par le rayonnement énergétique focalisé E21 est interrompue et la chambre réactionnelle C purgée. Un précurseur gazeux G22 destiné à former la matrice M dans le volume interstitiel de la deuxième couche 20 par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé est ensuite introduit dans la chambre réactionnelle C ( ). Le procédé est ensuite poursuivi comme décrit plus haut pour déposer la matrice M dans le volume interstitiel de cette deuxième couche 20 en pilotant le rayonnement énergétique focalisé E22 et/ou le support S pour déposer la matrice M dans les zones souhaitées. Le mélange de précurseur résiduel GR22 et des sous-produits peut être traité comme décrit plus haut. Comme indiqué plus haut, on peut déposer une interphase sur les éléments de renfort de la deuxième couche 20 avant dépôt de la matrice M.

On obtient alors une structure 100 en matériau composite comprenant un renfort 1 et une matrice M densifiant le renfort. Le taux volumique de renfort dans la structure peut être compris entre 15% et 55%, par exemple entre 25% et 35%. Le taux de renfort est maîtrisé et le renfort est orienté dans l’espace suivant les directions de sollicitation de la pièce à obtenir.

L’exemple illustré a montré la fabrication d’une structure 100 dans laquelle deux couches 10 et 20 du renfort sont déposées. Bien entendu, le procédé peut se poursuivre en déposant, d’une manière similaire, une troisième couche du renfort sur la deuxième couche 20. Le volume interstitiel de chacune des couches déposées peut avoir une forme différente afin de conférer au volume interstitiel du renfort une forme tortueuse.

On vient de décrire un exemple où il y a formation d’une structure dans laquelle la matrice est formée au fur et à mesure de la formation du renfort. La formation de cette matrice est néanmoins optionnelle, le renfort pouvant simplement être formé couche par couche sans former une matrice de manière concomitante, ou simplement en formant une interphase au fur et à mesure de la formation du renfort. Selon des variantes, la matrice et/ou l’interphase peuvent être formées après formation du renfort par des techniques connues.

On va maintenant décrire, en lien avec la , un exemple de géométrie de renfort 1 pouvant être obtenu par mise en œuvre de l’invention. Le renfort 1 illustré à la correspond à un renfort 4D. Le renfort 1 comprend une pluralité d’éléments de renfort 22, orientés selon les quatre directions données par les diagonales d’un cube, et définissant entre eux un volume interstitiel V de forme tortueuse le long de la direction verticale Z de dépôt. Les éléments de renfort 22 peuvent avoir des formes variées, comme des parallélépipèdes, des poutres ayant par exemple une section circulaire, elliptique, carrée ou rectangulaire, des sphères, des ellipsoïdes, etc. Les éléments de renfort 22 peuvent être pleins ou creux. Le diamètre des éléments de renfort 22 peut être inférieur ou égal à 100 µm. Les éléments de renfort 22 peuvent être en outre agencés en treillis pour former le renfort. Quel que soit le mode de réalisation considéré, le renfort 1 a un volume interstitiel connecté, c’est-à-dire qu’il existe un chemin permettant de passer d’un espace entre des éléments de renfort 22 à un autre sans traverser du matériau des éléments de renfort. Le volume interstitiel est délimité par une surface interne du matériau céramique ou carbone. Comme le volume interstitiel est connecté, cette surface interne du matériau céramique ou carbone est continue dans la structure. L’homme du métier reconnaîtra sans difficulté que d’autres structures qu’une structure de renfort 4D sont envisageables.

La illustre un exemple de pièce pouvant être obtenue par mise en œuvre du procédé selon l’invention. L’invention peut permettre de former une pièce de turbomachine, par exemple une pièce de turbomachine aéronautique. On peut, comme illustré à la , former une aube de turbine 40. D’autres exemples sont possibles comme un secteur d’anneau de turbine ou un secteur de distributeur de turbine, par exemple.

L’expression « compris(e) entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims

Procédé de fabrication d’une structure (100) par fabrication additive, comprenant au moins :
- la formation d’un renfort (1) par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé, le renfort étant déposé le long d’un axe (Z) de dépôt et comprenant une pluralité d’éléments (22) de renfort interconnectés en céramique ou en carbone qui définissent entre eux un volume interstitiel (V) ayant une forme tortueuse le long dudit axe de dépôt.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel le renfort (1) est un renfort 4D.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le procédé comprend une alternance entre le dépôt d’une couche du renfort et le dépôt d’une matrice (M) par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé, la matrice étant présente dans le volume interstitiel du renfort obtenu.
Procédé selon la revendication 3, dans lequel le procédé comprend au moins :
- le dépôt d’une première couche (10) du renfort,
- le dépôt d’une matrice (M) dans le volume interstitiel (V) de la première couche du renfort afin d’obtenir une première couche du renfort densifiée, et
- le dépôt d’une deuxième couche (20) du renfort sur la première couche du renfort densifiée.
Procédé selon la revendication 4, dans lequel le procédé comprend en outre la formation d’une interphase sur les éléments de renfort (22) de la première couche (10) du renfort avant le dépôt de la matrice (M), l’interphase étant formée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par rayonnement énergétique focalisé.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel il y a focalisation du rayonnement énergétique (E11 ; E12 ; E21 ; E22) sur une portion solide (S ; 10 ; 20) située au voisinage d’une zone où le dépôt doit être effectué.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le rayonnement énergétique (E11 ; E12 ; E21 ; E22) focalisé est un faisceau laser focalisé.
Procédé selon la revendication 7, dans lequel la longueur d’onde du faisceau laser focalisé est comprise entre 1058 nm et 1068 nm.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la structure (100) comporte l’un au moins des matériaux suivants : une céramique carbure, une céramique nitrure, une céramique carbonitrure, une céramique oxyde, ou une céramique de composition eutectique.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le renfort (1) est un renfort d’une pièce (40) de turbomachine.