FR3118892A1

FR3118892A1 - Procédé amélioré de fabrication de pièce par fabrication additive

Info

Publication number: FR3118892A1
Application number: FR2100451A
Authority: FR
Inventors: Mickaël VOIRON; Thomas Gricourt; Nicolas Ovaere; Matthieu VIAL
Original assignee: Safran SA
Current assignee: Safran SA
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2041-01-18
Also published as: EP4277762A1; FR3118892B1; US20240066601A1; WO2022153004A1; CN116940427A

Abstract

Procédé amélioré de fabrication de pièce par fabrication additive Procédé de fabrication de pièce aéronautique par fabrication additive, la pièce à fabriquer s’étendant autour d’un axe central (X) et comprenant au moins deux parois (20, 42) inclinées l’une par rapport à l’autre et raccordées entre elles par l’intermédiaire d’au moins une section de raccordement (S) comprise dans un plan de raccordement (R) perpendiculaire à l’axe central (X), le procédé comprenant:- la fourniture d’un modèle numérique (1) de la pièce à fabriquer, - l’orientation du modèle numérique (1) par rapport à une direction de construction (Z) verticale de la pièce de manière à ce que l’axe central (X) de la pièce présente un angle β compris entre 0,1° et 1°, de préférence compris entre 0,3° et 0,8° par rapport à la direction de construction (Z),- fabrication de la pièce par fabrication additive à partir du modèle numérique (1) obtenu à l’étape d’orientation. Figure pour l’abrégé : Fig. 5.

Description

Procédé amélioré de fabrication de pièce par fabrication additive

Le présent exposé concerne un procédé de fabrication de pièce par fabrication additive permettant notamment d’améliorer l’état de surface des pièces obtenues. Un tel procédé de fabrication additive est particulièrement adapté pour fabriquer des pièces complexes, à destination notamment du domaine aéronautique.

Il est désormais connu, dans le domaine aéronautique notamment, d’utiliser des méthodes de fabrication additive pour la réalisation de certaines pièces dont la géométrie est fine ou complexe.

Un exemple classique de fabrication additive est la fabrication par fusion ou frittage de particules de poudre au moyen d’un faisceau de haute énergie. Parmi ces faisceaux de haute énergie, on peut mentionner notamment le faisceau laser et le faisceau d’électrons.

Par "fusion sélective par laser", en anglais "Selective Laser Melting" (SLM), également connu sous le nom de procédé « Laser Beam Melting » (LBM), on entend un procédé dont les caractéristiques principales sont rappelées ci-après, en référence à la illustrant un dispositif classique de fabrication de pièce par fusion sélective ou frittage sélectif de lits de poudre au moyen d’un faisceau laser.

On dépose, par exemple à l’aide d’un outil d’étalement 120 (par exemple un rouleau, ou un racleur), une première couche 110a de poudre d'un matériau sur un plateau de construction 121 (il peut s’agir d’un plateau seul ou surmonté d’un support massif, d’une partie d’une autre pièce ou d’une grille support utilisée pour faciliter la construction de certaines pièces).

Cette poudre est transvasée depuis un bac d’alimentation 122 lors d’un mouvement aller du rouleau 120 puis elle est raclée, et éventuellement légèrement compactée, lors d’un (ou de plusieurs) mouvement(s) de retour du rouleau 120. La poudre est composée de particules 111. L’excédent de poudre est récupéré dans un bac de recyclage 123 situé de façon adjacente au bac de construction 124 dans lequel se déplace verticalement le plateau de construction 121.

On utilise également un générateur 130 de faisceau laser 131, et un système de pilotage 132 apte à diriger ce faisceau 131 sur n'importe quelle région du plateau de construction 121 de façon à balayer n'importe quelle région d'une couche de poudre préalablement déposée. La mise en forme du faisceau laser 131 et la variation de son diamètre sur le plan focal se font respectivement au moyen d’un dilatateur de faisceau ou système de focalisation 133 et d’un « Beam Expander » 134, l’ensemble constituant le système optique.

Ensuite, on porte une région de cette première couche 110a de poudre, par balayage avec un faisceau laser 131, à une température supérieure à la température de fusion de cette poudre.

Ce type de procédé de fabrication additive peut utiliser n'importe quel faisceau de haute énergie à la place du faisceau laser 131, et notamment un faisceau d’électrons, tant que ce faisceau est suffisamment énergétique pour fondre les particules de poudre et une partie du matériau sur lequel les particules reposent.

Ce balayage du faisceau est effectué par exemple par une tête galvanométrique faisant partie d’un système de pilotage 132. Par exemple ce système de pilotage comprend au moins un miroir 135 orientable sur lequel le faisceau laser 131 se réfléchit avant d'atteindre une couche de poudre dont chaque point de la surface se trouve située toujours à la même hauteur par rapport à la lentille de focalisation, contenue dans le système de focalisation 134, la position angulaire de ce miroir étant pilotée par une tête galvanométrique pour que le faisceau laser balaye au moins une région de la première couche de poudre, et suive ainsi un profil de pièce préétabli. Pour ce faire, la tête galvanométrique est commandée selon les informations contenues dans la base de données de l’outil informatique utilisé pour la conception et la fabrication assistées par ordinateur de la pièce à fabriquer.

Ainsi, les particules de poudre 111 de cette région de la première couche 100a sont fondues et forment un premier élément 112a d'un seul tenant, solidaire avec le plateau de construction 121. A ce stade, on peut également balayer avec le faisceau laser plusieurs régions indépendantes de cette première couche pour former, après fusion et solidification de la matière, plusieurs premiers éléments 120a disjoints les uns des autres.

On abaisse le plateau de construction 121 d’une hauteur correspondant à l’épaisseur de la première couche de poudre 110a (20 à 100 μm et en général de 30 à 50 μm).

On dépose ensuite une deuxième couche 110b de poudre sur la première couche 110a et sur ce premier élément d’un seul tenant ou consolidé 112a, puis on chauffe par exposition au faisceau laser 131 une région de la deuxième couche 110b qui est située partiellement ou complètement au-dessus de ce premier élément d’un seul tenant ou consolidé 112a dans le cas illustré à la , de telle sorte que les particules de poudre de cette région de la deuxième couche 110b sont fondues avec au moins une partie de l’élément 112a et forment un deuxième élément d’un seul tenant ou consolidé 112b, l’ensemble de ces deux éléments 112a et 112b formant, dans le cas illustré à la , un bloc d'un seul tenant.

Une telle technique de fabrication additive assure donc un excellent contrôle de la géométrie de la pièce à fabriquer et permet de réaliser des pièces possédant une grande complexité.

Toutefois, lors de la réalisation de pièces à géométrie complexe, notamment des pièces cylindriques telles que des supports de paliers, certaines parois de la pièce sont inclinées les unes par rapport aux autres, et sont raccordées entre elles au niveau d’une zone de raccordement courbe, par exemple en arc de cercle. Bien que la section de raccordement entre ces parois soit fine dans la direction radiale, la surface occupée par cette section peut être importante dans la mesure où elle peut s’étendre sur toute la circonférence de la pièce. Or, lors de la fusion de la couche permettant de raccorder ces parois entre elles, la section de raccordement se retrouve dans une configuration « downskin », c’est-à-dire momentanément en fort porte-à-faux, ou même sans aucun autre maintien que le volume de poudre non solidifiée situé au-dessous, et présentent donc un risque d’affaissement ou d’effondrement. Cette configuration « downskin » implique en outre des paramètres différents que les paramètres utilisés pour les couches précédentes, dites couches de cœur standards.

Par conséquent, au moment de la mise en couche, lors du passage du racleur (ou rouleau), la présence de cet affaissement impliquant une irrégularité et s’étendant sur toute la section de raccordement, crée un effet « mur » entrainant une légère vibration du racleur. Cette vibration peut donner naissance à un ressaut sur la surface adjacente de la pièce, notamment la peau extérieure, et donc à un défaut de surface. Ce défaut, pouvant être caractérisé par microscopie optique 3D, peut se traduire par un ressaut pouvant atteindre une hauteur de l’ordre de 250µm, dans le cas d’une épaisseur de couche de 40µm.

Ces défauts peuvent être problématiques dans la mesure où ils sont difficiles à retirer, notamment sur les surfaces complexes des pièces évoquées ci-dessus. De plus, ils peuvent être à l’origine de concentrations de contraintes locales qui peuvent être néfastes d’un point de vue du dimensionnement de la pièce.

Il existe donc un réel besoin pour un procédé de fabrication de pièce par fabrication additive, permettant de s’affranchir au moins en partie des inconvénients précités, et ainsi d’améliorer l’état de surface des pièces obtenues.

Le présent exposé concerne un procédé de fabrication de pièce aéronautique par fabrication additive, la pièce à fabriquer s’étendant autour d’un axe central et comprenant au moins deux parois inclinées l’une par rapport à l’autre et raccordées entre elles par l’intermédiaire d’au moins une section de raccordement comprise dans un plan de raccordement perpendiculaire à l’axe central, le procédé comprenant:
- la fourniture d’un modèle numérique de la pièce à fabriquer,
- l’orientation du modèle numérique par rapport à une direction de construction verticale de la pièce de manière à ce que l’axe central de la pièce présente un angle β compris entre 0,1° et 1°, de préférence compris entre 0,3° et 0,8° par rapport à la direction de construction,
- fabrication de la pièce par fabrication additive à partir du modèle numérique obtenu à l’étape d’orientation.

Dans le présent exposé, par direction de construction, on comprend la direction dans laquelle la pièce est construite, c’est-à-dire dans laquelle les couches de poudre, ou couches de fabrication, sont empilées les unes sur les autres. Par exemple, lorsque la pièce est fabriquée sur un plateau de construction, la direction de construction correspond à une direction orthogonale audit plateau de construction, et est donc verticale.

De plus, dans le présent exposé, les termes « axial », « radial », « intérieur », « extérieur », « circonférentiel » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe central de la pièce. Les termes « au-dessus » et « au-dessous » s’entendent suivant la direction de construction.

L’ensemble des éléments constituant la pièce, notamment les deux parois inclinées l’une par rapport à l’autre, sont fabriquées en un bloc et en un même matériau par fabrication additive. La « section de raccordement » entre les deux parois inclinées l’une par rapport à l’autre est comprise comme étant, au cours de la fabrication additive, la première couche de matière permettant de faire la jonction entre ces deux parois.

En d’autres termes, à une couche n de la fabrication additive, les deux parois sont espacées l’une de l’autre par un mince interstice. La couche n+1 suivante permet de déposer et fusionner la matière permettant de combler cet interstice et ainsi de raccorder les deux parois entre elles. Ainsi, la section de raccordement est la portion de cette couche n+1 permettant de combler cet interstice existant à la couche n. Cette section de raccordement s’étend donc radialement selon une dimension correspondant à la largeur de l’interstice, et circonférentiellement autour de l’axe central, lorsque la section de raccordement est courbe.

Dès lors que cette section de raccordement est formée à la couche n+1, les couches ultérieures sont formées d’un seul tenant, en prenant appui notamment sur cette section de raccordement, pour former la zone de jonction entre les deux parois. Néanmoins, la première couche permettant de joindre ces parois, c’est-à-dire la section de raccordement, ne repose sur aucune couche solide, autre que le volume de poudre non solidifiée situé au-dessous.

Selon le présent exposé, le fait d’incliner d’un angle β l’axe central de la pièce par rapport à la direction de construction lors de l’étape d’orientation du modèle permet d’incliner également de ce même angle β le plan de raccordement comprenant la section de raccordement. Les angles β d’inclinaisons définis ci-dessus sont suffisants pour permettre de former la section de raccordement non pas en une couche, mais en plusieurs couches, autrement dit en plusieurs passages du racleur. De préférence, le nombre de couches nécessaires pour former la section de raccordement est compris entre 10 et 40.

Le fait de former la section de raccordement en plusieurs en couches permet de limiter, à chacune de ces couches, la surface en porte-à-faux ou sans aucun autre maintien que le volume de poudre non solidifiée situé au-dessous, limitant ainsi le phénomène d’affaissement. Ainsi, à chaque passage du racleur nécessaire à la formation de la section de raccordement, la surface en porte-à-faux rencontrée par le racleur sera moindre, et les vibrations engendrées sur ce dernier seront donc limitées. Par conséquent, cette inclinaison permet de limiter, voire supprimer la présence de ressaut sur la pièce finale, améliorant ainsi l’état de surface de cette dernière.

Dans certains modes de réalisation, la pièce à fabriquer est axisymétrique autour de l’axe central.

Dans certains modes de réalisation, la section de raccordement s’étend selon un arc de cercle centré autour de l’axe central.

Compte tenu de cette forme, la plupart des éléments constituant la pièce, notamment les parois inclinées entre elles, sont également axisymétriques. Par conséquent, la section de raccordement entre ces parois inclinées présente une forme circulaire autour de l’axe central de la pièce. L’inclinaison de la pièce permet, au cours de la fabrication, de former cette section de raccordement en plusieurs couches, en d’autres termes, de refermer l’interstice circulaire existant entre les deux parois, en plusieurs passages du racleur.

Dans certains modes de réalisation, l’étape d’orientation du modèle numérique comprend l’ajout au modèle numérique d’une cale d’inclinaison entre un plan de construction horizontal et un plan comprenant une extrémité inférieur de la pièce à fabriquer, de manière à incliner l’axe central de l’angle β par rapport à la direction de construction verticale.

On entend par plan de construction un plan orthogonal à la direction de construction et sensiblement parallèle au plateau de construction. Le fait d’incliner le plan comprenant l’extrémité inférieur de la pièce à fabriquer par rapport au plan de construction horizontal, par l’intermédiaire de la cale d’inclinaison, permet d’incliner l’ensemble de la pièce d’un angle β, sans modifier la géométrie de celle-ci.

Dans certains modes de réalisation, la cale d’inclinaison est fabriquée en un même matériau que la pièce à fabriquer, au cours de la fabrication additive.

En d’autres termes, la cale d’inclinaison est un ajout de matière à l’extrémité inférieure de la pièce, permettant, au cours de la fabrication, d’orienter l’axe central de la pièce d’un angle β par rapport à la direction de construction. Il est donc possible d’améliorer l’état de surface de la pièce finale par un simple ajout de matière au-dessous de la pièce, sans modifier la géométrie globale de celle-ci.

Dans certains modes de réalisation, la cale d’inclinaison est configurée de telle sorte que, dans le plan comprenant l’extrémité inférieur de la pièce à fabriquer, une première extrémité radiale de la pièce à fabriquer présente une élévation ε par rapport à une deuxième extrémité radiale opposée à la première extrémité radiale.

L’élévation ε, permettant d’incliner la pièce d’un angle β, est faible, de préférence de quelques dixièmes de millimètres à 20 mm par exemple. Il est donc possible d’améliorer l’état de surface de la pièce finale par un simple ajout d’une faible quantité de matière au-dessous de la pièce, limitant ainsi notamment les coûts engendrés.

Dans certains modes de réalisation, la pièce à fabriquer comprend une enveloppe externe sensiblement cylindrique, l’enveloppe externe comprenant l’extrémité inférieure et la première et la deuxième extrémité radiale, la première et la deuxième extrémité radiale étant diamétralement opposée l’une par rapport à l’autre.

Par « sensiblement cylindrique », on comprend que l’enveloppe interne présente la forme d’un cylindre, ou une forme similaire à celle d’un cylindre, malgré la présence d’irrégularités locales, par exemple des amincissements locaux de sa section ou la présence de moyens de fixation. Il est ainsi possible d’incliner la pièce de l’angle β en élevant simplement une extrémité radiale de l’enveloppe externe de la hauteur ε.

Dans certains modes de réalisation, ε = D×arctan(β), où D est le diamètre de l’enveloppe externe de la pièce à fabriquer.

Il est ainsi possible, pour une valeur D donnée de diamètre de l’enveloppe externe, et donc de diamètre de la pièce, de déterminer la valeur d’élévation ε nécessaire, pour obtenir une inclinaison β prédéterminée. On notera que l’angle β peut être prédéterminé en fonction du nombre de couches souhaitées, nécessaires pour raccorder les deux parois inclinées l’une par rapport à l’autre.

Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, après l’étape de fabrication, une étape d’enlèvement de la cale d’inclinaison, dans laquelle la cale d’inclinaison ayant servi à incliner la pièce au cours de la fabrication de celle-ci est enlevée afin d’obtenir la pièce finale.

La cale d’inclinaison est ainsi une altération temporaire de la géométrie de la pièce, servant uniquement à incliner l’axe central de celle-ci au cours de la fabrication. La pièce obtenue présente ainsi, une fois la cale d’inclinaison enlevée, la géométrie souhaitée, l’état de surface de la pièce finale étant par ailleurs amélioré.

Dans certains modes de réalisation, l’enlèvement de la cale d’inclinaison est réalisé par usinage.

En d’autres termes, une extrémité radiale de l’extrémité inférieure de la pièce obtenue est usinée sur une hauteur correspondant à l’élévation ε, pour enlever la portion correspondant à la cale d’inclinaison, autrement dit pour aplanir et niveler l’extrémité inférieure de la pièce. De cette façon, après usinage, lorsque l’extrémité inférieure de la pièce est posée sur un support horizontal, l’axe central de la pièce se trouve à la verticale, et n’est plus incliné.

Dans certains modes de réalisation, la pièce à fabriquer est un support de palier de turboréacteur.

L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :

La est une vue latérale d’un premier exemple d’un modèle numérique de pièce à fabriquer par le procédé de l’invention,

La est une vue en coupe du modèle de la , selon un plan de coupe A,

La représente une vue détaillée de la vue en coupe de la , illustrant une section de raccordement entre deux parois inclinées de la pièce à fabriquer,

Les figures 4A et 4B représentent une vue de dessus de la pièce de la , à deux couches successives de la fabrication additive,

La représente de manière simplifiée le modèle de la , lors de l’étape d’orientation du modèle numérique de la pièce,

Les figures 6A à 6D représentent, dans une vue de dessus de la pièce, la formation d’une section de raccordement entre deux parois inclinées, à des couches successives de la fabrication additive,

La est un diagramme représentant les différentes étapes du procédé de l’invention,

La est une vue latérale d’un deuxième exemple d’un modèle numérique de pièce à fabriquer par le procédé de l’invention,

La représente une vue d’ensemble d’un dispositif de fabrication additive par fusion sélective de lits de poudre.

Un premier exemple d’un mode de réalisation de l’invention va être exposé dans la suite de la description, en référence aux figures 1 à 7. On notera que dans la suite de l’exposé, la direction de construction Z est la direction dans laquelle la pièce est construite, c’est-à-dire dans laquelle les couches de poudre, ou couches de fabrication, sont empilées les unes sur les autres. La direction de construction Z est donc une direction orthogonale au plan de construction P, comprenant notamment le plateau de construction, sur lequel la pièce est destinée à être fabriquée. De plus, dans la suite de l’exposé, les termes « axial », « radial », «latéral», « intérieur », « extérieur », « dessus » ou « dessous » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe central X de la pièce 1 à fabriquer.

Dans cet exemple, la pièce à fabriquer est un support de palier, destiné à être utilisé dans un moteur de turbomachine, notamment au niveau du carter d’échappement du moteur. Le support de palier de sortie de turbomachine peut notamment supporter le palier de l’arbre mobile en rotation couplant le compresseur haute pression et une turbine haute pression. La représente une vue latérale de la pièce. Plus précisément, la est une vue latérale du modèle numérique 1 de la pièce à fabriquer. Dans la suite de l’exposé, par commodité, le modèle numérique de la pièce sera simplement nommé « la pièce 1 ». La pièce 1 est axisymétrique autour d’un axe central X. Le plan de construction P correspond à un plan horizontal, et représente le plateau de construction sur lequel la pièce 1 est destinée à être fabriquée.

Un plan de coupe A comprend l’axe central X, et est perpendiculaire au plan de construction P. La représente une vue latérale en coupe de la pièce 1 illustrée sur la , dans le plan de coupe A, permettant d’illustrer différents éléments constituant la pièce 1. La pièce 1 comprend notamment une enveloppe externe 10 cylindrique, ou sensiblement cylindrique. Une extrémité inférieure 12 de l’enveloppe externe 10 est comprise dans un plan B.

Une bride 20, de forme tronconique est fixée à l’enveloppe externe 10, à l’intérieur de celle-ci. La bride 20 est configurée pour porter, à l’intérieur de celle-ci, une pluralité de portions de supports 30, 40, 50, présentant chacun une face interne cylindrique. Les diamètres de chacune de ces faces internes cylindriques sont différents les uns des autres. Ces portions de support 30, 40, 50 sont destinées à supporter des paliers de roulement permettant de guider en rotation des arbres du turboréacteur.

Ces portions de support 30, 40, 50 sont chacune portée par la bride 20, par l’intermédiaire d’une portion de jonction 32, 42, 52 respectivement. On notera que chacun de ces éléments (la bride 20, les portions de support 30, 40, 50, les portions de jonction 32, 42, 52) est axisymétrique autour de l’axe central X. Chacune des portions de jonction 32, 42, 52 est reliée à une face interne de la bride 20 au niveau d’une zone de raccordement, les zones de raccordement étant localisées par les cercles sur la . La paroi de la bride 20 est inclinée par rapport à l’axe central X, d’un angle compris entre 40° et 60° par exemple. Les parois des portions de jonction 32, 42, 52 sont également inclinées par rapport à l’axe central X, d’un angle opposé à celui de la paroi de la bride 20, et compris entre 40° et 60° par exemple. Ainsi, chacune des portions de jonction 32, 42, 52 est inclinée par rapport à la paroi de la bride 20.

La représente une vue détaillée de la pièce de la , au niveau du raccordement entre la portion de jonction 42, et la bride 20. Un cylindre creux de fixation 22, permettant de fixer la pièce 1 à un élément du turboréacteur, est également visible. La vue de la représente la pièce 1 au cours de la fabrication additive, juste après le dépôt et la fusion de la couche de poudre au cours de laquelle la section de raccordement S est formée. La section de raccordement S est la première couche de matière permettant de combler l’interstice I existant entre les deux parois à la couche précédente (figure 4A) et de faire la jonction entre la portion de jonction 42 et la bride 20. La section de raccordement S est comprise dans un plan de raccordement R perpendiculaire à l’axe central X. Par ailleurs, la section de raccordement S s’étend en arc de cercle autour de l’axe central X.

La figure 4A représente une vue du dessus de la section Sn entre la portion de jonction 42 et la bride 20 à une étape n, c’est-à-dire à une couche n de la fabrication additive, juste avant que la matière permettant de relier ladite portion de jonction 42 et ladite bride 20, ne soit formée. En d’autres termes, à ce stade, la section de raccordement proprement dite n’existe pas encore, et la portion de jonction 42 et ladite bride 20 sont espacées radialement par un mince interstice I, compris entre quelques centièmes de millimètres à 1 mm environ, par exemple 0,4 mm.

La figure 4B représente la section de raccordement Sn+1 entre la portion de jonction 42 et la bride 20 à une étape n+1, c’est-à-dire à une couche n+1 de la fabrication additive, dans laquelle la matière permettant de relier ladite portion de jonction 42 et ladite bride 20 est formée. En l’absence d’orientation du modèle, une seule couche est donc nécessaire (la couche n+1) pour refermer l’interstice I existant entre la portion de jonction 42 et la bride 20 à la couche n. Selon cette configuration, la matière permettant de refermer cet interstice I n’est formée sur aucune couche existante, autre que la poudre non fusionnée disposée en-dessous. En d’autres termes, la matière d’aucune des couches formées aux étapes précédentes ne permet de supporter la section de raccordement Sn+1 au cours de sa formation. Bien que la section de raccordement Sn+1 soit formée en un même matériau que la portion de jonction 42 et ladite bride 20, les hachures représentant la section de raccordement Sn+1 sur la figure 4B sont différentes de celles des parois 20, 42, indiquant la présence d’un affaissement local sur cette section.

Le procédé selon l’invention décrit ci-dessous permet de pallier cet inconvénient.

Une première étape permet de fournir un modèle numérique de la pièce 1 à fabriquer (étape S1), décrite précédemment. Une étape d’orientation de ce modèle numérique est ensuite réalisée (étape S2).

Au cours de cette étape, une cale d’inclinaison 80 est ajoutée au modèle numérique, de manière à être disposée, au cours de la fabrication de la pièce 1, entre le plan horizontal de construction P, sur lequel la pièce 1 est fabriquée, et le plan B comprenant l’extrémité inférieure 12 de la pièce 1, plus précisément de l’enveloppe externe 10. En d’autres termes, au cours de la fabrication, l’extrémité inférieure 12 de l’enveloppe externe 10 de la pièce 1 ne repose pas directement sur le plan de construction P, compte tenu de la présence de la cale d’inclinaison 80 intercalée entre le plan B et le plan de construction P.

La cale d’inclinaison 80 comprend une première extrémité 81 destinée à reposer horizontalement sur le plan de construction P, et une deuxième extrémité 82 inclinée par rapport à la première extrémité 81. L’extrémité inférieure 12 de l’enveloppe externe 10 repose sur la deuxième extrémité 82 de la cale d’inclinaison 80, de telle sorte que la pièce 1 présente elle-même une inclinaison par rapport au plan de construction P. Par ailleurs, l’enveloppe externe 10 ayant une forme cylindrique d’axe X, la cale d’inclinaison 80 présente elle-même une forme cylindrique d’axe Z, dont le sommet (la deuxième extrémité 82), est incliné par rapport à la base (la première extrémité 81).

Selon une vue latérale de la pièce 1 ( ), la cale d’inclinaison 80 présente la forme d’une rampe inclinée. Compte tenu de cette configuration, la présence de la cale d’inclinaison 80 permet d’incliner le plan B comprenant l’extrémité inférieure 12 de l’enveloppe externe 10 de la pièce 1, d’un angle β par rapport au plan de construction P. Par conséquent, l’axe central X est également incliné d’un angle β par rapport à la direction de construction Z.

Selon cette configuration, une première extrémité radiale 14 de la pièce 1, dans le plan B comprenant l’extrémité inférieure 12, est surélevée d’une hauteur d’élévation ε par rapport à une deuxième extrémité radiale 16, diamétralement opposée à la première extrémité radiale 14, de telle sorte que ε = D×arctan(β), où D est le diamètre de l’enveloppe externe 10, en particulier de l’extrémité inférieure 12 de la pièce 1 à fabriquer. L’angle d’inclinaison β, et la hauteur d’élévation ε peuvent varier en fonction du diamètre D de la pièce 1 à fabriquer. Par exemple, pour un diamètre D de 400 mm, ε peut être compris entre 0,5 et 5 mm, et β peut être compris entre 0,1° et 1°.

Après l’ajout de la cale d’inclinaison 80 au modèle numérique, la pièce 1 est fabriquée par fabrication additive (étape S3). Plus précisément, la cale d’inclinaison 80 est fabriquée dans un premier temps, couche par couche, sur le plateau de construction s’étendant dans le plan de construction P, et la pièce 1 est fabriquée dans la continuité de la cale d’inclinaison 80. En d’autres termes, au cours de la fabrication, la cale d’inclinaison 80 et la pièce 1 forment une seule et même pièce, et sont formées dans le même matériau.

Compte tenu de l’ajout de la cale d’inclinaison 80 au cours de l’étape S2, lors de la fabrication de l’ensemble cale/pièce dans la direction de construction Z verticale, l’axe central X de la pièce 1 présente un angle d’inclinaison β par rapport à la direction de construction Z. Par conséquent, le plan de raccordement R précité, comprenant la section de raccordement S entre la portion de jonction 42 et la bride 20, est également incliné d’un angle β par rapport au plan de construction P. Ainsi, le raccordement entre la portion de jonction 42 et la bride 20 ne s’effectue pas en une couche, contrairement à la configuration illustrée sur les figures 4A et 4B en l’absence de cale d’inclinaison 80, mais en plusieurs couches. Le raccordement entre la portion de jonction 42 et la bride 20 est donc progressif.

Les figures 6A à 6D illustrent la formation de la section de raccordement S entre la portion de jonction 42 et la bride 20 au cours de la fabrication additive. Compte tenu de l’inclinaison du plan de raccordement R, plusieurs couches sont nécessaires pour former cette section de raccordement S, en d’autres termes, pour reboucher l’interstice I existant entre la portion de jonction 42 et la bride 20 à ce stade de la fabrication de la pièce 1. La figure 6A illustre une section de raccordement Sn à une couche n de la fabrication additive. La figure 6B illustre une section de raccordement Sn+1 à la couche n+1 suivante de la fabrication additive. Compte tenu de l’inclinaison du plan de raccordement R, la portion de la section de raccordement Sn+1 formée à cette couche n+1 peut prendre appui, au moins en partie, sur la matière déjà formée lors de la couche n précédente. Cela permet de limiter le phénomène d’affaissement, et donc la présence de ressauts sur la pièce finale. De la même façon, la figure 6C illustre une section de raccordement Sn+2 à la couche n+2, et la figure 6D illustre une section de raccordement Sn+3 à la couche n+3 suivante de la fabrication additive, chaque surface formée à une couche pouvant prendre appui sur la surface formée à la couche précédente.

De préférence, le nombre de couches nécessaires pour former totalement la section de raccordement S est compris entre 10 et 40. De préférence, l’angle d’inclinaison β et la hauteur d’élévation ε sont déterminés de manière à ce que le nombre de couches nécessaires pour former totalement la section de raccordement S soit compris dans cet intervalle.

On notera que la description ci-dessus, en référence aux figures 3 à 6D, porte sur la section de raccordement S entre la portion de jonction 42 et la bride 20. Néanmoins, cette description est bien entendu valable pour les autres surfaces de raccordement concernées par la problématique décrite, notamment les sections de raccordement S entre la portion de jonction 32 et 52, et la bride 20.

Lorsque la fabrication de la pièce 1 est achevée, la cale d’inclinaison 80 ayant permis d’incliner la pièce 1 au cours de la fabrication est enlevée (étape S4). Cet enlèvement peut être effectué par usinage, par exemple, en enlevant la quantité de matière correspondant aux dimensions de la cale d’inclinaison 80, permettant ainsi d’obtenir la pièce 1 finale présentant les dimensions souhaitées, et correspondant au modèle numérique existant avant l’étape S2 d’orientation, dans laquelle la cale d’inclinaison 80 avait été ajoutée.

La présente un modèle numérique d’un deuxième exemple de pièce 1’ à fabriquer, sur laquelle le procédé selon l’invention peut être appliqué. Dans cet exemple, la pièce 1’ à fabriquer est un support de palier de type SP5 NMA, destiné à être utilisé dans un moteur de turboréacteur, notamment au niveau du carter d’échappement d’un moteur de type UHBR DD (« Ultra High Bypass Ratio Direct Drive »). Les zones de raccordement entre des parois inclinées les unes par rapport aux autres, et impliquant les mêmes problématiques que la pièce 1 du premier exemple, sont localisées par des cercles sur la , et les sections de raccordement S’ correspondantes sont également indiquées.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Procédé de fabrication de pièce aéronautique par fabrication additive, la pièce à fabriquer s’étendant autour d’un axe central (X) et comprenant au moins deux parois (20, 42) inclinées l’une par rapport à l’autre et raccordées entre elles par l’intermédiaire d’au moins une section de raccordement (S) comprise dans un plan de raccordement (R) perpendiculaire à l’axe central (X), le procédé comprenant:
- la fourniture d’un modèle numérique (1) de la pièce à fabriquer,
- l’orientation du modèle numérique (1) par rapport à une direction de construction (Z) verticale de la pièce de manière à ce que l’axe central (X) de la pièce présente un angle β compris entre 0,1° et 1°, de préférence compris entre 0,3° et 0,8° par rapport à la direction de construction (Z),
- fabrication de la pièce par fabrication additive à partir du modèle numérique (1) obtenu à l’étape d’orientation.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pièce à fabriquer est axisymétrique autour de l’axe central (X), et la section de raccordement (S) s’étend selon un arc de cercle centré autour de l’axe central (X).
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape d’orientation du modèle numérique (1) comprend l’ajout au modèle numérique d’une cale d’inclinaison (80) entre un plan de construction (P) horizontal et un plan (B) comprenant une extrémité inférieur (12) de la pièce à fabriquer, de manière à incliner l’axe central (X) de l’angle β par rapport à la direction de construction (Z) verticale.
Procédé selon la revendication 3, dans lequel la cale d’inclinaison (80) est fabriquée en un même matériau que la pièce à fabriquer, au cours de la fabrication additive.
Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la cale d’inclinaison (80) est configurée de telle sorte que, dans le plan (B) comprenant l’extrémité inférieure (12) de la pièce à fabriquer, une première extrémité radiale (14) de la pièce à fabriquer présente une élévation ε par rapport à une deuxième extrémité radiale (16) opposée à la première extrémité radiale (14).
Procédé selon la revendication 5, dans lequel la pièce à fabriquer comprend une enveloppe externe (10) sensiblement cylindrique, l’enveloppe externe (10) comprenant l’extrémité inférieure (12) et la première et la deuxième extrémité radiale (14, 16), la première et la deuxième extrémité radiale (14, 16) étant diamétralement opposée l’une par rapport à l’autre.
Procédé selon la revendication 6, dans lequel ε = D×arctan(β), où D est le diamètre de l’enveloppe externe (10) de la pièce à fabriquer.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, comprenant, après l’étape de fabrication, une étape d’enlèvement de la cale d’inclinaison (80), dans laquelle la cale d’inclinaison (80) ayant servie à incliner la pièce au cours de la fabrication de celle-ci est enlevée, afin d’obtenir la pièce finale.
Procédé selon la revendication 8, dans lequel l’enlèvement de la cale d’inclinaison (80) est réalisé par usinage.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce à fabriquer est un support de palier de turboréacteur.