FR3120203A1

FR3120203A1 - Dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre

Info

Publication number: FR3120203A1
Application number: FR2101955A
Authority: FR
Inventors: Jean-Paul Garandet; Olivier Tosoni
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-09-02

Abstract

Dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre d’au moins une pièce (P) comportant :- des moyens de fourniture 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 chauffage par induction (14) d’une partie du lit de poudre. Figure pour l’abrégé : 2

Description

DISPOSITIF DE FABRICATION ADDITIVE PAR FUSION SUR LIT DE POUDRE

DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La présente invention se rapporte à un dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre et à un procédé de fabrication additive par fusion sur lit de poudre.

Les procédés de fabrication additive par fusion sur lit de poudre comprennent par exemple les procédés par fusion laser sur lit de poudre ou FLLP ou PBF (Powder Bed Fusion en terminologie anglo-saxonne) et les procédés de fusion par faisceau d’électrons ou EBM (Electron Beam Melting en terminologie anglo-saxonne).

Les procédés FLLP consistent à fondre, par exemple au moyen d’un faisceau laser, certaines régions d’un lit de poudre.

Le procédé FLLP permet, du fait de la finesse de focalisation de la source de chaleur sur le lit de poudre, de fabriquer des pièces de forme complexe qui ne seraient pas réalisables par les procédés conventionnels. Cependant il résulte de cette finesse de focalisation une densité d’énergie déposée par le laser très élevée et l’apparition de gradients de température extrêmement élevés dans la zone fondue et à sa périphérie, par exemple de l’ordre de 10⁵-10⁷K/m.

Une conséquence de ces gradients très élevés est que la structure de solidification est généralement colonnaire, avec des grains allongés dans la direction du gradient thermique. Il en résulte une anisotropie des propriétés mécaniques des pièces élaborées, qui rend plus complexe les procédures d’acceptation et de conformité au niveau industriel et une sensibilité des pièces au phénomène de fissuration à chaud.

De plus, ces gradients thermiques très élevés se traduisent par des niveaux de contraintes résiduelles thermomécaniques très importants. Ces contraintes peuvent conduire à la déformation des pièces élaborées quand elles sont séparées du plateau de fabrication, et dégrader les propriétés d’usage.

Le documentJ.D. Roehling et al. ‘Reducing residual stress by selective large-area diode surface heating during laser powder bed fusion additive manufacturing’ Additive Manufacturing 28 (2019) 228–235propose de réduire les contraintes résiduelles en chauffant la zone autour du bain de fusion au moyen de diodes laser pour faire barrière thermique et limiter les gradients de température. Cette technique est complexe, en outre la zone chauffée est de petite dimension, des contraintes résiduelles peuvent alors apparaître au voisinage du bain fondu.

C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un dispositif de fabrication additive par fusion par faisceau laser ou faisceau d’électrons sur lit de poudre et une méthode de fabrication additive par fusion par faisceau laser ou faisceau d’électrons sur lit de poudre permettant l’obtention de pièces dont l’anisotropie des propriétés thermiques et le niveau de contraintes thermomécanique sont au moins réduits.

Le but de la présente invention est atteint par un dispositif de fabrication additive par fusion par faisceau laser ou faisceau d’électrons sur lit de poudre d’au moins une pièce, comportant des moyens pour fournir le matériau en poudre, au moins une source d’énergie pour fondre le matériau et des moyens de chauffage par induction d’au moins une partie du lit de poudre, par exemple au moins de la zone au voisinage du matériau en fusion, ce qui permet de réduire les gradients thermiques au voisinage de l’interface de solidification.

Ce chauffage par induction est obtenu en appliquant un champ magnétique alternatif sur par exemple au moins une zone au voisinage du bain fondu, qui est constituée de matériau conducteur électrique. La densité de puissance fournie par les moyens de chauffage est de préférence comprise entre 10²W/cm³et 10⁵W/cm³.

Les inventeurs ont découvert de manière très surprenante que le chauffage par induction s’appliquait à un lit de poudre, alors que celui-ci présente une faible conductivité électrique macroscopique du fait du mauvais contact entre les particules de poudre. Il n’était donc pas évident d’appliquer ce type de chauffage dans un dispositif de type FLLP.

La mise en œuvre d’une ou plusieurs bobines électriques pour générer le champ magnétique alternatif est relativement simple par rapport à des diodes laser. En outre, la zone chauffée peut être étendue.

Dans un exemple de réalisation, le dispositif de chauffage qui est distinct du faisceau laser qui assure le chauffage et la fusion du lit de poudre et l’apparition du bain fondu, comporte au moins une première bobine électrique pour assurer le chauffage de la zone entourant la zone fondue lors de la fusion par le laser, et au moins une bobine pour assurer le préchauffage de la zone de poudre qui va être fondue.

Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de chauffage chauffent la zone à fondre et ses alentours uniquement avant la fusion.

Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de chauffage peuvent assurer un chauffage après la solidification de la zone fondue, par exemple pour effectuer un recuit thermique.

Un objet de la présente demande est alors un dispositif de fabrication additive d’au moins une pièce par fusion sur lit de poudre comportant des moyens de fourniture du matériau en poudre de sorte à former un lit de poudre, au moins une source d’énergie destinée à générer au moins un faisceau d’énergie pour fondre le matériau en poudre et former au moins une zone fondue d’une zone de fabrication, des moyens de chauffage, lesdits moyens de chauffage assurant le chauffage d’une partie du lit de poudre par couplage électromagnétique, lesdits moyens de chauffage étant configurés pour que l’énergie transmise à la zone périphérique soit comprise entre 10²W/cm³et 10⁵W/cm³.

De préférence, les moyens de chauffage comportent au moins une bobine électrique disposée à une distance de la surface de lit de poudre comprise entre
2 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 10 mm.

Dans un exemple de réalisation, les moyens de chauffage sont configurés pour assurer le chauffage d’au moins une zone périphérique de la zone fondue.

La zone périphérique a par exemple un diamètre compris entre 10 mm et 100mm et une profondeur comprise entre 0,5 mm et 10 mm.

Avantageusement, les moyens de chauffage sont configurés pour être situés au-dessus du lit de poudre.

Dans un exemple avantageux, les moyens de chauffage sont configurés pour assurer le chauffage de la zone périphérique simultanément à la fusion du matériau de la zone fondue.

Les moyens de chauffage peuvent également être configurés pour assurer le chauffage d’une zone de fabrication préalablement à l’apport d’énergie au matériau en poudre en vue de sa fusion. Les moyens de chauffage peuvent alors comporter au moins une bobine destinée à être en regard de la zone périphérique entourant une zone en cours de fusion et au moins une bobine destinée à être en regard d’une zone dont une partie est destinée à être fondue ultérieurement.

Selon une caractéristique additionnelle, les moyens de chauffage peuvent être configurés pour assurer le chauffage d’une zone de fabrication ultérieurement à la fusion du matériau.

Le dispositif de fabrication additive comporte avantageusement des moyens de refroidissement comprenant un circuit de circulation d’un fluide dans la bobine ou les bobines.

De préférence les moyens de chauffage sont mobiles et leurs déplacements sont asservis au déplacement de la source d’énergie.

Dans un exemple avantageux, le dispositif de fabrication comporte également des moyens de génération d’un champ magnétique permanent, asservis au déplacement de la source d’énergie. Le dispositif de fabrication additive peut alors, comporter une alimentation en courant électrique des moyens de chauffage, ledit courant électrique ayant une composante alternative et une composante continue.

La présente demande a également pour objet un procédé de fabrication additive d’au moins une pièce par fusion sur lit de poudre 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 à au moins une partie du lit de poudre de sorte à chauffer par induction ladite partie du lit de poudre.

De préférence, l’énergie transmise à ladite partie du lit de poudre est comprise entre 10²W/cm³et 10⁵W/cm³.

L’application d’un champ magnétique permanent au moins dans la zone fondue peut également avoir lieu.

La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels :

est une représentation schématique d’un exemple d’un dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre.

est une représentation schématique d’un autre exemple de dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre, dans lequel les moyens de génération d’un champ magnétique haute fréquence présentent une autre orientation par rapport au bain fondu.

est une représentation schématique d’un autre exemple d’un dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre, mettant en œuvre des moyens de préchauffage.

est une représentation schématique d’un autre exemple d’un dispositif de fabrication additive par fusion sur lit de poudre, mettant en œuvre des moyens de chauffage après la fusion de la poudre.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Dans la suite de la description, les expressions « bain fondu » et « zone fondue » sont synonymes.

L’expression « zone de fabrication » désigne la zone comprenant le bain fondu ou la zone fondue ZF et une zone périphérique ZP entourant le bain fondu ou la zone fondue. Des exemples de dimensions de la zone fondue et de la zone périphérique seront donnés ci-dessous.

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 une conductivité électrique suffisante à haute température. Par exemple, les matériaux utilisables sont le fer, le nickel, le titane, l’aluminium, le chrome et le cobalt, et leurs alliages.

Sur la , on peut voir une représentation schématique de principe d’un dispositif de fabrication de pièces par fabrication additive par fusion sur lit de poudre selon l’invention. Le dispositif comporte des moyens de fourniture pour délivrer un matériau en poudre sous forme d’un lit LP sur un plateau de construction 2. Sur la , on peut voir une pièce P en cours de fabrication dans le lit de poudre. Le plateau de construction est contenu dans un plan XY.

Dans l’exemple représenté, le plateau de construction 2 est disposé sur un plateau support 10 apte à se déplacer verticalement le long de l’axe vertical Z normal au plan XY. Par exemple, le dispositif comporte un vérin 12, duquel est solidaire le plateau support 10 le long de l’axe Z.

Les moyens de fourniture (non représentés) délivrent de la poudre sous forme de couches d’épaisseur variant typiquement 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.

Le dispositif comporte également au moins une source d’énergie 6 destinée à générer au moins un faisceau d’énergie pour fondre le matériau et former au moins une zone fondue ZF dans une zone de fabrication donnée du lit de poudre. La source d’énergie 6 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. En variante la source d’énergie est un faisceau d’électrons.

Dans cet exemple, la source d’énergie 6 est fixe et c’est le faisceau d’énergie émis par la source d’énergie 6 qui est déplacé sur la surface du lit de poudre au moyen d’un miroir 16 mobile. Le faisceau d’énergie balaye la surface du lit de poudre.

Une unité de commande contrôle de déplacement du faisceau laser sur le lit de poudre de sorte à focaliser celui-ci sur la zone de poudre destinée à être fondue ZF.

La zone entourant la zone fondue est désignée « zone périphérique ZP ». La zone fondue et la zone périphérique s’étendent dans la profondeur du lit de poudre. La zone périphérique s’étend latéralement autour de la zone fondue sur 10 mm à 100 mm et sous la zone fondue sur 0,5 mm à 10 mm.

Le dispositif de fabrication additive comporte également des moyens de chauffage 14 au moins de la zone périphérique, ces moyens de chauffage étant des moyens de chauffage à induction, i.e. ils assurent un couplage inductif d’un champ magnétique alternatif avec la zone périphérique de la zone fondue.

Il sera compris que, en plus de la source d’énergie 6, les moyens de chauffage 14 transfèrent également de l’énergie à la zone fondue.

Dans l’exemple représenté, les moyens de chauffage comportent une bobine électrique 8 et une source de courant alternatif (non représentée) de sorte que la bobine génère un champ magnétique alternatif au moins dans la zone périphérique ZP et la zone fondue ZF. Selon un autre exemple, ils comportent plusieurs bobines. L’exemple avec une seule bobine sera décrit en détail ci-dessous.

La bobine est située au-dessus du lit de poudre LP.

Les moyens de chauffage par induction 14 sont tels qu’ils permettent d’atteindre dans la zone périphérique des températures représentant une fraction significative de la température de fusion Tf(°C) du matériau en poudre, réduisant ainsi le gradient thermique entre la zone fondue et la zone périphérique. Si on désigne par Tp(°C) la température de surface moyenne de la zone périphérique (la moyenne étant prise sur une aire égale à celle de la bobine de chauffage), cette température Tp est avantageusement comprise entre 0,4 Tf et 0,8 Tf, préférentiellement 0,5 Tf et 0,7 Tf.

Les moyens de chauffage 14 sont alors configurés pour que la densité de puissance qu’ils transmettent au lit de poudre, en particulier à la zone périphérique, permettent d’atteindre la température Tp. Les moyens de chauffage 14 sont tels que la densité de puissance transmise au lit de poudre est comprise entre 10²W/cm³et
10⁵W/cm³. Cette densité de puissance peut être atteinte d’une part en gérant l’alimentation électrique de la bobine et d’autre part en positionnant la bobine 8 à proximité de la zone périphérique ZP. Dans les procédés connus de l’état de l’art, la zone fondue mesure entre 50 µm et 200 µm de large. La zone périphérique mesure entre 10 mm et 100 mm en largeur comme décrit ci-dessus. Le diamètre de la bobine est choisi de manière à permettre le passage du faisceau d’énergie à travers la bobine tout en limitant la puissance électrique injectée. Par exemple, le diamètre intérieur de la bobine est compris entre 5 mm et 30 mm pour le diamètre intérieur, et le diamètre extérieur est compris entre 10 mm et 100 mm.

De manière avantageuse, le courant injecté dans la bobine 8 a une fréquence comprise entre 50 kHz et 50 MHz, préférentiellement entre 500 kHz et 10 MHz. A de telles fréquences du courant injecté dans la bobine, la puissance transmise au lit de poudre est fortement augmentée. Ainsi, avec un champ magnétique généré en surface du lit de poudre qui peut être de l’ordre de 0,1 T et une puissance injectée dans la bobine comprise entre 0,1 kW et 10 kW, préférentiellement entre 0,2 kW et 5 kW, il est possible d’atteindre la densité de puissance importante visée. 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, qui survient à haute fréquence.

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.

Avantageusement, la bobine 8 est située à une hauteur par rapport au lit de poudre comprise entre 2 mm et 2 cm, de manière préférée entre 5 mm et 1 cm. Cette proximité de la bobine et de la zone fondue peut détériorer la bobine, de manière avantageuse une protection de la bobine et/ou des moyens de refroidissement de celle-ci est ou sont prévus. Les moyens de refroidissement peuvent comporter un tube en cuivre refroidi et des fils de Litz fixés sur le tube.

Dans l’exemple représenté, l’axe de la bobine est colinéaire à l’axe Xc perpendiculaire à la surface de la zone de fabrication, cette surface de la zone fondue et celle de la zone périphérique sont sensiblement coplanaires, la zone fondue étant liquide et la zone périphérique étant en poudre. En variante, l’axe de la bobine peut présenter toute autre orientation en tenant compte du faisceau laser. Sur la , on peut voir un autre exemple d’orientation de la bobine par rapport à la surface de la zone de fabrication, dans lequel l’axe de la bobine est incliné par rapport à l’axe Xc.

Dans l’exemple représenté sur la , le faisceau d’énergie traverse la bobine 8 pour atteindre la surface du lit de poudre, mais cette configuration n’est pas exclusive d’une configuration dans laquelle le faisceau ne traverse pas la bobine.

La bobine 8 se déplace de manière coordonnée avec la trajectoire du faisceau d’énergie. Cette coordination n’implique pas que la vitesse de déplacement de la ou les bobine(s) soit égale à celle du faisceau d’énergie, mais suppose une stratégie adaptée. Par exemple la bobine est montée 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, et la ou les bobine(s) se déplace(nt) à une vitesse comprise entre 1 cm/s et 20 cm/s, préférentiellement 2cm/s et 10 cm/s

En variante, les moyens de chauffage comportent plusieurs bobines disposées les unes par rapport aux autres pour focaliser les lignes de champ sur la zone périphérique.

Le fonctionnement du dispositif de fabrication est le suivant :

Un lit de poudre LP est formé sur le plateau.

La bobine 8 des moyens de chauffage 14 est alimentée en courant haute fréquence et le faisceau laser 6 est activé. La bobine 8 et le faisceau laser sont déplacés ensemble de sorte que, lors de la fusion de la poudre dans la zone de fabrication, la bobine 8 par couplage inductif provoque l’échauffement de la zone périphérique ZP. Il en résulte que le gradient de température entre la zone fondue ZF et la zone périphérique ZP est réduit, permettant la fabrication d’une pièce avec des propriétés mécaniques présentant une meilleure isotropie et avec des contraintes résiduelles réduites. Dans cet exemple, l’apport de chaleur à la zone périphérique a lieu simultanément à l’apport de chaleur à la zone fondue par le laser.

Selon un autre exemple de réalisation représenté sur la , les moyens de chauffage sont tels qu’ils assurent le chauffage de la zone périphérique ZP simultanément à la fusion du matériau de la zone fondue et assurent également le chauffage d’une autre zone périphérique ZCC du lit de poudres qui sera ensuite fondue, cette zone est également désignée zone de chauffage complémentaire.

Les moyens de chauffage assurent ainsi un chauffage et un préchauffage. L’apport d’énergie requis pour la fusion par le laser est alors réduit, tout en permettant de limiter la puissance à fournir dans chaque bobine. Par ailleurs, la puissance de chauffe/préchauffe étant répartie sur une zone plus grande, la pièce construite est susceptible de rester chaude pendant une durée plus longue, ce qui favorise la relaxation des contraintes générées par la fusion laser.

Par exemple, les moyens de chauffage 114 comportent une première bobine 8 assurant le chauffage de la zone périphérique par induction pendant la fusion de la poudre, et une deuxième bobine 108 dont le déplacement est asservi au déplacement de la première bobine 8 mais qui est disposé dans le plan XY de sorte qu’elle précède la première bobine 8, pour qu’elle soit à proximité de la prochaine zone périphérique ZCC alors que la première bobine 8 est à proximité de la zone périphérique ZP qui entoure la zone de fabrication que le laser est en train de fondre. Le déplacement de la deuxième bobine 108 reproduit le déplacement de la première bobine mais de manière anticipée. Dans cet exemple, la fabrication de la pièce se déroule dans le sens de la flèche F. De préférence, les moyens de déplacement de la première bobine 8 et ceux de la deuxième bobine 108 sont mécaniquement indépendants, offrant une plus grande liberté dans la forme de pièces réalisables.

Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de chauffage assurent uniquement un préchauffage de la zone périphérique ZCC dans le cas où le matériau présente une inertie thermique suffisante. Le déplacement des moyens de chauffage est asservi à celui du faisceau laser.

Dans un autre exemple représenté sur la , les moyens de chauffage 214 assurent également un apport d’énergie après que la phase de fusion par le faisceau laser soit terminée et que le matériau soit en cours de solidification ou entièrement solidifié. Dans cet exemple, les moyens de chauffage comportent trois bobines, une première bobine 8 pour le chauffage de la zone périphérique simultanément à la fusion de la zone de fabrication, une deuxième bobine 108 assurant le préchauffage de la zone périphérique ZCC de la zone fondue à venir, et une troisième bobine 208 assurant un apport de la chaleur à la précédente zone périphérique ZCC’. Dans cet exemple, la fabrication de la pièce se déroule dans le sens de la flèche F.

Cet apport d’énergie ultérieur permet par exemple de réaliser un recuit et de réduire les contraintes qui peuvent apparaître lors du refroidissement.

Comme pour le dispositif de la , le dispositif de la permet de réduire l’apport d’énergie requis pour la fusion par le laser est réduit, tout en permettant de limiter la puissance à fournir dans chaque bobine. Par ailleurs, la puissance de chauffe/préchauffe étant répartie sur une zone plus grande, la pièce construite est susceptible de rester chaude pendant une durée plus longue, ce qui favorise la relaxation des contraintes générées par la fusion laser.

De plus, le dispositif de fabrication peut avantageusement 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 8, 108, 208 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 la ou les bobines des moyens de chauffage 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.

Il peut avantageusement être prévu que la vitesse de déplacement des moyens de chauffage soit inférieure d’un ordre de grandeur à celle du faisceau d’énergie : en effet, les moyens de chauffage présentent généralement plus d’inertie que la source d’énergie. Pour cela on adopte une stratégie de fabrication adaptée, dans laquelle la position des moyens de chauffage 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 les moyens de chauffage.

Il sera compris que l’intensité du champ magnétique appliqué à la zone périphérique 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 chauffage par induction, chacun disposé de sorte à générer un champ magnétique dans la zone périphérique d’une pièce.

Comme cela a été mentionné ci-dessus, le champ magnétique généré par la ou les bobines s’applique à toute la zone de fabrication, donc également à la zone fondue.

Dans un exemple avantageux, on peut alors alimenter la ou les bobine(s) afin qu’elle génère un champ magnétique variable notamment dans la zone périphérique, qui provoque le chauffage de celle-ci, et un champ magnétique permanent, notamment dans la zone fondue, qui 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 conduisant à la déformation de la zone fondue et pouvant aller jusqu’à la projection de gouttelettes. Pour cela, on peut prévoir d’injecter dans la bobine ou les bobines, un courant comportant une composante alternative et une composante continue.

Dans un autre exemple au moins un aimant permanent est mis en œuvre pour générer le champ magnétique 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.

Claims

Dispositif de fabrication additive d’au moins une pièce (P) par fusion sur lit de poudre comportant :
- des moyens de fourniture d'un matériau conducteur électrique en poudre de sorte à former un lit de poudre (LP),
- au moins une source d’énergie (6) destinée à générer au moins un faisceau d’énergie pour fondre le matériau en poudre et former au moins une zone fondue (ZF) d’une zone de fabrication,
caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de chauffage (14, 114, 214), lesdits moyens de chauffage assurant le chauffage d’une partie du lit de poudre (LP) par induction, lesdits moyens de chauffage étant configurés pour appliquer un champ magnétique haute fréquence à une partie du lit de poudre pour transmettre une ’énergie à une zone périphérique entourant la zone fondue (ZF) comprise entre 10²W/cm³et 10⁵W/cm³.
Dispositif de fabrication additive selon la revendication 1, dans lequel les moyens de chauffage (14, 114, 214) comportent au moins une bobine électrique disposée à une distance de la surface de lit de poudre comprise entre 2 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 10 mm.
Dispositif de fabrication additive selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de chauffage (14, 114, 214) sont configurés pour assurer le chauffage d’au moins une zone périphérique (ZP) de la zone fondue.
Dispositif de fabrication additive selon la revendication 3, dans lequel la zone périphérique (ZP) a un diamètre compris entre 10 mm et 100mm et une profondeur comprise entre 0,5 mm et 10 mm.
Dispositif de fabrication additive selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les moyens de chauffage (14, 114, 214) sont configurés pour assurer le chauffage de la zone périphérique simultanément à la fusion du matériau de la zone fondue.
Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de chauffage (14, 114, 214) sont configurés pour être situés au-dessus du lit de poudre.
Dispositif de fabrication selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de chauffage (114) sont configurés pour assurer le chauffage d’une zone de fabrication préalablement à l’apport d’énergie au matériau en poudre en vue de sa fusion.
Dispositif de fabrication additive selon la revendication 7, dans lequel les moyens de chauffage comportent au moins une bobine (8) destinée à être en regard de la zone périphérique (ZP) entourant une zone en cours de fusion et au moins une bobine (108) destinée à être en regard d’une zone (ZCC) dont une partie est destinée à être fondue ultérieurement.
Dispositif de fabrication selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens de chauffage (214) sont configurés pour assurer le chauffage d’une zone de fabrication ultérieurement à la fusion du matériau.
Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec les revendications 2 ou 8, comportant des moyens de refroidissement comprenant un circuit de circulation d’un fluide dans la bobine ou les bobines.
Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de chauffage sont mobiles et leurs déplacements sont asservis au déplacement de la source d’énergie.
Dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications précédentes, comportant également des moyens de génération d’un champ magnétique permanent, asservis au déplacement de la source d’énergie.
Dispositif de fabrication additive selon la revendication 12, comportant une alimentation en courant électrique des moyens de chauffage, ledit courant électrique ayant une composante alternative et une composante continue.
Procédé de fabrication additive d’au moins une pièce par fusion sur lit de poudre comportant :
- la fourniture d’au moins un matériau conducteur électrique en poudre à une zone de fabrication formant un lit de poudre,
- l’application d’une énergie par un faisceau d’énergie à une partie de la zone de fabrication pour fondre ledit matériau et former une zone fondue,
- l’application d’un champ magnétique haute fréquence à au moins une partie du lit de poudre pour transmettre une énergie à une zone périphérique entourant la zone fondue (ZF) comprise, l’énergie étant comprise entre 10²W/cm³et 10⁵W/cm³.de sorte à chauffer par induction ladite partie de la zone de fabrication
Procédé de fabrication additive selon la revendication 14, dans lequel l’application d’un champ magnétique permanent au moins dans la zone fondue a également lieu.