FR3123815A1 - Dispositif de fabrication additive - Google Patents

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Abstract

Le présent document concerne un dispositif (100) pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre, le dispositif comprenant une enceinte (102) comprenant dans une partie inférieure de l’enceinte un plateau de fabrication (112) et un moyen d’étalement (114) de poudre apte à parcourir le plateau de fabrication pour y étaler de la poudre préalablement déposée sur le plateau de fabrication et comprenant dans une partie supérieure de l’enceinte une fenêtre (108) en regard du plateau de fabrication et permettant le passage de rayons laser (110), le dispositif (100) comprenant au moins un effecteur agencé dans l’enceinte et relié à au moins deux actionneurs (120) configurés pour déplacer ledit effecteur entre la partie supérieure de l’enceinte et une position cible au niveau du plateau de fabrication (112). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 1]

Description

Dispositif de fabrication additive
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne un dispositif de fabrication additive, en particulier par fusion sur un lit de poudre.
Etat de la technique antérieure
Les dispositifs de fabrication additive permettent la fabrication de pièces par fusion sélective de poudre, à l’aide d’un procédé de fabrication additive par laser connu sous le nom de Laser Beam Melting. Un tel procédé consiste à fabriquer une pièce par fusion de couches successives de poudre au moyen d'un faisceau laser commandé par un système de traitement de l'information dans lequel on a enregistré les coordonnées tridimensionnelles des points des couches successives à réaliser. De façon pratique, on dépose par un dispenseur de poudre sur le fond d’une cuve formée par un plateau mobile en translation verticale, une première couche de poudre à l’aide d’un racleur. La couche présente alors une surface inférieure correspondant à la surface supérieure du plateau et une surface supérieure sur laquelle est dirigé et déplacé le faisceau laser. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la pièce métallique.
Après formation de cette première couche, le plateau est descendu d’une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche, puis une seconde couche de poudre est amenée par le racleur sur la couche précédente. De la même manière que précédemment, une seconde couche de la pièce métallique est formée par fusion à l’aide du faisceau laser ou du faisceau d’électrons. Ces opérations sont répétées jusqu’à fabrication complète de la pièce.
Le dispenseur de poudre est fixe dans l’enceinte et dépose une quantité de la poudre à un même endroit du plateau, généralement devant le racleur, au niveau d’un des bords du plateau de fabrication. Le racleur pousse la quantité de poudre déposée sur l’ensemble du plateau et l’étale ainsi sur toute la surface du plateau de fabrication. Il n’est pas possible, avec les dispositifs actuels, de déposer de la poudre localement sur une zone prédéterminée du plateau de fabrication car ces dispositifs étalent la poudre sur l’ensemble du plateau à chaque dépôt de poudre. En outre, ces dispositifs ne permettent pas d’utiliser plusieurs matériaux différents dans la même enceinte. Enfin, la quantité de poudre à déposer pour fabriquer les pièces est importante et nécessite de nombreuses opérations de manutention, puisqu’il est nécessaire d’étaler la poudre sur l’ensemble du plateau, notamment si peu de pièces doivent être réalisées.
Il existe un besoin d’amélioration des dispositifs de fabrication additive.
Le présent document propose un dispositif pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre, le dispositif comprenant une enceinte comprenant dans une partie inférieure de l’enceinte un plateau de fabrication et un moyen d’étalement de poudre apte à parcourir le plateau de fabrication pour y étaler de la poudre préalablement déposée sur le plateau de fabrication et comprenant dans une partie supérieure de l’enceinte une fenêtre en regard du plateau de fabrication et permettant le passage de rayons laser, le dispositif comprenant au moins un effecteur agencé dans l’enceinte et relié à au moins deux actionneurs configurés pour déplacer ledit effecteur entre la partie supérieure de l’enceinte et une position cible au niveau du plateau de fabrication.
Le dispositif permet d’atteindre une position cible au niveau du plateau et permet ainsi d’opérer localement au niveau de la position cible.
Au moins un effecteur peut être équipé d’un dispenseur de poudre. En particulier, le dispenseur de poudre peut être monté de façon amovible audit effecteur. Ceci permet de déposer localement de la poudre au niveau d’une position cible de dépose de poudre. Cette poudre pourra être localement distribuée au niveau d’une zone cible par le moyen d’étalement.
Au moins un effecteur peut être équipé d’un aspirateur de poudre. Par exemple, l’aspirateur de poudre peut être monté de façon amovible audit effecteur. Ainsi, le nettoyage de l’enceinte est ainsi automatisé. Le dispositif permet aussi un gain de temps lors du dépoudrage de l’enceinte car l’aspirateur de poudre peut être amené localement à un endroit du plateau de fabrication comprenant de la poudre.
Le dispositif peut comprendre un tuyau flexible reliant l’aspirateur à une ouverture de sortie d’air aménagée dans une des parois de l’enceinte.
Le dispenseur de poudre ou l’aspirateur de poudre peut être monté par encliquetage ou par vissage dans l’effecteur. Un tel montage peut être automatisé ou manuel.
L’enceinte peut être parallélépipédique. La partie supérieure peut comprendre une paroi supérieure de l’enceinte qui peut être carrée ou rectangulaire. L’enceinte peut être hermétique lorsqu’elle est fermée.
La paroi supérieure peut être opaque aux rayons laser. La fenêtre peut être aménagée dans la paroi supérieure et peut comprendre une vitre adaptée pour le passage de rayons laser. Le dispositif peut comprendre un laser configuré pour émettre des rayons laser perpendiculaire au plateau de fabrication.
La fenêtre peut avoir des dimensions inférieures aux dimensions du plateau de fabrication et le laser peut être orienté pour émettre des rayons laser pour atteindre l’ensemble du plateau de fabrication.
Le plateau de fabrication peut s’étendre selon une première direction et une seconde direction perpendiculaires entre elles.
Le moyen d’étalement de poudre peut être déplaçable selon la première direction.
Chaque effecteur peut être actionné par des actionneurs dédiés. Alternativement, les actionneurs peuvent être configurés pour piloter au moins deux effecteurs en parallèle.
Pour chaque effecteur, le dispositif peut comprendre quatre actionneurs agencés dans la partie supérieure de l’enceinte et reliés chacun par un câble audit effecteur.
Les actionneurs peuvent être des moteurs linéaires configurés pour enrouler ou dérouler un des câbles.
Les câbles peuvent s’étendre selon la première direction.
Pour chaque effecteur, un actionneur peut être agencé à un coin de la paroi supérieure.
La partie supérieure peut être agencée à une distance non nulle de la partie inférieure suivant la troisième direction. Par exemple, la partie supérieure peut être agencée à une distance d’environ 40 cm de la partie inférieure ou d’environ 1,5 fois la largeur du plateau.
La partie inférieure peut être formée par une zone autour du plateau de fabrication suivant la troisième direction, par exemple jusqu’à 2 cm au-dessus du plateau de fabrication, autrement dit en direction de la paroi supérieure.
Le plateau de fabrication peut être déplaçable selon une troisième direction perpendiculaire à la première direction et la seconde direction. Par exemple, la troisième direction peut être verticale. En particulier, le plateau de fabrication peut être abaissé selon la troisième direction en s’éloignant de la partie supérieure. Par exemple, le plateau de fabrication peut être abaissé d’une hauteur correspondant à une couche de la pièce en cours de fabrication. Une telle épaisseur peut être comprise entre 20 et 60 microns, en particulier égale à 40 microns.
Pour chaque effecteur, les actionneurs peuvent être configurés pour déplacer ledit effecteur selon la première direction et/ou la seconde direction.
Pour chaque effecteur, les actionneurs peuvent être configurés pour déplacer ledit effecteur selon la troisième direction.
Le dispositif peut comprendre au moins deux effecteurs chacun muni d’un dispenseur de poudre. Les dispenseurs de poudre peuvent comprendre des poudres différentes. Ceci permet de déposer sur une certaine couche de la pièce en cours de fabrication ou sur certaines zones du plateau de fabrication, plusieurs matériaux.
Le dispositif peut comprendre au moins deux effecteurs chacun muni d’un aspirateur de poudre. Par exemple, un aspirateur de poudre spécifique peut être prévu par type de poudre utilisée pour récupérer ladite poudre, et un aspirateur de poudre universel peut être prévu pour récupérer différents déchets dans l’enceinte. Par exemple, chaque aspirateur de poudre spécifique peut être agencé à l’endroit où la poudre spécifique est déposée tandis que l’aspirateur de poudre universel peut être agencé à des endroits de transition entre deux endroits où de la poudre spécifique est déposée. Cet agencement permet de recycler la poudre et permet un gain de matériau.
Alternativement, les dispenseurs de poudre peuvent comprendre un même type de poudre.
Le dispositif peut comprendre plusieurs effecteurs équipés chacun d’un dispenseur de poudre et/ou plusieurs effecteurs équipés chacun d’un aspirateur de poudre.
Le dispositif peut comprendre un premier effecteur équipé d’un dispenseur de poudre et un second effecteur équipé d’un aspirateur de poudre.
Le moyen d’étalement de poudre peut être un racleur ou un rouleau. Le racleur peut être formé par une lame en fer.
Le dispositif peut comprendre des moyens d’actionnement du moyen d’étalement de poudre selon la première direction pour déplacer ce dernier en amont de la position cible suivant la direction du balayage du plateau de fabrication. Par exemple, le moyen d’étalement de poudre peut être amené à une distance entre 1mm et 1cm en amont de la position cible.
La poudre peut être déposée au fur et à mesure devant le moyen d’étalement de poudre en suivant son avancée. Le moyen d’étalement de poudre permet de rendre l’épaisseur de couche de poudre homogène.
Le moyen d’étalement de poudre peut présenter une dimension selon la seconde direction égale ou supérieure à la dimension du plateau de fabrication selon la seconde direction.
L’enceinte peut comprendre dans la partie supérieure, une ou plusieurs zones d’attente de l’effecteur. Par exemple, la ou les zones d’attente peuvent être une zone de la paroi supérieure en dehors de la fenêtre.
L’enceinte peut comprendre dans la partie supérieure, une ou plusieurs zones de changement d’outil, dans laquelle un dispenseur de poudre et/ou un aspirateur de poudre peut être retiré/monté de/dans l’effecteur. Par exemple, la ou les zones de changement d’outil peuvent être des zones de la paroi supérieure en dehors de la fenêtre, par exemple au niveau d’un bord de la paroi supérieure. Une zone de changement d’outil peut être confondue avec une zone d’attente.
Par exemple, un dispenseur de poudre peut comprendre un bac de stock tampon comprenant de la poudre et communiquant avec un cylindre muni d’une croix débouchant sur une ouverture de distribution de poudre. La croix permet de doser la dépose de la poudre. L’ouverture de distribution de poudre peut être avoir des dimensions entre 2 et 10 mm, en particulier d’environ 4 mm pour que la poudre ne reste pas bloquée dans le cylindre. La quantité de poudre déposée peut être ajustée en fonction de la vitesse d’avance du dispenseur et du moyen d’étalement de poudre et la vitesse de rotation de la croix à l’intérieur du dispenseur. La quantité de poudre à déposer au niveau de la position cible peut être déterminée en fonction du volume de matière de la couche à fabriquer.
De plus, le bac de stock tampon peut avoir une forme rectangulaire avec des pentes latérales asymétriques formant un angle de moins 30° par rapport à la troisième direction ou la verticale pour permettre la descente de la poudre. Le bac de stock tampon peut avoir une capacité de 2L.
L’enceinte peut comprendre un moyen de rechargement du dispenseur de poudre en poudre. Un tel moyen peut être une ouverture reliée à un bac de stockage de poudre. L’ouverture peut être agencée dans la zone d’attente ou la zone de changement d’outil. Le bac de stockage de poudre peut avoir une capacité de 50L.
Lorsque l’effecteur est équipé d’un dispenseur de poudre, les actionneurs peuvent être configurés pour acheminer le dispenseur à une hauteur entre 1 mm et 10 mm du plateau de fabrication en regard de la position cible de dépose de la poudre dans le plateau de fabrication.
Le dispositif peut comprendre des moyens de calibration des actionneurs pour associer la référence des actionneurs à une position de référence de ou des effecteurs. De tels moyens de calibration peuvent comprendre un capteur de butée.
La poudre peut être une poudre métallique.
Le dispositif peut être configuré pour fabriquer une pièce d’une turbomachine.
Le présent document concerne encore une utilisation d’un dispositif de fabrication tel que précité, comprenant les étapes :
monter un dispenseur de poudre à un effecteur du dispositif,
déplacer le dispenseur de poudre à la position cible du plateau de fabrication,
déposer une quantité prédéterminée de poudre, et
balayer le plateau de fabrication à l’aide du moyen d’étalement de poudre.
Plusieurs dispenseurs de poudre peuvent être montés dans l’enceinte de sorte que chaque effecteur est équipé d’un dispenseur de poudre.
Chaque dispenseur de poudre peut comprendre une poudre différente et peut être à une position cible prédéterminée.
L’utilisation peut encore comprendre les étapes :
exposer le plateau de fabrication à un rayon laser, et
abaisser le plateau de fabrication à l’issue de l’exposition par le rayon laser.
L’utilisation peut comprendre les étapes :
remplacer le dispenseur de poudre par un aspirateur, et
aspirer à l’aide de l’aspirateur autour d’une position cible sur le plateau de fabrication.
En particulier, les étapes de remplacement et d’aspiration peuvent être réalisées avant d’abaisser le plateau de fabrication.
Brève description des figures
est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d’un dispositif de fabrication additive dans une première configuration de fonctionnement.
est une représentation schématique du dispositif de la dans une seconde configuration de fonctionnement.
est une représentation schématique du dispositif de la dans une troisième configuration de fonctionnement.
est une représentation schématique d’un second exemple de réalisation d’un dispositif de fabrication additive dans une première configuration de fonctionnement.
est une représentation schématique du dispositif de la dans une seconde configuration de fonctionnement.

Claims (10)

  1. Dispositif (100,200) pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre, le dispositif comprenant une enceinte (102) comprenant dans une partie inférieure de l’enceinte un plateau de fabrication (112) et un moyen d’étalement (114) de poudre apte à parcourir le plateau de fabrication pour y étaler de la poudre préalablement déposée sur le plateau de fabrication et comprenant dans une partie supérieure de l’enceinte une fenêtre (108) en regard du plateau de fabrication et permettant le passage de rayons laser (110), le dispositif (100,200) comprenant au moins un effecteur agencé dans l’enceinte et relié à au moins deux actionneurs (120) configurés pour déplacer ledit effecteur entre la partie supérieure de l’enceinte et une position cible au niveau du plateau de fabrication (112).
  2. Dispositif (100,200) selon la revendication 1, dans lequel au moins un effecteur est équipé d’un dispenseur de poudre (116).
  3. Dispositif (200) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins un effecteur est équipé d’un aspirateur de poudre (124).
  4. Dispositif (100,200) selon l’une des revendications précédentes, comprenant, pour chaque effecteur, quatre actionneurs (120) agencés dans la partie supérieure de l’enceinte (102) et reliés chacun par un câble (118,117) audit effecteur.
  5. Dispositif (100,200) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le plateau de fabrication (112) s’étend selon une première direction (Y) et une seconde direction (X) perpendiculaires entre elles, et le plateau de fabrication (112) est déplaçable selon une troisième direction (Z) perpendiculaire à la première direction et la seconde direction.
  6. Dispositif (100,200) selon la revendication 5, dans lequel, pour chaque effecteur, les actionneurs (120) sont configurés pour déplacer ledit effecteur selon la première direction (Y) et/ou la seconde direction (X).
  7. Dispositif (200) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins deux effecteurs chacun muni d’un dispenseur de poudre (116), et dans lequel les dispenseurs de poudre (116) comprennent des poudres différentes.
  8. Dispositif (100,200) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le moyen d’étalement de poudre est un racleur (114) ou un rouleau.
  9. Utilisation d’un dispositif de fabrication (100,200) selon l’une des revendications précédentes, comprenant :
    monter un dispenseur de poudre (116) à un effecteur du dispositif (100,200),
    déplacer le dispenseur de poudre (116) à la position cible du plateau de fabrication (112),
    déposer une quantité prédéterminée de poudre, et
    balayer le plateau de fabrication (112) à l’aide du moyen d’étalement de poudre (114).
  10. Utilisation selon la revendication précédente, comprenant les étapes :
    remplacer le dispenseur de poudre (116) par un aspirateur (126), et
    aspirer à l’aide de l’aspirateur (126) autour d’une position cible sur le plateau de fabrication (112).
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