FR3126995A1 - Matériau poreux tridimensionnel architecturé - Google Patents

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Stéphane ESCALIER
Isabelle ESCALIER
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Abstract

« Matériau poreux tridimensionnel architecturé » Matériau tridimensionnel architecturé comprenant un ensemble de motifs élémentaires formant une structure monobloc. Chacun des motifs présente une structure tridimensionnelle. Au moins un motif présente une structure tridimensionnelle creuse et comprend au moins un orifice par lequel une cavité de l’au moins un motif communique avec l’extérieur de l’au moins un motif. Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Matériau poreux tridimensionnel architecturé.
La présente invention se rapporte au domaine des matériaux tridimensionnels architecturés. Ces matériaux sont également connus sous le nom de structure lattice.
L’invention concerne, en particulier, également les matériaux tridimensionnels architecturés de type « mousses ». L’invention vise également, en particulier mais non uniquement, les matériaux tridimensionnels architecturés métalliques et/ou des matériaux tridimensionnels architecturés composites.
Etat de la technique antérieure
Il est connu de l’état dans la technique antérieure les mousses stochastiques qui présentent une structure tridimensionnelle aléatoire et les mousses régulières qui présentent une structure tridimensionnelle régulière. Les mousses peuvent comprendre des pores ouverts formant un réseau de pores interconnectés ou des pores fermés formant un ensemble de pores individuels isolés les uns des autres.
Les mousses à pores ouverts sont appelées « mousses ouvertes ». Elles présentent une porosité très élevée dans lesquelles entre 75% et 95% du volume est composé de vide. Lorsqu’il est métallique, ce type de mousses est majoritairement mis en œuvre par des procédés de fonderie ou de métallurgie à partir de poudres et par moulage. Ce type de procédés présente une très grande reproductibilité et permet d’obtenir des structures tridimensionnelles régulières mais le coût de production de mousses ouvertes au moyen de tels procédés est très élevé.
Les mousses à pores fermés sont appelées « mousses fermées ». Lorsqu’il est métallique, ce type de mousses est majoritairement fabriqué par fonderie à partir d’un métal en fusion par insufflation d'un gaz via un bouchon poreux, par ajout d'un agent moussant ou par infiltration d'une préforme ou d’un moule à modèle perdu. L’insufflation ne permet pas d’obtenir des structures régulières et elle est difficile à maitriser ce qui a un impact sur la reproductibilité du procédé et/ou sur la régularité des structures obtenues. L’ajout d’agent moussant ne permet pas d’obtenir des structures régulières et rend le contrôle de la porosité difficile à maîtriser. L’infiltration d’une préforme permet d’obtenir des structures régulières à faibles coûts mais avec un taux de porosité réduite. L’infiltration d’un moule à modèle perdu permet d’obtenir des structures régulières avec un taux de porosité élevé mais présente un coût de production très élevé.
Un but de l’invention est notamment :
- de proposer un matériau présentant une structure tridimensionnelle régulière, dit matériau architecturé, et un procédé de fabrication d’un tel matériau architecturé,
- de proposer un matériau architecturé dont le coût de production est faible ou modéré, et/ou
- de proposer un matériau architecturé poreux, et/ou
- de proposer un matériau architecturé composite, et/ou
- de proposer un matériau architecturé présentant une porosité de l’ordre de 80% ou inférieure,
- de proposer un procédé de fabrication d’un matériau architecturé selon l’invention qui est hautement reproductible, et/ou
- de proposer un procédé de fabrication permettant d’obtenir un matériau architecturé selon l’invention ayant une géométrie proche de la géométrie finale (net-shape ou near-shape), et/ou
- de proposer un procédé de fabrication permettant d’obtenir un matériau architecturé selon l’invention ne nécessitant pas d’étape d’usinage subséquente, et/ou
- de proposer un matériau architecturé léger, par exemple dont le ratio entre la masse volumique du matériau architecturé et la masse volumique du matériau brut, non architecturé, est inférieur à 0,5, typiquement inférieure ou égal à 0,2, et/ou
- de proposer un matériau architecturé présentant des propriétés de transferts et/ou de dissipations thermiques.
Présentation de l’invention
A cet effet, il est proposé un matériau tridimensionnel architecturé, dit matériau architecturé, comprenant un ensemble de motifs élémentaires, dits motifs, formant une structure monobloc, chacun, de préférence l’ensemble, des motifs présente, ou forme ou constitue, une structure tridimensionnelle et au moins un motif présente une structure tridimensionnelle creuse et comprend au moins un orifice par lequel une cavité de l’au moins un motif communique avec l’extérieur de l’au moins un motif.
Les motifs peuvent être différents les uns des autres.
Une partie des motifs peut être identique à au moins une autre partie des motifs.
De préférence, tous les motifs sont identiques les uns des autres.
De préférence, un motif peut être symétrique ou peut avoir une forme géométrique présentant une symétrie.
De préférence, les motifs sont reliés entre eux.
De préférence, la structure monobloc constitue le matériau architecturé.
Il peut être entendu par structure monobloc, une structure, un matériau ou une pièce d’un seul bloc ou d’un seul tenant.
Le matériau architecturé peut être constitué d’un seul élément chimique ou d’une pluralité d’éléments chimiques différents.
Il peut être entendu par structure tridimensionnelle, une structure ayant une forme ou une géométrie particulière. Le motif peut être une structure géométrique tridimensionnelle.
Chaque motif peut présenter une structure tridimensionnelle différente d’une structure tridimensionnelle de chacun des autres motifs ou de plusieurs des autres motifs ou d’un autre motif.
Une partie des motifs peuvent présentés une structure géométrique identique.
Tous les motifs peuvent présentés une même structure géométrique.
De préférence, une pluralité de motifs présente une structure tridimensionnelle creuse.
De préférence encore, chacun des motifs du matériau architecturé présente une structure tridimensionnelle creuse.
Un motif peut-être de géométrie régulière ou non, par exemple polyédrique, de préférence de géométrie sphérique, pyramidale, octaédrique ou dodécaédrique.
L’au moins un motif peut comprendre un seul orifice.
L’au moins un motif peut comprendre plusieurs orifices.
L’au moins un motif présentant une structure tridimensionnelle creuse peut être une pluralité de motifs ou un ensemble de motifs.
De préférence, chacun des motifs de l’ensemble de motifs élémentaires présente une structure tridimensionnelle creuse. De préférence, chacun des motifs de l’ensemble de motifs élémentaires comprend au moins un orifice.
De préférence, le matériau architecturé comprend plusieurs motifs présentant une structure tridimensionnelle creuse et comprenant au moins un orifice.
De préférence, chaque motif du matériau architecturé présente une structure tridimensionnelle creuse et comprend au moins un orifice.
De préférence, le matériau architecturé présente une structure régulière. De préférence encore, le matériau architecturé présente une symétrie.
De préférence, plusieurs motifs, ou respectivement chacun des motifs, présentent une structure tridimensionnelle creuse et comprennent au moins un orifice et chacun des axes centraux et/ou de révolution des orifices est orienté selon une même et unique direction.
De préférence, l’au moins un orifice constitue une ouverture entre l’intérieur et l’extérieur du motif, c’est-à-dire entre l’intérieur et l’extérieur de la structure tridimensionnelle creuse.
De préférence, l’au moins un orifice est ménagé dans une paroi de l’au moins un motif.
De préférence, la cavité de l’au moins un motif est délimitée ou circonscrite par une surface intérieure de la paroi de l’au moins un motif.
De préférence, la paroi de l’au moins un motif forme ou constitue la structure tridimensionnelle creuse des motifs.
Un ratio entre une dimension minimale de l’au moins un orifice et un diamètre de Féret minimal de l’au moins motif peut être inférieur ou égal à 0,35, de préférence à 0,3 de préférence encore à 0,25, de manière préférée à 0,2, de manière encore préférée à 0,15 et de manière d’avantage préférée à 0,1.
Plusieurs des motifs, de préférence chacun des motifs, peuvent comprendre au moins un orifice.
Le matériau peut comprendre :
- une structure de soutien reliant, entre eux, au moins deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, et/ou
- au moins une zone de jonction reliant deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, ladite zone de jonction étant commune auxdits deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre.
La structure monobloc, ou le matériau architecturé, est formée par :
- l’au moins une zone de jonction et l’ensemble des motifs et/ou
- la structure de soutien et l’ensemble des motifs.
La structure de soutien, de préférence prise dans son ensemble, peut être, ou peut présenter une géométrie, de type mousse ou treillis.
De préférence, la structure de soutien peut être symétrique ou peut avoir une géométrie présentant une symétrie.
La structure de soutien peut comprendre, ou de préférence être constituée de, un ensemble d’éléments ou de tiges ; une tige s’étendant entre deux motifs 2 contigus. De préférence, chacun des motifs est relié à chacun des motifs qui lui sont contigus, et/ou qui sont en vis à vis de ce dernier, par des éléments ou des tiges de la structure de soutien. Les éléments ou les tiges de la structure de soutien peuvent avoir une forme quelconque, par exemple une forme droite ou rectiligne ou une forme courbe ou une forme en Z.
De préférence, la structure de soutien et/ou l’au moins une zone de jonction relie une pluralité de motifs avec les motifs contigus avec lesquels chacun des motifs, de la pluralité de motifs, est en vis-à-vis pour former un maillage ou un réseau.
De manière davantage préférée, la structure de soutien et/ou l’au moins une zone de jonction relie chaque motif aux motifs contigus avec lesquels il est contigu et/ou en vis-à-vis pour former un maillage ou un réseau.
De préférence, les deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre reliés par l’au moins une zone de jonction sont accolées et/ou ont une partie commune et/ou sont reliés directement et/ou physiquement.
De préférence, les deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre reliés par l’au moins une zone de jonction sont en contact au niveau de la partie commune.
De préférence, un, plusieurs ou chacun des orifices du matériau architecturé sont situés au niveau de zones de jonction. De préférence, un, plusieurs ou chacun des motifs comprennent chacun au moins deux, de préférence deux, orifices. De préférence, pour un motif considéré, l’orifice est commun aux deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre.
La structure de soutien peut être agencée pour former un réseau géométrique. De préférence, la structure de soutien peut être agencée pour former un réseau régulier.
Le matériau peut comprendre une structure de renfort, la structure de renfort comprend ou forme au moins une bande ou barre ou tige, la structure de renfort et/ou l’au moins une bande :
- s’étend entre deux parois externes opposées du matériau architecturé, et/ou
- forme une ou des cloisons internes, de préférence au sein de l’au moins motif et/ou de la cavité, et/ou
- est agencée pour renforcer le matériau architecturé, de préférence la zone du matériau architecturé située entre les deux zones entre lesquelles s’étend la structure de renfort, par exemple entre les deux parois externes opposées du matériau architecturé.
L’au moins une bande peut être rectiligne ou courbe.
L’au moins une bande peut s’étendre à travers ou au sein de l’au moins un motif et/ou de l’au moins une cavité et/ou de la structure de soutien et/ou de la zone de jonction. De préférence, l’au moins une bande ne s’étend pas au travers et n’obstrue pas l’au moins un orifice.
De préférence, au moins une bande est située sur une face d’extrémité du matériau architecturé. De préférence, au moins une bande s’étendant au sein du matériau architecturé.
Le matériau architecturé peut être un matériau poreux et/ou un matériau composite dans lequel au moins une partie d’un volume, dit volume interstitiel, de préférence le volume interstitiel dans son ensemble, s’étendant ou compris ou formé par l’espace situé entre les motifs et/ou entre les motifs et la structure de soutien et/ou dans la cavité de l’au moins un motif comprend, ou est constitué de :
- une matrice, et/ou
- au moins un pore.
Autrement dit, le matériau architecturé peut être :
- un matériau architecturé composite non poreux dans lequel le volume interstitiel comprend uniquement, ou est constitué par, la matrice ; ou, autrement dit, dans lequel la matrice constitue le volume interstitiel, ou
- un matériau architecturé poreux sans matrice dans lequel le volume interstitiel comprend uniquement, ou est constitué par, l’au moins un pore et ne comprend pas de matrice ; ou, autrement dit, dans lequel l’au moins un pore constitue le volume interstitiel, ou
- un matériau architecturé composite poreux dans lequel le volume interstitiel comprend la matrice et l’au moins un pore ; ou, autrement dit, dans lequel la matrice et l’au moins pore constituent le volume interstitiel.
Dans la présente demande, il peut être entendu par matériau architecturé poreux un matériau comprenant l’au moins un pore.
Dans la présente demande, il peut être entendu par matériau architecturé poreux :
- un matériau architecturé poreux sans matrice, ou
- un matériau architecturé poreux architecturé poreux composite comprenant la matrice et l’au moins pore.
De préférence, il est entendu par matériau composite un matériau dans lequel la matrice présente une composition différente de la composition de l’au moins un motif et/ou de la structure de soutien et/ou de plusieurs motifs ou de chacun des motifs. Il peut être entendu par « composition différente » être constituée d’un élément différent ou comprendre un ou des éléments différents.
De préférence, le volume interstitiel et/ou l’au moins un pore s’étend, au moins, entre l’au moins un orifice, et par conséquent la cavité, et la périphérie, des bords, des côtés et/ou des contours du matériau architecturé. De préférence, l’au moins un orifice, et par conséquent la cavité, et l’extérieur du matériau architecturé poreux communiquent via le volume interstitiel et/ou l’au moins un pore.
De préférence, le volume interstitiel est compris dans le matériau architecturé. De préférence, le volume interstitiel est compris uniquement dans le matériau architecturé. De préférence, le volume interstitiel ne s’étend pas à l’extérieur du matériau architecturé. De préférence, le volume interstitiel ne s’étend pas au-delà de la périphérie, des bords, des côtés et/ou des contours du matériau architecturé.
De préférence, il est entendu par « entre les motifs » le volume situé à l’extérieur des motifs ou le volume extérieur des motifs ou le volume s’étendant entre les surfaces extérieures des parois des motifs.
De préférence, il est entendu par « entre les motifs et la structure de soutien » le volume situé à l’extérieur des motifs et de la structure de soutien, ou le volume extérieur aux motifs et à la structure de soutien ou le volume s’étendant entre les surfaces extérieures des parois des motifs et les surfaces extérieures des parois de la structure de soutien.
L’au moins un pore peut comprendre ou constituer ou former un ensemble ou une pluralité de pores ou un volume poreux ou un réseau poreux ou espace poreux. Un, une pluralité ou l’ensemble des pores peuvent communiqués entre eux. Les pores peuvent être isolés les uns des autres. De préférence, les pores sont interconnectés et, de préférence encore, peuvent former un réseau poreux.
De préférence encore, le volume interstitiel forme un réseau s’étendant dans le matériau architecturé. De manière davantage préférée, le volume interstitiel forme un réseau s’étendant dans l’ensemble du matériau architecturé. De manière encore davantage préférée, le volume interstitiel forme un réseau s’étendant de manière homogène et/ou symétrique dans le matériau architecturé.
Le matériau architecturé poreux architecturé peut être un matériau architecturé à pores ouverts ou à pores fermés.
De préférence, le matériau architecturé poreux architecturé selon l’invention présente une porosité supérieure à 40%, de préférence encore à 50%, de manière davantage préférée à 60%, de manière encore davantage préférée à 70%, de manière particulièrement préférée à 75% et de manière davantage préférée entre toutes à 80%.
Le volume interstitiel peut être défini par un espace qui est délimité ou circonscrit par des surfaces externes de motifs et/ou des surfaces externe de la structure de soutien.
De préférence, le volume interstitiel s’étend, au moins en partie, à l’extérieur de l’au moins un motif.
De préférence, le volume interstitiel enveloppe, au moins en partie, de préférence en partie, l’au moins un motif.
De préférence, le volume interstitiel s’étend à l’extérieur d’au moins un motif, de préférence de plusieurs motifs.
De préférence, le volume interstitiel est formé ou délimité ou circonscrit par les surfaces externes de plusieurs motifs. De préférence encore, le volume interstitiel est formé ou délimité ou circonscrit par les surfaces externes de plusieurs motifs en vis-à-vis et/ou contiguës.
Le volume interstitiel peut être agencé pour former un réseau régulier.
Les motifs peuvent être agencés les uns par rapport aux autres pour former un réseau régulier.
Dans la présente demande, il peut être entendu par « régulier » organisé ou structuré.
De préférence, les motifs sont agencés les uns par rapport aux autres ou le volume interstitiel est agencé ou la structure de soutien est agencée ou la matrice est agencée pour former, de préférence chacun, un réseau régulier, de préférence un réseau régulier distinct.
De préférence, les motifs sont agencés par rapport à l’au moins un pore, ou inversement, et/ou par rapport à la structure de soutien, ou inversement, et/ou par rapport au volume interstitiel, ou inversement, et/ou par rapport à la structure de soutien, ou inversement, et/ou l’au moins un pore est agencé par rapport à la structure de soutien, ou inversement, et/ou par rapport au volume interstitiel, ou inversement, et/ou par rapport à la matrice, ou inversement, et/ou la structure de soutien est agencée par rapport au volume interstitiel, ou inversement, et/ou par rapport à la matrice, ou inversement, et/ou le volume interstitiel est agencé par rapport à la matrice, ou inversement, pour former chacun un réseau régulier, de préférence un réseau régulier distinct.
De préférence, l’au moins un pore est agencé selon un réseau régulier complémentaire du réseau régulier selon lequel les motifs sont agencés et/ou du réseau régulier selon lequel le volume interstitiel est agencé et/ou du réseau régulier selon lequel la structure de soutien est agencée.
régulier peut être symétrique ou peut présenter une géométrie présentant une symétrie ou peut s’étendre dans le matériau architecturé de manière symétrique.
Le matériau peut comprendre au moins une liaison agencée pour que la cavité d’un motif considéré communique avec la cavité d’un motif contigu et/ou situé en vis-à-vis dudit motif considéré.
De préférence, le matériau comprend une pluralité de liaisons par lesquelles chacune des cavités d’une pluralité de motifs communique avec les cavités de plusieurs autres motifs contigus et/ou situés en vis-à-vis du motif.
De préférence, pour une cavité considérée, la cavité est reliée à chacune des cavités de chacun des motifs contigus et/ou situés en vis-à-vis du motif comprenant la cavité considérée.
De préférence, l’au moins une liaison est :
- au moins un conduit formé par, ou correspondant à, au moins une partie de la structure de soutien et reliant, entre eux, deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, et/ou
- une ouverture située ou comprise dans la zone de jonction reliant les deux motif contigus et/ou en vis-à-vis et par laquelle communiquent les deux cavités des deux motif contigus et/ou situé en vis à vis.
Le motif contigu et/ou situé en vis-à-vis dudit motif considéré peut être l’au moins un motif présentant une structure tridimensionnelle creuse et comprenant l’au moins un orifice.
De préférence, la cavité du motif considéré communique directement, via l’au moins une liaison, ou indirectement, via un ensemble de cavités contiguës et/ou situé en vis-à-vis étant reliées deux à deux par une liaison, avec l’au moins motif.
Le matériau architecturé peut être un matériau architecturé poreux, de préférence sans matrice, dans lequel les motifs, ou les motifs et la structure de soutien, comprennent, ou sont constitués de, un ou plusieurs éléments métalliques ou un ou plusieurs polymères.
Il peut être entendu par « élément » un élément chimique.
Un élément métallique peut être du fer, de l’aluminium, du titane, du cobalt, du manganèse, du chrome ou du nickel. Plusieurs éléments métalliques peuvent former un alliage. L’alliage peut comprendre des éléments non métalliques. De préférence, le ou les éléments métalliques sont soudables. Le matériau architecturé poreux peut être un alliage d’aluminium, un alliage base titane ou un alliage base nickel. De préférence, le matériau architecturé poreux comprend ou est composé d’un alliage dit léger.
Un polymère peut être du polyéthylène, du polyester, du polypropylène, du polyuréthane, du poly(chlorure de vinyle) (PVC), du polyamide et/ou du polystyrène. De préférence encore, le polymère peut être du Polytéréphtalate d'éthylène (PET). De préférence, le polymère peut être du polyéthylène haut module (HMWPE) ou très haut module (UHMWPE).
Le matériau architecturé peut être un matériau architecturé composite poreux ou non poreux dans lequel les motifs, ou les motifs et la structure de soutien, comprennent, ou sont constitués de, un ou plusieurs éléments métalliques et dans lequel la matrice comprend, ou est constituée de, un ou plusieurs éléments métalliques ou un ou plusieurs polymères.
Le matériau architecturé peut être une mousse métallique ou une mousse métallique composite.
Le matériau architecturé peut être une mousse métallique semi-fermée.
Selon l’invention, il est également proposé une utilisation du matériau pour ses propriétés de transferts et/ou de dissipation thermiques.
Selon l’invention, il est également proposé un procédé de mise en œuvre, ou de fabrication, d’un matériau tridimensionnel architecturé selon l’invention, le procédé comprenant les étapes consistant à :
- former, par fabrication additive à partir d’une matière de base, un ensemble de motifs élémentaires, dits motifs, formant une structure tridimensionnelle monobloc dont au moins un motif comprend au moins un orifice par lequel une cavité de l’au moins un motif communique avec l’extérieur de l’au moins un motif,
- de préférence subséquemment à l’étape de formation des motifs, évacuer la matière de base, de préférence contenue dans l’au moins un motif, à l’extérieur de l’au moins un motif par l’au moins un orifice afin d’obtenir au moins un motif présentant une structure tridimensionnelle creuse.
Le procédé peut comprendre, entre outre, l’étape consistant à former, par fabrication additive à partir d’une matière de base, pouvant être identique ou différente de la matière de base utilisée pour former les motifs :
- une structure de soutien reliant, entre eux, au moins deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un à l’autre, et/ou
- une zone de jonction reliant deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, ladite zone de jonction étant commune auxdits deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre.
Le procédé peut comprendre, ou l’étape d’évacuation peut comprendre, en outre, les étapes, ou respectivement les sous-étapes, consistant à :
- évacuer de la matière de base contenue, de préférence après mise en œuvre de l’étape de formation des motifs et/ou de la structure de soutien et/ou de la zone de jonction, dans un motif considéré, de préférence présentant une structure 3D creuse, par au moins une liaison agencée pour que la cavité du motif considéré communique directement ou indirectement, par exemple via un ensemble de cavités reliées deux à deux par une liaison, avec l’au moins motif, puis évacuer la matière de base, qui a été préalablement évacuée du motif considéré, du matériau architecturé par l’au moins un orifice de l’au moins un motif par lequel communiquent la cavité de l’au moins un motif et l’extérieur du matériau architecturé, ou
- évacuer, par l’au moins un orifice, de la matière de base contenue, de préférence après mise en œuvre de l’étape de formation des motifs et/ou de la structure de soutien et/ou de la zone de jonction, dans l’au moins un motif depuis la cavité de l’au moins un motif vers au moins une partie d’un volume, dit volume d’évacuation, s’étendant entre les motifs et/ou entre les motifs et la structure de soutien puis évacuer la matière de base, qui a été préalablement évacuée de l’au moins un motif, du matériau architecturé par le volume d’évacuation par lequel communiquent l’extérieur du matériau architecturé et l’au moins un orifice de l’au moins un motif.
Lorsque le procédé comprend l’étape consistant à évacuer la matière de base contenue dans un motif considéré par au moins une liaison puis à évacuer la matière de base du matériau architecturé par l’au moins un orifice par lequel communiquent la cavité de l’au moins un motif et l’extérieur du matériau architecturé ; l’au moins un orifice est compris dans ou forme une partie de ou est confondu avec la périphérie, un bord, un côté et/ou un contour du matériau architecturé.
De préférence, la matière de base est évacuée de plusieurs motifs considérés, de préférence encore de chacun des motifs, du matériau architecturé, considéré.
De préférence, l’étape ou les étapes consistant à évacuer la matière de base contenue dans un motif considéré par au moins une liaison puis à évacuer la matière de base du matériau architecturé par l’au moins un orifice par lequel communiquent la cavité de l’au moins un motif et l’extérieur du matériau architecturé permettent d’obtenir au moins un motif présentant une structure tridimensionnelle creuse.
De préférence, l’étape ou les étapes consistant à évacuer, par l’au moins un orifice, de la matière de base contenue dans l’au moins un motif puis à évacuer la matière de base du matériau architecturé par le volume d’évacuation permettent d’obtenir au moins un motif présentant une structure tridimensionnelle creuse.
De préférence, le volume d’évacuation comprend ou est rempli, au moins en partie, de matière de base préalablement à la mise en œuvre de la ou des étapes d’évacuation.
De préférence, le volume d’évacuation est un volume dépourvu de matière de base, de préférence de toute matière solide, après mise en œuvre de la ou des étapes d’évacuation.
La technique de fabrication additive peut être :
- de l’impression 3D métallique par fusion laser sur lit de poudre, la poudre constituant la matière de base, et/ou
- une polymérisation, la matière de base est un monomère ou un oligomère ou un polymère.
Un ratio entre une dimension minimale de l’au moins un orifice et un diamètre de Féret maximal des grains constituant la poudre peut être supérieur à 10, de préférence supérieure à 15 et de manière préférée supérieure à 20.
L’étape d’évacuation de la matière, de préférence l’évacuation de la matière de base de l’au moins un motif et/ou l’évacuation de la matière de base du matériau architecturé, peut être réalisée par gravité et/ou par aspiration et/ou par modification de la position et/ou de l’orientation de l’au moins un orifice, de préférence du matériau architecturé, et/ou par agitation du matériau architecturé.
L’agitation du matériau architecturé peut être réalisée selon un ou des mouvements de va et vient, de préférence mise en œuvre selon une ou plusieurs directions différentes, de préférence encore selon des mouvements rapides et/ou de type vibrations, et/ou ou selon un ou des mouvements de rotation.
Le procédé peut comprendre l’étape consistant à former une matrice dans tout ou partie d’un volume, dit volume interstitiel, s’étendant entre les motifs et/ou entre les motifs et la structure de soutien et/ou dans la cavité de l’au moins un motif.
De préférence, le volume interstitiel comprend le volume d’évacuation et le volume de la cavité de l’au moins un motif.
De préférence, le volume interstitiel est un volume dépourvu de matière de base, de préférence de toute matière solide, préalablement à l’étape consistant à former une matrice.
De préférence, l’étape consistant à former la matrice permet d’obtenir un matériau architecturé poreux et/ou un matériau architecturé composite comprenant une matrice et/ou au moins un pore.
Le procédé peut comprendre, de préférence préalablement à la mise en œuvre de l’étape consistant à former la matrice, une étape consistant à former dans une partie du volume interstitiel une structure sacrificielle.
De préférence, l’étape de formation de la couche sacrificielle permet de combler ou boucher ou remplir une partie du volume interstitiel avec la structure sacrificielle.
L’étape consistant à former la matrice peut comprendre, ou consistée en, un coulage et/ou une injection d’une matière de base, pouvant être identique ou différente de la matière de base utilisée pour former les motifs et/ou la structure de soutien et/ou la zone de jonction, dans le volume interstitiel puis une polymérisation et/ou une solidification de la matière de base, coulée et/ou injectée, de sorte que la matière de base, polymérisée et/ou une solidifiée, occupe tout ou partie du volume interstitiel.
De préférence, la couche sacrificielle peut être retirée :
- concomitamment à la mise en œuvre de l’étape de formation de la matrice, et/ou
- subséquemment à la mise en œuvre de l’étape de coulage et/ou d’injection de la matière de base, ou
- subséquemment à la mise en œuvre de l’étape de polymérisation et/ou solidification de la matière de base.
Le procédé peut comprendre l’étape consistant à former, par fabrication additive, de préférence à partir de la matière de base, une structure de renfort comprenant ou formant au moins une bande. Une bande parmi l’au moins une bande du matériau architecturé peut former une zone d’accroche de laquelle ou sur laquelle est formée le reste du matériau architecturé.
De préférence, l’au moins une bande du matériau architecturé constitue une partie initiale ou originelle. De préférence, la partie initiale constitue la première partie du matériau architecturé qui est formée.
De préférence, la structure de renfort forme, après mise en œuvre du procédé, c’est-à-dire après la fabrication du matériau architecturé, au moins une bande située sur une face extérieure ou sur une extrémité du matériau architecturé et/ou au moins une bande s’étendant au sein du matériau architecturé.
La zone d’accroche peut être formée préalablement à chacune des autres parties du matériau architecturé.
L’au moins une partie de la structure de renfort formée préalablement à chacune des autres étapes du procédé est de préférence formée préalablement aux autres étapes de formation du matériau, par exemple préalablement à la formation des motifs et/ou de la structure de soutien et/ou des zones de jonction et/ou de la matrice et/ou au coulage et/ou à l’injection de matière de base.
Le procédé selon l’invention est particulièrement adapté, de préférence encore spécialement conçu, pour mettre en œuvre le matériau selon l’invention. Ainsi, toute caractéristique du procédé selon l’invention peut être intégrée dans le dispositif selon l’invention et inversement.
Description des figures
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
la FIGURE 1a est une représentation schématique d’une photographie, qui est présentée à la FIGURE 1b, d’une vue de face d’une coupe d’un matériau architecturé poreux selon un premier mode de réalisation selon l’invention, la FIGURE 1b est une photographie d’une vue de face d’une coupe d’un matériau architecturé poreux selon un premier mode de réalisation selon l’invention,
la FIGURE 2a est une représentation schématique d’une photographie, qui est présentée à la FIGURE 2b, d’une vue de biais d’une coupe d’un matériau architecturé poreux selon un premier mode de réalisation selon l’invention, la FIGURE 2b une photographie d’une vue de biais d’une coupe d’un matériau architecturé poreux selon un premier mode de réalisation selon l’invention,
la FIGURE 3a est une représentation schématique d’une photographie, qui est présentée à la FIGURE 3b, d’une vue de côté d’une coupe en biais d’un matériau architecturé poreux selon un premier mode de réalisation selon l’invention, la FIGURE 3b est une photographie d’une vue de côté d’une coupe en biais d’un matériau architecturé poreux selon un premier mode de réalisation selon l’invention,
la est une représentation schématique d’une photographie, qui est présentée à la , d’une vue de biais d’une coupe d’un matériau architecturé poreux selon un second mode de réalisation selon l’invention,
la est une photographie d’une vue de biais d’une coupe d’un matériau architecturé poreux selon un second mode de réalisation selon l’invention.

Claims (23)

  1. Matériau tridimensionnel architecturé 1, dit matériau architecturé, comprenant un ensemble de motifs élémentaires 2, dits motifs, formant une structure monobloc, chacun des motifs présente une structure tridimensionnelle et au moins un motif présente une structure tridimensionnelle creuse et comprend au moins un orifice 3 par lequel une cavité 4 de l’au moins un motif communique avec l’extérieur de l’au moins un motif.
  2. Matériau architecturé 1 selon la revendication 1, dans lequel un ratio entre une dimension minimale de l’au moins un orifice 3 et un diamètre de Féret minimal de l’au moins motif 2 est inférieur ou égal à 0,35, de préférence à 0,3 de préférence encore à 0,2 et de manière d’avantage préférée à 0,1.
  3. Matériau architecturé 1 selon la revendication 1 ou 2, dans lequel plusieurs des motifs 1, de préférence chacun des motifs, comprennent au moins un orifice 3.
  4. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
    - une structure de soutien 5 reliant, entre eux, au moins deux motifs 2 contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, et/ou
    - au moins une zone de jonction 7 reliant deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, ladite zone de jonction étant commune auxdits deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre.
  5. Matériau architecturé 1 selon la revendication précédente, dans lequel la structure de soutien 5 est agencée pour former un réseau géométrique.
  6. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une structure de renfort 8, la structure de renfort comprend au moins une bande qui :
    - s’étend entre deux parois externes opposées 9 du matériau architecturé, et/ou
    - forme une ou des cloisons internes, et/ou
    - est agencée pour renforcer le matériau architecturé.
  7. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau architecturé est un matériau poreux et/ou un matériau composite et dans lequel au moins une partie d’un volume, dit volume interstitiel, s’étendant entre les motifs 2 et/ou entre les motifs et la structure de soutien 5 et/ou dans la cavité 4 de l’au moins un motif comprend :
    - une matrice, et/ou
    - au moins un pore.
  8. Matériau architecturé 1 selon la revendication précédente, dans lequel le volume interstitiel est agencé pour former un réseau régulier.
  9. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les motifs 2 sont agencés les uns par rapport aux autres pour former un réseau régulier.
  10. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une liaison agencée pour que la cavité 4 d’un motif 2 considéré communique avec la cavité d’un motif contigu et/ou situé en vis-à-vis dudit motif considéré.
  11. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau architecturé est un matériau architecturé poreux dans lequel les motifs 2, ou les motifs et la structure de soutien 5, comprennent un ou plusieurs éléments métalliques ou un ou plusieurs polymères.
  12. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel le matériau architecturé est un matériau architecturé composite poreux ou non poreux dans lequel les motifs 2, ou les motifs et la structure de soutien 5, comprennent un ou plusieurs éléments métalliques et dans lequel la matrice comprend un ou plusieurs éléments métalliques ou un ou plusieurs polymères.
  13. Matériau architecturé 1 selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau architecturé est une mousse métallique.
  14. Procédé de fabrication d’un matériau tridimensionnel architecturé 1 selon l’une quelconques des revendications 1 à 13, le procédé comprenant les étapes consistant à :
    - former, par fabrication additive à partir d’une matière de base, un ensemble de motifs élémentaires 2, dits motifs, formant une structure tridimensionnelle monobloc dont au moins un motif comprend au moins un orifice 3 par lequel une cavité 4 de l’au moins un motif communique avec l’extérieur de l’au moins un motif,
    - évacuer la matière de base à l’extérieur de l’au moins un motif par l’au moins un orifice afin d’obtenir au moins un motif présentant une structure tridimensionnelle creuse.
  15. Procédé selon la revendication 14, comprenant, entre outre, l’étape consistant à former, par fabrication additive à partir d’une matière de base :
    - une structure de soutien 5 reliant, entre eux, au moins deux motifs 2 contigus et/ou en vis à vis l’un à l’autre, et/ou
    - une zone de jonction 7 reliant deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre, ladite zone de jonction étant commune auxdits deux motifs contigus et/ou en vis à vis l’un de l’autre.
  16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, comprenant, en outre, les étapes consistant à :
    - évacuer de la matière de base contenue dans un motif 2 considéré par au moins une liaison agencée pour que la cavité 4 du motif considéré communique directement ou indirectement avec l’au moins motif, puis évacuer la matière de base du matériau architecturé 1 par l’au moins un orifice 3 de l’au moins un motif par lequel communiquent la cavité de l’au moins motif et l’extérieur du matériau architecturé, ou
    - évacuer, par l’au moins un orifice, de la matière de base contenue dans l’au moins un motif depuis la cavité de l’au moins un motif vers au moins une partie d’un volume, dit volume d’évacuation, s’étendant entre les motifs et/ou entre les motifs et la structure de soutien 5 puis évacuer la matière de base du matériau architecturé par le volume d’évacuation par lequel communiquent l’extérieur du matériau architecturé et l’au moins un orifice de l’au moins un motif.
  17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel la technique de fabrication additive est :
    - de l’impression 3D métallique par fusion laser sur lit de poudre, la poudre constituant la matière de base, et/ou
    - une polymérisation, la matière de base est un monomère ou un oligomère ou un polymère.
  18. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel un ratio entre une dimension minimale de l’au moins un orifice 3 et un diamètre de Féret maximal des grains constituant la poudre est supérieur à 10, de préférence supérieure à 20.
  19. Procédé selon l’une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel l’étape d’évacuation de la matière est réalisée par gravité et/ou par aspiration et/ou par modification de la position et/ou de l’orientation de l’au moins un orifice 3 et/ou par agitation du matériau architecturé 1.
  20. Procédé selon l’une quelconque des revendications 14 à 19 prise en combinaison avec la revendication 14, comprenant l’étape consistant à former une matrice dans tout ou partie d’un volume, dit volume interstitiel, s’étendant entre les motifs 2 et/ou entre les motifs et la structure de soutien 5 et/ou dans la cavité 4 de l’au moins un motif.
  21. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’étape consistant à former la matrice comprend un coulage et/ou une injection d’une matière de base dans le volume interstitiel puis une polymérisation et/ou une solidification de la matière de base, coulée et/ou injectée, de sorte que la matière de base occupe, après polymérisation et/ou une solidification, tout ou partie du volume interstitiel.
  22. Procédé selon l’une quelconque des revendications 14 à 21, comprenant l’étape consistant à former, par fabrication additive, une structure de renfort 8 comprenant au moins une bande, une bande parmi l’au moins une bande du matériau architecturé 1 forme une zone d’accroche sur laquelle est formée le reste du matériau architecturé.
  23. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la zone d’accroche est formée préalablement à chacune des autres parties du matériau architecturé 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20190118264A1 (en) * 2017-10-23 2019-04-25 Lawrence Livermore National Security, Llc Hierarchical porous metals with deterministic 3d morphology and shape via dealloying of 3d printed alloys
WO2021030693A2 (fr) * 2019-08-14 2021-02-18 Entek Manufacturing Llc Composants d'extrudeuse fabriqués de manière additive

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