FR3127575A1 - Process for characterizing the microstructure of a green part produced by printing by binder projection on a powder bed - Google Patents

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Abstract

Procédé de caractérisation de la microstructure d’une pièce verte produite par impression par projection de liant sur lit de poudre Procédé comportant a) l’acquisition d’au moins une et d’au plus vingt images radiographiques d’une pièce verte (12) produite par impression par projection de liant sur lit de poudre, en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement parallèle ou sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication (W) de la pièce verte, etb) la détermination de la présence ou de l’absence dans la pièce verte de défauts irréductibles par frittage (24), à partir uniquement de la ou des images radiographiques. Figure pour l’abrégé :2Method for characterizing the microstructure of a green part produced by printing by projection of binder on a bed of powder Method comprising a) the acquisition of at least one and at most twenty radiographic images of a green part (12) produced by printing by binder projection on a powder bed, by emitting X-rays along an emission axis substantially parallel or substantially perpendicular to the manufacturing axis (W) of the green part, andb) determining the presence or the absence in the green part of irreducible defects by sintering (24), based solely on the radiographic image or images. Figure for abstract: 2

Description

Procédé de caractérisation de la microstructure d’une pièce verte produite par impression par projection de liant sur lit de poudreProcess for characterizing the microstructure of a green part produced by printing by binder projection on a powder bed

La présente invention concerne la production de pièces par fabrication additive comportant une impression par projection de liant sur lit de poudre et frittage.The present invention relates to the production of parts by additive manufacturing comprising printing by binder projection on a powder bed and sintering.

L’impression par projection de liant sur lit de poudre, aussi dénommée « Binder Jetting » en anglais est une technique courante dans le domaine de la fabrication additive. Elle est par exemple présentée dans la revue des Techniques de l’ingénieur (https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/le-metal-binder-jetting-une-technologie-qui-monte-69852/). L’impression par projection de liant sur lit de poudre consiste à répéter un cycle comportant le dépôt d’une poudre 1 pour former une couche 2 par étalement de la poudre sur un plateau 4 au moyen d’un dispositif d’étalement 5 d’axe U, généralement un rouleau ou une racle, mu selon un axe d’avancée V, la projection d’un liant 6 liquide au moyen de buses d’impression 8 sur des zones 10 prédéterminées de la couche, et le déplacement P du plateau selon l’axe de fabrication W, généralement vertical. De cette façon, une préforme 12 est imprimée dans laquelle les particules de la zone d’une couche inférieure 14 recouverte du liant sont liées aux particules d’une zone superposée de la couche supérieure 15. Une telle préforme est dénommée « pièce verte ».Binder jetting printing on a powder bed, also called "Binder Jetting" in English, is a common technique in the field of additive manufacturing. It is for example presented in the review of Engineering Techniques (https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/le-metal-binder-jetting-une-technologie-qui-monte-69852/) . Binder projection printing on a powder bed consists of repeating a cycle comprising the deposition of a powder 1 to form a layer 2 by spreading the powder on a plate 4 by means of a spreading device 5 of axis U, generally a roller or a doctor blade, moved along an advancing axis V, the projection of a liquid binder 6 by means of printing nozzles 8 on predetermined zones 10 of the layer, and the displacement P of the plate along the manufacturing axis W, generally vertical. In this way, a preform 12 is printed in which the particles of the zone of a lower layer 14 covered with the binder are linked to the particles of a superimposed zone of the upper layer 15. Such a preform is called “green part”.

Dans un procédé de fabrication additive comprenant l’impression par projection de liant sur lit de poudres, la pièce verte, qui présente une faible tenue mécanique est friable. Elle doit ensuite déliantée, frittée, puis refroidie, afin d’être consolidée.In an additive manufacturing process comprising printing by binder projection on a powder bed, the green part, which has low mechanical strength, is friable. It must then be debinded, sintered, then cooled, in order to be consolidated.

Le frittage provoque un retrait dimensionnel et une densification de la pièce verte. Notamment, il permet de réduire en taille, voire de faire disparaître des pores formés au cours des étapes d’impression par projection de liant. Cependant, après frittage, des pores de grande taille, pouvant dépasser les 100 µm peuvent subsister, qui résultent de la formation de défaut au cours du procédé. Par exemple, ils résultent d’un mauvais étalement de la poudre en couche, par exemple du fait de défauts ponctuels sur la racle ou le rouleau, d’une mauvaise projection du liant ou d’une hauteur de couche excessive. De telles pièces frittées sont défectueuses, car les pores de grande taille réduisent leurs propriétés mécaniques.Sintering causes dimensional shrinkage and densification of the green part. In particular, it makes it possible to reduce in size, or even eliminate pores formed during the printing stages by binder projection. However, after sintering, large pores, which may exceed 100 μm, may remain, which result from the formation of defects during the process. For example, they result from poor spreading of the powder layer, for example due to punctual defects on the doctor blade or roller, poor binder projection or excessive layer height. Such sintered parts are defective because the large pores reduce their mechanical properties.

Afin d’éviter le frittage d’une pièce verte défectueuse, c’est-à-dire qui résulte après traitement thermique en une pièce frittée défectueuse, la mesure de la densité et/ou l’observation de la microstructure de la pièce verte s’avèrent nécessaire.In order to avoid the sintering of a defective green part, that is to say which results after heat treatment in a defective sintered part, the measurement of the density and/or the observation of the microstructure of the green part s prove necessary.

Il est par exemple connu de réaliser des observations métallographiques sur une coupe de la pièce verte. Cependant, cette technique ne permet d’observer qu’une coupe de la pièce. Elle est en outre longue à mettre en œuvre et est destructive.It is for example known to carry out metallographic observations on a section of the green part. However, this technique only allows one section of the piece to be observed. It is also long to implement and is destructive.

Il est aussi connu de déterminer la densité de la pièce verte par poussée d’Archimède, pycnométrie ou analyse dimensionnelle. Cependant, ces techniques ne permettent pas de déterminer le type de défauts existants, et notamment leur lien potentiel avec les paramètres de mise en œuvre du procédé d’impression par projection de liant sur lit de poudre.It is also known to determine the density of the green piece by Archimedean thrust, pycnometry or dimensional analysis. However, these techniques do not make it possible to determine the type of existing defects, and in particular their potential link with the parameters of implementation of the process of printing by projection of binder on bed of powder.

La tomographie par rayonnement X est la technique la plus adaptée pour caractériser le type et la densité des défauts présents dans une pièce verte. Néanmoins, elle nécessite un appareillage spécifique et coûteux. En outre, elle requiert l’acquisition d’au moins 500, et plus généralement entre 900 et 1800 images radiographiques pour des pièces vertes métalliques afin de construire un modèle 3D tomographique représentant la pièce avec une résolution satisfaisante. L’acquisition d’un tel nombre d’images se traduit par un temps de mise en œuvre élevé qui rend la tomographie incompatible pour la production de pièces à l’échelle industrielle, notamment en grande série.X-ray tomography is the most suitable technique for characterizing the type and density of defects present in a green part. However, it requires specific and expensive equipment. In addition, it requires the acquisition of at least 500, and more generally between 900 and 1800 radiographic images for metallic green parts in order to build a 3D tomographic model representing the part with satisfactory resolution. The acquisition of such a number of images results in a high implementation time which makes tomography incompatible for the production of parts on an industrial scale, especially in large series.

Il existe donc un besoin pour un procédé de caractérisation de la microstructure d’une pièce verte produite par impression par projection de liant sur lit de poudre, qui puisse être aisément mis en œuvre dans un cycle d’impression et frittage à l’échelle industrielle.There is therefore a need for a method for characterizing the microstructure of a green part produced by printing by spraying binder on a powder bed, which can be easily implemented in a printing and sintering cycle on an industrial scale. .

L’invention concerne un procédé comportant
a) l’acquisition d’au moins une et d’au plus vingt images radiographiques d’une pièce verte produite par impression par projection de liant sur lit de poudre, en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement parallèle ou sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication de la pièce verte, et
b) la détermination de la présence ou de l’absence dans la pièce verte de défauts irréductibles par frittage, à partir uniquement de la ou des images radiographiques.
The invention relates to a method comprising
a) the acquisition of at least one and at most twenty radiographic images of a green part produced by printing by projection of binder on a bed of powder, by emitting X-rays along an emission axis substantially parallel or substantially perpendicular to the manufacturing axis of the green part, and
b) the determination of the presence or the absence in the green part of irreducible defects by sintering, from only the radiographic image or images.

Comme cela apparaîtra plus en détail par la suite, l’invention permet de déterminer simplement et plus rapidement qu’avec un procédé d’acquisition et de reconstruction tomographique si la pièce verte résultera en une pièce frittée défectueuse, et le cas échéant, l’invention permet d’éviter ce frittage. En particulier, l’invention évite l’acquisition d’un nombre élevé d’images et la construction d’un modèle 3D à partir de ces images comme cela est mis en œuvre par un procédé de tomographie par rayons X. Elle permet enfin de rétroagir sur les paramètres d’impression pour éviter la formation des défauts irréductibles dans les pièces vertes produites ultérieurement.As will appear in more detail subsequently, the invention makes it possible to determine simply and more quickly than with a tomographic acquisition and reconstruction method whether the green part will result in a defective sintered part, and if so, the invention makes it possible to avoid this sintering. In particular, the invention avoids the acquisition of a large number of images and the construction of a 3D model from these images as is implemented by an X-ray tomography process. feedback on the printing parameters to avoid the formation of irreducible defects in the green parts produced later.

Un défaut, par exemple un pore, « irréductible par frittage » ne disparaît pas sous l’effet du frittage ou présente une taille après frittage supérieure à une taille critique. La taille critique est dépendante de l’application à laquelle la pièce frittée est consolidée. Elle peut être supérieure à 50 µm, supérieure à 100 µm, voire supérieure à 200 µm.A defect, for example a pore, "irreducible by sintering" does not disappear under the effect of sintering or has a size after sintering greater than a critical size. The critical size is dependent on the application in which the sintered part is consolidated. It may be greater than 50 μm, greater than 100 μm, or even greater than 200 μm.

L’« axe de fabrication » d’une pièce verte obtenue par impression par projection de liant sur lit de poudre est l’axe de déplacement, généralement vertical, du support sur lequel la poudre est étalée pour former des couches à relier entre elles avec le liant, suite à la projection du liant.The "manufacturing axis" of a green part obtained by printing by binder projection on a powder bed is the axis of movement, generally vertical, of the support on which the powder is spread to form layers to be linked together with the binder, following the projection of the binder.

La ou les images radiographiques sont de préférence numériques, ce qui facilite leur traitement.The radiographic image or images are preferably digital, which facilitates their processing.

Un rayonnement X est constitué d’un ensemble de rayons formant un faisceau. Les rayons peuvent être parallèles les uns aux autres ou former un cône dont le sommet est la source d’émission du rayonnement.X-ray radiation consists of a set of rays forming a beam. The rays can be parallel to each other or form a cone whose vertex is the source of emission of the radiation.

L’axe d’émission d’un rayonnement X « sensiblement parallèle » à l’axe de fabrication de la pièce verte est tel que chaque rayon du faisceau du rayonnement X intersecte une droite parallèle audit axe de fabrication et forme avec ladite droite un angle inférieur ou égal à 10°, de préférence inférieur ou égal à 5°.The axis of emission of X-radiation "substantially parallel" to the manufacturing axis of the green part is such that each ray of the X-ray beam intersects a straight line parallel to said manufacturing axis and forms with said straight line an angle less than or equal to 10°, preferably less than or equal to 5°.

L’axe d’émission d’un rayonnement X « sensiblement perpendiculaire » à l’axe de fabrication de la pièce verte est tel que chaque rayon du faisceau du rayonnement X intersecte une droite parallèle audit axe de fabrication et forme avec ladite droite un angle compris entre 80° et 100 °, de préférence entre 85° et 95°, de préférence égal à 90°.The axis of emission of X-radiation "substantially perpendicular" to the manufacturing axis of the green part is such that each ray of the X-ray beam intersects a straight line parallel to said manufacturing axis and forms with said straight line an angle between 80° and 100°, preferably between 85° and 95°, preferably equal to 90°.

De préférence, à l’étape a), au plus quinze, voire au plus dix, voire au plus cinq, voire au plus trois images radiographiques sont acquises.Preferably, in step a), at most fifteen, or even at most ten, or even at most five, or even at most three radiographic images are acquired.

En particulier, à l’étape a), le procédé peut comporter l’acquisition d’au moins une, en particulier d’une unique, image radiographique de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement parallèle à l’axe de fabrication de la pièce verte. Ainsi, à l’étape b), il est possible de déterminer la présence de défauts irréductibles liés à un mauvais étalement de la poudre ou à un défaut sur le dispositif d’étalement. Par exemple, de tels défauts irréductibles sont rencontrés quand le dispositif d’étalement présente un défaut géométrique en surface. Lors de la formation de la couche, les particules sont ainsi réparties de façon hétérogène le long de l’axe d’avancée V du dispositif d’étalement selon une position donnée le long de l’axe U. Cette répartition hétérogène est répétée couche après couche. Par ailleurs, selon cette variante de mise en œuvre, il est aussi possible d’observer des défauts irréductibles résultant d’une conception imparfaite du système mécanique gouvernant l’avancée du dispositif d’étalement selon l’axe V, ou de l’hétérogénéité de la densité du lit de poudre déposé.In particular, in step a), the method may comprise the acquisition of at least one, in particular a single, radiographic image of the green part by emitting X-rays along an emission axis substantially parallel to the manufacturing axis of the green part. Thus, in step b), it is possible to determine the presence of irreducible defects linked to poor spreading of the powder or to a defect on the spreading device. For example, such irreducible defects are encountered when the spreading device has a surface geometric defect. During the formation of the layer, the particles are thus distributed in a heterogeneous manner along the axis of advance V of the spreading device according to a given position along the axis U. This heterogeneous distribution is repeated layer after layer. Furthermore, according to this implementation variant, it is also possible to observe irreducible defects resulting from an imperfect design of the mechanical system governing the advance of the spreading device along the axis V, or from the heterogeneity the density of the deposited powder bed.

Le procédé peut comporter l’acquisition d’au moins une image radiographique de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication de la pièce verte. Ainsi, à l’étape b), il est possible de déterminer la présence de défauts irréductibles liés à un choix inadapté du paramètre de hauteur de couche choisi pour piloter la fabrication de la pièce verte. Quand l’épaisseur de couche déposée est trop importante par rapport à la profondeur de pénétration du liant dans la couche, une bande de défauts irréductibles peut être formée, dont la hauteur est égale à la différence entre l’épaisseur de la couche et la profondeur de pénétration du liant. Une telle bande peut être reproduite périodiquement couche après couche.The method may include the acquisition of at least one radiographic image of the green part by emitting X-rays along an emission axis substantially perpendicular to the manufacturing axis of the green part. Thus, in step b), it is possible to determine the presence of irreducible defects linked to an unsuitable choice of the layer height parameter chosen to control the manufacture of the green part. When the thickness of the deposited layer is too great in relation to the depth of penetration of the binder into the layer, a band of irreducible defects can be formed, the height of which is equal to the difference between the thickness of the layer and the depth binder penetration. Such a tape can be reproduced periodically layer after layer.

En particulier, pour améliorer la détection de défauts irréductibles liés à un choix inadapté du paramètre de hauteur de couche, le procédé peut comporter l’acquisition d’au moins deux, voire uniquement de deux, images radiographiques de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon deux axes d’émission, de préférence perpendiculaires entre eux et, sensiblement perpendiculaires à l’axe de fabrication de la pièce verte.In particular, to improve the detection of irreducible defects linked to an unsuitable choice of the layer height parameter, the method may comprise the acquisition of at least two, or even only two, radiographic images of the green part by emitting radiation X along two emission axes, preferably mutually perpendicular and substantially perpendicular to the manufacturing axis of the green part.

De préférence, le procédé comporte l’acquisition d’au moins une, en particulier d’une unique, image radiographique de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement parallèle à l’axe de fabrication de la pièce verte et/ou l’acquisition d’au moins une, voire d’une unique, image radiographique de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication de la pièce verte.Preferably, the method comprises the acquisition of at least one, in particular a single, radiographic image of the green part by emitting X-rays along an emission axis substantially parallel to the manufacturing axis of the part green and/or the acquisition of at least one, or even a single, radiographic image of the green part by emitting X-rays along an emission axis substantially perpendicular to the manufacturing axis of the green part.

De préférence, l’acquisition d’une image radiographique comporte la détection du rayonnement X transmis par la pièce verte au moyen d’un détecteur, le traitement numérique du rayonnement X transmis et détecté pour former l’image radiographique et l’enregistrement de l’image radiographique sur un support d’enregistrement numérique. En variante, l’acquisition peut comporter la formation de l’image radiographique sur le détecteur qui est un film photographique sensible aux rayons X.Preferably, the acquisition of a radiographic image comprises the detection of the X-radiation transmitted by the green part by means of a detector, the digital processing of the X-radiation transmitted and detected to form the radiographic image and the recording of the x-ray image on a digital recording medium. Alternatively, the acquisition may include the formation of the radiographic image on the detector which is a photographic film sensitive to X-rays.

De préférence, le procédé comporte postérieurement à l’étape b), le frittage de la pièce verte afin d’obtenir une pièce consolidée lorsque les défauts irréductibles sont absents.Preferably, the process comprises, after step b), the sintering of the green part in order to obtain a consolidated part when the irreducible defects are absent.

Le procédé peut comporter postérieurement à l’étape b), le recyclage de la pièce verte, notamment la séparation du liant et des particules liées par le liant, lorsque les défauts irréductibles sont présents. Le rendement industriel d’une production de pièces frittées est ainsi amélioré. En particulier, une nouvelle pièce verte de forme identique peut être produite à partir de la poudre recyclée. Le procédé peut donc comporter la production d’une nouvelle pièce verte à partir des particules recyclées.The process may include, after step b), the recycling of the green part, in particular the separation of the binder and the particles bound by the binder, when the irreducible defects are present. The industrial yield of a production of sintered parts is thus improved. In particular, a new green part of identical shape can be produced from the recycled powder. The process can therefore include the production of a new green part from the recycled particles.

Par ailleurs, du fait d’une impression par projection de liant, la pièce verte subit un retrait important lors de son frittage ultérieur dans la suite du procédé de fabrication additive. Pour éviter un endommagement de la pièce lors du frittage sous l’effet du retrait, la pièce verte présente de préférence un diamètre, mesuré le long de l’axe d’émission, inférieur ou égal à 20 cm, voire inférieur ou égal à 10 cm, voire inférieur ou égal à 5 cm. En outre, un tel faible diamètre facilite la transmission du rayonnement X et l’obtention d’une image radiographique dans laquelle des défauts irréductibles peuvent être facilement observés. Le « diamètre » d’une pièce est le diamètre de la plus petite sphère circonscrite à la pièce.Furthermore, due to printing by binder projection, the green part undergoes significant shrinkage during its subsequent sintering in the rest of the additive manufacturing process. To avoid damage to the part during sintering under the effect of shrinkage, the green part preferably has a diameter, measured along the emission axis, of less than or equal to 20 cm, or even less than or equal to 10 cm, or even less than or equal to 5 cm. In addition, such a small diameter facilitates the transmission of X-rays and the obtaining of a radiographic image in which irreducible defects can be easily observed. The "diameter" of a coin is the diameter of the smallest sphere circumscribed to the coin.

La pièce verte peut comporter des particules faites d’au moins un métal, de préférence d’un alliage, ou d’un matériau céramique ou d’un matériau thermoplastique. Les particules présentent par exemple une taille médiane comprise entre 5 µm et 40 µm.The green part can comprise particles made of at least one metal, preferably of an alloy, or of a ceramic material or of a thermoplastic material. The particles have for example a median size of between 5 μm and 40 μm.

A l’étape b), la détermination de la présence ou de l’absence dans la pièce verte de défauts irréductibles par frittage peut être opérée de différentes manières.In step b), the determination of the presence or absence in the green part of irreducible defects by sintering can be carried out in different ways.

En particulier, lesdites présence ou absence peuvent être déterminées par observation visuelle de la ou des images radiographiques. L’homme du métier sait aisément distinguer sur une image radiographique de tels défauts, et notamment les différencier de variations de contraste liées à la géométrie de la pièce.In particular, said presence or absence can be determined by visual observation of the radiographic image or images. A person skilled in the art knows how to easily distinguish such defects on a radiographic image, and in particular to differentiate them from variations in contrast linked to the geometry of the part.

L’analyse de la ou des images radiographiques peut comporter une comparaison de la ou des images radiographiques avec une image radiographique étalon acquise sur une pièce verte de forme identique et exempte de défauts irréductibles. La comparaison peut être visuelle ou peut être effectuée par soustraction des images radiographiques numériques.The analysis of the radiographic image(s) may include a comparison of the radiographic image(s) with a standard radiographic image acquired on a green part of identical shape and free of irreducible defects. The comparison can be visual or can be done by subtracting the digital x-ray images.

Le procédé peut comporter, préalablement à l’étape b) de détermination un traitement numérique comportant au moins une opération de traitement choisie parmi un changement de dynamique de l’image, par exemple une modification du contraste, une réduction de bruit, un filtrage spatial et leurs combinaisons. Un tel traitement numérique améliore la détection, notamment visuelle, des défauts irréductibles.The method may comprise, prior to step b) of determination, a digital processing comprising at least one processing operation chosen from among a change in the dynamic range of the image, for example a modification of the contrast, a noise reduction, a spatial filtering and their combinations. Such digital processing improves the detection, in particular visual, of irreducible defects.

Dans un mode de mise en œuvre, l’analyse de l’image radiographique peut comporter le calcul d’une image théorique numérique à partir d’un modèle 3D numérique de la pièce verte, et la comparaison, par exemple par soustraction de l’image radiographique avec l’image théorique. Un tel calcul peut être opéré en calculant l’atténuation de l’intensité du rayonnement X traversant le modèle numérique 3D de la pièce verte, par exemple au moyen de la relation de Beer-Lambert. Le modèle numérique 3D de la pièce verte est par exemple un modèle CAD, par exemple obtenu par un logiciel de conception assisté par ordinateur tel SolidWorks®.In one mode of implementation, the analysis of the radiographic image may comprise the calculation of a digital theoretical image from a digital 3D model of the green part, and the comparison, for example by subtraction of the radiographic image with the theoretical image. Such a calculation can be made by calculating the attenuation of the intensity of X-rays passing through the 3D digital model of the green room, for example by means of the Beer-Lambert relationship. The 3D digital model of the green part is for example a CAD model, for example obtained by computer-aided design software such as SolidWorks®.

Dans un mode de mise en œuvre, les images radiographiques sont au nombre d’au moins dix et réparties selon une trajectoire linéaire ou circulaire pour construire au moyen d’une technique laminographique des plans de focalisation parallèles au plan du détecteur. Ces plans de focalisation peuvent être alignés avec les axes (U, V), (V, W) ou (U, W) pour obtenir une représentation nette des défauts présents dans ce plan de la pièce verte.In one mode of implementation, the radiographic images are at least ten in number and distributed according to a linear or circular trajectory to construct, by means of a laminographic technique, focal planes parallel to the plane of the detector. These focus planes can be aligned with the (U,V), (V,W) or (U,W) axes to get a sharp representation of the defects present in that plane of the green part.

L’invention concerne encore une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, comportant
- une imprimante 3D pour la production d’une pièce verte par impression par projection de liant sur lit de poudre,
- un appareil de radiographie comportant une source d’émission d’un rayonnement X pour l’acquisition d’une image radiographique d’une pièce verte, et
- un four pour fritter la pièce verte.
The invention also relates to an installation for implementing the method according to the invention, comprising
- a 3D printer for the production of a green part by printing by binder projection on a powder bed,
- an X-ray apparatus comprising an X-ray emission source for acquiring an X-ray image of a green part, and
- an oven to sinter the green part.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée et des exemples non limitatifs qui va suivre et du dessin annexé dans lequel :The invention will be better understood on reading the detailed description and the non-limiting examples which follow and the appended drawing in which:

illustre de manière schématique la production d’une pièce verte par impression par projection de liant sur lit de poudre, schematically illustrates the production of a green part by printing by binder projection on a powder bed,

illustre selon une vue de côté l’acquisition d’une image radiographique selon un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention, illustrates in a side view the acquisition of a radiographic image according to an example of implementation of the method according to the invention,

est a) une image radiographique d’une pièce verte acquise lors d’un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention avec un axe d’émission du rayonnement X sensiblement parallèle à l’axe W de fabrication, b) un agrandissement d’un partie de cette image radiographique et, à titre comparatif, c) une vue en coupe d’une reconstruction tomographique de la pièce verte, is a) a radiographic image of a green part acquired during an example of implementation of the method according to the invention with an axis of emission of the X-radiation substantially parallel to the axis W of manufacture, b) an enlargement a part of this radiographic image and, for comparison, c) a cross-sectional view of a tomographic reconstruction of the green part,

a) et b) sont des images radiographiques de la pièce verte de la acquises avec un axe d’émission faisant un angle de 30° et 45° respectivement avec l’axe de fabrication de la pièce verte, a) and b) are x-ray images of the green part of the acquired with an emission axis forming an angle of 30° and 45° respectively with the manufacturing axis of the green part,

illustre selon une vue de côté l’acquisition d’une image radiographique selon un autre exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention, illustrates in a side view the acquisition of a radiographic image according to another example of implementation of the method according to the invention,

est a) une image radiographique d’une pièce verte étalon et b) une image radiographique d’une pièce verte comportant des défauts irréductibles par frittage, les axes d’émission des rayonnements X étant dans les deux cas sensiblement perpendiculaires à l’axe W de fabrication, is a) a radiographic image of a standard green part and b) a radiographic image of a green part comprising irreducible defects by sintering, the emission axes of the X-rays being in both cases substantially perpendicular to the axis W Manufacturing,

sont a) et b) des vues en coupe de reconstructions tomographiques de la pièce verte de la figure 6a) et de la pièce verte de la figure 6b) respectivement, la coupe correspondant à une section parallèle à l’axe de fabrication, et are a) and b) cross-sectional views of tomographic reconstructions of the green part of Figure 6a) and the green part of Figure 6b) respectively, the cross-section corresponding to a section parallel to the manufacturing axis, and

a) et b) sont des images radiographiques de la pièce verte illustrée sur la figure 6b) acquises avec un axe d’émission faisant un angle de 55° et 45° respectivement avec l’axe de fabrication de la pièce verte. a) and b) are radiographic images of the green part illustrated in FIG. 6b) acquired with an emission axis forming an angle of 55° and 45° respectively with the manufacturing axis of the green part.

L’invention requiert l’acquisition d’un nombre limité d’images radiographiques en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission spécifique.The invention requires the acquisition of a limited number of radiographic images by emitting X-rays along a specific emission axis.

Les inventeurs ont en effet constaté que la présence ou l’absence de défauts irréductibles peut être aisément constatée sur de telles images radiographiques et pas sur des images radiographiques acquises selon d’autres directions d’observation.The inventors have in fact observed that the presence or absence of irreducible defects can be easily observed on such radiographic images and not on radiographic images acquired according to other directions of observation.

Comme illustré sur la , l’acquisition d’une image radiographique requiert l’émission d’un rayonnement X, représenté par la référence R, au moyen d’une source 14. Le rayonnement X, dont l’intensité émise est connue traverse la pièce verte 12 et atteint un détecteur 16. En chaque point du détecteur, l’intensité du rayonnement X, atténuée par son trajet à travers la pièce verte est traitée et enregistrée sous la forme d’un niveau de gris pour former une image radiographique numérique.As illustrated on the , the acquisition of a radiographic image requires the emission of X-rays, represented by the reference R, by means of a source 14. The X-rays, whose emitted intensity is known, passes through the green part 12 and reaches a detector 16. At each point of the detector, the intensity of the X-radiation, attenuated by its path through the green room, is processed and recorded in the form of a gray level to form a digital radiographic image.

Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, l’axe d’émission du rayonnement X est sensiblement parallèle à l’axe de fabrication W de la pièce verte 12. Comme cela apparaît sur la , la source émet le rayonnement X selon un cône 18. Le rayonnement X est formé d’une pluralité de rayons formant un faisceau 20. Chaque rayon forme, avec une droite D parallèle à l’axe de fabrication W, un angle α inférieur à 10°, de préférence inférieur ou égal à 5°.According to an example of implementation of the method, the axis of emission of the X-radiation is substantially parallel to the manufacturing axis W of the green part 12. As shown in the , the source emits the X-radiation according to a cone 18. The X-radiation is formed of a plurality of rays forming a beam 20. Each ray forms, with a straight line D parallel to the manufacturing axis W, an angle α less than 10°, preferably less than or equal to 5°.

La figure 3a) est une image radiographique d’une pièce verte métallique obtenue avec le procédé selon l’invention et une émission du rayonnement X comme illustré sur la . Le contraste de l’image radiographique a été réhaussé afin de mieux faire apparaître les variations de niveau de gris. Il est ainsi observé la présence de zones poreuses 24, qui s’étendent en bandes courtes sensiblement parallèles les unes aux autres selon la direction d’avancée V du dispositif d’étalement et perpendiculairement à l’axe de fabrication W de la pièce verte, comme cela peut être observé sur l’agrandissement de la figure 3b). A titre comparatif, l’observation sur la figure 3c) d’une coupe d’une reconstruction tomographique de la pièce verte permet de confirmer que les zones claires observées sur l’image radiographique correspondent à des pores irréductibles résultant de défauts d’étalement de la couche lors de l’impression par projection de liant sur lit de poudre. L’analyse de l’image radiographique obtenue par le procédé a ainsi permis d’éviter de fritter cette pièce verte. Le procédé selon l’invention présente l’avantage d’une mise en œuvre rapide et simple par rapport à la formation d’une reconstruction tomographique. A titre illustratif, la durée totale de mise en œuvre pour caractériser au moyen du procédé selon l’invention la pièce verte de l’exemple illustré sur la , comportant l’acquisition et le traitement d’une unique image radiographique, a été inférieure à une minute. En comparaison, 50 minutes ont été nécessaires pour acquérir 900 projections avec une résolution de 35 µm puis la construction numérique du modèle tomographique 3D à partir de ces projections a requis environ dix minutes.Figure 3a) is a radiographic image of a metallic green part obtained with the method according to the invention and an emission of X-rays as illustrated in the . The contrast of the radiographic image has been enhanced to better show variations in gray level. It is thus observed the presence of porous zones 24, which extend in short strips substantially parallel to each other in the direction of advance V of the spreading device and perpendicular to the manufacturing axis W of the green part, as can be seen in the enlargement of Figure 3b). By way of comparison, the observation in figure 3c) of a section of a tomographic reconstruction of the green part makes it possible to confirm that the clear zones observed on the radiographic image correspond to irreducible pores resulting from defects in the spreading of the layer during printing by binder projection on a powder bed. The analysis of the radiographic image obtained by the process thus made it possible to avoid sintering this green part. The method according to the invention has the advantage of a rapid and simple implementation with respect to the formation of a tomographic reconstruction. By way of illustration, the total duration of implementation to characterize by means of the method according to the invention the green part of the example illustrated in the , involving the acquisition and processing of a single radiographic image, took less than one minute. In comparison, 50 minutes were needed to acquire 900 projections with a resolution of 35 µm, then the digital construction of the 3D tomographic model from these projections took about ten minutes.

La figure 4a) et la figure 4b) sont des images radiographiques de la même pièce verte que celle représentée sur les figures 3a) à 3c), à ceci près que l’acquisition desdites images radiographiques a été réalisée avec une émission du rayonnement X faisant un angle de 30° et de 45° respectivement avec l’axe de fabrication de la pièce verte. Les défauts irréductibles visibles sur l’image radiographique de la figure 3b) ne sont pas décelables sur les images des figures 4a) et 4b).Figure 4a) and Figure 4b) are radiographic images of the same green part as that represented in Figures 3a) to 3c), except that the acquisition of said radiographic images was carried out with an emission of X-rays making an angle of 30° and 45° respectively with the manufacturing axis of the green part. The irreducible defects visible on the radiographic image of Figure 3b) are not detectable on the images of Figures 4a) and 4b).

Selon un autre exemple de mise en œuvre du procédé, l’axe d’émission du rayonnement X est sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication de la pièce verte. Comme cela apparaît sur la , chaque rayon du faisceau du rayonnement X peut former, avec une droite parallèle à l’axe de fabrication, un angle α’ compris entre 80° et 100°, préférentiellement compris entre 85° et 95°.According to another example of implementation of the method, the axis of emission of the X-radiation is substantially perpendicular to the axis of manufacture of the green part. As it appears on the , each ray of the X-ray beam can form, with a straight line parallel to the manufacturing axis, an angle α' of between 80° and 100°, preferably between 85° and 95°.

La figure 6a) est une image radiographique d’une pièce verte étalon métallique obtenue par le procédé selon l’invention avec une émission du rayonnement X comme illustré sur la . La pièce verte étalon a été obtenue en appliquant un paramètre de hauteur de couche de 30 µm lors de l’impression par projection de liant sur lit de poudre. Comme cela peut être observé, l’image radiographique de la pièce verte étalon présente un niveau de gris sensiblement homogène, caractéristique d’une pièce verte dense, exempte de défauts irréductibles. En comparaison, la figure 6b) représente une image radiographique d’une pièce verte faite des mêmes particules et du même alliage que la pièce verte étalon et obtenue dans les mêmes conditions d’impression, à l’exception du paramètre de hauteur de couche, qui avait été choisi égal à 110 µm. Comme cela est observé sur la figure 6b), des zones claires et sombres sont observées qui s’étendent selon la direction horizontale H et forment un motif régulier. Ces zones sont caractéristiques de pores irréductibles formés au cours de l’impression de la pièce verte du fait d’un paramètre de hauteur de couche trop élevé conduisant à une pénétration insuffisante du liant dans le lit de poudres. L’observation de l’image radiographique a ainsi permis d’éviter de fritter cette pièce.FIG. 6a) is a radiographic image of a metal standard green part obtained by the method according to the invention with an emission of X-rays as illustrated in the . The standard green part was obtained by applying a layer height parameter of 30 µm when printing by binder jetting on a powder bed. As can be seen, the radiographic image of the standard green part has a substantially homogeneous gray level, characteristic of a dense green part, free from irreducible defects. In comparison, figure 6b) represents a radiographic image of a green part made of the same particles and the same alloy as the standard green part and obtained under the same printing conditions, with the exception of the layer height parameter, which had been chosen equal to 110 μm. As observed in Figure 6b), light and dark areas are observed which extend along the horizontal direction H and form a regular pattern. These zones are characteristic of irreducible pores formed during the printing of the green part due to an excessively high layer height parameter leading to insufficient penetration of the binder into the bed of powders. Observation of the radiographic image thus made it possible to avoid sintering of this part.

Les images radiographiques illustrées sur les figures 6a) et 6b) peuvent être comparées avec des images de coupes d’une reconstruction tomographique des pièces vertes correspondantes qui sont illustrés sur les figures 7a) et 7b). Comme cela apparaît, la présence ou l’absence de défauts irréductibles qui a pu être constatée au moyen du procédé selon l’invention est confirmée par tomographie.The radiographic images shown in Figures 6a) and 6b) can be compared with cross-sectional images of a tomographic reconstruction of the corresponding green parts which are shown in Figures 7a) and 7b). As it appears, the presence or the absence of irreducible defects which could be observed by means of the method according to the invention is confirmed by tomography.

La figure 8a) et la figure 8b) sont des images radiographiques de la même pièce verte que celle représentée sur la figure 6b), à ceci près que l’acquisition desdites images radiographiques a été réalisée avec une émission du rayonnement X faisant un angle de 55° et de 45° respectivement avec l’axe de fabrication de la pièce verte. Les défauts irréductibles visibles sur l’image radiographique de la figure 6b) ne sont pas décelables sur les images des figures 8a) et 8b).Figure 8a) and Figure 8b) are radiographic images of the same green part as that shown in Figure 6b), except that the acquisition of said radiographic images was carried out with an emission of X-rays making an angle of 55° and 45° respectively with the manufacturing axis of the green part. The irreducible defects visible on the radiographic image of Figure 6b) are not detectable on the images of Figures 8a) and 8b).

Comme cela est apparu à la lecture de la présente description, et notamment des exemples, l’invention permet, notamment au moyen de l’orientation spécifique de l’axe d’émission du rayonnement X par rapport à l’axe de fabrication de la pièce verte, de déterminer simplement et plus rapidement qu’avec un procédé d’acquisition et de reconstruction tomographique si le frittage de la pièce verte doit être évité.As appeared on reading the present description, and in particular the examples, the invention makes it possible, in particular by means of the specific orientation of the axis of emission of the X-rays with respect to the axis of manufacture of the green part, to determine simply and more quickly than with a process of acquisition and tomographic reconstruction if the sintering of the green part must be avoided.

Claims (12)

Procédé comportant
a) l’acquisition d’au moins une et d’au plus vingt images radiographiques d’une pièce verte (12) produite par impression par projection de liant sur lit de poudre, en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement parallèle ou sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication (W) de la pièce verte, et
b) la détermination de la présence ou de l’absence dans la pièce verte de défauts irréductibles par frittage (24), à partir uniquement de la ou des images radiographiques.
Process comprising
a) the acquisition of at least one and at most twenty radiographic images of a green part (12) produced by printing by projection of binder on a bed of powder, by emitting X-rays along an emission axis substantially parallel or substantially perpendicular to the manufacturing axis (W) of the green part, and
b) the determination of the presence or the absence in the green part of irreducible defects by sintering (24), from only the radiographic image or images.
Procédé selon la revendication 1, comportant postérieurement à l’étape b), le frittage de la pièce verte afin d’obtenir une pièce consolidée lorsque les défauts irréductibles sont absents.Method according to claim 1, comprising, after step b), the sintering of the green part in order to obtain a consolidated part when the irreducible defects are absent. Procédé selon la revendication 1, comportant postérieurement à l’étape b), le recyclage de la pièce verte, notamment la séparation du liant et des particules liées par le liant, lorsque les défauts irréductibles sont présents.Method according to claim 1, comprising, after step b), the recycling of the green part, in particular the separation of the binder and of the particles bound by the binder, when the irreducible defects are present. Procédé selon la revendication précédente, comportant la production d’une nouvelle pièce verte à partir des particules recyclées.Process according to the preceding claim, comprising the production of a new green part from the recycled particles. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel à l’étape a), au plus quinze, voire au plus dix, voire au plus cinq, de préférence au plus trois images radiographiques sont acquises.Method according to any one of the preceding claims, according to which in step a), at most fifteen, even at most ten, even at most five, preferably at most three radiographic images are acquired. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’acquisition d’au moins une, en particulier d’une unique, image radiographique de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement parallèle à l’axe de fabrication (W) de la pièce verte et l’acquisition d’au moins une, voire d’une unique, image radiographique de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon un axe d’émission sensiblement perpendiculaire à l’axe de fabrication (W) de la pièce verte.Method according to any one of the preceding claims, comprising the acquisition of at least one, in particular a single, radiographic image of the green part by emitting X-rays along an emission axis substantially parallel to the axis manufacturing (W) of the green part and the acquisition of at least one, or even a single, radiographic image of the green part by emitting X-rays along an emission axis substantially perpendicular to the manufacturing axis (W) of the green piece. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’acquisition d’au moins deux, voire uniquement de deux, images radiographiques de la pièce verte en émettant un rayonnement X selon deux axes d’émission, de préférence perpendiculaires entre eux, et sensiblement perpendiculaires à l’axe de fabrication de la pièce verte.Method according to any one of the preceding claims, comprising the acquisition of at least two, or even only two, radiographic images of the green part by emitting X-rays along two emission axes, preferably mutually perpendicular, and substantially perpendicular to the manufacturing axis of the green part. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, lesdites présence ou absence de défauts irréductibles étant déterminées par observation visuelle de la ou des images radiographiques.A method according to any preceding claim, said presence or absence of irreducible defects being determined by visual observation of the radiographic image(s). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’analyse de la ou des images radiographiques comportant une comparaison de la ou des images radiographiques avec une image radiographique étalon acquise sur une pièce verte de forme identique et exempte de défauts irréductibles.Method according to any one of the preceding claims, the analysis of the radiographic image(s) comprising a comparison of the radiographic image(s) with a standard radiographic image acquired on a green part of identical shape and free of irreducible defects. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’analyse de l’image radiographique comportant le calcul numérique d’une image théorique à partir d’un modèle 3D numérique de la pièce verte, et la comparaison, par exemple par soustraction de l’image radiographique avec l’image théorique.Method according to any one of the preceding claims, the analysis of the radiographic image comprising the digital calculation of a theoretical image from a digital 3D model of the green part, and the comparison, for example by subtraction of the x-ray image with the theoretical image. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pièce verte présentant un diamètre, mesuré le long de l’axe d’émission, inférieur ou égal à 20 cm.Method according to any one of the preceding claims, the green piece having a diameter, measured along the emission axis, less than or equal to 20 cm. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant
- une imprimante 3D pour la production d’une pièce verte par impression par projection de liant sur lit de poudre,
- un appareil de radiographie comportant une source d’émission d’un rayonnement X pour l’acquisition d’une image radiographique d’une pièce verte, et
- un four pour fritter la pièce verte.
Installation for implementing the method according to any one of the preceding claims, comprising
- a 3D printer for the production of a green part by printing by binder projection on a powder bed,
- an X-ray apparatus comprising an X-ray emission source for acquiring an X-ray image of a green part, and
- an oven to sinter the green part.
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