FR3128662A1 - Procede de fabrication d’une piece hybride et d’un joint par fabrication additive - Google Patents

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Abstract

PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PIECE HYBRIDE ET D’UN JOINT PAR FABRICATION ADDITIVE Un aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication (200) d’une pièce (P) possédant une base (100) dans un premier matériau et un insert (20) dans un deuxième matériau, ledit procédé de fabrication comprend : - une première étape (201) de fabrication d’une première section (110) de la base (100) ; - une deuxième étape (202) de mise en position de l’insert (20) possédant un premier côté (21) en contact avec une surface d’appui (111) de la première section (110) ; ledit procédé de fabrication (200) comprend : - une troisième étape (203) de dépose d’un premier adhésif (31) sur le premier côté (21) de l’insert (20) puis de dépose d’un joint (50) sur le premier adhésif (31), le premier adhésif (31) étant compris entre le joint (50) et l’insert (20). - une quatrième étape (204) de fabrication d’une deuxième section (120) de la base (100). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PIECE HYBRIDE ET D’UN JOINT PAR FABRICATION ADDITIVE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui de la fabrication additive et plus particulièrement de la fabrication additive de pièces composées d’au moins deux éléments ayant des matériaux différents dont le premier élément est inséré dans le deuxième élément.
La présente invention concerne un procédé de fabrication mettant en œuvre au moins une étape de fabrication par fabrication additive. L’invention se rapporte également à une pièce obtenue par le procédé de fabrication.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Le procédé de fabrication additive consiste à fabriquer des pièces par dépôt successif de couches de matière comme par exemple la dépose de fil fondu ou la fusion laser sur lit de poudre. Cette technologie permet de réaliser des pièces de formes complexes non réalisables par des procédés de fabrication soustractive.
La fabrication par dépose de fil fondu comprend :
  • une 1èreétape de dépose du contour interne et du contour externe de la couche ;
  • une 2èmeétape de remplissage des contours de la couche.
Ces deux étapes sont réitérées jusqu’à la réalisation complète de la pièce.
La fabrication par fusion laser sur lit de poudre comprend :
  • une 1èreétape de dépose d’une couche de poudre ;
  • une 2èmeétape de balayage par le laser à fibre optique de la couche permettant de fusionner les particules.
Ces deux étapes sont réitérées jusqu’à la réalisation complète de la pièce.
Les procédés de fabrication conventionnels imposent de fabriquer les éléments d’un système séparément puis d’assembler l’ensemble des éléments entre eux. Cette opération d’assemblage peut représenter jusqu’à 30% du coût final de la pièce.
Pour fabriquer une pièce composée de deux matériaux différents, une solution connue est d’utiliser un moyen de fabrication additive comportant plusieurs buses d’extrusion permettant d’utiliser des matériaux compatibles entre eux d’un point de vue process un d’un point de vue physico-chimique (les matériaux doivent supporter les mêmes conditions de mise en œuvre et être chimiquement compatibles pour assurer l’adhésion entre couches) par exemple un couple composé d’un matériau polymère renforcé de fibres pour les zones fortement sollicitées et un matériau polymère non renforcé mais de nature chimique compatible avec le premier matériau pour les zones peu sollicitées ou les zones de remplissages. Cependant, cette approche n’est pas suffisante pour remplacer dans certains cas des éléments fortement sollicités en fatigue ou en frottement par exemple des éléments métalliques.
La demande de brevet française FR2011539 permet d’obtenir une pièce composée de deux matériaux différents et obtenue chacun par un procédé de fabrication différend. En effet, la demande citée, permet d’obtenir une pièce fabriquée en fabrication additive comportant un insert fabriqué par un autre procédé de fabrication, en procédant par la fabrication d’une première section de la pièce en fabrication additive, puis l’insertion d’un insert dans la première section de la pièce et enfin par la fabrication d’une deuxième section de la pièce sur l’insert et sur la première section. Un adhésif peut être ajouté entre l’insert et la deuxième section afin d’améliorer l’adhérence et de favoriser la fabrication de la deuxième section sur l’insert.
Néanmoins, lors de la fabrication de la deuxième section de la pièce, la première couche de matériau fabriquée n’adhère pas bien à l’insert. En effet, même si un adhésif est présent entre l’insert et la deuxième section, la première couche de matériau fabriquée de la deuxième section n’adhère pas à l’adhésif ou à l’insert car la première dépose de couche de matière de la deuxième section se fait sur l’insert ou sur l’adhésif qui sont dans des matières incompatibles pour adhérer à la dépose de la première couche.
Une variante de réalisation de la pièce provenant de la demande de brevet FR2011539 est d’ajouter un joint entre l’insert et la deuxième section à la place de l’adhésif. Le joint est dans une matière permettant une bonne qualité de dépose de la première couche de matériau de la deuxième section.
Néanmoins, lors de la dépose de la première couche de matériau de la deuxième section, le refroidissement des couches précédemment déposées va venir créer des contraintes internes par exemple des contraintes de cisaillement inter-couche. Ces contraintes créent un gauchissement du joint et de la deuxième section. Ainsi les coins du joint se soulèvent et parfois même le joint se décolle entièrement de l’insert. La pièce finale possède ainsi des renflements et un jeu non voulus au niveau de la zone de recouvrement entre la deuxième section et l’insert.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’obtenir une meilleure finition et une meilleure adhérence lors de la fabrication additive d’une première partie d’une pièce sur une deuxième partie d’une pièce non obtenue par fabrication additive.
Un premier aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce possédant une base dans un premier matériau et un insert dans un deuxième matériau, caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication comprend :
  • une première étape de fabrication d'une première section de la base par la technologie de fabrication additive par dépôt de fil fondu ;
  • une deuxième étape de mise en position de l'insert possédant un premier côté en contact avec une surface d'appui de la première section ;
ledit procédé de fabrication comprend :
  • une troisième étape de dépose d'un premier adhésif sur le premier côté de l'insert puis de dépose d'un joint sur le premier adhésif, le premier adhésif étant compris entre le joint et l'insert.
  • une quatrième étape de fabrication d'une deuxième section de la base par la technologie de fabrication additive par dépôt de fil fondu sur la première section et sur le joint.
Le joint permet d’améliorer l’adhérence du filament déposé lors de la quatrième étape de fabrication de la deuxième section. Lors de la dépose de la première couche de la deuxième section, le joint et la première couche ne sont pas à la même température ce qui créent des contraintes internes notamment des contraintes de cisaillement inter-couche. Le joint à ainsi tendance à se soulever créant ainsi un jeu entre le joint et l’insert. L’adhésif permet de bien fixer le joint avec l’insert et permet donc de limiter le soulèvement du joint dû aux contraintes de cisaillement inter-couche. Ainsi, il n’y a plus de degré de liberté entre la base et l’insert. Dans l’art antérieur, des bruits de vibration apparaissaient lors de la mise en vibration de la pièce. Grâce à l’invention, les bruits de vibration sont fortement diminués.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de fabrication selon un premier aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires.
Avantageusement, le premier adhésif et le joint possèdent chacun une surface de dimension identique et en contact.
Avantageusement, l’insert est en matériau métallique.
Avantageusement, l’insert est ajouré. La fabrication additive par dépôt de filament fondu ne permet pas d’avoir un insert ajouré ou en forme de grille avec une qualité de finition satisfaisante. En effet, le résultat esthétique d’une grille fabriquée par dépôt de filament fondu n’est pas satisfaisant en ce que le remplissage des contours de la grille est grossier, c’est-à-dire qu’il n’est pas assez précis pour avoir une surface lisse et sans défauts. De plus, le nombre important de contour à déposer et le remplissage de la grille est très long par rapport à d’autre procédé d’obtention ce qui augmente le temps d’obtention de l’insert et donc son coût. Aussi, les caractéristiques mécaniques ou encore l’état de surface d’une grille obtenue par dépôt de fil fondu ne sont pas satisfaisantes par rapport à d’autre procédé d’obtention. C’est pourquoi il est préférable d’obtenir l’insert par un procédé autre que le dépôt de fil fondu.
Avantageusement, la pièce est mise en température afin que le premier adhésif polymérise, pendant la quatrième étape de fabrication de la deuxième section.
Avantageusement, la pièce est mise à une température comprise entre 160 et 250°C. Cette température permet à l’adhésif de polymériser.
Avantageusement, la troisième étape est réalisée avant la deuxième étape, tel que l'insert est mis en position avec l'adhésif et le joint. Cette variante de réalisation permet de s’affranchir d’une étape de polymérisation du premier adhésif.
Avantageusement, le procédé comporte une étape de dépose d’un deuxième adhésif entre la première section et l’insert. Le deuxième adhésif permet de rendre solidaire la première section avec l’insert.
Avantageusement, le joint est en matière polyétherimide.
Avantageusement, le joint et la base sont de même matière. Ainsi, au cours de la dépose de la deuxième section, la dépose s'effectuera sur un matériau similaire. La première couche de matière de la deuxième section adhère donc parfaitement avec le joint qui restera en place lors de la dépose de la première couche de matière.
L’invention concerne également une pièce obtenue par le procédé de fabrication selon l’invention. La pièce obtenue permet d’associer la liberté de forme donnée par la fabrication additive ainsi qu’une qualité de finition pour une zone spécifique par exemple une grille obtenue par un autre procédé de fabrication. La pièce est par exemple, un panneau intérieur de cabine comportant une grille.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
est une vue en éclatée d’une pièce comprenant une base et un insert selon l’invention ;
est une vue de dessus de la pièce de la ;
est une vue en perspective de la pièce de la ;
est une vue d’un joint de la pièce selon l’invention ;
est un schéma en bloc illustrant un procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention ;

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication (200) d’une pièce (P) possédant une base (100) dans un premier matériau et un insert (20) dans un deuxième matériau, ledit procédé de fabrication comprend :
    • une première étape (201) de fabrication d’une première section (110) de la base (100) par la technologie de fabrication additive par dépôt de fil fondu ;
    • une deuxième étape (202) de mise en position de l’insert (20) possédant un premier côté (21) en contact avec une surface d’appui (111) de la première section (110) ;
    caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication (200) comprend :
    • une troisième étape (203) de dépose d’un premier adhésif (31) sur un deuxième côté (22) de l’insert (20) puis de dépose d’un joint (50) sur le premier adhésif (31), le premier adhésif (31) étant compris entre le joint (50) et l’insert (20).
    • une quatrième étape (204) de fabrication d’une deuxième section (120) de la base (100) par la technologie de fabrication additive par dépôt de fil fondu sur la première section (110) et sur le joint (50).
  2. Procédé (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier adhésif (31) et le joint (50) possèdent chacun une surface de dimension identique et en contact.
  3. Procédé (200) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’insert (20) est en matériau métallique.
  4. Procédé (200) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la pièce (P) est mise en température afin que le premier adhésif (31) polymérise, pendant la quatrième étape (204) de fabrication de la deuxième section (120).
  5. Procédé (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la pièce (P) est mise à une température comprise entre 160 et 250°C.
  6. Procédé (200) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la troisième étape (203) est réalisée avant la deuxième étape (202), tel que l’insert (20) est mis en position avec l’adhésif (31) et le joint (50).
  7. Procédé (200) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte une étape de dépose d’un deuxième adhésif (32) entre la première section (110) et l’insert (20).
  8. Procédé (200) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le joint (50) est en matière polyétherimide.
  9. Procédé (200) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le joint (50) et la base (100) sont de même matière.
  10. Pièce (P) obtenue du procédé de fabrication (200) selon l’une des revendications précédentes.
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