FR3129317A1 - Procédé et machine de fabrication additive - Google Patents
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Abstract
Selon un procédé de fabrication additive d’une pièce (41), on fabrique la pièce (41) par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert (14) et on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert (14) sur la pièce (41) en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle (42) supportée par ledit support de transfert (14). Machine mettant en œuvre le procédé Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention concerne un procédé de fabrication additive, notamment par dépôt de filament fondu. Elle concerne également une machine prévue pour mettre en œuvre ce procédé.
Art antérieur
L’impression 3D dans son état actuel permet par création de couche successives de différents matériaux d’obtenir une pièce tridimensionnelle. Une buse d’injection de thermoplastique à l’état fondu se déplace par rapport à un plateau et dépose la matière sous forme de fil pour constituer des strates. Les strates sont superposées pour former la pièce au final.
Ce procédé a l’inconvénient d’être très lent et l’adhésion entre les différentes strates est relativement faible. De plus il ne permet pas une réelle possibilité d’industrialisation, du fait du grand nombre de manipulations nécessaires entre chaque pièce.
Ce procédé a l’inconvénient d’être très lent et l’adhésion entre les différentes strates est relativement faible. De plus il ne permet pas une réelle possibilité d’industrialisation, du fait du grand nombre de manipulations nécessaires entre chaque pièce.
Description de l’invention
Le but de l’invention présenté et de résoudre ces différents inconvénients. Elle vise notamment à fournir un procédé d’impression tridimensionnelle ayant une grande productivité. Elle vise également à fournir une machine pour mettre en œuvre ce procédé.
Avec ces objectifs en vue, l’invention a pour objet un procédé de fabrication additive d’une pièce, selon lequel on fabrique la pièce par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert et on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert sur la pièce en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle supportée par ledit support.
Ainsi, ce procédé permet de fabriquer des couches de manière séparée, puis d’assembler ces couches pour former la pièce tridimensionnelle. Les différentes couches peuvent être fabriquées séparément et en parallèle sur la pluralité de supports de transfert chacune de ces phases prise individuellement étant longue. La durée d’assemblage d’une couche individuelle sur la pièce est relativement courte. Ainsi, le temps de fabrication des couches est divisé par le nombre de couches qui peuvent être fabriquées simultanément, en comparaison avec le procédé traditionnel. Par ailleurs, il est possible d’exercer une pression sur la couche individuelle pour la plaquer sur la pièce pendant le transfert, ce qui permet de garantir une bonne soudure entre couches. On propose ici un procédé au minimum quarante fois plus rapide avec une résistance entre couches largement améliorée d’un facteur 10 minimum. De plus ce procédé est apte à l’industrialisation permettant dans cette configuration des vitesses d’impression pouvant être jusqu’à cinq cent fois plus rapides tout en occupant moins d’espace et demandant moins de personnel pour le gérer.
Selon une disposition constructive, le support de transfert est métallique, en verre ou en borosilicate. Ces matériaux peuvent supporter des températures élevées sans se déformer et avec la possibilité de détacher la couche individuelle thermoplastique sans trop de difficulté.
Selon une disposition avantageuse, le support de transfert est cylindrique ou en partie cylindrique. On facilite ainsi le dépôt de la couche individuelle par une simple rotation du support au-dessus de la pièce. De même la fabrication de la couche individuelle est contrôlée notamment par la rotation du support autour de l’axe du cylindre.
Selon un autre mode de réalisation, le support de transfert est souple de manière à être rendu cylindrique ou avec une forme permettant un contact linéaire sur la pièce. La souplesse du support permet d’envisager une forme du support pendant la fabrication de la couche distincte de celle pendant le transfert de la couche sur la pièce.
Selon un perfectionnement, on dépose un flocage de fibres sur la couche individuelle avant sa dépose sur la pièce. Les fibres déposées ainsi permettent de renforcer la cohésion de la pièce en créant un renforcement de la liaison entre couche. Le flocage, notamment lorsqu’il est réalisé par électrostatisme, permet d’orienter les fibres perpendiculairement à la surface de la couche dans une direction qui est favorable à la liaison entre couches.
Selon un perfectionnement, on réalise un chauffage local de la zone de contact entre la pièce et la couche individuelle pour obtenir une fusion locale de la couche individuelle et de la surface de la pièce pour souder la couche individuelle sur la pièce. Le chauffage est réalisé juste avant l’assemblage de sorte qu’une soudure est réalisée ainsi. Le chauffage est par exemple réalisé par un balayage d’un faisceau laser.
Selon un perfectionnement, le support de transfert est refroidi par l’intérieur pendant la phase de dépose de la couche pour permettre le décollement de la couche individuelle du support de transfert. On s’assure que la couche déposée sur la pièce n’adhère plus au support de transfert mais reste sur la pièce. Le refroidissement permet aussi d’assurer la solidification de la couche déposée sur la pièce.
De manière avantageuse, la couche individuelle a une épaisseur comprise entre 0,05 et 3 mm, de préférence entre 0,05 et 1 mm.
De manière préférentielle, la matière thermoplastique de la couche préliminaire inclut une charge. On obtient ainsi une pièce avec de bonnes propriétés mécaniques. La charge peut être constituée de fibres de différentes natures : polyamide, carbone, nano-fibres de carbone, métallique. La charge peut-être également de la poudre.
De manière préférentielle, la matière thermoplastique est choisie dans un groupe comprenant le PLA, le PEEK, l’ABS, le polyamide, le polyétherimide (PEI), le PETG et le PMMA.
L’invention a aussi pour objet une machine de fabrication additive comportant un plateau pour recevoir une pièce construite par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’elle comprend une pluralité d’unités de couche, chaque unité de couche étant prévue pour fabriquer une couche individuelle de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur un support de transfert, une unité de préhension pour transférer les supports de transfert vers une unité d’impression, laquelle est configurée pour transférer lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert sur la pièce en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle. Chaque unité de couche reçoit un support de transfert et réalise une couche individuelle sur le support, de préférence de manière décalée dans le temps entre les différentes unités de couche. Les supports de transfert sont ensuite pris par l’unité de préhension pour être transférés successivement vers l’unité d’impression. Là, chacune des couches individuelles elle est déposée sur la pièce en cours de fabrication.
Selon un perfectionnement, l’unité d’impression comporte un barillet supportant certains des supports de transfert pour les déplacer entre différents postes, dont au moins une poste d’entrée pour recevoir le support de transfert en provenance d’une unité de couche, un poste de sortie pour stocker le support de transfert à destination d’une unité de couche et un poste de transfert dans lequel la couche individuelle est déposée sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte en outre en amont du poste de transfert un poste de flocage configuré pour déposer un flocage de fibres sur la couche individuelle. Le flocage est ajouté juste avant le dépôt de la couche sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte un poste de nettoyage. Si le poste de nettoyage est placé en aval du poste de transfert, il peut être débarrassé des résidus de l’opération précédente. En amont du poste de transfert le nettoyage peut concerner extraction de résidus pour éviter qu’ils ne soient déposés sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte un poste de contrôle. On peut s’y assurer des qualités géométriques ou de surface des supports de transfert, ou de la qualité de la couche individuelle avant son dépôt.
Selon une disposition constructive, la pluralité des unités de couche sont regroupées dans un ou plusieurs magasins. Chacun des magasins peut-être interfacé avec les moyens de préhension, et le nombre de magasins peut être modulé en fonction de la productivité souhaitée de la machine.
Avec ces objectifs en vue, l’invention a pour objet un procédé de fabrication additive d’une pièce, selon lequel on fabrique la pièce par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert et on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert sur la pièce en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle supportée par ledit support.
Ainsi, ce procédé permet de fabriquer des couches de manière séparée, puis d’assembler ces couches pour former la pièce tridimensionnelle. Les différentes couches peuvent être fabriquées séparément et en parallèle sur la pluralité de supports de transfert chacune de ces phases prise individuellement étant longue. La durée d’assemblage d’une couche individuelle sur la pièce est relativement courte. Ainsi, le temps de fabrication des couches est divisé par le nombre de couches qui peuvent être fabriquées simultanément, en comparaison avec le procédé traditionnel. Par ailleurs, il est possible d’exercer une pression sur la couche individuelle pour la plaquer sur la pièce pendant le transfert, ce qui permet de garantir une bonne soudure entre couches. On propose ici un procédé au minimum quarante fois plus rapide avec une résistance entre couches largement améliorée d’un facteur 10 minimum. De plus ce procédé est apte à l’industrialisation permettant dans cette configuration des vitesses d’impression pouvant être jusqu’à cinq cent fois plus rapides tout en occupant moins d’espace et demandant moins de personnel pour le gérer.
Selon une disposition constructive, le support de transfert est métallique, en verre ou en borosilicate. Ces matériaux peuvent supporter des températures élevées sans se déformer et avec la possibilité de détacher la couche individuelle thermoplastique sans trop de difficulté.
Selon une disposition avantageuse, le support de transfert est cylindrique ou en partie cylindrique. On facilite ainsi le dépôt de la couche individuelle par une simple rotation du support au-dessus de la pièce. De même la fabrication de la couche individuelle est contrôlée notamment par la rotation du support autour de l’axe du cylindre.
Selon un autre mode de réalisation, le support de transfert est souple de manière à être rendu cylindrique ou avec une forme permettant un contact linéaire sur la pièce. La souplesse du support permet d’envisager une forme du support pendant la fabrication de la couche distincte de celle pendant le transfert de la couche sur la pièce.
Selon un perfectionnement, on dépose un flocage de fibres sur la couche individuelle avant sa dépose sur la pièce. Les fibres déposées ainsi permettent de renforcer la cohésion de la pièce en créant un renforcement de la liaison entre couche. Le flocage, notamment lorsqu’il est réalisé par électrostatisme, permet d’orienter les fibres perpendiculairement à la surface de la couche dans une direction qui est favorable à la liaison entre couches.
Selon un perfectionnement, on réalise un chauffage local de la zone de contact entre la pièce et la couche individuelle pour obtenir une fusion locale de la couche individuelle et de la surface de la pièce pour souder la couche individuelle sur la pièce. Le chauffage est réalisé juste avant l’assemblage de sorte qu’une soudure est réalisée ainsi. Le chauffage est par exemple réalisé par un balayage d’un faisceau laser.
Selon un perfectionnement, le support de transfert est refroidi par l’intérieur pendant la phase de dépose de la couche pour permettre le décollement de la couche individuelle du support de transfert. On s’assure que la couche déposée sur la pièce n’adhère plus au support de transfert mais reste sur la pièce. Le refroidissement permet aussi d’assurer la solidification de la couche déposée sur la pièce.
De manière avantageuse, la couche individuelle a une épaisseur comprise entre 0,05 et 3 mm, de préférence entre 0,05 et 1 mm.
De manière préférentielle, la matière thermoplastique de la couche préliminaire inclut une charge. On obtient ainsi une pièce avec de bonnes propriétés mécaniques. La charge peut être constituée de fibres de différentes natures : polyamide, carbone, nano-fibres de carbone, métallique. La charge peut-être également de la poudre.
De manière préférentielle, la matière thermoplastique est choisie dans un groupe comprenant le PLA, le PEEK, l’ABS, le polyamide, le polyétherimide (PEI), le PETG et le PMMA.
L’invention a aussi pour objet une machine de fabrication additive comportant un plateau pour recevoir une pièce construite par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’elle comprend une pluralité d’unités de couche, chaque unité de couche étant prévue pour fabriquer une couche individuelle de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur un support de transfert, une unité de préhension pour transférer les supports de transfert vers une unité d’impression, laquelle est configurée pour transférer lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert sur la pièce en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle. Chaque unité de couche reçoit un support de transfert et réalise une couche individuelle sur le support, de préférence de manière décalée dans le temps entre les différentes unités de couche. Les supports de transfert sont ensuite pris par l’unité de préhension pour être transférés successivement vers l’unité d’impression. Là, chacune des couches individuelles elle est déposée sur la pièce en cours de fabrication.
Selon un perfectionnement, l’unité d’impression comporte un barillet supportant certains des supports de transfert pour les déplacer entre différents postes, dont au moins une poste d’entrée pour recevoir le support de transfert en provenance d’une unité de couche, un poste de sortie pour stocker le support de transfert à destination d’une unité de couche et un poste de transfert dans lequel la couche individuelle est déposée sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte en outre en amont du poste de transfert un poste de flocage configuré pour déposer un flocage de fibres sur la couche individuelle. Le flocage est ajouté juste avant le dépôt de la couche sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte un poste de nettoyage. Si le poste de nettoyage est placé en aval du poste de transfert, il peut être débarrassé des résidus de l’opération précédente. En amont du poste de transfert le nettoyage peut concerner extraction de résidus pour éviter qu’ils ne soient déposés sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte un poste de contrôle. On peut s’y assurer des qualités géométriques ou de surface des supports de transfert, ou de la qualité de la couche individuelle avant son dépôt.
Selon une disposition constructive, la pluralité des unités de couche sont regroupées dans un ou plusieurs magasins. Chacun des magasins peut-être interfacé avec les moyens de préhension, et le nombre de magasins peut être modulé en fonction de la productivité souhaitée de la machine.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
- la est une vue en coupe d’une machine conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la est une vue en perspective d’une unité de couche utilisée dans la machine de la ;
- la est une vue en coupe longitudinale de l’unité de couche de la ;
- la est une vue en coupe transversale de l’unité de couche de la ;
- la est une vue schématique d’une variante de l’unité de couche la ;
- la est une vue en perspective d’un magasin intégrant une pluralité d’unités de couche selon la ;
- la est une vue en perspective de moyens de préhension pour déplacer les supports de transfert ;
- la est une vue en perspective d’une unité d’impression utilisée dans la machine de la ;
- la est une vue schématique un poste de flocage pour l’unité d’impression de la ;
- la et une vue d’un fil utilisé pour la fabrication des couches dans les unités de couche ;
- la représente une couche avec une pluralité de fils disposés parallèlement les uns aux autres ;
- la représente une superposition de couches entrecroisées ;
- la représente une superposition de couches avec des fibres déposées par flocage ;
- la est une vue en perspective de l’unité d’impression avec une pièce en cours de fabrication ;
- la est une vue en perspective d’une série de machines conforme à l’invention ;
- la est une vue en coupe d’une pièce fabriquée selon une variante du procédé.
- la
- la
- la
- la
- la
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Claims (16)
- Procédé de fabrication additive d’une pièce (41), selon lequel on fabrique la pièce (41) par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert (14) et on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert (14) sur la pièce (41) en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle (42) supportée par ledit support de transfert (14).
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, selon lequel le support de transfert (14) est métallique, en verre ou en borosilicate.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le support de transfert (14) est cylindrique ou en partie cylindrique.
- Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, selon lequel le support de transfert (14) est souple de manière à être rendu cylindrique ou avec une forme permettant un contact linéaire sur la pièce (41).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on dépose un flocage de fibres sur la couche individuelle (42) avant sa dépose sur la pièce (41).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on réalise un chauffage local de la zone de contact entre la pièce (41) et la couche individuelle (42) pour obtenir une fusion locale de la couche individuelle (42) et de la surface de la pièce (41) pour souder la couche individuelle (42) sur la pièce (41).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le support de transfert (14) est refroidi par l’intérieur pendant la phase de dépose de la couche pour permettre le décollement de la couche individuelle (42) du support de transfert (14).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel la couche individuelle (42) a une épaisseur comprise entre 0,05 et 3 mm, de préférence entre 0,05 et 1 mm.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel la matière thermoplastique de la couche préliminaire inclut une charge.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel la matière thermoplastique est choisie dans un groupe comprenant le PLA, le PEEK, l’ABS, le polyamide, le polyétherimide (PEI), le PETG et le PMMA.
- Machine de fabrication additive comportant un plateau (25) pour recevoir une pièce (41) construite par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’elle comprend une pluralité d’unités de couche (1), chaque unité de couche (1) étant prévue pour fabriquer une couche individuelle (42) de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur un support de transfert (14), une unité de préhension (3) pour transférer les supports de transfert (14) vers une unité d’impression (2), laquelle est configurée pour transférer lesdites couches individuelles (42) en appliquant successivement chaque support de transfert (14) sur la pièce (41) en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle (42).
- Machine selon la revendication 11, dans laquelle l’unité d’impression (2) comporte un barillet supportant certains des supports de transfert (14) pour les déplacer entre différents postes, dont au moins un poste d’entrée (30) pour recevoir le support de transfert (14) en provenance d’une unité de couche (1), un poste de sortie (28) pour stocker le support de transfert (14) à destination d’une unité de couche (1) et un poste de transfert dans lequel la couche individuelle (42) est déposée sur la pièce (41).
- Machine selon la revendication 12, dans laquelle le barillet comporte en outre en amont du poste de transfert un poste de flocage (29) configuré pour déposer un flocage de fibres sur la couche individuelle (42).
- Machine selon l’une des revendications 12 à 13, dans laquelle le barillet comporte un poste de nettoyage.
- Machine selon l’une des revendications 12 à 14, dans laquelle le barillet comporte un poste de contrôle.
- Machine selon l’une des revendications 11 à 15, dans laquelle la pluralité des unités de couche sont regroupées dans un ou plusieurs magasins (100).
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| US20190022937A1 (en) * | 2015-12-31 | 2019-01-24 | Evolve Additive Solutions, Inc. | Building with cylindrical layers in additive manufacturing |
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20120072006A1 (en) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | Synerdyne Corporation | System and method for rapid fabrication of arbitrary three-dimensional objects |
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