FR3130660A1 - Procédé de fabrication additive sur lit de poudre - Google Patents

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Abstract

Le présent document concerne un procédé de fabrication additive d’une pièce par dépôt successifs de couches de poudre, au sein d’une machine de fabrication (16) comportant une zone de préparation (18) d’au moins une couche et une zone de consolidation (20) de la poudre, décalées l’une par rapport à l’autre, ledit procédé comportant les étapes suivantes : préparer au moins une couche comportant au moins deux zones remplies d’au moins deux poudres différentes, par exemple de matériaux et/ou de granulométries différentes, dans ladite zone de préparation (18),déplacer la couche ainsi préparée dans la zone de consolidation (20),déposer ladite couche préparée sur un support de fabrication (22) ou sur une partie déjà consolidée de ladite pièce,consolider au moins une partie de ladite couche, par exemple par frittage ou fusion, ou par ajout d’un liant. Figure de l’abrégé : Figure 2

Description

Procédé de fabrication additive sur lit de poudre
La présente divulgation relève du domaine de la fabrication additive sur lit de poudre tels qu’un procédé de fusion sélective par laser ou « Laser Beam Melting » (LBM) en anglais, par un faisceau d’électrons ou « Electron Beam Melting » (EBM) en anglais ou par jet de liant, aussi appelé « Binder Jetting » en anglais.
Le présent document s’inscrit dans le cadre d’une amélioration des procédés de fabrication additive sur lit de poudre. Parmi ces procédés, on retrouve un procédé de fusion sélective par laser ou « Laser Beam Melting » (LBM) en anglais, un procédé dans lequel un faisceau laser est remplacé par un faisceau d’électrons ou « Electron Beam Melting » (EBM) en anglais, ou encore un procédé fonctionnant par apport local de liant configuré pour mettre en forme une pièce dite « verte » qui est ensuite frittée par traitement thermique.
La représente une installation de fusion sélective de poudre utilisée pour la fabrication de pièces telles que par exemple des aubes de turbomachine. Cette installation comporte un réservoir 1 contenant une poudre métallique 2 et dont le fond 3 est mobile et déplaçable en translation verticale par une tige 4 d’un vérin, et une cuve voisine 5 dont le fond est constitué par un plateau mobile 6, également déplaçable en translation verticale par une tige 7 d’un vérin.
L’installation comporte en outre un racleur 8 permettant d’amener de la poudre du réservoir 1 vers la cuve 5, par déplacement dans un plan horizontal A, et des moyens de génération 9 d’un faisceau laser, couplés à un dispositif 10 commandé par ordinateur pour orienter et déplacer le faisceau 11. Un bac de réception 12 de la poudre excédentaire 13, adjacent à la cuve 5, peut également être prévu. Ce bac de réception 12 de la poudre excédentaire 13 peut être remplacé par un système de recyclage interne et automatisé.
Le fonctionnement de cette installation est le suivant.
Tout d’abord, le fond 3 du réservoir 1 est déplacé vers le haut de manière à ce qu’une certaine quantité de poudre 2 soit située au-dessus du plan horizontal A. Le racleur 8 est déplacé de la gauche vers la droite, de manière à racler ladite couche de poudre 2 dans le réservoir 1 et déposer une couche mince de poudre métallique sur la surface plane horizontale du plateau 6.
La quantité de poudre 2 et la position du plateau 6 sont déterminées de façon à former une couche de poudre d’une épaisseur choisie et constante.
Un faisceau laser 11, perpendiculaire au plan A, balaye une zone déterminée de la couche de poudre formée dans la cuve 5, de manière à la faire fondre localement, l’ensemble étant contenu dans une enceinte remplie d’un gaz inerte. Les zones fondues se solidifient ensuite en formant une première couche de matière 14, cette couche ayant par exemple une épaisseur de l’ordre de 10 à 150 µm.
Ces étapes sont ensuite répétées pour former successivement les différentes couches de la pièce.
Les procédés précités consistent ainsi à étaler de fines couches de poudre et à venir consolider des parties de ces couches les unes sur les autres pour former des pièces tridimensionnelles. Le racleur peut être rigide ou comporter une partie souple, par exemple en silicone, destinée à être en contact avec la poudre. En variante, le racleur peut être formé par une brosse.
Dans ces procédés de l’art antérieur, chaque couche est constituée d’un seul type de poudre, étalée de façon homogène. Ces procédés ne prévoient pas de pouvoir utiliser des poudres de nature différente. Par nature différente ou type différent, on entend à la fois de composition chimique différente mais aussi de distribution granulométrique différente.
Il existe aujourd’hui un besoin de pouvoir réaliser des pièces comportant des zones de natures différentes ou possédant des propriétés chimiques et/ou mécaniques et/ou électriques et/ou microstructurales différentes. Par ailleurs, il est relativement compliqué de maintenir l’inertage de l’enceinte. L’inertage d’une chambre volumineuse est coûteux et lent. Enfin, d’éventuelles contraintes résiduelles dans la matière précédemment consolidée peuvent générer des déformations du lit de poudre. Ces déformations peuvent générer des accros du racleur lors de son déplacement, voire des interruptions de raclage.
Résumé
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Le présent document concerne un procédé de fabrication additive d’une pièce par dépôt successifs de couches de poudre, au sein d’une machine de fabrication comportant une zone de préparation d’au moins une couche et une zone de consolidation de la poudre, décalées l’une par rapport à l’autre, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
  1. préparer au moins une couche comportant au moins deux zones remplies d’au moins deux poudres différentes, par exemple de matériaux et/ou de granulométries différentes, dans ladite zone de préparation,
  2. déplacer la couche ainsi préparée dans la zone de consolidation,
  3. déposer ladite couche préparée sur un support de fabrication ou sur une partie déjà consolidée de ladite pièce,
  4. consolider au moins une partie de ladite couche, par exemple par frittage ou fusion, ou par ajout d’un liant.
Ce procédé permet de réaliser de façon simple et fiable une pièce réalisée à partir d’au moins deux poudres de natures différentes.
L’utilisation d’une zone de préparation et d’une zone de consolidation distinctes permet de réduire le temps de fabrication des pièces. En effet, les tâches réalisées dans ces zones sont exécutées en parallèle, en temps masqué.
Ce procédé permet également de limiter les problèmes d’encombrement et donc d’inertage de la zone de consolidation. Par ailleurs, il n’est pas nécessaire d’utiliser un système complexe comportant un racleur pouvant accrocher d’éventuels défauts des couches déjà formées.
Les étapes (a) à (d) peuvent être successivement répétées plusieurs fois de manière à former plusieurs couches de la pièce, superposées les unes sur les autres.
Il est ainsi possible de former progressivement la pièce couche par couche, en répétant les étapes précitées.
Un gaz inerte peut être ajouté dans la zone de consolidation, au moins lors de l’étape d).
Le gaz inerte peut être de l’argon ou de l’azote.
Lors de l’étape (a), les différents types de poudre peuvent être déposées dans des cellules distinctes d’un plateau, ladite couche étant préparée dans ledit plateau, ledit plateau étant déplacé dans la zone de consolidation lors de l’étape (b).
Les cellules peuvent être aptes à être remplies séparément les unes des autres, par exemple par l’intermédiaire d’au moins une buse et/ou d’au moins une trémie.
Les cellules peuvent être arrangées en lignes et en colonnes.
Le plateau peut être équipé d’un fond amovible, au moins en partie, ledit fond venant obturer les cellules lors des étapes (a) et (b), ledit fond étant déplacé de manière à libérer les cellules lors de l’étape c) et permettre le dégagement de la poudre contenue dans lesdites cellules libérées, par gravité.
Le fond peut être déplacé par translation, par exemple le long d’un axe horizontal, ou par rotation autour d’un axe, par exemple un axe vertical.
Lors de l’étape a), au moins une première zone peut être remplie d’une première poudre à l’aide d’une première buse et au moins une seconde zone peut être remplie d’une seconde poudre à l’aide d’une seconde buse.
Bien entendu, il est possible d’utiliser plus de deux buses, destinées à déposer plus de deux types de poudres différents.
A l’étape a), au moins une première zone peut être remplie d’une première poudre à l’aide d’une première trémie et au moins une seconde zone peut être remplie d’une seconde poudre à l’aide d’une seconde trémie.
Chaque trémie peut comporter plusieurs zones aptes à s’ouvrir ou à se fermer indépendamment l’une de l’autre.
Chaque trémie peut par exemple comporter des obturateurs aptes à libérer sélectivement la poudre d’une zone et/ou d’une autre zone de la trémie.
La trémie peut être déplacée en regard d’un plateau comportant des cellules distinctes les unes des autres, chaque zone s’étendant en regard d’une cellule ou d’un groupe de cellules du plateau de façon à pouvoir alimenter en poudre sélectivement chaque cellule ou chaque groupe de cellules.
La consolidation d’au moins une couche (étape d) peut être réalisée au moins en partie simultanément à la préparation (étape a) d’une couche ultérieure, ou couche supérieure.
Le présent document concerne également une machine de fabrication comportant une zone de préparation d’au moins une couche et une zone de consolidation d’une poudre, décalées l’une par rapport à l’autre, au moins un plateau comportant au moins deux zones destinées à être remplies de poudres différentes, des moyens de déplacement aptes à déplacer ledit plateau entre la zone de préparation et la zone de consolidation, et des moyens d’ouverture desdites zones destinées à être remplies de poudre aptes à libérer par gravité la poudre contenue dans lesdites zones.
Les moyens d’ouverture peuvent être formés par un fond amovible, par exemple un fond déplaçable en translation. Bien entendu, d’autres moyens d’ouverture peuvent être utilisés.
Le plateau peut comporter une grille comprenant des cellules distinctes les unes des autres.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
représente une machine de fabrication additive de l’art antérieur.
représente une machine de fabrication additive comportant des buses, selon le présent document.
est une vue de détail de la , illustrant une étape dans laquelle le plateau a été déplacé dans la zone de préparation.
est une vue correspondant à la , illustrant une étape dans laquelle le plateau est déplacé dans la zone de consolidation.
est une vue correspondant à la , illustrant une étape dans laquelle le fond est déplacé en translation par rapport à la grille du plateau, vers la zone de préparation.
est une vue correspondant à la , illustrant une étape dans laquelle la grille est également déplacée vers la zone de préparation.
représente une machine de fabrication additive comportant des trémies, selon le présent document.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication additive d’une pièce par dépôt successifs de couches de poudre, au sein d’une machine de fabrication (16) comportant une zone de préparation (18) d’au moins une couche et une zone de consolidation (20) de la poudre, décalées l’une par rapport à l’autre, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
    1. préparer au moins une couche comportant au moins deux zones remplies d’au moins deux poudres différentes, par exemple de matériaux et/ou de granulométries différentes, dans ladite zone de préparation (18),
    2. déplacer la couche ainsi préparée dans la zone de consolidation (20),
    3. déposer ladite couche préparée sur un support de fabrication (22) ou sur une partie déjà consolidée de ladite pièce,
    4. consolider au moins une partie de ladite couche, par exemple par frittage ou fusion, ou par ajout d’un liant.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes (a) à (d) sont successivement répétées plusieurs fois de manière à former plusieurs couches de la pièce, superposées les unes sur les autres.
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un gaz inerte est ajouté dans la zone de consolidation (20), au moins lors de l’étape d).
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l’étape (a), les différents types de poudre sont déposées dans des cellules (30) distinctes d’un plateau (24), ladite couche étant préparée dans ledit plateau (24), ledit plateau (24) étant déplacé dans la zone de consolidation (20) lors de l’étape (b).
  5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le plateau (24) est équipé d’un fond (28) amovible, au moins en partie, ledit fond (28) venant obturer les cellules (30) lors des étapes (a) et (b), ledit fond (28) étant déplacé de manière à libérer les cellules (30) lors de l’étape c) et permettre le dégagement de la poudre contenue dans lesdites cellules (30) libérées, par gravité.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l’étape a), au moins une première zone est remplie d’une première poudre à l’aide d’une première buse (32) et au moins une seconde zone est remplie d’une seconde poudre à l’aide d’une seconde buse (34).
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel à l’étape a), au moins une première zone est remplie d’une première poudre à l’aide d’une première trémie (38) et au moins une seconde zone est remplie d’une seconde poudre à l’aide d’une seconde trémie (40).
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque trémie (38,40) comporte plusieurs zones aptes à s’ouvrir ou à se fermer indépendamment l’une de l’autre.
  9. Machine de fabrication comportant une zone de préparation (18) d’au moins une couche et une zone de consolidation (20) d’une poudre, décalées l’une par rapport à l’autre, au moins un plateau (24) comportant au moins deux zones destinées à être remplies de poudres différentes, des moyens de déplacement aptes à déplacer ledit plateau (24) entre la zone de préparation (18) et la zone de consolidation (20), et des moyens d’ouverture desdites zones destinées à être remplies de poudre aptes à libérer par gravité la poudre contenue dans lesdites zones.
  10. Machine selon la revendication 9, dans lequel le plateau comporte une grille (26) comprenant des cellules (30) distinctes les unes des autres.
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