FR3131245A1 - Machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, comprenant une enceinte (10) comprenant une paroi de séparation (23) agencée de sorte à séparer une chambre supérieure (20) et une chambre inférieure (30), et un actionneur (31) disposé dans la chambre inférieure,des moyens de dépôt d’une matière en poudre, etun dispositif de consolidation (80) permettant de consolider de manière sélective chaque couche de poudre. La chambre supérieure comprend une ouverture (21) pour le passage d’une chemise de fabrication comportant un plateau de fabrication (47), et la machine comprend un système de transfert (91) configuré pour transférer la chemise de fabrication d’une position de fabrication vers l’ouverture, le système de transfert étant également configuré pour transférer ladite chemise de fabrication de l’ouverture vers la position de fabrication. Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre
La présente invention concerne la fabrication additive par dépôt de lit de poudre et notamment la fabrication additive métallique.
Elle propose plus particulièrement une machine de fabrication par lit de poudre avec un système de déchargement amélioré.
 Etat de la technique
La représente une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre connue. Cette machine de fabrication additive comprend une enceinte de fabrication 10 et un dispositif 80 de consolidation sélective des couches de poudre. Ce dispositif de consolidation est par exemple un laser ou une source d’électrons dans le cas d’une poudre métallique à fusionner, ou un jet de liant dans le cas d’une poudre.
La couche de poudre de fabrication additive est déposée à l'intérieur de l'enceinte de fabrication 10, sur une surface de réception de poudre horizontale 61 située dans une zone de travail définie par une chemise de fabrication 400 et un plateau de fabrication mobile 47. La chemise de fabrication 400 est maintenue par un plan de travail 62 et s’étend verticalement sous ledit plan de travail 62. La chemise 400 débouche dans le plan de travail 62. Le plateau de fabrication 47 coulisse le long d’un axe vertical (Z) à l’intérieur de la chemise de fabrication 400 sous l’effet d’un actionneur 31. La machine comprend en outre un dispositif de distribution de poudre (non représenté), permettant de déposer une poudre 70 couche par couche sur la zone de travail à l’intérieur de la chemise 400. Ensuite, la poudre 70 est consolidée de manière sélective sur la surface de réception de poudre 61 par le dispositif de consolidation 80.
En début de fabrication, l’actionneur 31 est totalement déployé et la surface supérieure du plateau de fabrication 47 se situe dans le plan de travail 62. Pendant la fabrication, les couches sont déposées successivement sur le plateau 47, et ledit plateau 47 est baissé entre les étapes de dépôt des couches successives, de sorte que la couche déposée en dernier est disposée sur la surface de réception de poudre 61 à tout moment de la fabrication. En fin de fabrication, le plateau de fabrication 47 se situe au fond de la chemise de fabrication 400 et la chemise 400 contient un ou plusieurs objets 75 fabriqués pendant le procédé, entourés d’une grande quantité de poudre 70 non consolidée issue des zones des couches de poudre 70 ne correspondant pas à une section du ou des objets 75 à fabriquer. De plus, les objets 75 peuvent aussi contenir une grande quantité de poudre 70 non consolidée issue des zones creuses des objets 75 à fabriquer.
Après l’étape de fabrication, on procède au déchargement de la chemise, c’est-à-dire à l’aspiration de la poudre non consolidée et l’extraction de la ou les pièces 75 fabriquées. La machine de fabrication additive comprend typiquement une porte permettant l’ouverture de l’enceinte 10 de fabrication et l’accès par un opérateur d’une part à la chemise contenant les objets fabriqués et d’autre part à la poudre non-consolidée.
En particulier, pour les procédés dans lesquels la consolidation est effectuée par fusion par une source d’énergie telle qu’un faisceau de laser ou un faisceau d’électrons, la température à l’intérieur de la chemise peut atteindre des valeurs entre 200°C et 500°C. Cependant, selon les normes en vigueur et afin de protéger l’opérateur et de minimiser le risque de brulure ou d’explosion, la température à l’intérieur de la chemise ne doit pas excéder 60°C pour l’ouverture de l’enceinte 10 et le déchargement de la chemise. Cela impose plusieurs heures de refroidissement du contenu de la chemise en fin de procédé et avant le déchargement, pendant lesquelles la machine de fabrication est inactive. Le temps d’attente pour le refroidissement de la poudre et la ou les pièces 75 fabriquées entraine donc une perte de productivité considérable. En outre, l’ouverture de la machine pour l’extraction de la chemise entraine une rupture de l’atmosphère inerte présente dans la machine.
On peut envisager d’extraire la chemise de la machine à fabrication additive avant le refroidissement. Le document EP 1 194 281 propose un système de déchargement de la chemise contenant la pièce fabriquée et la poudre non consolidée dans la zone inférieure de la machine, c’est-à-dire en-dessous du plan de travail. Un tel système est complexe et difficile à réaliser en raison de l’encombrement important de l’actionneur qui déplace le plateau de fabrication dans la chemise. Par ailleurs, avec un tel système, il existe un risque d’introduire de la poudre dans la zone inférieure de la machine, ce que l’on cherche généralement à éviter.
Une autre solution possible est le déchargement des objets fabriqués et de la poudre non consolidée sans sortir la chemise de la machine de fabrication additive. Les documents US 2015 0239177 et WO2017/191250 divulguent une évacuation des objets fabriqués et de la poudre non consolidée à l’intérieur d’un conteneur. Dans ces dispositifs, la chemise de fabrication est conservée à l’intérieur de l’enceinte et est non démontable. Cela implique un transfert des objets fabriqués et de la poudre non consolidée vers le conteneur, ce qui est une opération complexe dans la mesure où il est nécessaire d’assurer une étanchéité à la poudre entre la chemise et le conteneur.
Un but de l’invention est de proposer une solution simple et facile à mettre en œuvre permettant un déchargement sans attendre le refroidissement de la pièce fabriquée et de la poudre non consolidée qui l’entoure.
Un autre but encore est de proposer une solution qui permette un tel déchargement, sans introduction de poudre dans des parties de la machine difficiles à nettoyer.
A cet objectif, l’invention propose une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, comprenant
  • une enceinte comprenant une paroi de séparation agencée de manière horizontale de sorte à séparer une chambre supérieure s’étendant au-dessus de la paroi de séparation et une chambre inférieure s’étendant au-dessous de la paroi de séparation, et
  • un actionneur disposé le long d’un axe vertical dans la chambre inférieure,
  • des moyens de dépôt d’une matière en poudre adapté pour déposer au moins une couche de poudre au-dessus d’un plateau de fabrication, et
  • un dispositif de consolidation permettant de consolider de manière sélective chaque couche de poudre déposée au-dessus du plateau de fabrication,
ladite machine étant configurée pour recevoir une chemise de fabrication comportant un plateau de fabrication dans une position de fabrication dans laquelle la chemise de fabrication s’étend sous la paroi de séparation dans la chambre inférieure, le plateau de fabrication étant mobile en translation le long de l’axe vertical à l’intérieur de la chemise de fabrication sous l’effet de l’actionneur, ladite chemise et ledit plateau de fabrication définissant une zone de travail,
ladite machine étant caractérisée en ce que la chambre supérieure comprend une ouverture pour le passage d’une chemise de fabrication comportant un plateau de fabrication, et en ce que la machine comprend un système de transfert configuré pour transférer la chemise de fabrication de la position de fabrication vers l’ouverture, et le système de transfert étant également configuré pour transférer ladite chemise de fabrication de l’ouverture vers la position de fabrication dans la chambre supérieure.
De préférence, la chemise comprend des moyens de retenue du plateau de fabrication dans la chemise. De manière avantageuse, les moyens de retenue comprennent un rebord intérieur présent en partie basse de la chemise.
De préférence, la machine comprend en outre des moyens d’ancrage et/ou de mise en référence configurés pour maintenir et/ou ajuster la chemise dans la position de fabrication par rapport à la paroi de séparation.
De manière avantageuse, la machine comprend en outre des moyens de verrouillage apte à maintenir et à libérer le plateau de fabrication par rapport à l’actionneur.
Dans certains modes de réalisation, la machine est configurée pour recevoir une chemise fermée par un couvercle étanche au gaz inerte, ladite machine comprenant un dispositif de manipulation de couvercle configuré pour ouvrir un accès à la zone de travail en position de fabrication, et pour fermer la chemise de manière étanche au gaz inerte lors de son transfert de la position de fabrication vers l’ouverture.
De manière avantageuse, la machine de fabrication additive comprend en outre au moins un joint étanche à la poudre, agencé entre la chemise et la paroi de séparation et/ou entre la chemise et le plateau de fabrication.
L’invention concerne également une station de fabrication additive comprenant une machine telle que décrit ci-dessus et au moins une navette de transfert raccordable à l’ouverture de la chambre supérieure de la machine et apte à transporter une chemise de fabrication comportant un plateau de fabrication.
L’invention se rapporte aussi à un procédé de fabrication additive comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une machine de fabrication additive tel que décrit ci-dessus :
  • la mise à disposition d’une chemise de fabrication comportant un plateau de fabrication via l’ouverture prévue dans la chambre supérieure,
  • le transfert de ladite chemise vers, une position de fabrication dans laquelle ladite chemise s’étend sous la paroi de séparation dans la chambre inférieure,
  • le dépôt et la consolidation d’au moins une couche de poudre à l’intérieur de la chemise
  • le transfert de ladite chemise de la position de fabrication vers l’ouverture,
  • la sortie de la chemise de la chambre supérieure de la machine de fabrication.
De préférence, le procédé comprend en outre une étape de transfert de ladite chemise et du plateau de fabrication de la chambre supérieure de la machine vers une navette de transfert.
Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape d’assemblage d’une chemise de fabrication et d’un plateau de fabrication dans une station externe à la machine de fabrication additive.
 Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La est une vue schématique d’une machine fabrication additive par dépôt de lit de poudre connue.
La est une vue schématique en coupe d’une machine fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’invention et d’une navette de transfert, lors du chargement d’une chemise.
La est une vue schématique en coupe d’une machine fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’invention et d’une navette de transfert pendant un procédé de fabrication additive.
La est une vue schématique en coupe d’une machine fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’invention et d’une navette de transfert, lors du déchargement d’une chemise.
Description détaillée de modes de réalisation
Disposition générale
En référence à la , la machine 1 de fabrication additive comprend une enceinte 10 de fabrication comprenant une chambre supérieure 20 et une chambre inférieure 30, et une paroi de séparation 23 agencée entre lesdites chambres 20, 30 et qui forme un plan de travail 62. L'enceinte 10 peut par exemple être réalisée en tôles et comprend une ou plusieurs portes pour l’accès à ses différentes chambres. Avantageusement, l’enceinte est sous atmosphère contrôlée ou inerte, par exemple remplie d’un gaz inerte tel que du diazote ou de l’Argon.
La chambre supérieure 20 comprend des moyens de dépôt d’une matière en poudre qui dépose la poudre couche par couche. Par exemple, ces moyens de dépôt de couches de poudres comprennent un ou plusieurs dispositifs de distribution de poudre 25 et un dispositif d’étalement de poudre 26 qui peut prendre la forme d’une raclette ou un rouleau. La poudre constitue la matière de départ pour un ou plusieurs objets à fabriquer. Typiquement, la poudre est une poudre de métal, par exemple en acier, ou un alliage métallique, par exemple à base de nickel, de cobalt, de titane, de cuivre ou d'aluminium. Dans certains cas, la poudre peut être en céramique, un composé intermétallique, ou un polymère ou un autre matériau composite. Les grains présentent, par exemple, un diamètre entre 5 et 100 µm. Dans certains cas, la poudre est une poudre en céramique ou en plastique. La chambre 20 de fabrication peut comporter également un réceptacle ou un autre dispositif destiné à recevoir un excès de poudre au cours d’un procédé de fabrication additive.
La chambre supérieure 20 comprend en outre un dispositif de consolidation 80 de poudre. De manière illustrative et non limitative, le dispositif de consolidation 80 est une source laser ou une source générant un faisceau d’électrons. Le dispositif de consolidation 80 peut être un autre dispositif adapté pour chauffer localement la poudre. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de consolidation 80 est un dispositif de distribution de liant. Le dispositif de consolidation 80 peut être agencé à l’intérieur de la chambre supérieure 20. Dans certains cas, le dispositif de consolidation 80 est agencé à l’extérieur de la chambre supérieure 20, et la chambre supérieure 20 comprend un passage tel qu’une fenêtre ou un orifice 180 configuré pour le passage d’un moyen de consolidation, par exemple un faisceau laser ou un faisceau d’électrons ou un jet de liant.
La chambre supérieure 20 comprend en outre une ouverture 21 formant un passage pour une chemise de fabrication 40 et sur laquelle une navette de transfert 50 peut être raccordée. De préférence, le raccord entre la chambre supérieure 20 et une telle navette de transfert 50 est étanche aux poudres et/ou aux gaz par rapport à l’extérieur de l’enceinte et la navette de transfert 50. Lorsqu’aucune navette 50 est raccordée à l’ouverture 21, ladite ouverture 21 peut être fermée de manière étanche à la poudre et/ou un gaz, par exemple par un couvercle ou une trappe coulissante 48 comprenant un joint. La chambre supérieure 20 comprend en outre un système de transfert 91 configuré pour le transfert d’une chemise de fabrication 40 entre une position de fabrication décrite ultérieurement et l’ouverture 21. De manière non limitative, un tel système de transfert 91 peut être un système de rails inférieurs, latéraux et/ou supérieurs, une ou plusieurs rainures, un système de transport par câble, ou une combinaison de plusieurs desdites systèmes de transfert.
La paroi de séparation 23 comprend un orifice 230 apte à recevoir une chemise 40 dans laquelle est agencé un plateau de fabrication 47. La paroi de séparation 23 peut être réalisée en métal ou en céramique ou un autre matériau adapté pour supporter une chemise de fabrication 40 et les températures de l’enceinte. De préférence, la paroi 23 est étanche à la poudre à l’exception de l’orifice 230.
La paroi 23 est par exemple étanche aux gaz et la chemise de fabrication 40 peut comprendre un joint 44 étanche aux poudres et/ou à un gaz lorsqu’une chemise 40 est insérée dans l’orifice 230. Un tel joint peut par exemple être un joint statique du type o-ring.
Le plateau de fabrication 47 est destiné à se déplacer axialement dans la chemise 40 au cours de la fabrication, tandis que la chemise 40 demeure immobile dans l’orifice 230 et par rapport à la paroi 23 au cours de la fabrication La chemise 40 peut être réalisée en tôle et le plateau de fabrication 47 peut, par exemple, être réalisée en métal ou en céramique. Pour coulisser dans la chemise 40, le plateau de fabrication 47 peut être monté sur un support de guidage annulaire 45 lui-même monté dans la chemise 40.
La chemise 40 peut être essentiellement parallélépipédique, en forme de cube ou de cylindre, ou présenter une autre géométrie adaptée aux objets à fabriquer. La chemise 40 définit avec le plateau 47 un volume de fabrication avec une étendue horizontale et verticale. Quand la chemise 40 est insérée dans l’orifice 230 de la paroi de séparation 23, la chemise 40 s’étend sous la paroi de séparation 23 dans la chambre inférieure 30. La chemise 40 comprend en outre des éléments aptes à connecter la chemise 40 au système de transfert 91. La chemise 40 peut comporter un couvercle ou une trappe coulissante 48 qui peut être retiré ou ouvert, par exemple en le rabattant. Dans ce cas, le couvercle ou la trappe coulissante 48 est de préférence étanche aux poudres et/ou aux gaz. De manière avantageuse, la chemise 40 présente un rebord extérieur 49 qui est accroché à l'orifice 230 et qui s'étend au-dessus de celui-ci. Le rebord extérieur 49 peut comprendre un ou plusieurs joints 44 qui viennent en contact avec la paroi de séparation 23, de manière à réaliser une liaison étanche aux gaz et/ou aux poudres. Un tel joint 44 peut par exemple être un joint statique du type o-ring.
De manière avantageuse, la chemise 40 et/ou la paroi 23 comprennent des moyens complémentaires d’ancrage et/ou de mise en référence. Par exemple, des pions 46 portés par le rebord extérieur 49 de la chemise 40 coopèrent avec des trous complémentaires de référence ménagés sur la paroi 23. Ces moyens d’ancrage/et ou de mise en référence maintiennent la chemise 40 dans une position de fabrication lorsque ladite chemise est mise en place dans l’orifice 230. D’autres moyens peuvent être envisagés en variante ou en complément pour assurer l’ancrage et la mise en référence, par exemple :
  • pour la mise en référence, une butée ou une tige de positionnement, un système optique ou un système électronique comprenant un capteur de position.
  • Pour l’ancrage, des éléments de fixation aptes à verrouiller la chemise 40 dans sa position de fabrication, tels que des vis ou ou des leviers de verrouillage, ou un système automatique de verrouillage à vérin ou à point zéro.
Le plateau de fabrication 47 est agencé horizontalement à l’intérieur de la chemise 40 et mobile en translation à l’intérieur de la chemise 40 sous l’effet d’un actionneur 31. Le plateau 47 est destiné à recevoir les différentes couches de poudre successives et à soutenir une pièce 75 lors de sa fabrication. Le plateau de fabrication 47 peut être de forme circulaire, rectangulaire, carré ou autre selon la géométrie horizontale de la chemise 40. De préférence, un ou plusieurs joints 43 sont agencés entre la chemise 40 et le plateau de fabrication 47, de manière à réaliser une transition étanche aux gaz et/ou aux poudres. Un tel joint 43 peut par exemple être un joint dynamique en tresse de kevlar. Un tel joint 43 peut par exemple être installé entre le support annulaire 45 et la chemise 40. La chemise 40 et le plateau de fabrication 47 permettent de conserver une pièce fabriquée 75 et la poudre non solidifiée qui l'entoure sur le plateau 47 dans un volume prédéfini.
La chambre inférieure 30 comprend un actionneur linéaire 31 configuré pour provoquer un mouvement de translation du plateau de fabrication 47 en direction verticale. Par « vertical » on entend dans le présent texte, comme communément admis, selon la direction de la pesanteur. Par « horizontal », on entend perpendiculairement à la verticale. La description de la machine 1 de fabrication additive est faite en supposant que la paroi de séparation 23 s’étend dans un plan horizontal, comme représenté sur les figures 2 à 4.
Par actionneur, on entend un mécanisme contrôlé électroniquement et/ou pneumatiquement, capable de produire un mouvement de translation relatif entre les deux entités qu'il relie, en particulier un actionneur linéaire capable de créer un mouvement linéaire. L’actionneur 31 est ainsi typiquement de type vérin, avec une partie principale fixe, souvent tubulaire dans lequel une pièce mobile est mobile en translation sur commande. Le vérin peut être purement électromécanique, par exemple à mécanisme vis-écrou, pneumatique, hydraulique ou tout autre type de technologies définies en fonction des caractéristiques d'effort, de vitesse, de course, de forme, de poids, et surtout de précision de positionnement, propres au domaine de la fabrication additive. L'homme du métier comprendra que l'invention n'est pas limitée aux vérins, et que le ou les actionneurs 31 pourront utiliser d'autres technologies, et être par exemple des vis à billes ou des vis sans fin. De préférence, la machine de fabrication additive comprend en outre des moyens de verrouillage, par exemple des moyens d’encliquetage mécaniques, aptes à maintenir et à libérer un plateau de fabrication 47 par rapport à la tête de l’actionneur 31.
De préférence, la chambre inférieure 30 est exempte de poudre. Ainsi, on élimine tout risque de contamination ou endommagement du mécanisme électronique, hydraulique et mécanique de l’actionneur 31 dû à la présence de poudre.
La machine 1 de fabrication additive présente une surface de réception de poudre horizontale 61 dans laquelle la consolidation de la matière est effectuée. Quand le moyen de consolidation est un faisceau laser ou un faisceau d’électrons, la surface de réception de poudre horizontale 61 se situe de préférence dans le plan focal dudit faisceau. Le plan de fabrication est fixe en direction verticale par rapport à la paroi de séparation 23 et peut être en-dessus, en-dessous ou au même niveau que ladite paroi 23. Dans le plan de fabrication, la chemise 40 de fabrication définit une zone de travail dans laquelle le procédé de fabrication additive est effectué.
La navette de transfert 50 est un conteneur apte à recevoir au moins une chemise 40 de fabrication additive avec un plateau 47. La navette 50 comprend au moins une ouverture 51 par laquelle une chemise peut être chargée et déchargée. L’ouverture 51 peut être fermée, par exemple par un couvercle ou une trappe coulissante. Dans certains cas, la navette 50 peut comprendre deux ou plusieurs ouvertures différentes, par exemple une première ouverture apte à être raccordée à une machine de fabrication additive, une deuxième ouverture apte à être raccordée à une station de refroidissement, et/ou une troisième ouverture apte à être raccordée à une station de dépoudrage ou de stockage. La navette de transfert 50 peut comporter des ouvertures similaires ou différentes de plusieurs côtés, permettant par exemple de la raccorder successivement à plusieurs machines ou stations agencées face-à-face
La navette de transfert 50 est de préférence mobile sur un système de transport automatique ou manuel tel qu’un système de rails ou un chariot ou un autre support mobile faisant partie d’une installation de fabrication additive. Ainsi, on peut agencer la navette de transfert 50 de sorte que l’ouverture 51 de la navette 50 est face à l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20 de la machine 1 de fabrication additive. La navette de transfert 50 peut, par le même système de transport, être transportée vers une station de de refroidissement et/ou de stockage et/ou de dépoudrage.
De manière avantageuse, la navette 50 et/ou la chambre supérieure 20 comporte un dispositif pour raccorder l’ouverture 51 de la navette de transfert 50 et l’ouverture 21 de la chambre supérieure. Un tel dispositif de raccordement peut, par exemple, comprendre un joint et des brides, des œillets, des éléments à visser, ou une fermeture à baïonnette. De préférence, le raccordement est en outre étanche aux poudres et/ou aux gaz, par exemple un utilisant un joint statique tel qu’un o-ring. Le raccordement peut être effectué de manière manuelle ou automatisée.
La navette de transfert 50 peut comprendre en outre un système de transfert 90 configuré pour transférer une chemise de fabrication 40 entre une position fixe à l’intérieur de la navette de transfert 50 et le passage formé par l’ouverture 51 de ladite navette. De manière non limitative, un tel système de transfert 90 peut comprendre un dispositif de guidage tel qu’un système de rails sur lequel coulissent des galets que comporte la chemise 40 de fabrication. Ces galets peuvent être entrainés par un ou plusieurs moteurs.
Ces rails peuvent être inférieurs, latéraux et/ou supérieurs. En variante ou en complément, le système de transfert 90 peut comporter un entrainement par câble. De manière avantageuse, ce système de transfert de chemise 90 peut être raccordé au système de transfert de chemise 91 dans la chambre supérieure 20 de la machine de fabrication additive 1 tel que décrit ci-dessus.
La navette de transfert peut en outre comporter des moyens de maintien d’une chemise dans une position fixe à l’intérieur de la navette, par exemple un support par le bas, une pince ou des moyens d'encliquetage. De préférence, lorsque la navette de transfert 50 comprend une chemise de fabrication 40 et est transportée vers la machine de fabrication 1 ou de la machine de fabrication 1 vers un autre endroit, la chemise 40 est maintenue dans une position fixe à l’intérieur de la navette de transfert 50.
Dans certains modes de réalisation, la navette 50 comporte un raccordement à une source de gaz inerte et éventuellement à une pompe, de sorte à remplir la navette 50 d’un gaz inerte. Dans ce cas, la navette de transfert 50 peut être fermée de manière étanche au gaz inerte. Typiquement, la chambre supérieure 20 de la machine de fabrication additive 1 comporte le même gaz inerte. De préférence, la navette de transfert 50 peut être raccordée à l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20 avant d’enlever le dispositif de fermeture de l’ouverture 51 de la navette de transfert, de sorte à maintenir le remplissage de gaz inerte dans la navette de transfert 50 et dans la chambre supérieure 20.
Dans certains modes de réalisation, la navette de transfert 50 peut être remplacée par un tunnel raccordé de manière permanente à l’ouverture 21 de l’enceinte supérieure. Dans d’autres modes de réalisation, le transfert peut s’effectuer de manière manuelle, sans utilisation d’une navette ou d’un tunnel.
Avantageusement, la chemise 40 comprend des moyens de retenue 52 du plateau de fabrication 47 dans la chemise 40. Par exemple, ces moyens de retenue 52 comprennent un rebord intérieur 53 présent en partie basse de la chemise 40.
Comme l’illustrent les figures 2 et 4, ces moyens de retenue 52 permettent de retenir le plateau de fabrication 47 dans sa position basse par rapport à la chemise 40 lors de son transfert de l’ouverture 21 vers la position de fabrication et inversement.
Fonctionnement du système
En référence à la , lorsque l’on commence un procédé de fabrication additive, on commence typiquement par le chargement de la chemise 40 comprenant un plateau de fabrication 47 vide dans la navette de transfert 50. Typiquement, on charge la chemise 40 par l’ouverture 51 de la navette 50 dans une station de chargement de chemise. Si la navette de transfert 50 comprend un système de transfert de chemise 90 comprenant un ou plusieurs moteurs et/ou un dispositif de guidage tel que des rails ou des rainures, on coulisse la chemise dans ledit système de transfert 90. Le cas échéant, on fixe la chemise 40 dans le système de maintien en position fixe. De manière optionnelle, lors du chargement dans la navette 50, la chemise 40 est sous gaz inerte, et fermée par un couvercle ou une trappe coulissante 48 étanche audit gaz. De manière alternative, on peut remplir la navette 50 avec un gaz inerte après le chargement de la chemise 40 dans la navette 50. Dans d’autres modes de réalisation, aucun gaz inerte est utilisé.
On transfère ensuite la navette de transfert 50 vers la machine de fabrication additive 1 et raccorde l’ouverture 51 de la navette 50 à l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20. De préférence, on effectue ce raccordement de manière étanche. Le cas échéant, on raccorde le système de transfert de chemise 90 de la navette de transfert 50 et le système de transfert de chemise 91 de la chambre supérieure 20.
Dans certains modes de réalisation, la chambre supérieure 20 est remplie de gaz inerte. Quand la navette de transfert 50 est remplie de gaz inerte, on raccorde la navette 50 en liaison fluidique avec la chambre supérieure 20. Quand la navette 50 ne comprend pas de gaz inerte et la chemise 40 est remplie de gaz inerte et fermée par un couvercle ou une trappe coulissante 48, on raccorde la navette 50 de sorte à former un passage pour la chemise 40 en évitant un échange fluidique entre la navette 50 et la chambre supérieure 20, par exemple par l’intermédiaire d’un sas sous gaz inerte ou sous vide. L’inertage de la chambre supérieure 20 permet d’éviter la contamination et la formation d’oxydes pendant le procédé de fabrication afin optimiser les propriétés mécaniques de la ou des pièces 75 à fabriquer. L’inertage permet en outre d’éviter un risque d’ignition en présence de la poudre et de l’oxygène.
Le cas échéant, on désactive le système de maintien de la chemise en position fixe. L’étape suivante consiste à transférer la chemise 40 de la navette de transfert 50 vers la chambre supérieure 20. A cet effet, on utilise le système de transfert 90 dans la navette de transfert 50 et le système de transfert 91 dans la chambre supérieure 20. De préférence, on commence par un transfert en direction horizontale de manière à placer la chemise 40 au-dessus de l’orifice 230 dans la paroi de séparation 23. On effectue ensuite un transfert de la chemise 40 en direction verticale de sorte à agencer la chemise 40 dans ledit orifice 230 dans une position de fabrication. L’ajustement dans la position de fabrication est effectué à l’aide des moyens de mise en référence 46. La chemise 40 peut être fixée dans la position de fabrication. Ensuite et en vue de lancer une fabrication, le plateau de fabrication 47 est positionné dans sa position la plus haute à l’intérieur de la chemise 40, la surface supérieure du plateau 47 étant par exemple alignée avec le bord supérieur de la chemise 40 et avec le plan de travail 62 et de la surface de réception de poudre 61. En fin de fabrication, le plateau de fabrication 47 peut se trouver dans sa position la plus basse à l’intérieur de la chemise 40, en butée contre le rebord intérieur de la chemise.
Dans d’autres modes de réalisation, la chemise 40 est chargée dans la chambre supérieure à partir d’un tunnel connecté de manière permanente à l’ouverture 21 de la chambre supérieure. De manière alternative, la chemise 40 est chargée de manière manuelle directement dans l’ouverture 21 de la chambre supérieure, par exemple à l’aide d’un outil d’aide à la manutention. On transfère ensuite la chemise 40 vers l’orifice 230 et vers sa position de fabrication et procède comme décrit pour le cas de l’utilisation d’une navette de transfert 50. Quand la chemise 40 comprend un couvercle ou une trappe coulissante 48, le couvercle ou la trappe coulissante 48 est retiré ou ouvert avant ou pendant ou après le transfert de la chemise 40 dans la chambre supérieure 20 par un dispositif de manipulation de couvercle, par exemple un système de pinces ou un ou plusieurs aimants.
La navette 50 peut être retirée de la chambre supérieure 20 ou rester raccordée pendant le procédé de fabrication additive. Quand la navette 50 est retirée, on ferme la chambre supérieure 20, de préférence de manière étanche aux poudres et/ou au gaz.
En référence à la , on peut ensuite commencer un procédé de fabrication additive d’une ou plusieurs pièces 75 dans la chemise 40. On dépose des couches de poudre de manière successive sur la surface de réception de poudre 61. On consolide la poudre, par exemple couche par couche ou par plusieurs couches, par exemple par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec le dispositif de consolidation 80. Au fur et à mesure de la fabrication des pièces 75, il est nécessaire que le plateau 47 diminue en altitude par rapport la surface de réception de poudre 61. En effet, la fabrication additive consiste en un ajout successif de couches de matière d'une pièce 75. Le plan de fabrication, de fusion de la poudre, reste inchangé tout au long du processus. Ainsi, le plateau 47 est déplacé en direction verticale vers la chambre inférieure 30 par l’actionneur 31 pour que seule la couche en cours de fabrication se situe dans le plan de la surface de réception de poudre 61.
Quand le procédé de fabrication additive est terminé, le plateau 47 se trouve au fond de la chemise 40, et la chemise 40 contient la ou les pièces 75 fabriquées immergées dans un lit de poudre 70 non consolidée. A ce stade, la température à l’intérieur de la chemise 40 est largement supérieure à la température ambiante à l’extérieur de la machine 1. Par exemple, lors d’un procédé de fabrication additive dans lequel le dispositif de consolidation 80 est une source laser ou une source d’électrons, la température à l’intérieur de la chemise 40 peut être comprise entre 200°C et 500°C.
On peut maintenant, le cas échéant, déverrouiller la chemise 40 de la position de fabrication et/ou refermer la chemise 40 avec le couvercle ou la trappe coulissante 48. Si la navette de transfert 50 a été enlevée pendant le procédé de fabrication, on raccorde une navette de transfert 50 à l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20. Ensuite, en référence à la , on transfère la chemise 40 de la position de fabrication vers l’ouverture 21 et la navette de transfert 50. De préférence, on commence par un transfert en direction verticale pour positionner la chemise 40 au niveau vertical de l’ouverture 21, et on effectue ensuite un transfert en direction horizontale vers la navette de transfert 50 et l’ouverture 21. Le cas échéant, on peut fermer la chemise 40 par un couvercle ou une trappe coulissante 48 au cours du transfert dans la navette 50. Le cas échéant, on fixe la chemise 40 dans une position fixe dans la navette de transfert 50.
On déconnecte ensuite la navette 50 de l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20. On peut par la suite fermer l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20 ou connecter une autre navette comprenant une chemise 40 vide à l’ouverture 21 de la chambre supérieure 20. Ainsi on peut directement commencer un nouveau procédé de fabrication additive en utilisant la chemise 40 vide.
La navette 50 comprenant la chemise 40 comportant les pièces 75 fabriquées dans un lit de poudre 70 peut être transférée dans une station de refroidissement et/ou de stockage et/ou de dépoudrage. Une telle station comprend au moins une ouverture et d’un système de transfert équivalent au système de transfert 91 dans la chambre supérieure 20. La chemise 40 peut être maintenue à l’intérieur de la navette de transfert 50 ou être transférée seule dans la station de refroidissement et/ou de dépoudrage.
La chemise 40 est conservée dans la station de refroidissement et/ou de dépoudrage jusqu’à ce qu’elle atteigne la température de déchargement qui est par exemple inférieure à 60°C. On peut maintenant décharger la chemise 40 en aspirant la poudre et en sortant les pièces 75 fabriquées en toute sécurité.
Ensemble de fabrication additive
Une station de fabrication additive peut comprendre une ou plusieurs machines de fabrication additive et une pluralité de chemises 40 et de navettes de transfert 50, ainsi qu’une station de refroidissement et/ou de stockage et/ou de dépoudrage. On peut donc équiper chaque machine d’une chemise vide dès qu’une chemise pleine est transférée de cette machine vers la navette de transfert 50. On peut ainsi effectuer une fabrication quasiment en continu, sans temps d’attente pour le refroidissement de la chemise avant le déchargement.
Les chemises 40 sont refroidies, par exemple dans la navette de transport ou dans une station de refroidissement et/ou de stockage et/ou de dépoudrage, avec un temps d’attente suffisamment long. Il n’est pas nécessaire d’optimiser le temps d’attente afin de libérer la machine de fabrication. Ainsi, on peut prévoir une marge de sécurité pour la température de refroidissement, évitant ainsi tout risque de brulure, incendie ou explosion.
La station de fabrication additive peut en outre comprendre une station de mise sous atmosphère inerte, externe aux machines de fabrication. Ainsi, les navettes de transfert 50 et/ou les chemises 40 sont mises sous atmosphère inerte dans une station commune pour toutes les machines de fabrication additive.
Du fait que le transfert de la chemise 40 est effectué en passant uniquement par la chambre supérieure 20 et la navette de transfert 50, il est possible de conserver la chambre inférieure 30 libre de poudre, évitant ainsi l’endommagement du mécanisme de l’actionneur 31 dans chaque machine. De plus, le déchargement de la chemise par la chambre supérieure 20 permet de conserver un agencement relativement simple de la chambre inférieure 30 de la machine de fabrication additive.

Claims (11)

  1. Machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, comprenant
    • une enceinte (10) comprenant une paroi de séparation (23) agencée de manière horizontale (23) de sorte à séparer une chambre supérieure (20) s’étendant au-dessus de la paroi de séparation (23) et une chambre inférieure (30) s’étendant au-dessous de la paroi de séparation (23), et
    • un actionneur (31) disposé le long d’un axe vertical (Z) dans la chambre inférieure (30),
    • des moyens de dépôt d’une matière en poudre adapté pour déposer au moins une couche de poudre au-dessus d’un plateau de fabrication (47), et
    • un dispositif de consolidation (80) permettant de consolider de manière sélective chaque couche de poudre déposée au-dessus du plateau de fabrication (47),
    ladite machine étant configurée pour recevoir une chemise (40) de fabrication comportant un plateau de fabrication dans une position de fabrication dans laquelle la chemise de fabrication (40) s’étend sous la paroi de séparation (23) dans la chambre inférieure (30), le plateau de fabrication (47) étant mobile en translation le long de l’axe vertical (Z) à l’intérieur de la chemise de fabrication (40) sous l’effet de l’actionneur (31), ladite chemise (40) et ledit plateau de fabrication (47) définissant une zone de travail,
    ladite machine étant caractérisée en ce que la chambre supérieure (20) comprend une ouverture (21) pour le passage d’une chemise de fabrication (40) comportant un plateau de fabrication (47), et en ce que la machine comprend un système de transfert (91) configuré pour transférer la chemise de fabrication (40) de la position de fabrication vers l’ouverture (21), le système de transfert (91) étant également configuré pour transférer ladite chemise de fabrication (40) de l’ouverture (21) vers la position de fabrication dans la chambre supérieure (20).
  2. Machine selon la revendication 1 dans laquelle la chemise (40) comprend des moyens de retenue (52) du plateau de fabrication (47) dans la chemise (40).
  3. Machine selon la revendication 2 dans laquelle les moyens de retenue (52) comprennent un rebord intérieur (53) présent en partie basse de la chemise (40).
  4. Machine selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens d’ancrage et/ou de mise en référence (46) configurés pour maintenir et/ou ajuster la chemise (40) dans la position de fabrication par rapport à la paroi de séparation.
  5. Machine selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de verrouillage apte à maintenir et à libérer le plateau de fabrication par rapport à l’actionneur (31).
  6. Machine selon l’une des revendications 1 à 5, configurée pour recevoir une chemise (40) fermée par un couvercle ou une trappe coulissante (48) étanche au gaz inerte, ladite machine comprenant un dispositif de manipulation de couvercle configuré pour ouvrir un accès à la zone de travail en position de fabrication, et pour fermer la chemise (40) de manière étanche au gaz inerte lors de son transfert de la position de fabrication vers l’ouverture.
  7. Machine selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un joint (44) étanche à la poudre, agencé entre la chemise (40) et la paroi de séparation (23) et/ou entre la chemise et le plateau de fabrication.
  8. Station de fabrication additive comprenant une machine (1) selon l’une des revendications précédentes et au moins une navette de transfert (50) raccordable à l’ouverture de la chambre supérieure de la machine et apte à transporter une chemise de fabrication comportant un plateau de fabrication.
  9. Procédé de fabrication additive comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une machine de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 7:
    • La mise à disposition d’une chemise de fabrication (40) comportant un plateau de fabrication via l’ouverture (21) prévue dans la chambre supérieure,
    • le transfert de ladite chemise (40) vers une position de fabrication dans laquelle ladite chemise (40) s’étend sous la paroi de séparation (23) dans la chambre inférieure (30),
    • le dépôt et la consolidation d’au moins une couche de poudre à l’intérieur de la chemise (40)
    • le transfert de ladite chemise (40) de la position de fabrication vers l’ouverture (21),
    • la sortie de la chemise (40) de la chambre supérieure (20) de la machine de fabrication.
  10. Procédé selon la revendication 9 comprenant en outre une étape de transfert de ladite chemise (40) et du plateau de fabrication (47) de la chambre supérieure de la machine (1) vers une navette de transfert (50).
  11. Procédé selon la revendication 9 ou la revendication 10 comprenant en outre une étape d’assemblage d’une chemise de fabrication (40) et d’un plateau de fabrication (47) dans une station externe à la machine de fabrication additive (1).
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