FR3133549A1 - Procédé de fonctionnement d’un système de fusion laser sur lit de poudre - Google Patents

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Guilhem Kévin COMBES
Valentin MINIOT Quentin
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Safran Additive Mfg Campus
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Safran Additive Manufacturing Campus
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Abstract

Procédé de fonctionnement d’un système (1) de fusion laser sur lit de poudre lors duquel au moins une couche de poudre est étalée à l’aide d’un racleur (17) puis un profil tridimensionnel de la surface de ladite couche de poudre est généré, ledit profil tridimensionnel étant analysé de façon à déterminer si ladite surface correspond à des spécifications dimensionnelles acceptables. Figure de l’abrégé : Figure 2

Description

Procédé de fonctionnement d’un système de fusion laser sur lit de poudre
L’invention concerne le domaine de la fabrication additive, et en particulier la fabrication additive par fusion laser sélective sur lit de poudre, également connue sous le nom anglaisL aser B e am M eltin g(LBM), ouSelective L aser Melting(SLM).
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de fonctionnement d’un système de fusion laser sur lit de poudre employant un LIDAR.
On connaît dans la technique une méthode qui consiste à fabriquer au moins une pièce, notamment une ou plusieurs pièce(s) métallique(s), par fusion de couches successives de poudre au moyen d'un faisceau laser commandé par un système de traitement de l'information dans lequel on a enregistré les coordonnées tridimensionnelles des points des couches successives à réaliser pour former lesdites pièces.
La illustre un dispositif de fabrication 1 destiné à mettre en œuvre une telle méthode.
Le dispositif de fabrication 1 comprend un réservoir 3 contenant une poudre métallique 5 et dont le fond 7 est mobile, déplaçable en translation verticalement par une tige 9 d'un vérin, et une cuve 11 voisine, sensiblement parallélépipédique, dont le fond est constitué par un plateau 13 mobile, déplaçable en translation verticalement par une tige 15 d'un second vérin.
Le dispositif de fabrication 1 comporte en outre un racleur 17 permettant d'amener de la poudre du réservoir 3 vers la cuve 11, le racleur 17 comprenant une lame 23 mobile en translation le long d’un plan horizontal A sensiblement parallèle au plateau 13. Le dispositif de fabrication 1 comprend en outre des moyens de génération 18 d'un faisceau laser 19, couplés à un dispositif de déplacement 20 dudit faisceau laser 19 permettant de l'orienter et/ou de le déplacer pour atteindre n’importe quel point de la cuve 11.
Pour fabriquer une ou plusieurs pièces 21, une première couche de poudre est disposée dans la cuve 11 à l’aide du racleur 17.
La couche présente alors une surface inférieure correspondant à la surface du plateau 13 et une surface supérieure sur laquelle est dirigé et déplacé le faisceau laser 19. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la ou de chaque pièce 21.
Après formation de cette première couche, le plateau 13 est descendu d’une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche de poudre, tandis que le fond 7 du réservoir 3 est remonté d'une hauteur correspondante, pour qu'une certaine quantité de poudre 22 soit située au-dessus du plan horizontal A.
Puis, cette quantité de poudre 22 est amenée par le racleur 17, depuis le réservoir 3 jusque dans la cuve 11, pour former une deuxième couche par-dessus la couche précédente. De la même manière que précédemment, une seconde couche de chaque pièce 21 est formée à l’aide du faisceau laser 19. La quantité de poudre et les positions du fond 7 et du plateau 13 sont déterminées de façon à former des couches de poudre d'une épaisseur choisie et constante.
Ces opérations sont répétées jusqu’à fabrication complète des pièces 21.
Cependant, en l’état actuel des choses, il est difficile de surveiller la qualité de l’étalement du lit de poudre. En effet, il est possible que des soulèvements ou des manques de matière interviennent lors de la fabrication de la pièce couche par couche et il n’y a pas de moyen de suivi de production de la pièce.
Résumé
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Il est proposé un procédé de fonctionnement d’un système de fusion laser sur lit de poudre lors duquel au moins une couche de poudre est étalée à l’aide d’un racleur puis un profil tridimensionnel de la surface de ladite couche de poudre est généré, ledit profil tridimensionnel étant analysé de façon à déterminer si ladite surface correspond à des spécifications dimensionnelles acceptables.
Le profil tridimensionnel de la surface de la couche de poudre permet d’identifier en temps réel d’éventuels problèmes liés au lit de poudre. Cela peut être un manque de poudre et dans ce cas, le profil tridimensionnel aura une topographie négative par rapport à un plan de référence. Cela peut être des problèmes liés à un amas de poudre engendrant une surépaisseur et donc une topographie positive par rapport au plan de référence. Cela peut également être un problème de soulèvement de pièce engendrant une surépaisseur locale et une topographie à nouveau positive.
L’obtention de ce profil tridimensionnel permet ainsi d’éviter les risques d’impact d’une métallurgie ou d’une géométrie d’une pièce à fabriquer. Cela permet aussi d’éviter un blocage du racleur. Une qualité d’étalement du lit de poudre est ainsi surveillée en temps réel.
Ledit profil tridimensionnel peut être généré à l’aide d’un LIDAR.
Un LIDAR est un système de télédétection par laser (Laser Imaging Detection And Ranging), qui permet une mesure de distance par l’envoi d’un faisceau laser vers une surface et l’analyse du faisceau réfléchi. Le principe de la mesure requiert généralement l’utilisation d’un laser impulsionnel. La distance est donnée par la mesure du délai entre l’émission d’une impulsion laser et la détection d’une impulsion réfléchie, connaissant la vitesse de la lumière.
Un balayage de toute la surface permet d’obtenir une cartographie de hauteur de la couche de poudre. Et de générer le profil tridimensionnel correspondant.
Bien entendu, d’autres moyens de génération d’un profil tridimensionnel peuvent être utilisés, par exemple un tomographe, ou un SONAR (qui présente un fonctionnement similaire au LIDAR, mais avec des ondes acoustiques).
Ledit profil tridimensionnel peut être comparé à au moins un profil de référence.
Ledit profil tridimensionnel peut être comparé à un ensemble de profils de référence. Lesdits profils de référence peuvent être des profils de référence acceptables, c’est-à-dire remplissant les spécifications dimensionnelles acceptables, et/ou des profils de référence non acceptables, c’est-à-dire ne remplissant pas les spécifications dimensionnelles acceptables.
Une tolérance de planéité dudit profil tridimensionnel peut être déterminée puis peut être comparée à une spécification.
Ainsi, si la tolérance de planéité déterminée est supérieure à la spécification, alors le défaut de planéité de la surface étalée peut être jugée non conforme ou non acceptable. A l’inverse, si la tolérance de planéité déterminée est inférieure à la spécification, alors le défaut de planéité de la surface étalée peut être jugée conforme ou acceptable.
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 :
montre une vue schématique de côté d’un dispositif de fabrication additive de l’état de la technique.
montre une vue schématique de côté d’un dispositif de fabrication additive, selon l’invention.
La montre un dispositif d’étalement d’une couche de poudre par un racleur 17 dans un système de fusion laser. Ce dispositif est similaire à celui décrit dans l’art antérieur à quelques différences près. Ce dispositif d’étalement de poudre comporte un ensemble 25 apte à générer un profil tridimensionnel de la surface de la couche de poudre dernièrement étalée.
Cet ensemble 25 générant un profil tridimensionnel de la surface de la couche de poudre peut comprendre un LIDAR 27.
Selon un autre mode de réalisation, l’ensemble tridimensionnel peut comprendre un tomographe, un profilomètre et/ou un SONAR.
Le présent document concerne un procédé de fonctionnement dudit système de fusion laser sur lit de poudre. Au moins une couche de poudre est étalée à l’aide du racleur 17. Lorsque ladite au moins une couche est étalée, le profil tridimensionnel de la surface de cette couche de poudre est obtenu par l’ensemble 25 comprenant le LIDAR 27.
Afin de déterminer si ce profil tridimensionnel est acceptable, le profil tridimensionnel est comparé à au moins un profil de référence. Par profil tridimensionnel acceptable, on entend un profil tridimensionnel de la surface de la couche de poudre qui soit conforme aux spécifications dimensionnelles attendues. Le profil de référence est compris dans une base de données comprenant des profils de référence acceptables et des profils de référence non acceptables, c’est-à-dire non conforme aux spécifications dimensionnelles attendues. Si le profil tridimensionnel est un profil tridimensionnel acceptable, alors la couche de poudre a été correctement étalée, sinon l’étalement et donc la production de la pièce sont interrompus.
Une tolérance de planéité du profil tridimensionnel est déterminée par l’ensemble comprenant le LIDAR. Cette tolérance de planéité est ensuite comparée à une spécification. Si cette tolérance de planéité est conforme à la spécification, alors la couche de poudre a été correctement étalée, sinon l’étalement est interrompu.

Claims (4)

  1. Procédé de fonctionnement d’un système (1) de fusion laser sur lit de poudre lors duquel au moins une couche de poudre est étalée à l’aide d’un racleur (17) puis un profil tridimensionnel de la surface de ladite couche de poudre est généré, ledit profil tridimensionnel étant analysé de façon à déterminer si ladite surface correspond à des spécifications dimensionnelles acceptables.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit profil tridimensionnel est généré à l’aide d’un LIDAR (27).
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit profil tridimensionnel est comparé à au moins un profil de référence.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une tolérance de planéité dudit profil tridimensionnel est déterminée puis est comparée à une spécification.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20190134891A1 (en) * 2017-11-08 2019-05-09 General Electric Company Dmlm build platform and surface flattening
FR3111574A1 (fr) * 2020-06-19 2021-12-24 Safran Détection et localisation d’anomalies d’étalements de poudre par mesures d’émissions acoustiques

Patent Citations (2)

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