WO2016016138A1 - Procédé de fabrication additive à base de poudre d'une pièce, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques, et d'un élément de renfort associé - Google Patents

Procédé de fabrication additive à base de poudre d'une pièce, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques, et d'un élément de renfort associé Download PDF

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Pierre Pays
Bruno NIGAIZE
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the powder-based additive manufacturing by sintering or by means of a sintering element. melting grains of said powder with the aid of an energy beam.
  • energy beam means electromagnetic radiation (for example a laser beam) or a particle beam (for example an electron beam).
  • a particularly interesting application of the invention relates to the manufacture of packing elements, such as slats, of a sector-type baking or vulcanizing mold for vehicle tires.
  • This type of mold mainly comprises two shells each ensuring the molding of one of the lateral sides of the tire, a plurality of sectors ensuring the molding of the tread of said tire and movable radially between an open position and a closed position of the tire. mold.
  • the shells and the sectors define an interior space intended to be brought into contact with the blank of the unvulcanized tire.
  • slats are fixed on the sectors of the mold and protrude into this interior space.
  • the advantage of the selective melting of superimposed powder layers lies mainly in the fact that the shape of these lamellae can be modeled by computer and that the lamellae can then be manufactured on the basis of this modeling. by controlling the energy beam by the computer.
  • this technique is well suited to the manufacture of small elements and shapes complexes, such as mold packing slats, which are difficult to manufacture with other methods.
  • the laser sintering technique consists in manufacturing the layer-by-layer lamella, stacking the consolidated powder layers and fused to one another by the laser beam in a stacking direction.
  • the term "powder” means a powder or a mixture of powders.
  • the powder may for example be metallic or mineral, for example ceramic.
  • a layering device is used.
  • Such a device mainly comprises a cylinder or roll capable of distributing the powder in one layer on a manufacturing platform.
  • a cylinder or roll capable of distributing the powder in one layer on a manufacturing platform.
  • the first layer is deposited and then welded directly onto the production plate.
  • the other layers are then formed successively so as to obtain a stack from the first layer.
  • the lamella Once the lamella has been formed, it is necessary to separate it from the production plate, for example by wire electro-erosion cutting. This separation can lead to deformation of the lamella since the mechanical stresses existing between the different stacked layers can be modified.
  • the present invention aims to remedy these disadvantages.
  • the present invention aims at providing a process for the additive manufacturing of at least one part by sintering or melting powder using at least one energy beam which makes it possible to limit the risk of vibrations, deformations and / or or damage to the lamellae during manufacture.
  • the additive manufacturing process of at least one part by sintering or melting powder using at least one energy beam, said part comprising at least two opposite major faces and at least two ends includes the following steps:
  • At least one local reinforcement element associated with the workpiece makes it possible to hold the workpiece in process and to make it more rigid. This limits the risk of vibration and deformation of the part, in particular by bending, during the passage of the layering device on each of the previously fused powder layers, and also during the melting steps of the successive layers.
  • the fused powder layers of the workpiece and said local reinforcement member are made integral with each other during the manufacturing step. This further promotes a good maintenance of the part during manufacture.
  • said local reinforcing member is configured to reinforce the workpiece at least in a direction substantially perpendicular to the stacking direction of the layers.
  • This configuration is advantageous insofar as the risk of deformations of the lamella under the effect of the forces applied by the layering device is further reduced. This also makes it possible to limit the deformations related to the internal concentrations generated in the part by diffusion of heat during the melting steps.
  • unfused powder fills an existing space between an inner surface of said local reinforcing member and the workpiece prior to the separation step.
  • the unsintered powder is thus compacted between the inside of the lo cal reinforcement and the workpiece, which further increases the rigidity of the intermediate element.
  • each end face of the layer of the workpiece element there is provided between each end face of the layer of the workpiece element. reinforcement and the front face of the layer of the part which is opposite said end face.
  • the amount is between 0.01 mm and 1 mm, and preferably between 0.05 and 0.2 mm, and preferably less than or equal to 0.1 mm.
  • Said local reinforcing element may extend over the entire height of the part.
  • a plurality of intermediate elements are fabricated simultaneously at least one column and row matrix.
  • the reinforcing elements of at least one column or at least one line are made in one piece. This increases the stiffening effect of the reinforcing elements of the column in question and facilitates the handling of these intermediate elements assembled.
  • the invention also relates to an intermediate element obtained by implementing the method as defined above.
  • FIG. 1 is a diagrammatic perspective view partially illustrating a method for manufacturing lamellae according to a first example of implementation
  • FIG. 2 is a perspective view of an intermediate element obtained during the manufacturing process of FIG. 1 and comprising one of the slats and a local reinforcing element,
  • FIG. 3 is a diagrammatic view from above illustrating layers of the intermediate element of FIG. 2 after selective melting modeled by computer
  • FIG. 4 is a diagrammatic view from above illustrating layers of the intermediate element of FIG. 2 after selective melting obtained by laser,
  • FIG. 5 is a diagrammatic perspective view partially illustrating a method for manufacturing lamellae according to a second exemplary implementation
  • FIG. 6 is a diagrammatic view from above illustrating an intermediate element obtained during a third embodiment of the manufacturing process.
  • FIG. 7 to 9 are perspective views of an intermediate element obtained in fourth, fifth and sixth examples of implementation of the manufacturing method.
  • FIG. 1 there is shown an arrangement of identical lamellae 10 which are intended for a vulcanization mold for tires and formed on a production plate 12 shown in a supposedly horizontal position.
  • Each lamella 1 0 is associated with a local reinforcing element 14 surrounding only one end of said lamella.
  • the reinforcing elements 14 are identical to each other.
  • the plate 12 comprises an upper surface forming a working surface 12a on which the lamellae 10 and the reinforcing elements 14.
  • the lamellae 10 and the reinforcing elements 14 are respectively identical to each other.
  • each slat 10 has a generally rectangular shape.
  • the length of the sipe extends substantially perpendicular to the work surface 12a of the production tray, i.e. here substantially vertically.
  • the slats 10 are oriented or extend substantially vertically. In other words, the length of the slat constitutes its height.
  • each lamella 1 0 comprises a main body 10a and a head 10b monoblo c with said body.
  • the body 10a comprises two main front faces 10c, 1 Od opposite and two end faces 10e, l Of opposite sides delimiting said front faces.
  • the main end faces 10c, l Od delimit the thickness of the body 10a of the lamella.
  • the main faces 10c, l Od are planar. In variants, these faces could have another shape, for example corrugated.
  • the head 10b extends the end face 10e of the body and extends parallel to the length of the body.
  • the head 10b here has a substantially cylindrical shape with triangular section. Alternatively, the section of the head could have any other shape eg rectangular, square, circular, etc. , or V or U.
  • the slat 10 is adapted to allow the molding of a teardrop type sculpture in the tread of the tire.
  • Each reinforcing element 14 surrounds the end face 1 O f of the associated strip and comes opposite the end faces 10c, 1 Od.
  • Each reinforcing element 14 comprises two end faces 14a, 14b coming opposite the end faces 10c, 1 Od of the lamella.
  • the reinforcing element 14 has a slotted tubular shape. A part of the lamella 10 extends inside the reinforcing element 14 through the slot delimited by the end faces 14a and 14b, the other part of the lamella being situated outside of the said element. reinforcement.
  • Each reinforcing element 14 extends substantially perpendicular to the work surface 12a of the production tray.
  • Each reinforcing element 14 here has a length substantially equal to that of the associated strip 10.
  • the procedure is as follows.
  • a first step a first layer of powder is deposited on the working surface 12a of the production plate. After removal, the first layer extends substantially horizontally on the working surface 12a.
  • the powder may for example be metallic or mineral, for example ceramic.
  • an energy source for example of the laser type, emits a laser beam whose orientation is controlled by galvanometric mirrors (not shown).
  • An optical lens (not shown) is used to focus the laser beam to heat the powder layer in a pattern corresponding to the section of the strip 10 to be made and the section of the associated reinforcing member 14, and thus to realize selectively the melting of the powder. This selective melting is performed in each zone of the working surface 12a of the production plate on which a strip 10 and the associated reinforcing member 14 must be manufactured.
  • the control of the laser beam is computer modeled so as to theoretically obtain on the working surface 12a of the production plate a first layer C 1, 10 of fused powder and a first layer C 11 of powder merged respectively for forming the slat 10 and the associated reinforcing member 14.
  • the previously unsintered powder is illustrated by dots.
  • a clearance 16 is provided between each end face of the fused powder layer C11 of the reinforcing member and the front face of the fused powder layer C110 of the lamella. This clearance is between 0.01 mm and 1 mm, and advantageously between 0.05 and 0.2 mm, and preferably less than or equal to 0.1 mm.
  • the deposited powder present between each end face of the layer C lil0 and the front face of the layer Ci, 14 is wholly or partially fused by diffusion of heat making said layers of the strip 10 and the reinforcement element 14 during training.
  • the grip between these layers is illustrated schematically in Figure 4. This hook creates a link between the strip 10 and the reinforcing element 14 which can be broken manually, as specified below.
  • the base layer of the fused powder layers is used for the lower layer Ci, 10, Ci, 14, on which the strip 10 and the reinforcing element 14 respectively rest.
  • a second layer is deposited on the first layer of powder that is partially fused. Then, the selective melting of the second layer is carried out as before. These steps are repeated again to form by stacking of the fused layers the lamellae 10 and the associated reinforcing elements 14.
  • the merged layers of each lamella 10 and each reinforcement 14 extend substantially horizontally and are stacked on each other in a substantially vertical stacking direction.
  • Each reinforcing element 14 reinforces the blade 10 associated at least in a direction substantially perpendicular to the stacking direction of the layers.
  • the strip 10 and the reinforcing element 14 are made in one piece.
  • the reinforcing element 14 which surrounds the end face 10f of the lamella and abuts on both sides against the main faces 10c, 10d of the latter makes it possible to hold said lamella in position in position. manufacturing course. This further limits the risk of deformations, in particular by bending during the passage of the layering device and by diffusion of heat during the melting steps, which can cause the appearance of phenomena of stress concentrations and micro cracks.
  • the presence of the unsintered, jammed and compacted powder in the space between the blade 10 and the bore of the reinforcing element 14 forming an inner surface further promotes good retention of the lamella.
  • the reinforcing element 14 only bears against the main faces 10c, 10d of the strip 10 and not against the end face 10f.
  • the intermediate elements each constituted by a strip 10 and the associated reinforcing element 14 are arranged on the plate 12 in a matrix of columns and parallel lines.
  • the intermediate elements can then be separated from the production plate 12, for example by cutting by wire electro-erosion.
  • the slats 10 and the reinforcing element 14 of each intermediate element are separated from each other by pulling, which may for example be manual, so as to keep only the slats.
  • the tensile force exerted to ensure this separation is oriented perpendicular to the stacking direction of the powder layers.
  • the portion of the strip 12 projecting outside the reinforcing element 14 facilitates the gripping to achieve this separation.
  • the intermediate elements of each column are manufactured so as to be aligned and spaced relative to each other.
  • This also facilitates handling of the assembly after cutting.
  • the slats 10 of a The same column can then be detached from their reinforcing elements 14 in a single operation.
  • the strips 1 0 have a generally rectangular shape and are designed to allow the molding of a teardrop type sculpture.
  • the section of the head 10b of each lamella being relatively large, it has sufficient rigidity not requiring the provision of a local reinforcement in this area.
  • slats 10 having other shapes, for example devoid of heads 10b.
  • a lamella 1 0 comprising two branches 10g, 1 Oh extending from the end face 10e.
  • a reinforcing element 14 is provided here around the free end face of each branch 10g, 1 Oh and comes opposite the front faces of said branch ac acentes to said end face.
  • each reinforcing element 14 has a slotted tubular shape with a C-shaped circular section.
  • reinforcing elements 14 having a slotted tubular shape with a polygonal section such as triangular, rectangular or square, as is illustrated respectively in the variant embodiments of FIGS. 7 to 9.
  • reinforcing elements having a slotted tubular shape with a polygonal section such as hexagonal, octagonal, etc. or else reinforcing elements with elliptical section.
  • Part of the lamella to be stiffened extends through the slot and inside the reinforcing element 14, the other part of the lamella being located outside of said reinforcing element.
  • the main body 10a of the lamella extends substantially vertically.
  • the body of the slat could have a curved profile.
  • the slot of the reinforcing element has a similar profile so as to follow the curvature of the lamella.
  • each reinforcing element extends over the entire length of the lamella to be stiffened.
  • reinforcement elements each extending over a portion of the length of the associated strip. This may for example be the case when the coverslip has a thin section area and a thick section area.
  • the reinforcing element can be provided only around the region of the slat having a thin section.
  • the invention has been described on the basis of a manufacture of vertical type slats 10, the length of each slat extending substantially vertically with respect to the working surface 12a of the tray.
  • a horizontal type of manufacture in which the length of the strip is substantially parallel to the manufacturing plate and perpendicular to the stacking direction.
  • two local reinforcing elements may be provided to surround each of the longitudinal ends of the coverslip. The local reinforcing elements can then have essentially a role of supporting the lamella when the intermediate element, which is formed by it and the reinforcing elements, is de-lidarized from the production plate.
  • the invention has been described on the basis of a laser sintering manufacture of a tire vulcanization mold sipe.
  • the invention can also be applied to another mold lining element intended to be attached to a mold support base, or more generally to other types of small parts used in different applications.

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Abstract

Le procédé de fabrication additive d' au moins une pièce par frittage ou fusion de poudre à l ' aide d' au moins un faisceau énergétique comprend les étapes suivantes : -a) fabrication par dépose et fusion sélective de couches de poudre empilées d' au moins un élément intermédiaire comprenant la pièce et au moins un élément de renfort local présentant une forme tubulaire fendue et entourant une des faces d' extrémité latérales de la pièce et venant en regard de chacune des faces frontales de ladite pièce adjacentes à ladite face d' extrémité, ledit élément de renfort s ' étendant selon une direction sensiblement parallèle à la direction d' empilage des couches, et -b) séparation de la pièce et de l ' élément de renfort local.

Description

Procédé de fabrication additive à base de poudre d'une pièce, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques, et d'un élément de renfort associé La présente invention concerne un procédé de fabrication additive à base de poudre par frittage ou par fusion de grains de ladite poudre à l ' aide d'un faisceau énergétique. Par « faisceau énergétique », on entend un rayonnement électromagnétique (par exemple un faisceau laser) ou un faisceau de particules (par exemple un faisceau d ' électrons) .
Une application particulièrement intéressante de l' invention concerne la fabrication d' éléments de garniture, tels que des lamelles, d'un moule de cuisson ou vulcanisation du type à secteurs pour pneumatiques de véhicules .
Ce type de moule comprend principalement deux coquilles assurant chacune le moulage d'un des flancs latéraux du pneumatique, une pluralité de secteurs assurant le moulage de la bande de roulement dudit pneumatique et mobiles radialement entre une position d' ouverture et une position de fermeture du moule . Les coquilles et les secteurs définissent un espace intérieur destiné à être mis en contact avec l ' ébauche du pneumatique non vulcanisée. Pour former les sculptures de la bande de roulement, des lamelles sont fixées sur les secteurs du moule et s ' étendent en saillie dans cet espace intérieur. Pour plus de détails sur un moule comprenant de telles lamelles, on pourra par exemple se référer aux documents EP-B 1 - 1 758 743 et USAI -2002/0139 164.
L 'intérêt de la fabrication par fusion sélective de couches de poudre superposées, plus communément nommé frittage, réside principalement dans le fait que la forme de ces lamelles peut être modélisée par ordinateur et que les lamelles peuvent ensuite être fabriquées sur la base de cette modélisation par pilotage du faisceau énergétique par l ' ordinateur. En outre, cette technique est bien adaptée à la fabrication d' éléments de petites dimensions et de formes complexes, tels que les lamelles de garniture de moule, qui sont difficiles à fabriquer avec d' autres procédés .
Lorsque la fusion sélective est réalisée par un faisceau laser, on parle de frittage laser. La technique de frittage laser consiste à fabriquer la lamelle couche après couche, en empilant les couches de poudre conso lidées et fusionnées les unes sur les autres par le faisceau laser selon une direction d ' empilage. On entend par « poudre », une poudre ou un mélange de poudres . La poudre peut par exemp le être métallique ou minérale, par exemple céramique.
Classiquement, pour assurer la préparation du lit de poudre préalablement à l ' opération de frittage ou de la fusion, il est utilisé un dispositif de mise en couche. Un tel dispositif comprend principalement un cylindre ou rouleau apte à répartir sur un plateau de fabrication la poudre en une couche. Pour plus de détails, on pourra par exemple se référer à la demande de brevet FR-A1 -2 974 3 16.
La première couche est déposée puis soudée directement sur le plateau de fabrication. Les autres couches sont ensuite formées successivement de manière à obtenir un empilage à partir de la première couche.
Une fois la lamelle formée, il est nécessaire de la désolidariser du plateau de fabrication, par exemple par découpe par électro-érosion par fil. Cette désolidarisation peut entraîner une déformation de la lamelle dans la mesure où les contraintes mécaniques existantes entre les différentes couches empilées peuvent être modifiées .
Pour remédier à cet inconvénient, la demande de brevet FR-A1 -
2 961 741 préconise de prévoir des surépaisseurs venues de matière avec la lamelle et formant des renforts . Cette solution est efficace pour garantir que les lamelles conservent leur forme après désolidarisation du plateau de fabrication sur lequel elles ont été fabriquées.
Toutefois, même avec de tels renforts, sous l ' effet des efforts appliqués par le dispositif de mise en couche à chaque passage sur les couches de poudre, il peut se produire des vibrations, des déformations et/ou des détériorations des lamelles en cours de fabrication pouvant provoquer l ' apparition de concentrations de contraintes et de micro fissures. Ceci est notamment le cas pour les lamelles présentant une section relativement faible.
Par ailleurs, des concentrations de contraintes internes sont générées dans les lamelles par diffusion de chaleur lors des étapes de fusion. Ceci génère également des déformations et/ou des détériorations des lamelles en cours de fabrication.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients .
Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un procédé de fabrication additive d' au moins une pièce par frittage ou fusion de poudre à l ' aide d' au moins un faisceau énergétique qui permet de limiter le risque de vibrations, de déformations et/ou de détériorations des lamelles lors de la fabrication.
Dans un mode de mise en œuvre, le procédé de fabrication additive d' au moins une pièce par frittage ou fusion de poudre à l ' aide d' au moins un faisceau énergétique, ladite pièce comprenant au moins deux faces principales opposées et au moins deux extrémités, comprend les étapes suivantes :
-a) fabrication par dépose et fusion sélective de couches de poudre empilées d' au moins un élément intermédiaire comprenant la pièce et au moins un élément de renfort local présentant une forme tubulaire fendue et entourant une des faces d' extrémité latérales de la pièce et venant en regard de chacune des faces frontales de ladite pièce adj acentes à ladite face d' extrémité, ledit élément de renfort s ' étendant selon une direction sensiblement parallèle à la direction d' empilage des couches, et
-b) séparation de la pièce et de l ' élément de renfort local.
La prévision d' au moins un élément de renfort local associé à la pièce pour former un élément intermédiaire permet de maintenir en position la pièce en cours de fabrication et de la rendre plus rigide. On limite ainsi le risque de vibrations et de déformations de la pièce, notamment par flexion, lors du passage du dispositif de mise en couche sur chacune des couches de poudre fusionnées au préalable, et également lors des étapes de fusion des couches successives. Dans un mode de mise en œuvre préféré, les couches de poudre fusionnées de la pièce et dudit élément de renfort local sont rendues so lidaires les unes des autres lors de l ' étape de fabrication. Ceci favorise encore un bon maintien de la pièce lors de la fabrication.
De préférence, ledit élément de renfort local est configuré de sorte à renforcer la pièce au moins selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d' empilage des couches . Cette configuration est avantageuse dans la mesure où le risque de déformations de la lamelle sous l ' effet des efforts appliqués par le dispositif de mise en couche est encore réduit. Ceci permet également de limiter les déformations liées aux concentrations internes générées dans la pièce par diffusion de chaleur lors des étapes de fusion.
Dans un mode de mise en œuvre, de la poudre non fusionnée remplit un espace existant entre une surface intérieure dudit élément de renfort local et la pièce avant l ' étape de séparation. La poudre non frittée est ainsi compactée entre l' intérieur de l' élément de renfort lo cal et la pièce, ce qui augmente encore la rigidité de l ' élément intermédiaire.
De préférence, selon une fusion modélisée d'une couche de poudre de l ' élément de renfort local et d'une couche de poudre de la pièce, un j eu est prévu entre chaque face d' extrémité de la couche de l ' élément de renfort et la face frontale de la couche de la pièce qui est en regard de ladite face d' extrémité . Le j eu est compris entre 0 ,0 1 mm et 1 mm, et de préférence compris entre 0,05 et 0,2 mm, et de préférence inférieur ou égal à 0 , 1 mm.
Ledit élément de renfort local peut s ' étendre sur la totalité de la hauteur de la pièce.
Dans un mode de mise en œuvre, une pluralité d ' éléments intermédiaires est fabriquée simultanément au moins suivant une matrice de co lonnes et de lignes. Avantageusement, les éléments de renfort d' au moins une co lonne ou d' au moins une ligne sont réalisés d'un seul tenant. On accroît ainsi l ' effet de rigidification des éléments de renfort de la colonne considérée et on facilite la manutention de ces éléments intermédiaires assemblés. L 'invention concerne également un élément intermédiaire obtenu par mise en œuvre du procédé tel que défini précédemment.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d' exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est vue schématique en perspective illustrant partiellement un procédé de fabrication de lamelles selon un premier exemple de mise en œuvre,
- la figure 2 est une vue en perspective d'un élément intermédiaire obtenu lors du procédé de fabrication de la figure 1 et qui comprend une des lamelles et un élément de renfort local,
- la figure 3 est vue schématique de dessus illustrant des couches de l ' élément intermédiaire de la figure 2 après fusion sélective modélisée par ordinateur,
- la figure 4 est vue schématique de dessus illustrant des couches de l ' élément intermédiaire de la figure 2 après fusion sélective obtenue par laser,
- la figure 5 est vue schématique en perspective illustrant partiellement un procédé de fabrication de lamelles selon un deuxième exemple de mise en œuvre,
- la figure 6 est vue schématique de dessus illustrant un élément intermédiaire obtenu lors d 'un troisième exemp le de mise en œuvre du procédé de fabrication, et
- les figures 7 à 9 sont des vues en perspective d'un élément intermédiaire obtenu lors de quatrième, cinquième et sixième exemples de mise en œuvre du procédé de fabrication.
Sur la figure 1 , on a représenté un agencement de lamelles 1 0 identiques qui sont destinées à un moule de vulcanisation pour pneumatiques et formées sur un plateau de fabrication 12 représenté dans une position supposée horizontale. Chaque lamelle 1 0 est associée à un élément de renfort 14 local entourant uniquement une des extrémités de ladite lamelle . Les éléments de renfort 14 sont identiques entre eux. Le plateau 12 comprend une surface supérieure formant une surface de travail 12a sur laquelle sont formées les lamelles 10 et les éléments de renfort 14. Les lamelles 10 et les éléments de renfort 14 sont respectivement identiques entre eux.
Comme illustré plus visiblement à la figure 2, chaque lamelle 10 présente une forme générale rectangulaire. La longueur de la lamelle s ' étend sensiblement perpendiculairement par rapport à la surface de travail 12a du plateau de fabrication, i.e . ici sensiblement verticalement. Les lamelles 10 sont orientées ou s ' étendent sensiblement verticalement. En d ' autres termes, la longueur de la lamelle constitue sa hauteur.
La lamelle 10 présente ici une forme courbe . Dans l ' exemple de réalisation illustré, chaque lamelle 1 0 comprend un corps 10a principal et une tête 10b monoblo c avec ledit corps. Le corps 10a comprend deux faces frontales principales 10c, l Od opposées et deux faces d' extrémité 10e, l Of latérales opposées délimitant lesdites faces frontales. Les faces frontales principales 10c, l Od délimitent l ' épaisseur du corps 10a de la lamelle. Dans l ' exemple de réalisation illustré, les faces principales 10c, l Od sont planes. En variantes, ces faces pourraient présenter une autre forme, par exemple ondulée. La tête 10b prolonge la face d' extrémité 10e du corps et s ' étend parallèlement à la longueur du corps. La tête 10b présente ici une forme sensiblement cylindrique à section triangulaire. En variante, la section de la tête pourrait avoir toute autre forme par exemp le rectangulaire, carré, circulaire, etc. , ou encore en V ou en U. La lamelle 10 est apte à permettre le moulage d'une sculpture de type goutte d' eau dans la bande de roulement du pneumatique.
Chaque élément de renfort 14 entoure la face d' extrémité l O f de la lamelle associée et vient en regard des faces frontales 10c, l Od. Chaque élément de renfort 14 comprend deux faces d' extrémité 14a, 14b venant en regard des faces frontales 10c, l Od de la lamelle. L ' élément de renfort 14 présente une forme tubulaire fendue. Une partie de la lamelle 10 s ' étend à l' intérieur de l' élément de renfort 14 au travers de la fente délimitée par les faces d' extrémité 14a et 14b, l ' autre partie de la lamelle étant située en dehors dudit élément de renfort. Chaque élément de renfort 14 s ' étend sensiblement perpendiculairement par rapport à la surface de travail 12a du plateau de fabrication. Chaque élément de renfort 14 présente ici une longueur sensiblement égale à celle de la lamelle 10 associée.
Pour la fabrication de la pluralité de lamelles 10, on procède de la manière suivante. Dans une première étape, on dépose une première couche de poudre sur la surface de travail 12a du plateau de fabrication. Après dépose, la première couche s'étend sensiblement horizontalement sur la surface de travail 12a. La poudre peut par exemple être métallique ou minérale, par exemple céramique.
Dans une seconde étape, une source énergétique (non représentée), par exemple du type laser, émet un faisceau laser dont l'orientation est contrôlée par des miroirs galvanométriques (non représentés). Une lentille optique (non représentée) permet de focaliser le faisceau laser afin de chauffer la couche de poudre selon un motif correspondant à la section de la lamelle 10 à fabriquer et à la section de l'élément de renfort 14 associé, et ainsi réaliser de manière sélective la fusion de la poudre. Cette fusion sélective est réalisée dans chaque zone de la surface de travail 12a du plateau de fabrication sur laquelle doit être fabriquée une lamelle 10 et l'élément de renfort 14 associé.
Comme cela est illustré à la figure 3, le pilotage du faisceau laser est modélisé par ordinateur de sorte à obtenir théoriquement sur la surface de travail 12a du plateau de fabrication une première couche Ci, io de poudre fusionnée et une première couche Clil4 de poudre fusionnée respectivement pour la formation la lamelle 10 et de l'élément de renfort 14 associé. Sur cette figure, la poudre déposée au préalable et non frittée est illustrée par des points. Tel que modélisé, un jeu 16 est prévu entre chaque face d'extrémité de la couche Clil4 de poudre fusionnée de l'élément de renfort et la face frontale de la couche Clil0 de poudre fusionnée de la lamelle. Ce jeu est compris entre 0,01 mm et 1 mm, et avantageusement compris entre 0,05 et 0,2 mm, et de préférence inférieur ou égal à 0,1 mm.
Dans la pratique, avec un jeu 16 théorique inférieur ou égal à 0,1 mm, sous l'effet du frittage des premières couches Clil0 et Clil4 de poudre fusionnées, la poudre déposée présente entre chaque face d'extrémité de la couche Clil0 et la face frontale de la couche Ci, 14 est tout ou partie fusionnée par diffusion de la chaleur rendant solidaires lesdites couches de la lamelle 10 et de l'élément de renfort 14 en cours de formation. L'accroche existant entre ces couches est illustrée schématiquement à la figure 4. Cette accroche crée un lien entre la lamelle 10 et l'élément de renfort 14 qui peut être rompu manuellement, comme précisé par la suite. On parle de couche de base des couches de poudre fusionnées pour la couche inférieure Ci, 10, Ci, 14, sur laquelle repose respectivement la lamelle 10 et l'élément de renfort 14.
Lors d'une troisième étape, après l'étape de traitement par laser, une deuxième couche est déposée sur la première couche de poudre qui est en partie fusionnée. Ensuite, la fusion sélective de la deuxième couche est réalisée comme précédemment. Ces étapes sont à nouveau répétées pour former par empilage de couches fusionnées les lamelles 10 et les éléments de renfort 14 associés. Les couches fusionnées de chaque lamelle 10 et de chaque renfort 14 s'étendent sensiblement horizontalement et sont empilées les unes sur les autres selon une direction d'empilage sensiblement verticale. Chaque élément de renfort 14 permet de renforcer la lamelle 10 associée au moins selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d'empilage des couches.
Ainsi, il est fabriqué une pluralité d'éléments intermédiaires comprenant chacun la lamelle 10 et l'élément de renfort 14 local associé. Dans l'exemple de réalisation illustré, pour chaque élément intermédiaire fabriqué, la lamelle 10 et l'élément de renfort 14 sont réalisés d'un seul tenant. L'élément de renfort 14 qui entoure la face d'extrémité lOf de la lamelle et vient en appui de part et d'autre contre les faces principales 10c, lOd de celle-ci permet d'assurer le maintien en position de ladite lamelle en cours de fabrication. Ceci limite encore le risque de déformations, notamment par flexion lors du passage du dispositif de mise en couche et par diffusion de la chaleur lors des étapes de fusion, pouvant provoquer l'apparition de phénomènes de concentrations de contraintes et de micro fissures. En outre, la présence de la poudre non frittée, coincée et compactée dans l'espace existant entre la lamelle 10 et l'alésage de l'élément de renfort 14 formant surface intérieure favorise encore un bon maintien de la lamelle. L'élément de renfort 14 vient uniquement en appui contre les faces principales 10c, lOd de la lamelle 10 et non contre la face d'extrémité lOf.
Comme illustré à la figure 1, après fabrication, les éléments intermédiaires constitués chacun par une lamelle 10 et l'élément de renfort 14 associé sont agencés sur le plateau 12 suivant une matrice de colonnes et de lignes parallèles. Les éléments intermédiaires peuvent ensuite être désolidarisés du plateau 12 de fabrication, par exemple par découpe par électro-érosion par fil. Enfin, lors d'une dernière étape, les lamelles 10 et l'élément de renfort 14 de chaque élément intermédiaire sont désolidarisés l'un de l'autre par tirage, pouvant par exemple être manuel, de sorte à ne conserver que les lamelles. L'effort de traction exercé pour assurer cette désolidarisation est orienté perpendiculairement à la direction d'empilage des couches de poudre. En outre, la partie de la lamelle 12 en saillie à l'extérieur de l'élément de renfort 14 facilite la préhension pour réaliser cette désolidarisation.
Dans l'exemple de réalisation illustré, les éléments intermédiaires de chaque colonne sont fabriqués de sorte à être alignées et espacées les uns relativement aux autres. En variante, il est possible de prévoir la fabrication des éléments intermédiaires de sorte que les éléments de renfort 14 de chaque colonne sont réalisés d'un seul tenant, i.e. monoblocs, comme illustré sur la variante de réalisation de la figure 5 sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références. Ceci permet d'accroître encore la rigidité de l'ensemble ainsi obtenu et de limiter le risque de déformations des lamelles 10 de cet ensemble. Ceci facilite également la manutention de l'ensemble après découpe. En outre, après découpe des éléments intermédiaires du plateau 12 de fabrication, les lamelles 10 d'une même co lonne peuvent être ensuite détachées de leurs éléments de renfort 14 en une seule opération.
Dans les exemples de réalisation précédents, les lamelles 1 0 présentent une forme générale rectangulaire et sont conçus pour permettre le moulage d'une sculpture de type goutte d' eau. La section de la tête 10b de chaque lamelle étant relativement importante, celle- ci présente une rigidité suffisante ne nécessitant pas la prévision d 'un renfort local dans cette zone.
En variante, il est possible de fabriquer des lamelles 1 0 présentant d' autres formes, par exemple dépourvues de têtes 10b . Dans ce cas, il peut être possible de prévoir un élément de renfort à chaque face d ' extrémité du corps de la lamelle. Dans une autre variante illustrée à la figure 6, il est possible de prévoir une lamelle 1 0 comprenant deux branches 10g, l Oh s ' étendant à partir de la face d' extrémité 10e. Un élément de renfort 14 est prévu ici autour de la face d ' extrémité libre de chaque branche 10g, l Oh et vient en regard des faces frontales de ladite branche adj acentes à ladite face d' extrémité.
Dans les exemp les de réalisation illustrés, chaque élément de renfort 14 présente une forme tubulaire fendue à section circulaire en C . Alternativement, il est possible de prévoir des éléments de renfort 14 présentant une forme tubulaire fendue à section polygonale telle que triangulaire, rectangulaire ou carré comme cela est illustré respectivement sur les variantes de réalisation des figures 7 à 9. En variante, il est encore possible de prévoir des éléments de renfort présentant une forme tubulaire fendue à section polygonale telle qu' hexagonale, octogonale, etc. , ou encore des éléments de renfort à section elliptique. Une partie de la lamelle à rigidifier s ' étend à travers la fente et à l' intérieur de l ' élément de renfort 14, l ' autre partie de la lamelle étant située à l ' extérieur dudit élément de renfort.
Dans les exemples de réalisation illustrés, le corps 1 0a principal de la lamelle s ' étend sensiblement verticalement. En variante, le corps de la lamelle pourrait présenter un profil courbe. Dans ce cas, la fente de l' élément de renfort présente un profil similaire de sorte à suivre la courbure de la lamelle .
Dans les exemples de réalisation illustrés aux figures 1 à 6 , chaque élément de renfort s ' étend sur la totalité de la longueur la lamelle à rigidifier. En variante, il est possible de prévoir des éléments de renfort s ' étendant chacun sur une partie de la longueur de la lamelle associée. Ceci peut par exemple être le cas lorsque la lamelle possède une zone à section fine et une zone à section épaisse. Dans ce cas, l ' élément de renfort peut être prévu uniquement autour de la zone de la lamelle présentant une section fine .
L 'invention a été décrite sur la base d'une fabrication de lamelles 10 de type verticale, la longueur de chaque lamelle s ' étendant sensiblement verticalement par rapport à la surface de travail 12a du plateau. En variante, il est possible de prévoir une fabrication de type horizontale dans laquelle la longueur de la lamelle est sensiblement parallèle au plateau de fabrication et perpendiculaire à la direction d' empilage. Dans ce cas, deux éléments de renfort local peuvent être prévus pour entourer chacune des extrémités longitudinales de la lamelle. Les éléments de renfort local peuvent alors avoir essentiellement un rôle de support de la lamelle lorsque l ' élément intermédiaire, qui est formé par celle-ci et les éléments de renfort, est déso lidarisé du plateau de fabrication.
L 'invention a été décrite sur la base d'une fabrication par frittage laser d'une lamelle pour moule de vulcanisation de pneumatiques. L 'invention peut également être appliquée à un autre élément de garniture du moule destiné à être rapporté sur un blo c support du moule, ou plus généralement à d' autres types de pièces de petites dimensions utilisées dans des applications différentes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication additive d' au moins une pièce par frittage ou fusion de poudre à l ' aide d' au moins un faisceau énergétique, ladite pièce comprenant au moins deux faces frontales opposées et au moins deux faces d ' extrémité latérales, le procédé comprenant les étapes suivantes :
-a) fabrication par dépose et fusion sélective de couches de poudre empilées d' au moins un élément intermédiaire comprenant la pièce et au moins un élément de renfort local présentant une forme tubulaire fendue et entourant une des faces d' extrémité latérales de la pièce et venant en regard de chacune des faces frontales de ladite pièce adj acentes à ladite face d ' extrémité, ledit élément de renfort s ' étendant selon une direction sensiblement parallèle à la direction d' empilage des couches, et
-b) séparation de la pièce et de l ' élément de renfort local.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les couches de poudre fusionnée de la pièce et dudit élément de renfort local sont rendues so lidaires les unes des autres lors de l ' étape de fabrication.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit élément de renfort local est configuré de sorte à renforcer la pièce au moins selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d' empilage des couches.
4. Procédé selon l 'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel de la poudre non fusionnée remplit un espace existant entre une surface intérieure dudit élément de renfort local et la pièce avant l ' étape de séparation.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel selon une fusion modélisée d 'une couche de poudre de l ' élément de renfort local et d'une couche de poudre de la pièce, un j eu est prévu entre chaque face d' extrémité de la couche de l' élément de renfort et la face frontale de la couche de la pièce qui est en regard de ladite face d' extrémité, ledit jeu étant compris entre 0 ,01 mm et 1 mm, et de préférence compris entre 0,05 et 0,2 mm, et de préférence inférieur ou égal à 0 , 1 mm.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de renfort local s ' étend sur la totalité de la hauteur de la pièce .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une pluralité d' éléments intermédiaires est fabriquée simultanément au moins suivant une matrice de co lonnes et de lignes.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les éléments de renfort d' au moins une co lonne ou d' au moins une ligne sont réalisés d'un seul tenant.
9. Elément intermédiaire obtenu par mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes .
PCT/EP2015/067043 2014-07-28 2015-07-24 Procédé de fabrication additive à base de poudre d'une pièce, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques, et d'un élément de renfort associé WO2016016138A1 (fr)

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