WO2017108868A1 - Machine de fabrication additive comprenant un systeme de distribution de poudre a tiroir et injecteur - Google Patents

Machine de fabrication additive comprenant un systeme de distribution de poudre a tiroir et injecteur Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the field of additive manufacturing machines, also called 3D printers. More specifically, the invention relates to the injection of powder into such a machine.
  • a part is produced by so-called 3D printing from a powder.
  • the part is first broken down into slices using a CAD tool.
  • the powder is then spread in successive layers on a working surface, each layer undergoing, before being covered by the next layer, a melting and solidification step.
  • a contribution of energy for example by a laser beam, makes it possible to draw in the powder layer a solid corresponding to the edge of the part to be manufactured.
  • the part to be manufactured is generally supported by a plate that moves in a manufacturing chamber as the slices of the part are melted and solidified to form the next layer of powder.
  • the plateau thus defines a target surface, that is to say a surface whose all points can be reached by the laser beam, or any other energy input.
  • the powder is generally provided on the work surface along a line, a spreading device, which is typically a roller or scraper, moving transversely to the powder line and thereby spreading the powder.
  • a spreading device which is typically a roller or scraper, moving transversely to the powder line and thereby spreading the powder.
  • a manufacturing machine comprises a powder dispenser, in this case metallic, for dispensing a portion of powder.
  • a roll may optionally spread the powder.
  • a laser beam selectively sinter a first layer corresponding to a first portion of the workpiece. The process is then repeated layer by layer.
  • the powder must be distributed on the work surface in front of the spreading device.
  • the powder is in a tank from which the spreading device recovers before him, while moving, powder, the tank level being raised by a piston system as the tank empties as shown for example in WO 93/08928.
  • the powder layers are generally spread out from an area of the work surface that is fixed, for example from the powder reservoir or from an area over which the spill arm is located.
  • the dimensions of this zone are not adjustable, but determined by the length of the spreading device or the spill arm.
  • the whole of the manufacturing chamber is filled by the unmelted powder surrounding the part.
  • the amount of powder immobilized to make a part is often much greater than the amount of powder that will eventually be melted. This immobilization increases the manufacturing costs of the part.
  • the document WO 2005/097476 proposes to fill a gutter moving along two rails, and fill the gutter for a length between the two rails adapted to the dimensions of the part to be manufactured.
  • WO 2005/097476 proposes to fill a gutter moving along two rails, and fill the gutter for a length between the two rails adapted to the dimensions of the part to be manufactured.
  • only the parameter regarding the length of powder distributed between the two rails can be adjusted, limiting the possibilities of management of the powder.
  • a first object of the invention is to provide an additive manufacturing machine with a simplified powder supply circuit, facilitating cleaning.
  • a second object of the invention is to provide an additive manufacturing machine facilitating the identification of batches of powder used.
  • a third object of the invention is to provide an additive manufacturing machine for dosing the amount of powder dispensed with increased accuracy.
  • a fourth object of the invention is to provide an additive manufacturing machine for reducing the manufacturing time.
  • a fifth object of the invention is to provide an additive manufacturing machine reducing the cleaning time of the machine.
  • a sixth object of the invention is to provide an additive manufacturing machine decreasing the amount of powder polluted by the slag and thus reducing the cost of recycling said powder.
  • the invention proposes a machine for additive manufacturing of a part by total or partial selective melting of a powder, comprising:
  • At least one device for spreading said powder layer on the working plane movable relative to the working plane in a path on the work plane comprising at least one component parallel to a longitudinal horizontal direction;
  • At least one powder deposition system on the work surface comprising at least one powder receiving drawer and at least one powder injector;
  • the receiving drawer being movable in translation relative to the working plane in at least one horizontal transverse direction, between a retracted position in which the receiving drawer extends outside the path of the spreading device on the work plane and an extended position in which the receiving drawer extends at least in part in the path of the spreading device on the work plane.
  • the injector is then disposed above the receiving drawer, so as to distribute powder on the receiving drawer moving between a retracted position and an extended position.
  • the machine can furthermore have the following characteristics, considered alone or in combination:
  • the depositing system is removable on the machine, so that it can be removed from the machine, in particular to be cleaned and to ensure optimum tracking of the powder lots;
  • the machine comprises at least two powder deposition systems, making it possible to optimize the displacements of the spreading device in order to reduce the manufacturing time and / or to deposit two materials;
  • the machine comprises a system for regulating the quantity of powder distributed by the injector at any point along the trajectory of the injector relative to the receiving drawer, in particular making it possible to adapt the quantity of powder dispensed according to the part to be manufacture and its position on the work plan;
  • the receiving drawer comprises a receiving surface for receiving the powder of the injector, the receiving surface flush with the work plane when the receiving drawer is in an extended position.
  • the receiving drawer moves relative to the work plane in a groove extending in the transverse horizontal direction.
  • the invention proposes a method of additive manufacturing of a part by total or partial selective melting of a powder, implementing the machine as presented above.
  • the method comprises in particular the following steps:
  • the method may further comprise the following steps:
  • FIG. 1 is a three-dimensional schematic representation of a working plane inside an additive manufacturing machine comprising a powder distribution system according to an example embodiment.
  • Figures 2 to 4 are schematic views in section of a powder distribution system according to another embodiment, respectively in three different positions.
  • FIGS. 5 and 6 are simplified schematic representations of a variant of the powder distribution system of FIGS. 2 to 4.
  • Figure 7 is a schematic representation in plan view of the work plane of Figure 1 according to a first example of implementation.
  • FIG. 8 is a graph illustrating the profile of the powder distribution of FIG. 7.
  • Figure 9 is a schematic representation in plan view of the work plane of Figure 1 according to a second example of implementation.
  • FIG. 10 is a graph illustrating the profile of the powder distribution of FIG.
  • Figure 1 it is shown schematically and partially inside a machine 1 additive manufacturing of a piece by total or partial selective melting, from a powder material.
  • the material used may for example be metallic or plastic.
  • a working plane 2 corresponding to the bottom of an enclosure inside the machine 1.
  • the atmosphere inside the enclosure is rendered inert vis to the material used.
  • the work plan 2 is considered here as being horizontal. It is then defined a longitudinal horizontal axis X and a transverse horizontal axis Y, parallel to the working surface 2 and orthogonal to each other.
  • the adjective "longitudinal” and its variants then designate in any direction parallel to the longitudinal axis X, likewise the adjective “transverse” and its variants designate any direction parallel to the transverse Y axis.
  • the working plane 2 is formed on the upper surface of a bottom plate 3 constituting the bottom of the enclosure of the machine 1.
  • the machine 1 comprises a jacket, not shown in the figures, extending under the plane 2 of work along a vertical axis, and open in the chamber.
  • the plate 3 comprises an opening 4, the jacket being in register with this opening.
  • the liner is generally used to guide a workpiece support plate, not shown either, on which the workpiece is being built.
  • the tray descends vertically into the jacket as the wafers of parts are formed by melting and solidifying the powder of the corresponding layers, so that a powder layer of determined height on the tray protrudes from the work plane 2
  • the opening 4 of the bottom plate 3 then delimits a target surface, i.e.
  • the target surface represents all the points likely to be reached for example by a laser beam to melt the powder and manufacture the part.
  • the upper surface of the workpiece support plate is parallel to the work plane 2.
  • the target surface corresponds to the upper surface of the workpiece support plate.
  • the machine 1 also comprises a melting system, not shown, allowing the powder to melt and then solidify.
  • a melting system not shown, allowing the powder to melt and then solidify. This is for example a laser sending a beam on the target surface to fuse at least part of the powder.
  • the machine 1 further comprises a device 6 for spreading a layer of powder, mounted movably in the enclosure with respect to the working plane 2 along at least the longitudinal axis X.
  • the spreading device 6 is of the squeegee type.
  • the spreading device 6 may be of any type, for example roll.
  • the spreading device 6 may move longitudinally by a maximum stroke between an initial end position on one side of the target surface and a final end position on the other side of the target surface.
  • a trajectory of the spreading device 6 on the working plane 2 as being the set of trajectories of all the points of the spreading device 6 on the working plane 2.
  • the machine also comprises a powder distribution system 7 on the working plane 2.
  • the deposition system 7 comprises a powder receiving drawer 8 and a powder injector 9.
  • injector here is meant an injector whose dimensions of the outlet orifice of the powder are much smaller than the dimensions of the working plane 2 and its target surface.
  • the injector 9 can then be described as punctual.
  • the slide 8 is movable in translation relative to the working plane 2 in at least one transverse direction, for example in a groove 10. More specifically, the groove 10 is formed in the bottom plate 3 and opens on the plane 2, between the spreading device 6 in its initial end position and the target surface. The transverse distance of the groove 10 is sufficient to extend completely in the path of the spreading device 6 in the working plane 2 and beyond at least one side, transversely.
  • the receiving slide 8 is slidably mounted transversely to the working plane 2, for example in the groove 10, between two positions when seen in a horizontal plane:
  • the receiving drawer 8 comprises an upper surface 11 forming a receiving surface for the powder.
  • the receiving surface 1 1 is flush with the working plane 2, so as to form a continuity with the working plane 2, when the receiving slide 8 is in the extended position.
  • the receiving surface 11 is in the path of the spreading device 6, that is to say that the spreading device 6 moving longitudinally passes on the surface 1 1 reception.
  • the powder injector 9 is disposed above the receiving drawer 8, so as to distribute powder on the receiving surface 1 1 when the slide 8 moves between the retracted position and an extended position. More specifically, the injector 9 is fixed by compared to the bottom plate 3, and therefore with respect to the plane 2 of work, according to at least the transverse direction. The receiving slide 8 then moves transversely with respect to the working plane 2, and therefore with respect to the injector 9, the latter distributing a line L of powder on the upper surface 1 1 of the slide 8.
  • the injector 9 having distributed on its powder receiving surface 1 1, the longitudinal displacement of the spreading device 6 makes it possible to spread the powder from the receiving drawer 8 on at least a portion of the target surface.
  • the injector 9 is completely fixed with respect to the working plane 2, simplifying the design of the distribution system 7.
  • the injector 9 may be movable in translation along the vertical axis Z relative to the plane 2 of work, as will be explained later.
  • the powder dispensing system 7 comprising the receiving slide 8 and the injector 9 is particularly advantageous when it is necessary to change the batch of powder.
  • the injector 9 being fixed with respect to the working plane 2, it can be connected in a simple and direct manner to a powder reservoir, for example by means of a simple conduit directly connected on the one hand to the reservoir and on the other hand on the injector 9.
  • the powder distribution circuit comprises a small number of parts.
  • the powder dispensing system 7 can be removed from the chamber inside the machine 1 and replaced by a new system free of any powder residue.
  • a new conduit, also free of any powder residue is set up to connect the new dispensing system 7 to a reservoir including the powder of the new batch.
  • the distribution system 7 comprises a sleeve 12, removably attached to the frame of the machine 1.
  • the sleeve 12 is for example of cylindrical shape, of substantially transverse axis, open at a proximal end 13 and closed at a distal end 14, the adjectives "distal” and "proximal” to be understood herein with reference to the spreading device 6.
  • the sleeve 12 is fixed to the frame by means of a locking system, operable between a locked position rigidly securing the sleeve 12 to the frame of the machine 1 and an unlocked position allowing the removal of the sleeve 12 and its implementation on the frame of the machine 1.
  • the locking system connects the sleeve 12 to the bottom plate 3.
  • the groove 10 extends according to this example in the continuity of the sleeve 12, from the distal end 13.
  • the injector 9 comprises a head 16 whose output is inside the sleeve 12, and a connector 17 available outside the sleeve 12 to be connected to a powder reservoir, not shown.
  • a flexible type connection can advantageously be assembled on the one hand on an outlet of the powder reservoir and on the other hand to the connector 17 of the injector 9 to directly connect the injector 9 to the reservoir.
  • a metering hopper can be interposed between the reservoir and the connector 17 of the injector 9.
  • the receiving drawer 8 is mounted in translation along the transverse Y axis on the sleeve 12 by means of an actuating system 18.
  • the actuating system 18 comprises for example a motor 19 for moving in transverse translation the slide 8 by means of a worm 20 device.
  • the motor 19 should not be in contact with the powder to avoid contamination.
  • the motor 19 is then placed outside the sleeve 12, or in a separate compartment inside the sleeve 12.
  • the actuating system 18 then makes it possible to move the slide 8 between a retracted position and an extended position. More precisely, according to the example of FIGS. 2 to 4, when the drawer 8 is in a so-called final retracted position, it is entirely contained inside the sleeve 12, for reasons which will be explained later.
  • the motor 19 of the actuating system 18 is started, so as to cause the controlled transverse displacement of the slide 8 of the end 14 distal towards the end 13 proximal.
  • the speed of movement of the slide 8 is controlled.
  • the injector 9 is open, so as to distribute powder on the receiving surface 1 1 of the drawer 8.
  • the slide 8 is thus displaced and leaves the sleeve 12 through the open proximal end 13 (FIG. 3), the injector 9 depositing a line L of powder on the receiving surface 1 1.
  • the drawer 8 is then straddling the inside of the sheath 12 and the groove 10.
  • the motor 19 continues to cause the slide 8 to move out of the sleeve 12, and the spool 8 is then in an extended position (FIG. 4), in which it is for example entirely out of the sleeve 12.
  • the entire surface 1 which can then be, but not necessarily, completely covered by the line L of powder, is thus placed on the trajectory of the device 6 of spreading.
  • the slide 8 is again moved by the actuating system 18 in the final retracted position, in which the drawer 8 is entirely comprised within the sleeve 12.
  • the locking system When the batch of powder is to be changed, the locking system is placed in the unlocked position, and the connector 17 of the injector 9 is disassembled from the flexible connector.
  • the sheath 12 containing the whole of the powder dispensing system 7 can then be removed from the machine 1 to be cleaned of the remains of powder before being placed again in the machine 1.
  • a new batch of powder is then put in place in a clean reservoir, and a clean flexible connection is again secured on the one hand to the outlet of the tank and on the other hand to the connector 17 of the injector 9.
  • the sleeve 12 may be placed on the machine in such a way that the proximal opening 13 opens inside the chamber to the inert atmosphere of the machine, and that the remainder of the sleeve 12, in particular the connector 17 the injector that does not need to be in an inert atmosphere, either outside the enclosure.
  • the sleeve 12 is accessible outside the enclosure, facilitating the connection to the reservoir, the withdrawal and replacement of the distribution system 7.
  • the drawer 8 of reception may, in addition to being movable transversely, be movable vertically with respect to the plane 2 of work.
  • This variant is illustrated in particular in Figures 5 and 6, in which the dispensing system 7 has been shown in a simplified manner, omitting the sheath 12 and the actuating system 18.
  • the injector 9 is positioned vertically above the receiving surface 1 1 of the drawer 8 so that its powder outlet orifice is at the same height as the plane 2 of work. In other words, the distance measured vertically between the outlet orifice of the injector 9 and the working plane 2 is almost zero.
  • the diameter of the outlet orifice of the injector 9 is adapted so that the powder that comes out is distributed only on the receiving surface 1 1, and not on the working plane 2 surrounding the groove 10.
  • the drawer 8 is, in the retracted position, lowered in the groove 10, near the bottom of the groove, so that the receiving surface 1 1 is inside the groove 10.
  • the initial distance between the receiving surface 1 1 of the drawer 8 in retracted position and the working plane 2 is known and adjusted by vertical displacement of the slide 8 in the groove 10.
  • the slide 8 is moved in transverse translation in the groove 10 from a retracted position, in broken lines in Figure 5 towards an extended position, in solid lines in FIG. 5, in which the receiving surface 11 is not flush with the working plane 2.
  • the injector 9 having dispensed powder on the receiving surface 11, the volume of powder dispensed is controlled and known with increased accuracy. Indeed, the injector 9 is arranged at a height relative to the working plane 2 such that the height of the powder line formed on the receiving surface 1 1 corresponds to the known and controlled distance between the surface 1 1 of reception and work plan 2. Therefore, knowing the longitudinal dimension of the groove 10 and controlling the transverse dimension of the line L of powder distributed by the injector 9 on the receiving surface 1 1 of the drawer, the volume of the line L of powder distributed by the injector 9 is known.
  • the slide 8 can then be moved vertically making the line L of powder accessible to be spread by the spreading device 6.
  • the line L of powder can be made accessible to the device 6 of spreading completely, in which case the drawer 8 is moved vertically until the receiving surface 1 1 is flush with the plane 2 of work, or partially, a volume determined by moving the drawer 8 vertically by a determined height.
  • the injector 9 may be at a vertical distance from the working plane 2 which is not zero.
  • the slide 8 lowered into the groove then makes it possible to exert control over the spreading of the line L of powder distributed by the injector 9, the spread being limited longitudinally by the groove 10 as long as the quantity of deposited powder remains lower. to that which can contain the groove.
  • the machine 1 may further comprise a cleaning system of the slide 8, and more precisely of its receiving surface 1 1, between each line L of powder to be formed, to ensure that the quantity of powder dispensed by the injector 9 at each line is known precisely.
  • the cleaning system may be a suction system in the groove 10, or a scraper blade, disposed for example at the proximal end 13 of the sleeve 12 of the embodiment shown above.
  • the blade is designed so that it does not act on the line L of powder when the slide 8 moves from a retracted position to an extended position, but only when the slide 8 is moves to the retracted position, so as to clean the surface 1 1 of receiving any remains of powder and slag, that is to say the undesirable pieces of agglomerated powder, and to present the surface 1 1 own reception for a new line of powder.
  • the remains of powder then fall into the groove 10, and an auxiliary device, for example suction or vibration, makes it possible to evacuate the remains of powder outside the groove 10.
  • the powder dispensing system 7 can furthermore make it possible to control and adjust with greater precision the quantity of powder dispensed on the working plane 2.
  • the dispensing system 7 may comprise a device for regulating the quantity of powder dispensed by the injector 9 on the spool 8 at any point of the trajectory of the injector 9 relative to the spool 8; that is to say at any point in a transverse direction of the line L of powder on the receiving surface 1 1.
  • the regulating device makes it possible to regulate the quantity of powder dispensed on the slide 8, for example by controlling and adapting at any instant the speed of movement of the slide 8 and / or the flow rate of the injector 9.
  • the injector 9 is movable relative to the plane 2 of work, and therefore relative to the slide 8, in the vertical direction. More specifically, the vertical distance between the outlet orifice of the injector 9 and the receiving surface 1 1 of the slide 8 is adjustable.
  • the regulating device then acts on the adjustment of the height of the injector 9.
  • the powder falls from the injector 9 substantially by gravity.
  • the powder distributed on the receiving surface 1 1 takes the form of a slope connecting the receiving surface 1 1 and the outlet orifice of the injector 9.
  • the amount of powder can be varied. For example, it may be desirable to dispense a greater amount of powder at the transverse ends of the line L of powder than elsewhere, in order to limit the so-called language phenomenon. Indeed, during the passage of the spreading device, the powder located at the transverse ends in the path of the spreading device 6 tends to be ejected towards the sides, so that the longitudinal edges of the powder layer on the plane 2 of work are not straight.
  • the powder distribution system 7 by regulating the amount of powder dispensed by the injector 9 during the displacement of the slide 8 from a retracted position to an extended position, the amount of powder presented on the trajectory of the device 6 spreading is adjusted accordingly.
  • the machine can then, as a variant or in combination with the cleaning system of the drawer 8, comprise a system for checking the quantity of powder remaining on the receiving surface 11 1 of the drawer 8, after passing the device 6 spreading.
  • the verification system may consist of a remaining powder height sensor on the receiving surface 11.
  • the regulating device can thus adjust the quantity of powder distributed on the receiving surface 1 1 as a function of the quantity remaining to reach the determined quantity, and this at any point of the trajectory of the injector 9.
  • the machine may include a system for checking the amount of powder deposited on the receiving surface 1 1 for controlling in a closed loop the powder flow delivered by the injector.
  • FIGS. 7 and 8 show schematically an exemplary implementation of the distribution system 7 of FIG. 1, in particular to minimize the language effect.
  • a line L of powder has been distributed on the slide 8 moved from a retracted position, in broken lines in FIG. 7, to an extended position, in solid lines in FIG. 7, by translation in the groove 10.
  • a line L of powder is then distributed over the entire surface 1 1 of reception by the injector 9 as the drawer 8 moves.
  • the quantity of powder distributed on the slide 8 is greater than elsewhere.
  • the quantity of powder is regulated by moving the injector 9 of powder vertically along its trajectory relative to the slide 8.
  • the powder dispensing system 7 can furthermore make it possible to adapt the amount of powder to the shape, geometry and / or position of the slice T to melt and solidify the part to be manufactured on the target surface.
  • FIGS. 9 and 10 there is shown diagrammatically an example of implementation of the distribution system 7 in which the slice T to be melted and solidified has a transverse dimension smaller than the transverse dimension of the target surface, and has a transversely inclined edge. Therefore, it is not necessary for the powder layer to cover the entire target surface nor for the same amount of powder to be spread in the transverse direction.
  • the powder dispensing system 7 is used to regulate the amount of powder dispensed by the injector 9 on the slide 8 so that the line L of dispensed powder does not cover the entire receiving surface 1 1 of the slide 8, but has its transverse dimension adapted to the transverse dimension of the wafer T.
  • the ends of L a and L b of the powder line L are also positioned so as to correspond to the transverse ends of the section T in melt and solidify when the drawer 8 is in an extended position.
  • the powder distribution system 7 has transversely regulated the quantity of powder dispensed by the injector 9 on the spool 8 so as to adapt to the geometry of the slice T, the quantity of powder at the transverse end L b being smaller than the amount of the powder end L of the line L powder.
  • the profile height of the powder as a function of the transverse position of the powder line L is then for example decreasing from the end L L b towards the end.
  • the machine 1 may comprise two powder distribution systems 7, for example arranged on either side of the target surface in the longitudinal direction.
  • the spreading device 6 when the spreading device 6 from a first initial end position spreads a first layer of powder on the target surface to a final end position, it can start from this final end position as the second initial end position for spread the next layer of powder.
  • the displacements of the spreading device 6 are minimized, since it is no longer necessary to reduce it to the same initial end position with each new layer.
  • the grooves 10 in the bottom plate 3 can be used with a system for evacuating the excess powder.
  • the spreading device 6 spreads a layer of powder and its longitudinal stroke is adjusted to take it beyond the groove 10 the second powder distribution system 7.
  • the excess powder that has not been spread can then be recovered by falling into the groove 10 of the second powder distribution system 7.
  • the evacuation system can be implemented so that the powder dropped into the groove 10 is evacuated, and optionally recycled to be injected again.
  • the groove 10 of the other powder delivery system 7 may similarly be connected to a powder evacuation system.
  • the evacuation system may for example comprise a collection element disposed under the receiving drawer 8, opposite the receiving surface 1 1.
  • the pickup member discharges the fallen powder into the groove.
  • the pickup element may be adapted to discharge the powder from the groove as the tray 8 moves from an extended position to a retracted position. Indeed, the powder thus leaves the same side as the drawer 8 in the retracted position, so that a location on this side for a powder recovery tank in excess, or for any element of the system. evacuation, can easily be expected.
  • the machine may also include two spreading devices 6, each assigned to a powder delivery system 7, and each spreading a portion of the powder layer on the target surface.
  • Each powder dispensing system 7 can be used with a powder of the same material or of a different material.

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Abstract

L'invention concerne une machine (1) de fabrication additive d'une pièce par fusion sélective totale ou partielle d'une poudre, comprenant : un plan (2) de travail horizontal; au moins un dispositif (6) d'étalement; au moins un système (7) de distribution de poudre sur le plan (2) de travail comprenant au moins un tiroir (8) de réception de poudre et au moins un injecteur (9) de poudre; le tiroir (8) de réception étant mobile en translation par rapport au plan (2) de travail, l'injecteur (9) étant disposé au-dessus du tiroir (8) de réception, de manière à distribuer de la poudre sur le tiroir (8) de réception se déplaçant entre une position rétractée et une position déployée.

Description

MACHINE DE FABRICATION ADDITIVE COMPRENANT UN SYSTEME DE DISTRIBUTION DE POUDRE A TIROIR ET INJECTEUR
L'invention concerne le domaine des machines de fabrication additive, également appelées imprimantes 3D. Plus précisément, l'invention concerne l'injection de poudre dans une telle machine.
Selon une technique connue, une pièce est réalisée par impression dite 3D à partir d'une poudre. La pièce est préalablement décomposée en tranches à l'aide d'un outil CAO. La poudre est ensuite étalée en couches successives sur une surface de travail, chaque couche subissant, avant d'être recouverte par la couche suivante, une étape de fusion et solidification. A cet effet, un apport d'énergie, par exemple par un faisceau laser, permet de dessiner dans la couche de poudre un solide correspondant à la tranche de la pièce à fabriquer. La pièce à fabriquer est généralement supportée par un plateau qui se déplace dans une chambre de fabrication au fur et à mesure que les tranches de la pièce sont fondues et solidifiées pour pouvoir former la couche de poudre suivante. Le plateau définit donc une surface cible, c'est-à-dire une surface dont l'ensemble des points peut être atteint par le faisceau laser, ou tout autre apport d'énergie.
La poudre est généralement mise à disposition sur la surface de travail en suivant une ligne, un dispositif d'étalement, qui est typiquement un rouleau ou une raclette, se déplaçant transversalement à la ligne de poudre et assurant ainsi l'étalement de la poudre.
Le document US 5,597,589 décrit un exemple de réalisation de la technique ci- dessus. Plus précisément, selon cet exemple, une machine de fabrication comprend un distributeur de poudre, en l'occurrence métallique, permettant de distribuer une portion de poudre. Un rouleau permet éventuellement d'étaler la poudre. Un faisceau laser vient fritter de manière sélective une première couche correspondant à une première tranche de la pièce à fabriquer. Le procédé est ensuite répété couche après couche.
La poudre doit être distribuée sur la surface de travail devant le dispositif d'étalement. Par exemple, la poudre est dans un réservoir à partir duquel le dispositif d'étalement récupère devant lui, en se déplaçant, de la poudre, le niveau du réservoir étant remonté par un système de piston au fur et à mesure que le réservoir se vide, comme cela est présenté par exemple dans le document WO 93/08928. Il est également connu de distribuer une ligne de poudre devant le dispositif d'étalement, par exemple au moyen d'un bras de déversement dont la longueur correspond sensiblement à la longueur du dispositif d'étalement, comme dans le document US 5,597,589 précité.
Un problème qui se pose est la gestion de la poudre.
En effet, dans le domaine de l'aéronautique notamment, il est nécessaire d'identifier, pour chaque pièce fabriquée, le lot de poudre qui a servi à sa fabrication. Cette identification permet par exemple, en cas de détection d'un défaut pour un lot de poudre, de repérer les pièces fabriquées avec le lot défectueux. Par conséquent, lorsque le lot de poudre utilisé dans la machine est changé, il faut s'assurer que toute la poudre du lot précédent qui demeure dans la machine, aussi bien dans le circuit d'approvisionnement de la machine que sur les surfaces à l'intérieur de la machine exposées à la poudre, soit retirée avant de mettre en place et d'utiliser le nouveau lot.
Par conséquent, il existe un besoin pour faciliter le nettoyage de la machine entre deux lots de poudre.
En outre, pour une pièce à fabriquer, il est d'usage d'utiliser une quantité de poudre supérieure à la quantité qui sera in fine fondue et solidifiée pour constituer la pièce. Notamment, cet excès de poudre permet de s'assurer que la couche de poudre recouvre de manière adéquate la surface cible. Plus précisément, les couches de poudre sont en général étalées à partir d'une zone de la surface de travail qui est fixe, par exemple à partir du réservoir de poudre ou à partir d'une zone au-dessus de laquelle le bras de déversement se trouve. En outre, les dimensions de cette zone ne sont pas réglables, mais déterminées par la longueur du dispositif d'étalement ou du bras de déversement. Au final, quelles que soient les dimensions et la géométrie de la pièce à fabriquer, l'ensemble de la chambre de fabrication est remplie par la poudre non fondue entourant la pièce. En outre, il est de pratique courante de prévoir de la poudre en excès débordant au-delà de la surface cible pour chaque couche, notamment pour s'assurer que l'ensemble de la surface cible est bien recouverte par la couche de poudre.
Par conséquent, la quantité de poudre immobilisée pour fabriquer une pièce est souvent bien supérieure à la quantité de poudre qui sera au final fondue. Cette immobilisation augmente les coûts de fabrication de la pièce.
Le document WO 2005/097476 propose de remplir une gouttière se déplaçant le long de deux rails, et de remplir la gouttière sur une longueur entre les deux rails adaptée aux dimensions de la pièce à fabriquer. Toutefois, dans cette solution, seul le paramètre concernant la longueur de poudre distribuée entre les deux rails peut être ajusté, limitant les possibilités de gestion de la poudre.
Par conséquent, il existe en outre un besoin pour améliorer la gestion de la poudre pour limiter la quantité de poudre inutile à la fabrication de la pièce en elle-même.
A cet effet, un premier objet de l'invention est de proposer une machine de fabrication additive avec un circuit d'approvisionnement en poudre simplifié, facilitant le nettoyage.
Un deuxième objet de l'invention est de proposer une machine de fabrication additive facilitant l'identification des lots de poudre utilisée.
Un troisième objet de l'invention est de proposer une machine de fabrication additive permettant de doser la quantité de poudre distribuée avec une précision accrue.
Un quatrième objet de l'invention est de proposer une machine de fabrication additive permettant de diminuer le temps de fabrication.
Un cinquième objet de l'invention est de proposer une machine de fabrication additive diminuant le temps de nettoyage de la machine.
Un sixième objet de l'invention est de proposer une machine de fabrication additive diminuant la quantité de poudre polluée par les scories et donc diminuant le coût de recyclage de ladite poudre.
Selon un premier aspect, l'invention propose une machine de fabrication additive d'une pièce par fusion sélective totale ou partielle d'une poudre, comprenant :
un plan de travail horizontal destiné à recevoir une couche de poudre ;
au moins un dispositif d'étalement de ladite couche de poudre sur le plan de travail, mobile par rapport au plan de travail selon une trajectoire sur le plan de travail comprenant au moins une composante parallèle à une direction horizontale longitudinale ; - au moins un système de dépôt de poudre sur le plan de travail comprenant au moins un tiroir de réception de poudre et au moins un injecteur de poudre ;
le tiroir de réception étant mobile en translation par rapport au plan de travail selon au moins une direction horizontale transversale, entre une position rétractée dans laquelle le tiroir de réception s'étend en dehors de la trajectoire du dispositif d'étalement sur le plan de travail et une position déployée dans laquelle le tiroir de réception s'étend au moins en partie dans la trajectoire du dispositif d'étalement sur le plan de travail. L'injecteur est alors disposé au-dessus du tiroir de réception, de manière à distribuer de la poudre sur le tiroir de réception se déplaçant entre une position rétractée et une position déployée.
La machine peut en outre présenter les caractéristiques suivantes, considérées seules ou en combinaison :
le système de dépôt est amovible sur la machine, pour pouvoir être retiré de la machine notamment pour être nettoyé et assurer le suivi optimal des lots de poudre ; la machine comprend au moins deux systèmes de dépôt de poudre, permettant d'optimiser les déplacements du dispositif d'étalement pour réduire le temps de fabrication et/ou de déposer deux matériaux ;
la machine comprend un système de régulation de la quantité de poudre distribuée par l'injecteur en tout point de la trajectoire de l'injecteur par rapport au tiroir de réception, permettant notamment d'adapter la quantité de poudre distribuée en fonction de la pièce à fabriquer et de sa position sur le plan de travail ;
- le tiroir de réception comprend une surface de réception destinée à recevoir la poudre de l'injecteur, la surface de réception affleurant le plan de travail lorsque le tiroir de réception est dans une position déployée. A cet effet, par exemple, le tiroir de réception se déplace par rapport au plan de travail dans une rainure s'étendant selon la direction horizontale transversale.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de fabrication additive d'une pièce par fusion sélective totale ou partielle d'une poudre, mettant en œuvre la machine telle que présentée ci-dessus. Le procédé comprend notamment les étapes suivantes :
déterminer la quantité de poudre à distribuer en tout point de la trajectoire de l'injecteur par rapport au tiroir de réception, selon la direction horizontale transversale ; déplacer le tiroir de réception d'une position rétractée dans une position déployée ; réguler la quantité de poudre distribuée par l'injecteur en tout point de la trajectoire de l'injecteur par rapport au tiroir de réception ;
étaler la poudre sur le plan de travail au moyen du dispositif d'étalement.
Selon un mode de réalisation, dans lequel le tiroir de réception se déplace par rapport au plan de travail dans la rainure s'étendant selon la direction horizontale transversale, le procédé peut en outre comprendre les étapes suivantes :
collecter la poudre en excès qui n'a pas été étalée ; recevoir la poudre en excès dans la rainure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'exemples de réalisation de l'invention, accompagnée des figures dans lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique tridimensionnelle d'un plan de travail à l'intérieur d'une machine de fabrication additive comprenant un système de distribution de poudre selon un exemple de réalisation.
Les figures 2 à 4 sont des représentations schématiques vues en coupe d'un système de distribution de poudre selon un autre exemple de réalisation, respectivement dans trois positions différentes.
Les figures 5 et 6 sont des représentations schématiques simplifiées d'une variante du système de distribution de poudre des figures 2 à 4.
La figure 7 est une représentation schématique en vue de dessus du plan de travail de la figure 1 selon un premier exemple de mise en œuvre.
La figure 8 est un graphe illustrant le profil de la distribution de poudre de la figure 7.
La figure 9 est une représentation schématique en vue de dessus du plan de travail de la figure 1 selon un deuxième exemple de mise en œuvre.
La figure 10 est un graphe illustrant le profil de la distribution de poudre de la figure
9.
Sur la figure 1 , il est représenté de manière schématique et partielle l'intérieur d'une machine 1 de fabrication additive d'une pièce par fusion sélective totale ou partielle, à partir d'un matériau en poudre. Le matériau utilisé peut être par exemple métallique ou plastique. Plus précisément, sur la figure 1 , il est représenté un plan 2 de travail correspondant au fond d'une enceinte à l'intérieur de la machine 1. De préférence, l'atmosphère à l'intérieur de l'enceinte est rendue inerte vis-à-vis du matériau utilisé.
A des fins de clarté et de simplification, le plan 2 de travail est considéré ici comme étant horizontal. Il est alors défini un axe X horizontal longitudinal et un axe Y horizontal transversal, parallèles à la surface 2 de travail et orthogonaux entre eux. L'adjectif « longitudinal » et ses variantes désignent alors dans ce qui suit toute direction parallèle à l'axe X longitudinal, de même, l'adjectif « transversal » et ses variantes désignent toute direction parallèle à l'axe Y transversal.
Plus précisément, le plan 2 de travail est formé sur la surface supérieure d'une plaque 3 de fond, constituant le fond de l'enceinte de la machine 1 . La machine 1 comprend une chemise, non représentée sur les figures, s'étendant sous le plan 2 de travail selon un axe vertical, et ouverte dans l'enceinte. A cet effet, la plaque 3 comprend une ouverture 4, la chemise étant mise en coïncidence avec cette ouverture. La chemise sert en général de guidage à un plateau support de pièce, non représenté non plus, sur lequel repose la pièce en cours de fabrication. Le plateau descend verticalement dans la chemise au fur et à mesure que les tranches de pièces sont formées par fusion et solidification de la poudre des couches correspondantes, de sorte qu'une couche de poudre de hauteur déterminée sur le plateau dépasse du plan 2 de travail par l'ouverture 4. L'ouverture 4 de la plaque 3 de fond délimite alors une surface 5 cible, c'est-à-dire la surface dans laquelle de la poudre est susceptible d'être fondue pour former la pièce à fabriquer. En d'autres termes, la surface 5 cible représente l'ensemble des points susceptibles d'être atteints par exemple par un faisceau laser pour fondre la poudre et fabriquer la pièce. En général, la surface supérieure du plateau support de pièce est parallèle au plan 2 de travail. Ainsi, pour la première couche de poudre, la surface 5 cible correspond à la surface supérieure du plateau support de pièce.
La machine 1 comprend par ailleurs un système de fusion, non représenté, permettant à la poudre de fondre puis de se solidifier. Il s'agit par exemple d'un laser envoyant un faisceau sur la surface 5 cible pour fusionner au moins en partie la poudre.
La machine 1 comprend en outre un dispositif 6 d'étalement d'une couche de poudre, monté mobile dans l'enceinte par rapport au plan 2 de travail suivant au moins l'axe X longitudinal. Dans les exemples présentés ici, le dispositif 6 d'étalement est de type raclette. Toutefois, le dispositif 6 d'étalement pourra être de tout type, par exemple rouleau. Le dispositif 6 d'étalement peut se déplacer longitudinalement d'une course maximale entre une position extrême initiale située d'un côté de la surface 5 cible et une position extrême finale située de l'autre côté de la surface 5 cible. Dans ce qui suit, il est défini une trajectoire du dispositif 6 d'étalement sur le plan 2 de travail comme étant l'ensemble des trajectoires de l'ensemble des points du dispositif 6 d'étalement sur le plan 2 de travail.
La machine comprend par ailleurs un système 7 de distribution de poudre sur le plan 2 de travail. Le système 7 de dépôt comprend un tiroir 8 de réception de poudre et un injecteur 9 de poudre. Par injecteur, on désigne ici un injecteur dont les dimensions de l'orifice de sortie de la poudre sont très inférieures aux dimensions du plan 2 de travail et de sa surface 5 cible. L'injecteur 9 peut alors être qualifié de ponctuel.
Le tiroir 8 est mobile en translation par rapport au plan 2 de travail selon au moins une direction transversale, par exemple dans une rainure 10. Plus précisément, la rainure 10 est pratiquée dans la plaque 3 de fond, et s'ouvre sur le plan 2 de travail, entre le dispositif 6 d'étalement dans sa position extrême initiale et la surface 5 cible. La distance transversale de la rainure 10 est suffisante pour s'étendre totalement dans la trajectoire du dispositif 6 d'étalement dans le plan 2 de travail et au-delà d'au moins un côté, transversalement.
Le tiroir 8 de réception est monté glissant transversalement par rapport au plan 2 de travail, par exemple dans la rainure 10, entre deux positions, lorsque vu dans un plan horizontal :
une position rétractée dans laquelle le tiroir 8 de réception s'étend en dehors de la trajectoire du dispositif 6 d'étalement sur le plan 2 de travail ;
une position déployée dans laquelle le tiroir 8 de réception s'étend au moins en partie dans la trajectoire du dispositif 6 d'étalement sur le plan 2 de travail.
On comprend qu'il n'y a pas une seule position déployée, mais une multitude, le tiroir 8 dans une position déployée ne s'étendant pas nécessairement entièrement dans la trajectoire du dispositif 6 d'étalement sur le plan 2 de travail.
De même, il peut ne pas avoir une unique position rétractée, mais une multitude de positions rétractées dans lesquelles le tiroir 8 n'est plus dans la trajectoire du dispositif 6 d'étalement.
Plus précisément encore, le tiroir 8 de réception comprend une surface 11 supérieure formant surface de réception pour la poudre. La surface 1 1 de réception affleure le plan 2 de travail, de manière à former une continuité avec le plan 2 de travail, lorsque le tiroir 8 de réception est en position déployée. Ainsi, lorsque le tiroir 8 est en position déployée, la surface 1 1 de réception est sur la trajectoire du dispositif 6 d'étalement, c'est-à-dire que le dispositif 6 d'étalement se déplaçant longitudinalement passe sur la surface 1 1 de réception.
L'injecteur 9 de poudre est disposé au-dessus du tiroir 8 de réception, de manière à distribuer de la poudre sur la surface 1 1 de réception lorsque le tiroir 8 se déplace entre la position rétractée et une position déployée. Plus précisément, l'injecteur 9 est fixe par rapport à la plaque 3 de fond, et donc par rapport au plan 2 de travail, selon au moins la direction transversale. Le tiroir 8 de réception se déplace alors transversalement par rapport au plan 2 de travail, et donc par rapport à l'injecteur 9, ce dernier distribuant une ligne L de poudre sur la surface 1 1 supérieure du tiroir 8.
Ainsi, lorsque le tiroir 8 de réception est dans une position déployée, l'injecteur 9 ayant distribué sur sa surface 1 1 de réception de la poudre, le déplacement longitudinal du dispositif 6 d'étalement permet d'étaler de la poudre à partir du tiroir 8 de réception sur au moins une partie de la surface 5 cible.
Selon un mode de réalisation, l'injecteur 9 est totalement fixe par rapport au plan 2 de travail, simplifiant la conception du système 7 de distribution.
En variante, l'injecteur 9 peut être mobile en translation suivant l'axe Z vertical par rapport au plan 2 de travail, comme cela sera explicité plus loin.
Le système 7 de distribution de poudre comprenant le tiroir 8 de réception et l'injecteur 9 se révèle particulièrement avantageux lorsqu'il faut changer de lot de poudre. En effet, l'injecteur 9 étant fixe par rapport au plan 2 de travail, il peut être connecté de manière simple et directe à un réservoir de poudre, par exemple au moyen d'un simple conduit directement connecté d'une part sur le réservoir et d'autre part sur l'injecteur 9. Ainsi, le circuit de distribution de poudre comprend un nombre restreint de pièces. Le système 7 de distribution de poudre peut être retiré de l'enceinte à l'intérieur de la machine 1 et remplacé par un nouveau système exempt de tout résidu de poudre. Un nouveau conduit, également exempt de tout résidu de poudre, est mis en place pour connecter le nouveau système 7 de distribution à un réservoir comprenant la poudre du nouveau lot.
Sur les figures 2 à 4, il est illustré un exemple de réalisation du système 7 de distribution particulièrement destiné à faciliter son retrait et son remplacement.
Selon cet exemple, le système 7 de distribution comprend un fourreau 12, fixé de manière amovible au bâti de la machine 1. Le fourreau 12 est par exemple de forme cylindrique, d'axe sensiblement transversal, ouvert à une extrémité 13 proximale et fermé à une extrémité 14 distale, les adjectifs « distal » et « proximal » devant être compris ici en référence au dispositif 6 d'étalement. Le fourreau 12 est fixé au bâti au moyen d'un système 15 de verrouillage, actionnable entre une position verrouillée fixant de manière rigide le fourreau 12 au bâti de la machine 1 et une position déverrouillée permettant le retrait du fourreau 12 et sa mise en place sur le bâti de la machine 1 . Par exemple, le système 15 de verrouillage connecte le fourreau 12 à la plaque 3 de fond.
La rainure 10 s'étend selon cet exemple dans la continuité du fourreau 12, à partir de l'extrémité 13 distale.
Selon cet exemple, l'injecteur 9 comprend une tête 16 dont la sortie est à l'intérieur du fourreau 12, et un connecteur 17 disponible à l'extérieur du fourreau 12 pour être raccordé à un réservoir de poudre, non représenté. Par exemple, un raccord de type flexible peut avantageusement être assemblé d'une part sur une sortie du réservoir de poudre et d'autre part au connecteur 17 de l'injecteur 9 pour raccorder directement l'injecteur 9 au réservoir. Eventuellement, une trémie de dosage peut être interposée entre le réservoir et le connecteur 17 de l'injecteur 9.
Le tiroir 8 de réception est monté en translation suivant l'axe Y transversal sur le fourreau 12 au moyen d'un système 18 d'actionnement. Le système 18 d'actionnement comprend par exemple un moteur 19 permettant de déplacer en translation transversale le tiroir 8 au moyen d'un dispositif 20 à vis sans fin. De préférence, mais non nécessairement, le moteur 19 ne doit pas être en contact avec la poudre pour éviter toute contamination. Par exemple, le moteur 19 est alors placé à l'extérieur du fourreau 12, ou dans un compartiment séparé à l'intérieur du fourreau 12.
Le système 18 d'actionnement permet alors de déplacer le tiroir 8 entre une position rétractée et une position déployée. Plus précisément, selon l'exemple des figures 2 à 4, lorsque le tiroir 8 est dans une position rétractée dite finale, il est entièrement contenu à l'intérieur du fourreau 12, pour des raisons qui seront explicitées plus loin.
Il va maintenant être décrit un exemple de mise en œuvre de la machine comprenant le système 7 de distribution de poudre des figures 2 à 4.
A partir de la position rétractée finale (figure 2), le moteur 19 du système 18 d'actionnement est mis en route, de manière à provoquer le déplacement transversal contrôlé du tiroir 8 de l'extrémité 14 distale en direction de l'extrémité 13 proximale. En particulier, la vitesse de déplacement du tiroir 8 est contrôlée. Concomitamment, l'injecteur 9 est ouvert, de manière à distribuer de la poudre sur la surface 1 1 de réception du tiroir 8.
Le tiroir 8 est ainsi déplacé et sort du fourreau 12 par l'extrémité 13 proximale ouverte (figure 3), l'injecteur 9 déposant sur la surface 1 1 de réception une ligne L de poudre. Le tiroir 8 est alors à cheval entre l'intérieur du fourreau 12 et la rainure 10. Le moteur 19 continue à provoquer le déplacement du tiroir 8 hors du fourreau 12, et le tiroir 8 se trouve alors dans une position déployée (figure 4), dans laquelle il est par exemple entièrement sorti du fourreau 12. La totalité de sa surface 1 1 de réception, qui peut alors être, mais non nécessairement, totalement recouverte par la ligne L de poudre, est ainsi placée sur la trajectoire du dispositif 6 d'étalement.
Une fois que le dispositif 6 d'étalement est passé sur la ligne L de poudre pour l'étaler et former la couche au moins en partie sur la surface 5 cible, le tiroir 8 est de nouveau déplacé par le système 18 d'actionnement dans la position rétractée finale, dans laquelle le tiroir 8 est entièrement compris à l'intérieur du fourreau 12.
Lorsque le lot de poudre doit être changé, le système 15 de verrouillage est placé dans la position déverrouillée, et le connecteur 17 de l'injecteur 9 est désassemblé du raccord flexible. Le fourreau 12 contenant l'ensemble du système 7 de distribution de poudre peut alors être retiré de la machine 1 pour être nettoyé des restes de poudre avant d'être de nouveau placé dans la machine 1 . Un nouveau lot de poudre est alors mis en place dans un réservoir propre, et un raccord flexible propre est de nouveau solidarisé d'une part à la sortie du réservoir et d'autre part au connecteur 17 de l'injecteur 9.
Le fourreau 12 peut être placé sur la machine de telle manière que l'ouverture 13 proximale s'ouvre à l'intérieur de l'enceinte à l'atmosphère inerte de la machine, et que le reste du fourreau 12, notamment le connecteur 17 de l'injecteur qui n'a pas besoin d'être dans une atmosphère inerte, soit à l'extérieur de l'enceinte. Ainsi, le fourreau 12 est accessible à l'extérieur de l'enceinte, facilitant le raccord au réservoir, le retrait et le remplacement du système 7 de distribution.
Selon un autre mode de réalisation, le tiroir 8 de réception peut, en plus d'être mobile transversalement, être mobile verticalement par rapport au plan 2 de travail. Cette variante est illustrée notamment sur les figures 5 et 6, sur lesquelles le système 7 de distribution a été représenté de manière simplifiée, en omettant le fourreau 12 et le système 18 d'actionnement. Selon cet autre mode de réalisation, l'injecteur 9 est positionné verticalement au-dessus de la surface 1 1 de réception du tiroir 8 de manière à ce que son orifice de sortie de poudre soit à la même hauteur que le plan 2 de travail. En d'autres termes, la distance mesurée verticalement entre l'orifice de sortie de l'injecteur 9 et le plan 2 de travail est quasiment nulle. Le diamètre de l'orifice de sortie de l'injecteur 9 est adapté pour que la poudre qui en sort ne soit distribuée que sur la surface 1 1 de réception, et non sur le plan 2 de travail entourant la rainure 10. Le tiroir 8 est, dans la position rétractée, abaissé dans la rainure 10, à proximité du fond de la rainure, de sorte que la surface 1 1 de réception soit à l'intérieur de la rainure 10. La distance initiale entre la surface 1 1 de réception du tiroir 8 en position rétractée et le plan 2 de travail est connue et ajustée par déplacement vertical du tiroir 8 dans la rainure 10. Comme précédemment, le tiroir 8 est déplacé en translation transversale dans la rainure 10 depuis une position rétractée, en traits discontinus sur la figure 5, vers une position déployée, en traits pleins sur la figure 5, dans laquelle la surface 1 1 de réception n'affleure pas le plan 2 de travail. L'injecteur 9 ayant distribué de la poudre sur la surface 1 1 de réception, le volume de poudre distribuée est contrôlé et connu avec une précision accrue. En effet, l'injecteur 9 est disposé à une hauteur par rapport au plan 2 de travail telle que la hauteur de la ligne de poudre formée sur la surface 1 1 de réception correspond à la distance, connue et contrôlée entre la surface 1 1 de réception et le plan 2 de travail. Dès lors, connaissant la dimension longitudinale de la rainure 10 et en contrôlant la dimension transversale de la ligne L de poudre distribuée par l'injecteur 9 sur la surface 1 1 de réception du tiroir, le volume de la ligne L de poudre distribuée par l'injecteur 9 est connu. Le tiroir 8 peut alors être déplacé verticalement rendant la ligne L de poudre accessible pour être étalée par le dispositif 6 d'étalement. La ligne L de poudre peut être rendue accessible au dispositif 6 d'étalement complètement, auquel cas le tiroir 8 est déplacé verticalement jusqu'à ce que la surface 1 1 de réception affleure le plan 2 de travail, ou partiellement, d'un volume déterminé en déplaçant le tiroir 8 verticalement d'une hauteur déterminée.
En variante de cet autre mode de réalisation, l'injecteur 9 peut être à une distance verticale du plan 2 de travail qui n'est pas nulle. Le tiroir 8 abaissé dans la rainure permet alors d'exercer un contrôle sur l'étalement de la ligne L de poudre distribuée par l'injecteur 9, l'étalement étant limité longitudinalement par la rainure 10 tant que la quantité de poudre déposée reste inférieure à celle que peut contenir la rainure.
La machine 1 peut en outre comprendre un système de nettoyage du tiroir 8, et plus précisément de sa surface 1 1 de réception, entre chaque ligne L de poudre à former, pour s'assurer que la quantité de poudre distribuée par l'injecteur 9 à chaque ligne est connue avec précision. Par exemple, le système de nettoyage peut être un système d'aspiration dans la rainure 10, ou une lame formant raclette, disposée par exemple à l'extrémité 13 proximale du fourreau 12 du mode de réalisation présenté ci-dessus. La lame est conçue de sorte qu'elle n'agit pas sur la ligne L de poudre lorsque le tiroir 8 se déplace d'une position rétractée vers une position déployée, mais uniquement lorsque le tiroir 8 se déplace vers la position rétractée, de manière à nettoyer la surface 1 1 de réception des éventuels restes de poudre et de scories, c'est-à-dire les morceaux indésirables de poudre agglomérée, et de présenter la surface 1 1 de réception propre pour une nouvelle ligne de poudre. Les restes de poudre tombent alors dans la rainure 10, et un dispositif annexe, par exemple d'aspiration ou de vibrations, permet d'évacuer les restes de poudre en dehors de la rainure 10.
Le système 7 de distribution de poudre peut permettre en outre de contrôler et d'ajuster avec une précision accrue la quantité de poudre distribuée sur le plan 2 de travail.
A cet effet, le système 7 de distribution peut comprendre un dispositif de régulation de la quantité de poudre distribuée par l'injecteur 9 sur le tiroir 8 en tout point de la trajectoire de l'injecteur 9 par rapport au tiroir 8, c'est-à-dire en tout point selon une direction transversale de la ligne L de poudre sur la surface 1 1 de réception.
Le dispositif de régulation permet de réguler la quantité de poudre distribuée sur le tiroir 8 par exemple en contrôlant et en adaptant à tout instant la vitesse de déplacement du tiroir 8 et/ou le débit de l'injecteur 9. Selon un mode de réalisation, l'injecteur 9 est mobile par rapport au plan 2 de travail, et donc par rapport au tiroir 8, selon la direction verticale. Plus précisément, la distance verticale entre l'orifice de sortie de l'injecteur 9 et la surface 1 1 de réception du tiroir 8 est réglable. Le dispositif de régulation agit alors sur le réglage de la hauteur de l'injecteur 9. En effet, dans ce mode de réalisation, la poudre tombe de l'injecteur 9 sensiblement par gravité. La poudre distribuée sur la surface 1 1 de réception prend la forme d'un talus reliant la surface 1 1 de réception et l'orifice de sortie de l'injecteur 9. Lorsque le talus de poudre obstrue l'orifice de sortie de l'injecteur 9 par lequel s'écoule la poudre, il n'y a plus d'écoulement de poudre. De plus, lorsque l'injecteur 9 est en contact avec la surface 1 1 de réception, celle-ci obstrue l'orifice de sortie de l'injecteur 9 par lequel s'écoule la poudre, il n'y a pas d'écoulement de poudre. On comprend que les dimensions de l'orifice de sortie de l'injecteur 9 sont adaptées pour que la surface 1 1 de réception et le talus de poudre réalisent cette obstruction. Ainsi, la variation de la hauteur de l'injecteur 9 permet de varier le débit de poudre en sortie de l'injecteur 9.
Ainsi, sur une même ligne L de poudre sur le tiroir 8, la quantité de poudre peut être variée. Par exemple, il peut être souhaitable de distribuer une quantité de poudre plus importante aux extrémités transversales de la ligne L de poudre qu'ailleurs, afin de limiter le phénomène dit de langue. En effet, lors du passage du dispositif d'étalement, la poudre située aux extrémités transversales sur la trajectoire du dispositif 6 d'étalement a tendance à être éjectée vers les côtés, de sorte que les bords longitudinaux de la couche de poudre sur le plan 2 de travail ne sont pas rectilignes.
Dès lors, grâce au système 7 de distribution de poudre, en régulant la quantité de poudre distribuée par l'injecteur 9 lors du déplacement du tiroir 8 d'une position rétractée vers une position déployée, la quantité de poudre présentée sur la trajectoire du dispositif 6 d'étalement est ajustée en conséquence.
Grâce au dispositif de régulation, la machine peut alors, en variante ou en combinaison du système de nettoyage du tiroir 8, comprendre un système de vérification de la quantité de poudre restante sur la surface 1 1 de réception du tiroir 8, après passage du dispositif 6 d'étalement. Par exemple, le système de vérification peut consister en un capteur de hauteur de poudre restante sur la surface 1 1 de réception. Le dispositif de régulation peut ainsi ajuster la quantité de poudre distribuée sur la surface 1 1 de réception en fonction de la quantité restante pour atteindre la quantité déterminée, et ce en tout point de la trajectoire de l'injecteur 9. En variante, la machine peut comprendre un système de vérification de la quantité de poudre déposée sur la surface 1 1 de réception permettant de contrôler en boucle fermée le débit de poudre délivré par l'injecteur.
Sur les figures 7 et 8, il a été représenté de manière schématique un exemple de mise en œuvre du système 7 de distribution de la figure 1 notamment pour minimiser l'effet de langue. Ainsi, une ligne L de poudre a été distribuée sur le tiroir 8 déplacé depuis une position rétractée, en traits discontinus sur la figure 7, vers une position déployée, en trait plein sur la figure 7, par translation dans la rainure 10. Une ligne L de poudre est alors distribuée sur l'ensemble de la surface 1 1 de réception par l'injecteur 9 au fur et à mesure que le tiroir 8 se déplace. Aux extrémités transversales La et Lb de la ligne L de poudre, la quantité de poudre distribuée sur le tiroir 8 est plus importante qu'ailleurs. Par exemple, la quantité de poudre est régulée en déplaçant verticalement l'injecteur 9 de poudre le long de sa trajectoire par rapport au tiroir 8. Ainsi, en considérant deux points respectivement A et B à proximité des extrémités transversales respectivement La et Lb de la ligne L de poudre, et considérant un troisième point C situé sensiblement au milieu de la ligne L de poudre, les trois points A, B et C étant alignés transversalement, la hauteur de poudre aux points A et B est plus importante qu'au point C, le profil de la hauteur de poudre en fonction de la position transversale sur la ligne L de poudre étant alors par exemple parabolique.
Le système 7 de distribution de poudre peut en outre permettre d'adapter la quantité de poudre à la forme, à la géométrie et/ou à la position de la tranche T à fondre et solidifier de la pièce à fabriquer sur la surface 5 cible.
Sur les figures 9 et 10, il a été représenté de manière schématique un exemple de mise en œuvre du système 7 de distribution dans lequel la tranche T à fondre et solidifier a une dimension transversale inférieure à la dimension transversale de la surface 5 cible, et présente un bord incliné transversalement. Par conséquent, il n'est pas nécessaire que la couche de poudre recouvre l'ensemble de la surface 5 cible ni que la même quantité de poudre soit étalée suivant la direction transversale. Ainsi, le système 7 de distribution de poudre est mis en œuvre pour réguler la quantité de poudre distribuée par l'injecteur 9 sur le tiroir 8 de sorte que la ligne L de poudre distribuée ne recouvre pas la totalité de la surface 1 1 de réception du tiroir 8, mais a sa dimension transversale adaptée à la dimension transversale de la tranche T. En outre, les extrémités La et Lb de la ligne L de poudre sont également positionnées de manière à correspondre aux extrémités transversales de la tranche T à fondre et solidifier lorsque le tiroir 8 est dans une position déployée. Enfin, le système 7 de distribution de poudre a régulé transversalement la quantité de poudre distribuée par l'injecteur 9 sur le tiroir 8 de manière à s'adapter à la géométrie de la tranche T, la quantité de poudre à l'extrémité transversale Lb étant inférieure à la quantité de poudre à l'extrémité La de la ligne L de poudre. Le profil de la hauteur de poudre en fonction de la position transversale sur la ligne L de poudre est alors par exemple décroissant de l'extrémité La vers l'extrémité Lb.
En variante, la machine 1 peut comprendre deux systèmes 7 de distribution de poudre, par exemple disposés de part et d'autre de la surface 5 cible selon la direction longitudinale. Ainsi, lorsque le dispositif 6 d'étalement partant d'une première position extrême initiale étale une première couche de poudre sur la surface 5 cible jusqu'à une position extrême finale, il peut repartir de cette position extrême finale comme deuxième position extrême initiale pour étaler la couche de poudre suivante. Les déplacements du dispositif 6 d'étalement sont minimisés, puisqu'il n'est plus nécessaire de le ramener à une même position extrême initiale à chaque nouvelle couche. Selon cette variante, les rainures 10 dans la plaque 3 de fond peuvent être utilisées avec un système d'évacuation de la poudre en excès. En effet, en partant de la ligne L de poudre d'un premier système 7 de distribution de poudre, le dispositif 6 d'étalement étale une couche de poudre et sa course longitudinale est réglée pour l'emmener au-delà de la rainure 10 du deuxième système 7 de distribution de poudre. La poudre en excès qui n'a pas été étalée peut alors être récupérée en tombant dans la rainure 10 du deuxième système 7 de distribution de poudre. Le système d'évacuation peut être mis en œuvre pour que la poudre tombée dans la rainure 10 soit évacuée, et éventuellement recyclée pour être de nouveau injectée. La rainure 10 de l'autre système 7 de distribution de poudre pourra de manière similaire être reliée à un système d'évacuation de poudre.
Le système d'évacuation peut par exemple comprendre un élément de ramassage disposé sous le tiroir 8 de réception, à l'opposé de la surface 1 1 de réception. Ainsi, lorsque le tiroir 8 de réception se déplace dans la rainure 10 correspondante, l'élément de ramassage évacue la poudre tombée dans la rainure. Par exemple, l'élément de ramassage peut être adapté pour évacuer la poudre de la rainure lorsque le tiroir 8 se déplace d'une position déployée vers une position rétractée. En effet, la poudre sort ainsi du même côté que celui où se trouve le tiroir 8 en position rétractée, de sorte qu'un emplacement de ce côté pour un réservoir de récupération de la poudre en excès, ou pour tout élément du système d'évacuation, peut facilement être prévu.
La machine peut également comprendre deux dispositifs 6 d'étalement, chacun affecté à un système 7 de distribution de poudre, et étalant chacun une partie de la couche de poudre sur la surface 5 cible.
Chaque système 7 de distribution de poudre peut être utilisé avec une poudre d'un même matériau ou d'un matériau différent.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine (1 ) de fabrication additive d'une pièce par fusion sélective totale ou partielle d'une poudre, comprenant :
un plan (2) de travail horizontal destiné à recevoir une couche de poudre ;
au moins un dispositif (6) d'étalement de ladite couche de poudre sur le plan (2) de travail, mobile par rapport au plan (2) de travail selon une trajectoire sur le plan (2) de travail comprenant au moins une composante parallèle à une direction horizontale longitudinale ;
au moins un système (7) de dépôt de poudre sur le plan (2) de travail comprenant au moins un tiroir (8) de réception de poudre et au moins un injecteur (9) de poudre ; le tiroir (8) de réception étant mobile en translation par rapport au plan (2) de travail selon au moins une direction horizontale transversale, entre une position rétractée dans laquelle le tiroir (8) de réception s'étend en dehors de la trajectoire du dispositif (6) d'étalement sur le plan (2) de travail et une position déployée dans laquelle le tiroir (8) de réception s'étend au moins en partie dans la trajectoire du dispositif (6) d'étalement sur le plan (2) de travail,
l'injecteur (9) étant disposé au-dessus du tiroir (8) de réception, de manière à distribuer de la poudre sur le tiroir (8) de réception se déplaçant entre une position rétractée et une position déployée.
2. Machine (1 ) de fabrication additive selon la revendication 1 , dans laquelle le système (7) de dépôt est amovible sur la machine (1 ).
3. Machine (1 ) de fabrication additive selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant au moins deux systèmes (7) de dépôt de poudre.
4. Machine (1 ) de fabrication additive selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un système de régulation de la quantité de poudre distribuée par l'injecteur (9) en tout point de la trajectoire de l'injecteur (9) par rapport au tiroir (8) de réception.
5. Machine (1 ) de fabrication additive selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le tiroir (8) de réception comprend une surface (11 ) de réception destinée à recevoir la poudre de l'injecteur (9), la surface (11 ) de réception affleurant le plan (2) de travail lorsque le tiroir (8) de réception est dans une position déployée.
6. Machine (1 ) de fabrication additive selon la revendication 4, dans laquelle le tiroir (8) de réception se déplace par rapport au plan (2) de travail dans une rainure (10) s'étendant selon la direction horizontale transversale.
7. Procédé de fabrication additive d'une pièce par fusion sélective totale ou partielle d'une poudre, mettant en œuvre la machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
déterminer la quantité de poudre à distribuer en tout point de la trajectoire de l'injecteur (9) par rapport au tiroir (8) de réception, selon la direction horizontale transversale ;
déplacer le tiroir (8) de réception d'une position rétractée dans une position déployée ;
réguler la quantité de poudre distribuée par l'injecteur (9) en tout point de la trajectoire de l'injecteur (9) par rapport au tiroir (8) de réception ;
étaler la poudre sur le plan (2) de travail au moyen du dispositif (6) d'étalement.
8. Procédé de fabrication additive selon la revendication 7, mettant en œuvre la machine (1 ) selon la revendication 6, comprenant les étapes suivantes, après l'étape d'étalement de la poudre sur le pan (2) de travail :
collecter la poudre en excès qui n'a pas été étalée ;
recevoir la poudre en excès dans une rainure (10) ;
évacuer la poudre en excès.
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