WO2018220187A1 - Procédé et dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage pour la fabrication de pièces en métal à très faible conductivité thermique - Google Patents

Procédé et dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage pour la fabrication de pièces en métal à très faible conductivité thermique Download PDF

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welding
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melt
torch
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Definitions

  • the present invention relates to the additive manufacturing of three-dimensional parts and more particularly to a process.
  • the invention relates to the method and device for additive manufacturing by robotic arc welding with the addition of material by welding wire for the manufacture of metal parts with a very low thermal conductivity. and an additive manufacturing device by robotic arc welding with welding wire material for the manufacture of metal parts with very low thermal conductivity, the welding wire being distinct from the electrode and substantially parallel to the electrode. ci, allowing fusion of the welding wire in the melt or near it.
  • the additive manufacturing of three-dimensional parts is based on a general principle of material supply, the parts being built layer by layer.
  • the technologies currently used in additive manufacturing today rely on melting or sintering a thin layer of powders, typically metal, plastic or ceramic powders.
  • powder bed processes and powder spray processes are suitable for the production of a limited number of parts.
  • welding type MIG-MAG Metal Inert Gas - Metal Active Gas
  • TIG ⁇ Tungsten Inert Gas TIG ⁇ Tungsten Inert Gas
  • Figure 1 schematically illustrates an example of additive manufacturing device by robotic arc welding with material feed by welding wire.
  • a three-dimensional part 100 is manufactured by successive deposits of generically referenced layers 105.
  • the first layer is deposited on a support 1 10 while a next layer is deposited on a previous layer.
  • the material of the support 100 is generally the same as that of the filler wire so that the final piece results from the combination of at least a part of the support and the added layers.
  • the material supply is carried out by welding using a MIG torch 1 15.
  • a MIG torch 1 15 This comprises a contact tube for guiding the welding wire 120 and a nozzle channeling a Inert gas prevents oxidation during welding. It may also include a drive mechanism for the welding wire, for example a drive roller mechanism.
  • the welding wire 120 here acts as an electrode for the production of an electric arc allowing the melting of a portion of the surface of the support 1 10 and the end of the welding wire.
  • the torch 1 15 is connected to an electric generator (not shown) which provides the electric current required to trigger and maintain the arc required for welding.
  • the position of the torch 1 15 is controlled by a robotic arm 125, for example an arm with 5 or 6 degrees of freedom, itself controlled by a control software executed by a computer (not shown).
  • the torch 1 15 has a circular motion about a vertical axis and, at each revolution, an upward movement, to allow a new deposit following the previous deposit.
  • the object 100 is, for example, made of steel.
  • the invention solves at least one of the problems discussed above.
  • the subject of the invention is thus a process for the additive manufacturing of a metal part having a thermal conductivity of less than 25 Wm -1 .k -1 , by means of a robotic arc welding with material feed by welding wire, by successive deposition of metal layers, using a device comprising a movable welding torch provided with an infusible electrode and a contact tube configured to guide the welding wire, this method comprising the following steps,
  • the method according to the invention thus allows the low-cost manufacture of metal parts having a very low thermal conductivity.
  • the inerting gas furthermore preferably protects the part being manufactured, in particular when it is heated to an elevated temperature, for example a temperature greater than 300.degree.
  • the device comprises an electric generator, the step of supplying an electric current to the electrode comprising a step of supplying an electric current pulsed to the electrode to improve the quality and / or the regularity of the electrode. the contribution of material and limit deformations of the piece.
  • the device further comprises a welding wire drive mechanism configured to regulate the feed of the welding wire, the method comprising a step of moving the welding wire.
  • the device comprises welding wire supply control means, the welding wire being fed discontinuously and synchronized with the pulsed current to improve the quality and / or the regularity of the material supply.
  • the torch is moved continuously during deposition of at least a portion of a layer.
  • the method further comprises a step of thermal regulation of the workpiece during manufacture to limit deformations of the workpiece.
  • the contact tube is configured to bring the welding wire in a direction substantially parallel to the electrode to facilitate melting of the welding wire in the melt.
  • the method further comprises a step of point deposition of material in at least one point of settlement at the beginning and / or end of deposition of at least a portion of the layer.
  • the invention also relates to an additive manufacturing device for a metal part having a thermal conductivity less than 25 Wm "1 .k “ 1 , by robotic arc welding with material supply by welding wire, by successive deposition of metal layers, the device comprising
  • a movable welding torch provided with an infusible electrode and a contact tube configured to guide the welding wire;
  • an inerting chamber comprising the welding torch, configured to allow the manufacture of the part in the enclosure
  • a controlled movable arm supporting the welding torch and configured to move the welding torch
  • an electric current generator connected to the electrode, configured to cause and maintain an electric arc between the electrode and the part being manufactured, allowing the formation of a melt at a surface point of the part in question.
  • the contact tube being configured to bring the welding wire to the surface point of the part being manufactured, comprising fusion.
  • the device according to the invention thus allows the low-cost manufacture of metal parts having a very low thermal conductivity.
  • the device further comprises a welding wire drive mechanism configured to regulate the advance of the welding wire.
  • the contact tube is configured to bring the welding wire in a direction substantially parallel to the electrode to facilitate melting of the welding wire in the melt.
  • the torch further comprises a nozzle for delivering an inerting gas around the electrode in order to limit the risks of oxidation and / or pollution during a supply of material and to improve the mechanical qualities of the manufactured part. .
  • the device further comprises a support table, the support table comprising thermal regulation means for controlling the temperature of the part being manufactured and limiting the risk of deformation of the manufactured part.
  • the support table is rotatable along at least one axis to facilitate the manufacture of complex geometry parts.
  • the device further comprises means for renewing the atmosphere of the inerting chamber, the means for renewing the atmosphere of the inerting chamber comprising means for regulating the temperature of the inerting chamber.
  • Inerting chamber by regulating the temperature of the gas introduced into the inerting chamber in order to limit the risk of deformation of the manufactured part.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of additive manufacturing device by robotic arc welding with material supply by welding wire
  • FIG. 2 comprising FIGS. 2a and 2b, illustrates two examples of welding torches that can be used to implement the invention
  • FIG. 3 illustrates the implementation of the welding torch illustrated in Figure 2a for the additive manufacturing of a metal part having a very low thermal conductivity
  • FIG. 4 illustrates an example of intensity variation of a pulsed current applied to a welding electrode and an example of variation of advancement of a welding wire
  • FIG. 5 comprising FIGS. 5a to 5e, illustrates steps of introducing metal with a very low thermal conductivity by melting the welding wire in the melt, for the additive manufacturing of a workpiece;
  • FIG. 6 illustrates a first example of a device for the additive manufacturing of a piece of material having a very low thermal conductivity
  • FIG. 7 illustrates an example of the possible movements of a support table of a part being manufactured
  • FIG. 8 illustrates a second example of a device for the additive manufacturing of a piece of material having a very low thermal conductivity
  • FIG. 9 illustrates an example of an information processing device adapted to implement, at least partially, an embodiment of the invention.
  • the subject of the invention is additive manufacturing by robotic arc welding, the deposition of material being carried out with the aid of a torch allowing the fusion of a welding wire, preferably conveyed substantially parallel to a non-fusible electrode, for example a tungsten electrode, the welding wire melting in contact with the melt caused by the electric arc between the electrode and the workpiece being manufactured or close to this bath fusion.
  • a welding wire preferably conveyed substantially parallel to a non-fusible electrode, for example a tungsten electrode
  • the invention allows the additive manufacture of materials having a very low thermal conductivity (or very high thermal resistance), for example a thermal conductivity of less than 25 Wm -1 .k -1 , for example a further thermal conductivity of between 10 Wm -1 .k -1 and 25 Wm -1 .k -1 .
  • such a material is titanium having a thermal conductivity of about 21 Wm -1 .k -1 , the Inconel 600 having a thermal conductivity of about 14.8 Wm -1 .k -1 , Inconel 625 having a thermal conductivity of about 9.8 Wm -1 .k -1 , the Inconel 718 having a thermal conductivity of about 1 1, 2 Wm -1 .k -1 or an assembly of such materials. (Inconel is a brand).
  • FIG 2 including Figures 2a and 2b, illustrates two examples of welding torches that can be used to implement the invention.
  • the welding torch 200 here comprises a torch support 205, a torch body 210 to which is attached an infusible electrode 215, for example a tungsten electrode, and a nozzle 220 for delivering a gas. inerting (represented by the dashed arrows).
  • the torch 200 also comprises a contact tube 225 for guiding a welding wire 230, preferably in a substantially parallel direction at the electrode 215 or, more generally, in a direction forming an angle with that of the electrode 215 of between approximately 0 ° and 35 ° for example between 15 ° and 25 °, for example still an angle of approximately 20 ° .
  • the contact tube is preferably arranged to open into the nozzle 220 so that the welding wire is close to the welding electrode 215.
  • the welding wire is located, at the lower end of the welding electrode, at a distance thereof of between 1 and 10 mm, for example about 5 mm.
  • the contact tube 225 is advantageously associated with a drive mechanism (not shown) for controlling the advance of the welding wire.
  • a drive mechanism for controlling the advance of the welding wire.
  • This is for example a drive roller mechanism.
  • This welding wire driving mechanism can operate alone or in combination with another similar mechanism installed, for example, on a robotic arm to which the welding torch is attached or in an electric generator delivering the current required for the production of the welding torch. electric arc permitting the deposition of matter.
  • this control mechanism (or management) of the advance of the welding wire can be synchronized with an electrical control signal of the welding arc in order to control the supply of metal (ie advanced welding wire) to characteristics of the electric arc, for example its temperature.
  • the welding torch 200 'shown in FIG. 2b is similar to the welding torch 200 illustrated in FIG. 2a but does not include a nozzle for delivering an inerting gas.
  • the torch 200 ' also comprises a contact tube 225' for guiding a welding wire 230 ', preferably in a direction substantially parallel to the electrode 215' or, more generally, in a direction forming an angle with the electrode 215 ' between about 0 and 35 ° for example about 20 ° for bringing the welding wire in contact with the melt or in the vicinity thereof.
  • the contact tube 225 ' is advantageously associated with a drive mechanism (not shown) for controlling the advance of the welding wire, which mechanism can operate alone or in combination with another similar mechanism.
  • FIG. 3 illustrates the implementation of a welding torch similar to that illustrated in FIG. 2a, for the additive manufacturing of a piece of material having a very low thermal conductivity.
  • the part 300 in the course of manufacture comprises a support 305 and a first layer 310 in progress.
  • the support 305 and the layer 310 are typically formed of the same material, for example titanium.
  • at least a portion of the support 305 belongs to the part manufactured after finishing.
  • an electric arc 315 is formed between the electrode 215 and the part of the workpiece 300. closest to the electrode 215.
  • the electric arc thus formed heats the upper part of the part 300 closest to the electrode 215, forming a melt 320.
  • the angle between the electrode 215 and a normal to the surface on which a deposit is to be made is between 0 ° and 25 °. Its value is, for example, chosen between 0 ° and 5 °.
  • the welding wire 230 since the welding wire 230 is not located in the hottest part of the electric arc 315, it does not melt. Indeed, it melts only when it comes into contact with the molten bath or when it is very close to the latter, as described below with reference to FIG.
  • the electric current applied to the electrode 215 is a pulsed current allowing alternating times hot and cold weather to allow a fusion ensuring mechanical properties sought while limiting heating of the part during manufacture.
  • the progress of the welding wire is synchronized with the pulsations of the current applied to the electrode used to form the electric arc so that the welding wire advances when the melt allows the fusion of the welding wire and does not advance during the cooling periods of the part being manufactured. Due to the time required to heat the workpiece during manufacture, to bring the melt to the required temperature, there may be a lag between the application of a current corresponding to a hot weather and the progress of the welding wire. In other words, the progress of the welding wire may be out of phase with the pulsed current applied to the welding electrode.
  • FIG. 4 illustrates an example of variation of the intensity of a pulsed current applied to a welding electrode and an example of variation of advancement of a welding wire.
  • the pulsed current applied to the welding electrode varies here from an intensity denoted If associated with a cold time at an intensity denoted by the associated with a hot time.
  • the intensity If can be equal to about 200A while the intensity If can be equal to about 100A.
  • Other intensities can of course be used, especially depending on the nature of the welding wire and its diameter.
  • each intensity cycle corresponding to the hot time denoted Ce
  • Ce represents between 10 and 50% of a total cycle noted Ct, for example about 20% of a total cycle noted Ct.
  • the frequency of the pulsed current is preferably between 1 and 20 Hz. It is, for example, equal to about 5Hz.
  • the advancing speed of the welding wire varies here from a speed Vf associated with a cold time to a speed Vc associated with a hot time.
  • the speed Vf can be zero or negative (corresponding to a withdrawal).
  • the lead timing frequency of the welding wire is preferably the same as that of the pulsed current applied to the welding electrode.
  • the advancing cycle corresponding to the hot weather denoted CAc
  • CAc the advancing cycle corresponding to the hot weather
  • a lag time or phase shift ⁇ is preferably applied to allow the melt to heat before the welding wire comes into contact therewith.
  • FIG. 5 comprising FIGS. 5a to 5e, illustrates steps of supplying metal with a very low thermal conductivity by melting the welding wire in the melt or in the vicinity of the latter, for the additive manufacture of a room 300.
  • the steps described here relate to the provision of metal for the formation of a third layer, referenced 310-3, on a second layer referenced 310-2 itself deposited on a first layer referenced 310-1 which has been deposited. on a support 305.
  • an electric arc 315 is maintained between the electrode 215 and the part 300, more precisely between the electrode 215 and the surface of the second layer 310-2 on which a new layer is deposited.
  • the intensity of the current applied to the electrode 215 is, during the step illustrated in FIG. 5a, an intensity corresponding to a start of hot weather, allowing the temperature of the melt 320 to be raised. .
  • the welding wire advances to come into contact with or near the melt.
  • the process continues with a new hot time during which the intensity of the current applied to the welding electrode is increased to recreate a melt at or near the contact the welding wire may melt in order to make a new supply of metal.
  • the welding wire can begin its movement towards the melt as soon as the intensity of the current applied to the welding electrode is increased, or even before, depending on the length of the melted part, such that the lower end of the welding wire is in contact with or near the melt when it reaches a temperature permitting the supply of metal.
  • the welding torch advances independently of the pulsations of the current applied to the welding electrode, that is to say continuously or almost continuously along the path on which a deposit must be made ( being observed that the deposit can be temporarily stopped according to the shapes of the part to be manufactured).
  • a point deposit of material is performed at the beginning and / or end of the deposit path to compensate for the collapse resulting from the material deposition process.
  • the metal deposited along a path during a passage of the welding torch is approximately 1 mm high and 5 mm wide.
  • FIG. 6 illustrates a first example of a device for the additive manufacturing of a piece of material having a very low thermal conductivity.
  • the device 600 comprises a closed chamber 602, preferably sealed or substantially sealed, allowing the establishment of an overpressure of the interior of the cavity relative to the outside, for example a overpressure between 2 and 10%, so that the outside air can not enter the enclosure 602 and pollute its atmosphere.
  • the enclosure 602 is filled with an inert gas, for example argon or a mixture based on argon.
  • an inert gas for example argon or a mixture based on argon.
  • this gas is pure argon, its purity is preferably equal to or greater than 99.999% (by volume).
  • This is, for example, the gas marketed by Air Liquide under the Alphagaz 1 Argon brand whose purity is greater than 99.999% (by volume) or gas marketed by the company Messer under the name Argon 6.0 whose purity is greater than 99.9999% (by volume).
  • a gas supply system is configured to maintain a constant pressure in the chamber 602.
  • This system may further comprise recycling means for filtering the atmosphere of the chamber 602, in particular filtering the oxygen that would be present in this atmosphere or fumes resulting from combustions related to welding, for example oil fumes.
  • the gas supply system can modify the temperature of the gas injected into the chamber 602 and, if necessary, transmitted to the welding torch, to control the temperature of the atmosphere of this chamber. enclosure and that of the part being manufactured.
  • the device 600 comprises an electric generator and, preferably, a temperature controller. These elements can be combined in the same set, here the set 604, or be independent.
  • the assembly 604 comprises a gas supply pipe 606 and a gas suction pipe 608.
  • the gas supply pipe diffuses the gas close to the welding torch and supplies gas to the welding torch, for example via the robotic arm supporting the torch. welding, to allow the latter to deliver gas around the welding electrode.
  • This double gas supply inert reduces the risk of oxidation during the supply of metal by melting.
  • the inert gas must protect the melt to reduce the risk of oxidation, it also preferably protects the part being manufactured, especially when it is heated to a high temperature, by example a temperature above 300 ° C.
  • the assembly 604 further comprises a supply line 610 of heat transfer fluid, for example oil or glycol, and a return line 612 of the heat transfer fluid.
  • heat transfer fluid for example oil or glycol
  • return line 612 of the heat transfer fluid makes it possible to heat or cool, directly or indirectly, for example by contact, a part being manufactured.
  • the assembly 604 furthermore provides, here, the electric current used to form the electric arc necessary for the supply of metal for the manufacture of the part 300. According to the example illustrated in FIG. 6, this current is transmitted via a cable 614 to the welding torch (this cable passing here by the robotic arm supporting the latter).
  • the enclosure 602 comprises a support table 616 for holding the support 305 used to manufacture the part 300.
  • the support 300 is held, for example, by means of bolts, tongs or any other fixing system generically referenced 618.
  • the support table 616 comprises thermal regulation means, for example a plate 620 in which a heat transfer fluid can be circulated, in this case that supplied by the pipe 610, to control the temperature of the support 305 by heat exchange. .
  • the enclosure 602 further comprises a welding torch 200 mounted on a robotic arm 622 itself mounted on a support 624 controlling the movements of the arm autonomously or under the supervision of a computer 626.
  • the robotic arm 622 is, for example, an arm with 5 or 6 degrees of freedom. Combined, if necessary, with the movements of the support table 616, it allows a deposit of metal on a support along a virtually arbitrary trajectory.
  • the support table 616 is preferably orientable along one, two or three axes to facilitate the deposition of metal in certain configurations.
  • FIG. 8 illustrates a second example of a device for the additive manufacturing of a piece of material having a very low thermal conductivity.
  • This device differs from that shown in FIG. 6 in that the enclosure in which the part is manufactured, comprising an inert atmosphere, does not comprise the entirety of the robotic arm supporting the welding torch nor, here, the welding table. support of the room.
  • Such an arrangement makes it possible in particular to limit the risks of pollution of the inert atmosphere (for example by the oil that can be used to control the movements of the robotic arm).
  • the enclosure 602 ' essentially comprises the part being manufactured and the welding torch.
  • Figure 9 illustrates an exemplary device that can be used to implement, at least partially, an embodiment. It may correspond to the device 626 shown in FIG. 6 or to an element of the support 624 if it can control the robotic arm 622 autonomously. Such a device can also be used to control the characteristics of the current applied to the welding electrode and / or to control the advance of the welding wire.
  • the device 900 is for example a computer or a computer. It preferably comprises a communication bus 902 to which are connected:
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • Prog Program Program
  • RAM Random Access Memory
  • cache memory 908 comprising registers adapted to record variables and parameters created and modified during the execution of the aforementioned programs
  • a reader 910 of removable storage medium 912 such as a memory card or a disc, for example a DVD disc;
  • a graphic card 914 connected to a screen 916.
  • the device 900 may also have the following elements:
  • a hard disk 920 which may include the aforementioned "Prog" programs and data processed or to be processed;
  • a 922 keyboard and a 924 mouse or any other pointing device such as an optical pen, a touch screen or a remote control enabling the user to interact with the aforementioned programs;
  • a communication interface 926 connected to a distributed communication network 928, for example a wireless communication network and / or a local communication network, the interface being able to transmit and receive data.
  • a distributed communication network 928 for example a wireless communication network and / or a local communication network
  • the communication bus allows communication and interoperability between the various elements included in the device 900 or connected to it.
  • the representation of the bus is not limiting and, in particular, the central unit is capable of communicating instructions to any element of the device 900 directly or via another element of the device.
  • the executable code of each program allowing the programmable apparatus to implement the invention may be stored, for example, in the hard disk 920 or in read-only memory 906.
  • the executable code of the programs may be received via the communication network 928, via the interface 926, to be stored in the same manner as that described previously.
  • the program or programs may be loaded into one of the storage means of the device 900 before being executed.
  • the central unit 904 will control and direct the execution of the instructions or portions of software code of the aforementioned program or programs, instructions which are stored in the hard disk 920 or in the ROM 906 or in the other storage elements mentioned above.
  • the program or programs that are stored in a non-volatile memory for example the hard disk 920 or the read-only memory 906, are transferred into the random access memory 908 which then contains the executable code of the aforementioned program (s). as well as registers for storing the variables and parameters necessary for the implementation of the invention.
  • the aforementioned programs may have the purpose of controlling the trajectory of the welding torch, the deposition of filler metal and / or the rotation of the support table in order to control the shape of the part to be manufactured.

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Abstract

L'invention a notamment pour objet la fabrication additive d'une pièce (300) en métal ayant une faible conductivité thermique, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, par dépôt successif de couches (310), à l'aide d'un dispositif comprenant une torche de soudage (200) mobile pourvue d'une électrode infusible (215) et d'un tube contact configuré pour guider le fil de soudage (230). Un courant électrique fourni à l'électrode (215) provoque et maintient un arc électrique (315) entre l'électrode (215) et la pièce (305) en cours de fabrication, permettant la formation d'un bain de fusion (320) en un point de surface de la pièce (305). Le fil de soudage (230) est apporté, par l'intermédiaire du tube contact, à destination du point de surface de la pièce (305) comprenant le bain de fusion (320). Une fusion partielle du fil de soudage (230) s'opère au contact du bain de fusion (320) protégé par un gaz d'inertage.

Description

« Procédé et dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage pour la fabrication de pièces en métal à très faible conductivité thermique » La présente invention concerne la fabrication additive de pièces tridimensionnelles et plus particulièrement un procédé et un dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage pour la fabrication de pièces en métal à très faible conductivité thermique, le fil de soudage étant distinct de l'électrode et sensiblement parallèle à celle-ci, permettant la fusion du fil de soudage dans le bain de fusion ou à proximité de celui-ci.
Comme son nom l'indique, la fabrication additive de pièces tridimensionnelles repose sur un principe général d'apport de matière, les pièces étant construites couche par couche. Les technologies couramment mises en œuvre de fabrication additive reposent aujourd'hui sur la fusion ou le frittage d'une fine couche de poudres, typiquement de poudres métalliques, plastiques ou céramiques. Il existe des procédés sur lit de poudre et des procédés par projection de poudre. Ils sont adaptés à la production d'un nombre limité de pièces.
Bien que ces technologies aient fait leurs preuves, elles présentent néanmoins des inconvénients liés, notamment, aux coûts des moyens mis en œuvre pour effectuer la fusion ou le frittage, typiquement un faisceau d'électrons ou un faisceau laser, et à la dimension des pièces produites, généralement inférieures à quelques dizaines de centimètres, voire un mètre dans la dimension la plus grande.
Bien que nécessitant des traitements de finition, la fabrication additive basée sur des technologies de soudage, par exemple de soudage de type MIG-MAG {Métal Inert Gas - Métal Active Gas) ou TIG { Tungsten Inert Gas) où le fil de soudage permet l'apport de matière pour fabriquer une pièce, autorise la fabrication de pièces de grandes dimensions avec un matériel souvent moins onéreux. Cette technologie permet la fabrication de pièces dans un grand nombre de métaux parmi lesquels l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable ou encore le titane.
La figure 1 illustre schématiquement un exemple de dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage.
Comme illustré, une pièce tridimensionnelle 100 est fabriquée par dépôts successifs de couches génériquement référencées 105. La première couche est déposée sur un support 1 10 tandis qu'une couche suivante est déposée sur une couche précédente. Le matériau du support 100 est généralement le même que celui du fil d'apport de telle sorte que la pièce finale résulte de la combinaison d'au moins une partie du support et des couches rapportées.
Selon l'exemple illustré sur la figure 1 , l'apport de matériau est effectué par soudage à l'aide d'une torche MIG 1 15. Celle-ci comprend un tube contact pour guider le fil de soudage 120 et une buse canalisant un gaz inerte prévenant toute oxydation lors du soudage. Elle peut également comprendre un mécanisme d'entraînement du fil de soudage, par exemple un mécanisme à galets d'entraînement. Le fil de soudage 120 joue ici le rôle d'électrode pour la production d'un arc électrique permettant la fusion d'une partie de la surface du support 1 10 et de l'extrémité du fil de soudage. La torche 1 15 est reliée à un générateur électrique (non représenté) qui fournit le courant électrique requis pour déclencher et maintenir l'arc nécessaire au soudage.
La position de la torche 1 15 est contrôlée par un bras robotisé 125, par exemple un bras à 5 ou 6 degrés de liberté, lui-même contrôlé par un logiciel de commande exécuté par un calculateur (non représenté).
Selon l'exemple présenté, la torche 1 15 a un mouvement circulaire autour d'un axe vertical et, à chaque révolution, un mouvement d'élévation, pour permettre un nouveau dépôt en suivant le dépôt précédent.
L'objet 100 est, par exemple, réalisé en acier.
Cependant, alors que cette technologie est facilement accessible, sa mise en œuvre s'avère souvent délicate du fait, notamment, de échauffement de la pièce qui peut conduire à des déformations et à des effondrements du bain de fusion.
Par ailleurs, elle n'est pas adaptée à certains matériaux tels que le titane ou des alliages à base de fer, nickel et chrome, notamment les alliages connus sous les noms Inconel 600, Inconel 625 et Inconel 718 (Inconel est une marque), offrant une très grande résistance thermique et/ou électrique. En effet, pour ces matériaux, les résultats obtenus ne sont généralement pas satisfaisants en termes de tenue mécanique.
Il existe donc un besoin pour améliorer les procédés et dispositifs de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, pour la fabrication de pièces tridimensionnelles en matériaux offrant une très faible conductivité thermique, notamment en titane et en alliage à base de fer, nickel et chrome.
L'invention permet de résoudre au moins un des problèmes exposés précédemment.
L'invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication additive d'une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m"1.k"1, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, par dépôt successif de couches de métal, à l'aide d'un dispositif comprenant une torche de soudage mobile pourvue d'une électrode infusible et d'un tube contact configuré pour guider le fil de soudage, ce procédé comprenant les étapes suivantes,
- fourniture d'un courant électrique à l'électrode pour provoquer et maintenir un arc électrique entre l'électrode et la pièce en cours de fabrication, permettant la formation d'un bain de fusion en un point de surface de la pièce en cours de fabrication ;
- apport du fil de soudage, par l'intermédiaire du tube contact, à destination du point de surface de la pièce en cours de fabrication comprenant le bain de fusion ; et
- fusion partielle du fil de soudage au contact du bain de fusion, le bain de fusion étant protégé par un gaz d'inertage. Le procédé selon l'invention permet ainsi la fabrication à faible coût de pièces en métaux ayant une très faible conductivité thermique. Le gaz d'inertage protège en outre, de préférence, la pièce en cours de fabrication, notamment lorsqu'elle est portée à une température élevée, par exemple une température supérieure à 300 °C.
De façon avantageuse, le dispositif comprend un générateur électrique, l'étape de fourniture d'un courant électrique à l'électrode comprenant une étape de fourniture d'un courant électrique puisé à l'électrode pour améliorer la qualité et/ou la régularité de l'apport de matière et limiter des déformations de la pièce.
De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre un mécanisme d'entraînement du fil de soudage configuré pour réguler l'avance du fil de soudage, le procédé comprenant une étape de déplacement du fil soudage.
De façon avantageuse, le dispositif comprend des moyens de contrôle d'apport du fil de soudage, le fil de soudage étant apporté de façon discontinue et synchronisée au courant puisé pour améliorer la qualité et/ou la régularité de l'apport de matière.
Selon des modes de réalisation, la torche est déplacée de façon continue durant un dépôt d'au moins une partie d'une couche.
De façon avantageuse, le procédé comprend en outre une étape de régulation thermique de la pièce en cours de fabrication pour limiter des déformations de la pièce.
De façon avantageuse, le tube contact est configuré pour amener le fil de soudage selon une direction sensiblement parallèle à l'électrode pour faciliter la fusion du fil de soudage dans le bain de fusion.
De façon avantageuse, le procédé comprend en outre une étape de dépôt ponctuel de matière en au moins un point d'affaissement en début et/ou fin de dépôt d'au moins une partie de couche.
L'invention a également pour objet un dispositif de fabrication additive d'une pièce en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m"1.k"1, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage, par dépôt successif de couches de métal, le dispositif comprenant
- une torche de soudage mobile pourvue d'une électrode infusible et d'un tube contact configuré pour guider le fil de soudage ;
- une enceinte d'inertage comprenant la torche de soudage, configurée pour permettre la fabrication de la pièce dans l'enceinte ;
- un bras mobile commandé supportant la torche de soudage et configuré pour déplacer la torche de soudage ; et
- un générateur de courant électrique relié à l'électrode, configuré pour provoquer et maintenir un arc électrique entre l'électrode et la pièce en cours de fabrication, permettant la formation d'un bain de fusion en un point de surface de la pièce en cours de fabrication et permettant une fusion d'une partie du fil de soudage au contact du bain de fusion, le tube contact étant configuré pour amener le fil de soudage à destination du point de surface de la pièce en cours de fabrication comprenant le bain de fusion.
Le dispositif selon l'invention permet ainsi la fabrication à faible coût de pièces en métaux ayant une très faible conductivité thermique.
De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre un mécanisme d'entraînement du fil de soudage configuré pour réguler l'avance du fil de soudage.
De façon avantageuse, le tube contact est configuré pour amener le fil de soudage selon une direction sensiblement parallèle à l'électrode pour faciliter la fusion du fil de soudage dans le bain de fusion.
De façon avantageuse, la torche comprend en outre une buse pour délivrer un gaz d'inertage autour de l'électrode afin de limiter les risques d'oxydation et/ou de pollution durant un apport de matière et améliorer les qualités mécaniques de la pièce fabriquée.
De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre une table de support, la table de support comprenant des moyens de régulation thermique pour contrôler la température de la pièce en cours de fabrication et limiter les risques de déformation de la pièce fabriquée. De façon avantageuse, la table de support est mobile en rotation selon au moins un axe afin de faciliter la fabrication de pièces à géométrie complexe.
De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre des moyens de renouvellement de l'atmosphère de l'enceinte d'inertage, les moyens de renouvellement de l'atmosphère de l'enceinte d'inertage comprenant des moyens de régulation de la température de l'enceinte d'inertage par régulation de la température du gaz introduit dans l'enceinte d'inertage afin de limiter les risques de déformation de la pièce fabriquée.
D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, au regard des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement un exemple de dispositif de fabrication additive par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage ;
- la figure 2, comprenant les figures 2a et 2b, illustre deux exemples de torches de soudage pouvant être utilisées pour mettre en œuvre l'invention ;
- la figure 3 illustre la mise en œuvre de la torche de soudage illustrée sur la figure 2a pour la fabrication additive d'une pièce en métal ayant une très faible conductivité thermique ;
- la figure 4 illustre un exemple de variation d'intensité d'un courant puisé appliqué à une électrode de soudage et un exemple de variation d'avancement d'un fil de soudage ;
- la figure 5, comprenant les figures 5a à 5e, illustre des étapes d'apport de métal à très faible conductivité thermique par fusion du fil de soudage dans le bain de fusion, pour la fabrication additive d'une pièce ;
- la figure 6 illustre un premier exemple de dispositif pour la fabrication additive d'une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique ;
- la figure 7 illustre un exemple des mouvements possibles d'une table de support d'une pièce en cours de fabrication ; - la figure 8 illustre un second exemple de dispositif pour la fabrication additive d'une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique ;
- la figure 9 illustre un exemple d'un dispositif de traitement d'informations adapté à mettre en œuvre, au moins partiellement, un mode de réalisation de l'invention.
De façon générale, l'invention a pour objet la fabrication additive par soudage à l'arc robotisé, le dépôt de matière étant effectué à l'aide d'une torche permettant la fusion d'un fil de soudage amené, de préférence, sensiblement parallèlement à une électrode non fusible, par exemple une électrode en tungstène, le fil de soudage entrant en fusion au contact du bain de fusion provoqué par l'arc électrique entre l'électrode et la pièce en cours de fabrication ou à proximité de ce bain de fusion.
Selon des modes de réalisation particuliers, l'invention permet la fabrication additive de matériaux ayant une très faible conductivité thermique (ou très forte résistance thermique), par exemple une conductivité thermique inférieure à 25 W.m"1.k"1, par exemple encore une conductivité thermique comprise entre 10 W.m"1.k"1 et 25 W.m"1.k"1. A titre d'illustration, un tel matériau est le titane ayant une conductivité thermique d'environ 21 W.m"1.k"1, l'Inconel 600 ayant une conductivité thermique d'environ 14,8 W.m"1.k"1 , l'Inconel 625 ayant une conductivité thermique d'environ 9,8 W.m"1.k"1 , l'Inconel 718 ayant une conductivité thermique d'environ 1 1 ,2 W.m"1.k"1 ou un assemblage de tels matériaux (Inconel est une marque).
La figure 2, comprenant les figures 2a et 2b, illustre deux exemples de torches de soudage pouvant être utilisées pour mettre en œuvre l'invention.
Comme illustré sur la figure 2a, la torche de soudage 200 comprend ici un support de torche 205, un corps de torche 210 auquel est fixé une électrode infusible 215, par exemple une électrode en tungstène, et une buse 220 permettant de délivrer un gaz d'inertage (représenté par les flèches en trait pointillé).
La torche 200 comprend également un tube contact 225 pour guider un fil de soudage 230, de préférence selon une direction sensiblement parallèle à l'électrode 215 ou, plus généralement, selon une direction formant un angle avec celle de l'électrode 215 compris entre environ 0° et 35° par exemple entre 15° et 25°, par exemple encore un angle d'environ 20°.
Le tube contact est, de préférence, arrangé pour déboucher à l'intérieur de la buse 220 de telle sorte que le fil de soudage soit proche de l'électrode de soudage 215. A titre d'illustration, le fil de soudage se situe, au niveau de l'extrémité inférieure de l'électrode de soudage, à une distance de celle-ci comprise entre 1 et 10 mm, par exemple environ 5 mm.
Comme décrit ci-après, un tel arrangement permet d'amener le fil de soudage au contact du bain de fusion ou à proximité de celui-ci.
Le tube contact 225 est avantageusement associé à un mécanisme d'entraînement (non représenté) pour contrôler l'avance du fil de soudage. Il s'agit par exemple d'un mécanisme à galets d'entraînement. Ce mécanisme d'entraînement du fil de soudage peut opérer seul ou en combinaison avec un autre mécanisme similaire installé, par exemple, sur un bras robotisé auquel est fixée la torche de soudage ou dans un générateur électrique délivrant le courant nécessaire à la production de l'arc électrique permettant le dépôt de matière.
Comme décrit ci-dessous, ce mécanisme de contrôle (ou de gestion) de l'avance du fil de soudage peut être synchronisé avec un signal électrique de contrôle de l'arc de soudage afin d'asservir l'apport de métal (i.e. l'avancé du fil de soudage) à des caractéristiques de l'arc électrique, par exemple sa température.
La torche de soudage 200' illustrée sur la figure 2b est similaire à la torche de soudage 200 illustrée sur la figure 2a mais ne comprend pas de buse pour délivrer un gaz d'inertage.
La torche 200' comprend également un tube contact 225' pour guider un fil de soudage 230', de préférence selon une direction sensiblement parallèle à l'électrode 215' ou, plus généralement, selon une direction formant un angle avec l'électrode 215' compris entre environ 0 et 35° par exemple environ 20° permettant d'amener le fil de soudage au contact du bain de fusion ou à proximité de celui-ci. A nouveau, le tube contact 225' est avantageusement associé à un mécanisme d'entraînement (non représenté) pour contrôler l'avance du fil de soudage, ce mécanisme pouvant opérer seul ou en combinaison avec un autre mécanisme similaire.
Dans un souci de clarté, il est considéré, dans la suite de la description, une mise en œuvre basée sur la torche de soudage illustrée en figure 2a. Cependant, il doit être compris que la torche de soudage illustrée sur la figure 2b ou toute autre torche de soudage équivalente peut également être utilisée.
La figure 3 illustre la mise en œuvre d'une torche de soudage similaire à celle illustrée sur la figure 2a, pour la fabrication additive d'une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique.
A titre d'illustration, il est considéré ici que la pièce 300 en cours de fabrication comprend un support 305 et une première couche 310 en cours de réalisation. Le support 305 et la couche 310 sont typiquement formés dans le même matériau, par exemple du titane. Selon certains modes de réalisation, au moins une partie du support 305 appartient à la pièce fabriquée après finition.
Comme illustré, lorsque la torche de soudage 200 est utilisée et qu'un courant est appliqué entre l'électrode 215 et la pièce 300 en cours de fabrication, un arc électrique 315 se forme entre l'électrode 215 et la partie de la pièce 300 la plus proche de l'électrode 215. L'arc électrique ainsi formé chauffe la partie supérieure de la pièce 300 la plus proche de l'électrode 215, formant un bain de fusion 320.
Selon des modes de réalisation particuliers, l'angle entre l'électrode 215 et une normale à la surface sur laquelle un dépôt doit être effectué est compris entre 0° et 25°. Sa valeur est, par exemple, choisie entre 0° et 5°.
Il est noté que le fil de soudage 230 n'étant pas situé dans la partie la plus chaude de l'arc électrique 315, il ne fond pas. En effet, il ne fond que lorsqu'il entre en contact avec le bain de fusion ou lorsqu'il est très proche de ce dernier, comme décrit ci-dessous en référence à la figure 5.
Selon des modes de réalisation particuliers, le courant électrique appliqué à l'électrode 215 est un courant puisé permettant d'alterner des temps chauds et des temps froids afin de permettre une fusion assurant des propriétés mécaniques recherchées tout en limitant échauffement de la pièce en cours de fabrication.
Toujours selon des modes de réalisation particuliers, l'avancement du fil de soudage est synchronisé avec les pulsations du courant appliqué à l'électrode utilisée pour former l'arc électrique de telle sorte que le fil de soudage avance lorsque le bain de fusion permet la fusion du fil de soudage et n'avance pas lors des périodes de refroidissement de la pièce en cours de fabrication. Du fait du temps nécessaire au chauffage de la pièce en cours de fabrication, permettant d'amener le bain de fusion à la température requise, il peut exister un temps de latence entre l'application d'un courant correspondant à un temps chaud et l'avancement du fil de soudage. En d'autres termes, l'avancement du fil de soudage peut être déphasé par rapport au courant puisé appliqué à l'électrode de soudage.
La figure 4 illustre un exemple de variation de l'intensité d'un courant puisé appliqué à une électrode de soudage et un exemple de variation d'avancement d'un fil de soudage.
Comme illustré sur le graphe supérieur de la figure 4, le courant puisé appliqué à l'électrode de soudage varie ici d'une intensité notée If associée à un temps froid à une intensité notée le associée à un temps chaud. A titre d'illustration, l'intensité If peut être égale à environ 200A tandis que l'intensité If peut être égale à environ 100A. D'autres intensités peuvent bien sûr être utilisées, notamment selon la nature du fil de soudage et son diamètre.
Toujours à titre d'illustration, chaque cycle d'intensité correspondant au temps chaud, noté Ce, représente entre 10 et 50% d'un cycle total noté Ct, par exemple environ 20% d'un cycle total noté Ct.
La fréquence du courant puisé est, de préférence, comprise entre 1 et 20Hz. Elle est, par exemple, égale à environ 5Hz.
Comme illustré sur le graphe inférieur de la figure 4, la vitesse d'avancement du fil de soudage varie ici d'une vitesse notée Vf associée à un temps froid à une vitesse notée Vc associée à un temps chaud. La vitesse Vf peut être nulle ou négative (correspondant alors à un retrait). La fréquence de cadencement d'avance du fil de soudage est, de préférence, identique à celle du courant puisé appliqué à l'électrode de soudage. Cependant, le cycle d'avancement correspondant au temps chaud, noté CAc, peut être plus court, égal ou plus long que le cycle d'intensité le correspondant au temps chaud. Par ailleurs, comme observé ci-dessus, un temps de latence ou déphasage noté Δΐ est, de préférence, appliqué pour permettre au bain de fusion de chauffer avant que le fil de soudage n'entre en contact avec celui-ci.
La figure 5, comprenant les figures 5a à 5e, illustre des étapes d'apport de métal à très faible conductivité thermique par fusion du fil de soudage dans le bain de fusion ou à proximité de celui-ci, pour la fabrication additive d'une pièce 300.
Les étapes visées ici ont pour objet l'apport de métal pour la formation d'une troisième couche, référencée 310-3, sur une deuxième couche référencée 310-2 elle-même déposée sur une première couche référencée 310- 1 qui a été déposée sur un support 305.
Comme illustré sur la figure 5a, un arc électrique 315 est maintenu entre l'électrode 215 et la pièce 300, plus précisément entre l'électrode 215 et la surface de la seconde couche 310-2 sur laquelle est déposée une nouvelle couche.
Il est supposé ici que l'intensité du courant appliqué à l'électrode 215 est, durant l'étape illustrée sur la figure 5a, une intensité correspondant à un début de temps chaud, permettant l'élévation de la température du bain de fusion 320.
Dans une étape suivante, illustrée sur la figure 5b, le fil de soudage avance pour venir en contact du bain de fusion ou à proximité de ce dernier.
Lorsque le fil de soudage est en contact avec le bain de fusion ou qu'il se trouve à proximité de ce dernier, par exemple à moins de 5mm, sa partie inférieure, notée 500, entre en fusion et, comme illustré sur la figure 5c, tombe sur la pièce 300 en cours de fabrication, dans le bain de fusion, pour venir former le dépôt noté 505. Combiné à une baisse d'intensité du courant appliqué à l'électrode de soudage, correspondant à un temps froid, le dépôt de la partie inférieure du fil de soudage vient refroidir le bain de fusion, l'apport correspondant à cette partie inférieure du fil de soudage venant ainsi se figer avant de s'étaler de façon excessive, comme illustré sur la figure 5d.
Comme illustré sur la figure 5e, similaire à la figure 5a, le processus se poursuit avec un nouveau temps chaud durant lequel l'intensité du courant appliqué à l'électrode de soudage est augmentée pour recréer un bain de fusion au contact ou à proximité duquel le fil de soudage pourra entrer en fusion afin d'effectuer un nouvel apport de métal.
Il convient de noter ici que le fil de soudage peut commencer son mouvement vers le bain de fusion dès que l'intensité du courant appliqué à l'électrode de soudage est augmentée, voire avant, en fonction de la longueur de la partie fondue, de telle sorte que l'extrémité inférieure du fil de soudage soit en contact avec le bain de fusion ou à proximité de ce dernier lorsqu'il atteint une température permettant l'apport de métal.
Selon des modes de réalisation particuliers, la torche de soudage avance indépendamment des pulsations du courant appliqué à l'électrode de soudage, c'est-à-dire de façon continue ou quasi continue le long du chemin sur lequel un dépôt doit être effectué (étant observé que le dépôt peut être arrêté temporairement selon les formes de la pièce à fabriquer).
Toujours selon des modes de réalisation particuliers, un dépôt ponctuel de matière est effectué en début et/ou en fin de trajectoire de dépôt pour compenser l'affaissement résultant du procédé de dépôt de matière.
Le métal déposé le long d'une trajectoire lors d'un passage de la torche de soudure mesure environ 1 mm de haut et 5mm de large.
La figure 6 illustre un premier exemple de dispositif pour la fabrication additive d'une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique.
Comme illustré, le dispositif 600 comprend une enceinte fermée 602, de préférence étanche ou quasi étanche, permettant l'établissement d'une surpression de l'intérieur de la cavité par rapport à l'extérieur, par exemple une surpression comprise entre 2 et 10%, de telle sorte que l'air extérieur ne puisse pas entrer dans l'enceinte 602 et polluer son atmosphère.
L'enceinte 602 est remplie d'un gaz inerte, par exemple d'argon ou un mélange à base d'argon. Lorsque ce gaz est de l'argon pur, sa pureté est, de préférence, égale ou supérieure à 99,999% (en volume). Il s'agit, par exemple, du gaz commercialisé par la société Air Liquide sous la marque Alphagaz 1 Argon dont la pureté est supérieure à 99,999% (en volume) ou du gaz commercialisé par la société Messer sous la dénomination Argon 6.0 dont la pureté est supérieure à 99,9999% (en volume).
Selon des modes de réalisation particuliers, un système d'alimentation en gaz est configuré pour maintenir une pression constante dans l'enceinte 602. Ce système peut en outre comprendre des moyens de recyclage pour filtrer l'atmosphère de l'enceinte 602, notamment filtrer l'oxygène qui serait présent dans cette atmosphère ou des fumées résultant de combustions liées à la soudure, par exemple des fumées d'huile.
Toujours selon des modes de réalisation particuliers, le système d'alimentation en gaz peut modifier la température du gaz injecté dans l'enceinte 602 et, le cas échéant, transmis à la torche de soudage, pour contrôler la température de l'atmosphère de cette enceinte et celle de la pièce en cours de fabrication.
Outre un système d'alimentation en gaz inerte, le dispositif 600 comprend un générateur électrique et, de préférence, un régulateur de température. Ces éléments peuvent être combinés dans un même ensemble, ici l'ensemble 604, ou être indépendants.
A titre d'illustration, l'ensemble 604 comprend une canalisation d'alimentation en gaz 606 et une canalisation d'aspiration de gaz 608.
Toujours à titre d'illustration et selon un mode de réalisation particulier, la canalisation d'alimentation en gaz diffuse du gaz à proximité de la torche de soudage et alimente en gaz la torche de soudage, par exemple via le bras robotisé supportant la torche de soudage, pour permettre à cette dernière de délivrer du gaz autour de l'électrode de soudage. Ce double apport en gaz inerte permet de réduire un risque d'oxydation lors de l'apport de métal par fusion.
Il est observé ici que si le gaz inerte doit protéger le bain de fusion pour limiter les risques d'oxydation, il protège en outre, de préférence, la pièce en cours de fabrication, notamment lorsqu'elle est portée à une température élevée, par exemple une température supérieure à 300 °C.
Dans l'exemple illustré sur la figure 6, l'ensemble 604 comprend en outre une canalisation d'alimentation 610 en fluide calorifique, par exemple en huile ou en glycol, ainsi qu'une canalisation de retour 612 de ce fluide calorifique. Ce dernier permet de chauffer ou refroidir, directement ou indirectement, par exemple par contact, une pièce en cours de fabrication.
L'ensemble 604 fourni en outre, ici, le courant électrique utilisé pour former l'arc électrique nécessaire à l'apport de métal pour la fabrication de la pièce 300. Selon l'exemple illustré sur la figure 6, ce courant est transmis via un câble 614 à la torche de soudage (ce câble passant ici par le bras robotisé supportant cette dernière).
Dans l'exemple illustré sur la figure 6, l'enceinte 602 comprend une table de support 616 pour maintenir le support 305 utilisé pour fabriquer la pièce 300. Le support 300 est maintenu, par exemple, à l'aide de boulons, de pinces ou de tout autre système de fixation génériquement référencés 618. Un maintien ferme du support 305 permet de contrôler sa position et d'éviter une déformation de celui-ci du fait de la chaleur liée aux opérations de soudage.
Selon des modes de réalisation particuliers, la table de support 616 comprend des moyens de régulation thermique, par exemple une plaque 620 dans laquelle peut circuler un fluide calorifique, ici celui apporté par la canalisation 610, pour contrôler la température du support 305 par échange thermique.
L'enceinte 602 comprend en outre une torche de soudage 200 montée sur un bras robotisé 622 lui-même monté sur un support 624 contrôlant les mouvements du bras de façon autonome ou sous la supervision d'un ordinateur 626. Le bras robotisé 622 est, par exemple, un bras à 5 ou 6 degrés de liberté. Combiné, le cas échéant, aux mouvements de la table de support 616, il permet un dépôt de métal sur un support le long d'une trajectoire quasi quelconque.
Comme illustré sur la figure 7, la table de support 616 est, de préférence, orientable selon un, deux ou trois axes pour faciliter le dépôt de métal dans certaines configurations.
La figure 8 illustre un second exemple de dispositif pour la fabrication additive d'une pièce en matériau ayant une très faible conductivité thermique. Ce dispositif diffère de celui représenté sur la figure 6 en ce que l'enceinte dans laquelle est fabriquée la pièce, comprenant une atmosphère inerte, ne comprend pas l'intégralité du bras robotisé supportant la torche de soudage ni, ici, de la table de support de la pièce. Un tel arrangement permet notamment de limiter les risques de pollution de l'atmosphère inerte (par exemple par l'huile pouvant être utilisée pour contrôler les mouvements du bras robotisé).
Comme illustré, l'enceinte 602' comprend essentiellement la pièce en cours de fabrication et la torche de soudage.
La figure 9 illustre un exemple de dispositif pouvant être utilisé pour mettre en œuvre, au moins partiellement, un mode de réalisation. Il peut correspondre au dispositif 626 illustré sur la figure 6 ou à un élément du support 624 si celui peut contrôler le bras robotisé 622 de façon autonome. Un tel dispositif peut également être utilisé pour contrôler les caractéristiques du courant appliqué à l'électrode de soudage et/ou pour contrôler l'avance du fil de soudage.
Le dispositif 900 est par exemple un ordinateur ou un calculateur. Il comporte de préférence un bus de communication 902 auquel sont reliés :
- une unité centrale de traitement ou microprocesseur 904 (CPU, sigle de Central Processing Unit en terminologie anglo-saxonne) ;
- une mémoire morte 906 (ROM, acronyme de Read Only Memory en terminologie anglo-saxonne) pouvant comporter le système d'exploitation et des programmes tels que "Prog" ;
- une mémoire vive ou mémoire cache 908 (RAM, acronyme de Random Access Memory en terminologie anglo-saxonne) comportant des registres adaptés à enregistrer des variables et paramètres créés et modifiés au cours de l'exécution des programmes précités ;
- un lecteur 910 de support amovible de stockage 912 tel qu'une carte mémoire ou un disque, par exemple un disque DVD ; et
- une carte graphique 914 reliée à un écran 916.
Optionnellement, le dispositif 900 peut également disposer des éléments suivants :
- un disque dur 920 pouvant comporter les programmes "Prog" précités et des données traitées ou à traiter ;
- un clavier 922 et une souris 924 ou tout autre dispositif de pointage comme un crayon optique, un écran tactile ou une télécommande permettant à l'utilisateur d'interagir avec les programmes précités ; et
- une interface de communication 926 reliée à un réseau de communication distribué 928, par exemple un réseau de communication sans fil et/ou un réseau de communication local, l'interface étant apte à transmettre et à recevoir des données.
Le bus de communication permet la communication et l'interopérabilité entre les différents éléments inclus dans le dispositif 900 ou reliés à lui. La représentation du bus n'est pas limitative et, notamment, l'unité centrale est susceptible de communiquer des instructions à tout élément du dispositif 900 directement ou par l'intermédiaire d'un autre élément du dispositif
900.
Le code exécutable de chaque programme permettant à l'appareil programmable de mettre en œuvre l'invention peut être stocké, par exemple, dans le disque dur 920 ou en mémoire morte 906.
Selon une variante, le code exécutable des programmes pourra être reçu par l'intermédiaire du réseau de communication 928, via l'interface 926, pour être stocké de façon identique à celle décrite précédemment.
De manière plus générale, le ou les programmes pourront être chargés dans un des moyens de stockage du dispositif 900 avant d'être exécutés. L'unité centrale 904 va commander et diriger l'exécution des instructions ou portions de code logiciel du ou des programmes précités, instructions qui sont stockées dans le disque dur 920 ou dans la mémoire morte 906 ou bien dans les autres éléments de stockage précités. Lors de la mise sous tension, le ou les programmes qui sont stockés dans une mémoire non volatile, par exemple le disque dur 920 ou la mémoire morte 906, sont transférés dans la mémoire vive 908 qui contient alors le code exécutable du ou des programmes précités, ainsi que des registres pour mémoriser les variables et paramètres nécessaires à la mise en œuvre de l'invention.
En particulier, les programmes précités peuvent avoir pour objet de contrôler la trajectoire de la torche de soudure, le dépôt de métal d'apport et/ou la rotation de la table de support afin de contrôler la forme de la pièce à fabriquer
Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de l'invention pourra appliquer des modifications dans la description précédente. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites, d'autres variantes et combinaisons de caractéristiques sont possibles.
Dans les revendications, le terme « comporter » n'exclut pas d'autres éléments ou d'autres étapes. L'article indéfini « un » n'exclut pas le pluriel. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes n'exclut pas, en effet, la possibilité de les combiner. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication additive d'une pièce (300) en métal ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m"1.k"1 , par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage (230), par dépôt successif de couches de métal (310), à l'aide d'un dispositif comprenant une torche de soudage mobile (200) pourvue d'une électrode infusible (215) et d'un tube contact (225) configuré pour guider le fil de soudage, ce procédé comprenant les étapes suivantes,
- fourniture d'un courant électrique à l'électrode pour provoquer et maintenir un arc électrique (315) entre l'électrode et la pièce en cours de fabrication, permettant la formation d'un bain de fusion (320) en un point de surface de la pièce en cours de fabrication ;
- apport du fil de soudage, par l'intermédiaire du tube contact, à destination du point de surface de la pièce en cours de fabrication comprenant le bain de fusion ; et
- fusion partielle du fil de soudage au contact du bain de fusion, le bain de fusion étant protégé par un gaz d'inertage.
2. Procédé selon la revendication 1 selon lequel le dispositif comprend un générateur électrique, l'étape de fourniture d'un courant électrique à l'électrode comprenant une étape de fourniture d'un courant électrique puisé à l'électrode.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 selon lequel le dispositif comprend en outre un mécanisme d'entraînement du fil de soudage configuré pour réguler l'avance du fil de soudage, le procédé comprenant une étape de déplacement du fil soudage.
4. Procédé selon la revendication 3, dépendante de la revendication 2, selon lequel le dispositif comprend des moyens de contrôle d'apport du fil de soudage, le fil de soudage étant apporté de façon discontinue et synchronisée au courant puisé.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 selon lequel la torche est déplacée de façon continue durant un dépôt d'au moins une partie d'une couche.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant en outre une étape de régulation thermique de la pièce en cours de fabrication.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 selon lequel le tube contact est configuré pour amener le fil de soudage selon une direction sensiblement parallèle à l'électrode.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant en outre une étape de dépôt ponctuel de matière en au moins un point d'affaissement en début et/ou fin de dépôt d'au moins une partie de couche.
9. Dispositif de fabrication additive (600) d'une pièce en métal (300) ayant une conductivité thermique inférieure à 25 W.m"1.k"1, par soudage à l'arc robotisé avec apport de matière par fil de soudage (230), par dépôt successif de couches de métal (310), le dispositif comprenant
- une torche de soudage mobile (200) pourvue d'une électrode infusible (215) et d'un tube contact (225) configuré pour guider le fil de soudage ;
- une enceinte d'inertage (602) comprenant la torche de soudage, configurée pour permettre la fabrication de la pièce dans l'enceinte ;
- un bras mobile commandé (622) supportant la torche de soudage et configuré pour déplacer la torche de soudage ; et - un générateur de courant électrique relié à l'électrode, configuré pour provoquer et maintenir un arc électrique (315) entre l'électrode et la pièce en cours de fabrication, permettant la formation d'un bain de fusion (320) en un point de surface de la pièce en cours de fabrication et permettant une fusion d'une partie du fil de soudage au contact du bain de fusion, le tube contact étant configuré pour amener le fil de soudage à destination du point de surface de la pièce en cours de fabrication comprenant le bain de fusion.
10. Dispositif selon la revendication 9 comprenant en outre un mécanisme d'entraînement du fil de soudage configuré pour réguler l'avance du fil de soudage.
1 1 . Dispositif selon la revendication 9 ou la revendication 10 selon lequel le tube contact est configuré pour amener le fil de soudage selon une direction sensiblement parallèle à l'électrode.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 1 1 selon lequel la torche comprend en outre une buse (220) pour délivrer un gaz d'inertage autour de l'électrode.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 comprenant en outre une table de support (616), la table de support comprenant des moyens de régulation thermique (620) pour contrôler la température de la pièce en cours de fabrication.
14. Dispositif selon la revendication 13 selon lequel la table de support est mobile en rotation selon au moins un axe.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 comprenant en outre des moyens de renouvellement de l'atmosphère de l'enceinte d'inertage, les moyens de renouvellement de l'atmosphère de l'enceinte d'inertage comprenant des moyens de régulation de la température de l'enceinte d'inertage par régulation de la température du gaz introduit dans l'enceinte d'inertage.
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