WO2023094290A1 - Procédé et machine de fabrication additive - Google Patents

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WO2023094290A1
WO2023094290A1 PCT/EP2022/082516 EP2022082516W WO2023094290A1 WO 2023094290 A1 WO2023094290 A1 WO 2023094290A1 EP 2022082516 W EP2022082516 W EP 2022082516W WO 2023094290 A1 WO2023094290 A1 WO 2023094290A1
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individual
layers
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Hervé GORI
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Galea 3D Printing
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Definitions

  • the invention relates to an additive manufacturing process, in particular by deposition of molten filament. It also relates to a machine designed to implement this method.
  • thermoplastic injection nozzle in the molten state moves relative to a plate and deposits the material in the form of thread to form strata. The strata are superimposed to form the piece in the end.
  • This process has the disadvantage of being very slow and the adhesion between the different layers is relatively low. In addition, it does not allow a real possibility of industrialization, due to the large number of manipulations required between each part.
  • the object of the invention presented is to solve these various drawbacks. It aims in particular to provide a three-dimensional printing process with high productivity. It also aims to provide a machine for implementing this method.
  • the subject of the invention is a process for the additive manufacturing of a part, according to which the part is manufactured by printing successive layers of thermoplastic material, characterized in that a plurality of individual layers of thermoplastic material by depositing molten filament on a plurality of transfer supports and transferring said individual layers by successively applying each transfer support to the part being manufactured to deposit the individual layer supported by said support.
  • this process makes it possible to manufacture layers separately, then to assemble these layers to form the three-dimensional part.
  • the different layers can be manufactured separately and in parallel on the plurality of transfer supports, each of these phases taken individually being long.
  • the assembly time for an individual layer on the part is relatively short.
  • the layer manufacturing time is divided by the number of layers that can be manufactured simultaneously, compared to the traditional process.
  • this process is suitable for industrialization, allowing in this configuration printing speeds that can be up to five hundred times faster while occupying less space and requiring less staff to manage it.
  • the transfer support is metallic, glass or borosilicate. These materials can withstand high temperatures without deforming and with the possibility of detaching the individual thermoplastic layer without too much difficulty.
  • the transfer support is cylindrical or partly cylindrical. This facilitates the deposition of the individual layer by a simple rotation of the support above the part. Similarly, the manufacture of the individual layer is controlled in particular by the rotation of the support around the axis of the cylinder.
  • the transfer support is flexible so as to be made cylindrical or with a shape allowing linear contact on the part.
  • the flexibility of the support makes it possible to consider a shape of the support during the manufacture of the layer distinct from that during the transfer of the layer on the part.
  • a flocking of fibers is deposited on the individual layer before it is deposited on the part.
  • the fibers deposited in this way make it possible to reinforce the cohesion of the part by creating a reinforcement of the bond between layers.
  • the flocking in particular when it is carried out by electrostatism, makes it possible to orient the fibers perpendicular to the surface of the layer in a direction which is favorable to the bond between layers.
  • local heating of the contact zone between the part and the individual layer is carried out to obtain a local melting of the individual layer and of the surface of the part in order to weld the individual layer to the part. Heating is done just before assembly so that a weld is made as well. The heating is for example carried out by scanning a laser beam.
  • the transfer support is cooled from the inside during the phase of depositing the layer to allow the detachment of the individual layer from the transfer support. It is ensured that the layer deposited on the part no longer adheres to the transfer medium but remains on the part. Cooling also ensures the solidification of the layer deposited on the part.
  • the individual layer has a thickness between 0.05 and 3 mm, preferably between 0.05 and 1 mm.
  • the thermoplastic material of the preliminary layer includes a filler.
  • the filler may consist of fibers of different natures: polyamide, carbon, carbon nano-fibers, metal.
  • the charge may also be powder.
  • thermoplastic material is chosen from a group comprising PLA, PEEK, ABS, polyamide, polyetherimide (PEI), PETG and PMMA.
  • the invention also relates to an additive manufacturing machine comprising a plate for receiving a part constructed by printing successive layers of material thermoplastic, characterized in that it comprises a plurality of layer units, each layer unit being provided to manufacture an individual layer of thermoplastic material by depositing molten filament on a transfer support, a gripping unit for transferring the supports transfer to a printing unit, which is configured to transfer said individual layers by successively applying each transfer medium to the part being manufactured to deposit the individual layer.
  • Each layer unit receives a transfer medium and makes an individual layer on the medium, preferably in a time-shifted manner between the different layer units.
  • the transfer supports are then picked up by the gripping unit to be successively transferred to the printing unit. There, each of the individual layers is deposited on the part being manufactured.
  • the printing unit comprises a barrel supporting some of the transfer media to move them between different stations, including at least one input station to receive the transfer medium coming from a layer unit, a output station for storing the transfer medium destined for a layer unit and a transfer station in which the individual layer is deposited on the part.
  • the barrel further comprises, upstream of the transfer station, a flocking station configured to deposit a flocking of fibers on the individual layer.
  • the flocking is added just before the deposition of the layer on the part.
  • the barrel comprises a cleaning station. If the cleaning station is placed downstream of the transfer station, it can be cleared of residues from the previous operation. Upstream of the transfer station, cleaning may concern the extraction of residues to prevent them from being deposited on the part.
  • the barrel comprises a checkpoint. It is possible to check the geometric or surface qualities of the transfer supports, or the quality of the individual layer before its deposition.
  • the plurality of layer units are grouped together in one or more stores.
  • Each of the stores can be interfaced with the gripping means, and the number of stores can be modulated according to the desired productivity of the machine.
  • the machine includes a laser to heat the common parts of the two layers allowing the layer to be glued back onto the part.
  • FIG. 2 is a perspective view of a layer unit used in the machine of Figure 1;
  • FIG. 2b is a longitudinal sectional view of the diaper unit of Figure 2;
  • FIG. 2c is a cross-sectional view of the diaper unit of Figure 2;
  • FIG. 2d is a schematic view of a variant of the layer unit in Figure 2;
  • FIG. 3 is a perspective view of a store integrating a plurality of layer units according to Figure 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of gripping means for moving the transfer supports
  • FIG. 5 is a perspective view of a printing unit used in the machine of Figure 1;
  • FIG. 6 is a schematic view of a flocking station for the printing unit of Figure 5;
  • FIG. 6b shows a layer with a plurality of son arranged parallel to each other
  • FIG. 7 is a perspective view of the printing unit with a part being manufactured
  • FIG. 8 is a perspective view of a series of machines according to the invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of a part manufactured according to a variant of the process.
  • the invention presented in FIG. 1 consists of a store 100 of layer units 1 printing only a single individual layer 42 on a cylinder 14 forming a transfer medium which may be made of borosilicate glass or the like. These cylinders 14 are picked up by a manipulator 3, as shown in FIG. 4, forming a gripping means which will deposit them in the printing unit as shown in FIG. 5.
  • the printing unit 2 will make it possible to apply the individual layer 42 on a printing platform 25 managed by a tray manipulator 25 as shown in Figure 7.
  • the printing unit 2 will also allow interlayer strength improvement, cylinder 14 maintenance, layer 42 control and other possible functions.
  • Some or even all of the layers 42 constituting the final three-dimensional part 41 are printed simultaneously with an offset of a few seconds corresponding to the cycle required by the printing unit 2.
  • Each layer unit 1 consists of a frame 10, a rotating chuck 11 and indexed along an X axis, a print head 12 on a linear guide extending along a Y axis. is independent and has its own electronic control system, management of the cylinder 14 map and material supply 13.
  • the cylinder 14 is held magnetically by magnets 15 for easy extraction by the manipulator 3.
  • Heating rotary 16 heats the cylinder 14 from the inside to guarantee the adhesion of the individual layer 42.
  • Each unit of layer 1 has a material feed which can be a coil of wire, but also a pellet or powder feed .
  • the process presented prints the layer using heated wires, but it is also possible to polymerize or heat agglomerate a layer on a cylinder 14 using a laser 20 inside the cylinder 14 with a bed powder 21 under the cylinder 14, as shown in Figure 2d.
  • the process also allows color printing.
  • an inkjet print head 18 is installed next to the 3D print head 12, and at the end of the printing of the individual layer 42, the contour receives an inkjet print giving its color to the final model, in conjunction with the use of a white thread.
  • the colorization of the horizontal parts is done on the printing unit 2.
  • the colorization also applies to the powder bed and laser process of figure 2d.
  • These layer 1 units are gathered in the magazine 100 units, as shown in Figure 3, which can be temperature regulated to ensure print quality.
  • Each printer can be equipped with one or more magazines of 100 units.
  • the manipulator 3 double gripper, as shown in Figure 4, transfers the cylinders 14 from the layer units to the printing unit 2 by transferring an incoming cylinder 14 and an outgoing cylinder 14.
  • the printing unit 2 is composed of a cylinder 26 which can receive several cylinders 14.
  • the purpose of this printing unit 2 is to transfer the individual printed layer 42 present on the cylinder 14 directly on the plate 25 for the first layer and on the part 41 formed by the previous layers for the following layers.
  • the print transfer takes place by synchronizing the speeds of the plate 25 and of the cylinder 14, by cooling inside the cylinder 14 to allow the detachment of the layer 42 on the contact tangent 31 with the plate 25 and heating of the layers in contact using a laser 27.
  • This laser T1 only heats the common parts of the two layers allowing the layer to be reattached to the part 41.
  • the barrel 26 may comprise several locations including a entry 30 and one output station 28 of the cylinders 14. It may also include a layer control station, a cylinder maintenance and cleaning station 14 and one or more layer improvement stations, including a flocking station 29 as detailed on Figures 6 to 6d upstream of the deposition of the individual layer on the part 42.
  • This flocking station 29 consists of heating 32 of the individual layer 42 in order to soften the individual layer 42 before the electrostatic flocking device 33 which places short fibers 34 on the layer perpendicular to it, significantly improving the resistance between layers.
  • These fibers may be of several types: nylon, polyamide, carbon, carbon or metallic nanofiber.
  • the fibers 35, as shown in Figure 6a in the carbon filled printable yarns 36 are parallel to the direction of the yarn, which is due to the extrusion of the yarn manufacturing process.
  • the same is true in the individual printed layer 42, shown in Figure 6b, which gives the pattern strength in the yarn direction and weft direction (X and Y) due to the overlapping layers shown in Figure 6b.
  • FIG. 6c without the slightest effect on the Z axis, that is to say of connection between layers.
  • the fibers 34 build strength in the Z axis between the layers.
  • the printers are attached to each other so that the handling of the trays ensures the transfer of the trays from one printing unit 2 to another, which makes it possible to obtain a line having more Layer 1 units without having manipulation intervention.
  • this arrangement makes it possible, for example, during a series production of parts, to launch the production of a part 41 or series of parts without disturbing the production in progress. This gives the invention additional flexibility.
  • This also makes it possible to use an oversized platen of 1 to 4 times the capacity in X to create larger parts by shifting the fig-9 layer, i.e. 1 to 4 times or more the developed of the cylinder.

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Abstract

Procédé de fabrication additive d'une pièce (41), dans lequel on fabrique la pièce (41) par impression de couches successives de matière thermoplastique, dans lequel on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert (14) et dans lequel on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert (14) sur la pièce (41) en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle (42) supportée par ledit support de transfert (14). Machine mettant en œuvre le procédé.

Description

Procédé et machine de fabrication additive
Domaine technique
L’invention concerne un procédé de fabrication additive, notamment par dépôt de filament fondu. Elle concerne également une machine prévue pour mettre en œuvre ce procédé.
Art antérieur
L’impression 3D dans son état actuel permet par création de couche successives de différents matériaux d’obtenir une pièce tridimensionnelle. Une buse d’injection de thermoplastique à l’état fondu se déplace par rapport à un plateau et dépose la matière sous forme de fil pour constituer des strates. Les strates sont superposées pour former la pièce au final.
Ce procédé a l’inconvénient d’être très lent et l’adhésion entre les différentes strates est relativement faible. De plus il ne permet pas une réelle possibilité d’industrialisation, du fait du grand nombre de manipulations nécessaires entre chaque pièce.
Description de l’invention
Le but de l’invention présenté et de résoudre ces différents inconvénients. Elle vise notamment à fournir un procédé d’impression tridimensionnelle ayant une grande productivité. Elle vise également à fournir une machine pour mettre en œuvre ce procédé.
Avec ces objectifs en vue, l’invention a pour objet un procédé de fabrication additive d’une pièce, selon lequel on fabrique la pièce par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert et on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert sur la pièce en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle supportée par ledit support.
Ainsi, ce procédé permet de fabriquer des couches de manière séparée, puis d’assembler ces couches pour former la pièce tridimensionnelle. Les différentes couches peuvent être fabriquées séparément et en parallèle sur la pluralité de supports de transfert chacune de ces phases prise individuellement étant longue. La durée d’assemblage d’une couche individuelle sur la pièce est relativement courte. Ainsi, le temps de fabrication des couches est divisé par le nombre de couches qui peuvent être fabriquées simultanément, en comparaison avec le procédé traditionnel. Par ailleurs, il est possible d’exercer une pression sur la couche individuelle pour la plaquer sur la pièce pendant le transfert, ce qui permet de garantir une bonne soudure entre couches. On propose ici un procédé au minimum quarante fois plus rapide avec une résistance entre couches largement améliorée d’un facteur 10 minimum. De plus ce procédé est apte à l’industrialisation permettant dans cette configuration des vitesses d’impression pouvant être jusqu’à cinq cent fois plus rapides tout en occupant moins d’espace et demandant moins de personnel pour le gérer.
FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) Selon une disposition constructive, le support de transfert est métallique, en verre ou en borosilicate. Ces matériaux peuvent supporter des températures élevées sans se déformer et avec la possibilité de détacher la couche individuelle thermoplastique sans trop de difficulté.
Selon une disposition avantageuse, le support de transfert est cylindrique ou en partie cylindrique. On facilite ainsi le dépôt de la couche individuelle par une simple rotation du support au-dessus de la pièce. De même la fabrication de la couche individuelle est contrôlée notamment par la rotation du support autour de l’axe du cylindre.
Selon un autre mode de réalisation, le support de transfert est souple de manière à être rendu cylindrique ou avec une forme permettant un contact linéaire sur la pièce. La souplesse du support permet d’envisager une forme du support pendant la fabrication de la couche distincte de celle pendant le transfert de la couche sur la pièce.
Selon un perfectionnement, on dépose un flocage de fibres sur la couche individuelle avant sa dépose sur la pièce. Les fibres déposées ainsi permettent de renforcer la cohésion de la pièce en créant un renforcement de la liaison entre couche. Le flocage, notamment lorsqu’il est réalisé par électrostatisme, permet d’orienter les fibres perpendiculairement à la surface de la couche dans une direction qui est favorable à la liaison entre couches.
Selon un perfectionnement, on réalise un chauffage local de la zone de contact entre la pièce et la couche individuelle pour obtenir une fusion locale de la couche individuelle et de la surface de la pièce pour souder la couche individuelle sur la pièce. Le chauffage est réalisé juste avant l’assemblage de sorte qu’une soudure est réalisée ainsi. Le chauffage est par exemple réalisé par un balayage d’un faisceau laser.
Selon un perfectionnement, le support de transfert est refroidi par l’intérieur pendant la phase de dépose de la couche pour permettre le décollement de la couche individuelle du support de transfert. On s’assure que la couche déposée sur la pièce n’adhère plus au support de transfert mais reste sur la pièce. Le refroidissement permet aussi d’assurer la solidification de la couche déposée sur la pièce.
De manière avantageuse, la couche individuelle a une épaisseur comprise entre 0,05 et 3 mm, de préférence entre 0,05 et 1 mm.
De manière préférentielle, la matière thermoplastique de la couche préliminaire inclut une charge. On obtient ainsi une pièce avec de bonnes propriétés mécaniques. La charge peut être constituée de fibres de différentes natures : polyamide, carbone, nano-fibres de carbone, métallique. La charge peut-être également de la poudre.
De manière préférentielle, la matière thermoplastique est choisie dans un groupe comprenant le PLA, le PEEK, l’ABS, le polyamide, le polyétherimide (PEI), le PETG et le PMMA.
L’invention a aussi pour objet une machine de fabrication additive comportant un plateau pour recevoir une pièce construite par impression de couches successives de matière thermoplastique, caractérisé en ce qu’elle comprend une pluralité d’unités de couche, chaque unité de couche étant prévue pour fabriquer une couche individuelle de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur un support de transfert, une unité de préhension pour transférer les supports de transfert vers une unité d’impression, laquelle est configurée pour transférer lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert sur la pièce en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle. Chaque unité de couche reçoit un support de transfert et réalise une couche individuelle sur le support, de préférence de manière décalée dans le temps entre les différentes unités de couche. Les supports de transfert sont ensuite pris par l’unité de préhension pour être transférés successivement vers l’unité d’impression. Là, chacune des couches individuelles elle est déposée sur la pièce en cours de fabrication.
Selon un perfectionnement, l’unité d’impression comporte un barillet supportant certains des supports de transfert pour les déplacer entre différents postes, dont au moins une poste d’entrée pour recevoir le support de transfert en provenance d’une unité de couche, un poste de sortie pour stocker le support de transfert à destination d’une unité de couche et un poste de transfert dans lequel la couche individuelle est déposée sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte en outre en amont du poste de transfert un poste de flocage configuré pour déposer un flocage de fibres sur la couche individuelle. Le flocage est ajouté juste avant le dépôt de la couche sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte un poste de nettoyage. Si le poste de nettoyage est placé en aval du poste de transfert, il peut être débarrassé des résidus de l’opération précédente. En amont du poste de transfert le nettoyage peut concerner extraction de résidus pour éviter qu’ils ne soient déposés sur la pièce.
Selon un perfectionnement, le barillet comporte un poste de contrôle. On peut s’y assurer des qualités géométriques ou de surface des supports de transfert, ou de la qualité de la couche individuelle avant son dépôt.
Selon une disposition constructive, la pluralité des unités de couche sont regroupées dans un ou plusieurs magasins. Chacun des magasins peut-être interfacé avec les moyens de préhension, et le nombre de magasins peut être modulé en fonction de la productivité souhaitée de la machine.
Selon un perfectionnement, la machine comporte un laser pour chauffer les parties communes des deux couches permettant le recollement de la couche sur la pièce.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d’une machine conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d’une unité de couche utilisée dans la machine de la figure 1 ;
- la figure 2b est une vue en coupe longitudinale de l’unité de couche de la figure 2 ;
- la figure 2c est une vue en coupe transversale de l’unité de couche de la figure 2 ;
- la figure 2d est une vue schématique d’une variante de l’unité de couche la figure 2 ;
- la figure 3 est une vue en perspective d’un magasin intégrant une pluralité d’unités de couche selon la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en perspective de moyens de préhension pour déplacer les supports de transfert ;
- la figure 5 est une vue en perspective d’une unité d’impression utilisée dans la machine de la figure 1 ;
- la figure 6 est une vue schématique un poste de flocage pour l’unité d’impression de la figure 5 ;
- la figure 6a et une vue d’un fil utilisé pour la fabrication des couches dans les unités de couche ;
- la figure 6b représente une couche avec une pluralité de fils disposés parallèlement les uns aux autres ;
- la figure 6c représente une superposition de couches entrecroisées ;
- la figure 6d représente une superposition de couches avec des fibres déposées par flocage ;
- la figure 7 est une vue en perspective de l’unité d’impression avec une pièce en cours de fabrication ;
- la figure 8 est une vue en perspective d’une série de machines conforme à l’invention ;
- la figure 9 est une vue en coupe d’une pièce fabriquée selon une variante du procédé.
Description détaillée
L’invention présentée sur la figure 1 consiste en un magasin 100 d’unités de couche 1 n’imprimant qu’une seule couche individuelle 42 sur un cylindre 14 formant support de transfert qui peut être en verre borosilicate ou autre. Ces cylindres 14 sont repris par un manipulateur 3, tel que représenté sur la figure 4, formant moyen de préhension qui les déposera dans l’unité d’impression telle que représentée figure 5. L’unité d’impression 2 permettra d’appliquer la couche individuelle 42 sur un plateau 25 d’impression géré par un manipulateur de plateau 25 tel que représenté sur la figure 7. L’unité d’impression 2 permettra aussi l’amélioration de la résistance entre couches, l’entretien des cylindres 14, le contrôle des couches 42 et autres fonctions éventuelles.
Une partie voire la totalité des couches 42 constituant la pièce 41 tridimensionnelle finale est imprimée de façon simultanée avec un décalage de quelques secondes correspondant au cycle nécessaire à l’unité d’impression 2.
Chaque unité de couche 1 est constituée d’un châssis 10, d’un mandrin rotatif 11 et indexé selon un axe X, d’une tête d’impression 12 sur guidage linéaire s’étendant selon un axe Y. Chaque unité de couche 1 est indépendante et dispose de son système électronique de contrôle, d’une gestion de la cartographie du cylindre 14 et d’alimentation en matière 13. Le cylindre 14 est maintenu magnétiquement par des aimants 15 pour une extraction facile par le manipulateur 3. Un chauffage rotatif 16 réchauffe le cylindre 14 par l’intérieur pour garantir l’adhérence de la couche individuelle 42. Chaque unité de couche 1 dispose d’une alimentation en matériel qui peut être une bobine de fil, mais aussi une alimentation par pellets ou en poudre. Le procédé présenté imprime la couche à l’aide de fils chauffés, mais il est aussi possible de polymériser ou agglomérer à chaud une couche sur un cylindre 14 à l’aide d’un laser 20 à l’intérieur du cylindre 14 avec un lit de poudre 21 sous le cylindre 14, comme représenté sur la figure 2d. Le procédé permet aussi l’impression de couleur. Pour cela, une tête d’impression jet d’encre 18 est installée au côté de la tête d’impression 3D 12, et à la fin de l’impression de la couche individuelle 42, le contour reçoit une impression jet d’encre donnant sa couleur au modèle final, en conjonction avec l’utilisation d’un fil blanc. La colorisation des parties horizontales se fait sur l’unité d’impression 2. La colorisation s’applique aussi au procédé sur lit de poudre et laser de la figure 2d. Ces unités de couche 1 sont rassemblées dans le magasin 100 d’unités, comme représenté sur la figure 3, qui pourra être régulé en température afin garantir la qualité d’impression. Chaque imprimante pourra être équipée d’un ou plusieurs magasins d’unités 100.
Le manipulateur 3, double préhenseur, tel que représenté sur la figure 4, assure le transfert des cylindres 14 des unités de couche à l’unité d’impression 2 en transférant un cylindre 14 entrant et un cylindre 14 sortant.
L’unité d’impression 2, comme représenté sur la figure 5, est composé d’un barillet 26 pouvant recevoir plusieurs cylindres 14. Le but de cette unité d’impression 2 est de transférer la couche individuelle 42 imprimée présente sur le cylindre 14 directement sur le plateau 25 pour la première couche et sur la pièce 41 formée par les couches précédentes pour les couches suivantes. Le transfert d’impression s’effectue par une synchronisation des vitesses du plateau 25 et du cylindre 14, par un refroidissement à l’intérieur du cylindre 14 pour permettre le décollement de la couche 42 sur la tangente de contact 31 avec le plateau 25 et un réchauffage des couches en contact à l’aide d’un laser 27. Ce laser Tl réchauffe uniquement les parties communes des deux couches permettant le recollement de la couche sur la pièce 41. Le barillet 26 pourra comporter plusieurs emplacements dont un poste d’entrée 30 et un poste de sortie 28 des cylindres 14. Il pourra en plus comporter un poste de contrôle de couche, un poste de maintenance et nettoyage de cylindre 14 et un ou plusieurs postes d’amélioration de couche, dont un poste de flocage 29 tel que détaillé sur les figures 6 à 6d en amont de la dépose de la couche individuelle sur la pièce 42.
Ce poste de flocage 29 consiste à un réchauffage 32 de la couche individuelle 42 afin de ramollir la couche individuelle 42 avant le dispositif de flocage électrostatique 33 qui dispose sur la couche des fibres courte 34 perpendiculairement à celle-ci, améliorant de façon importante la résistance entre les couches. Ces fibres pourront être de plusieurs types : nylon, polyamide, carbone, nanofibre de carbone ou métallique. Les fibres 35, comme représentées sur la figure 6a dans les fils 36 imprimables chargés carbone sont parallèles à la direction du fil, ce qui est dû à l’extrusion du procédé de fabrication du fil. Il en va de même dans la couche individuelle 42 imprimée, représentée sur la figure 6b, ce qui donne au modèle une résistance dans la direction du fil et celle de la trame (X et Y) du fait de la superposition des couches montrées sur la figure 6c, sans le moindre effet sur l’axe Z, c’est-à-dire de liaison entre couches. Dans le procédé de flocage entre couches, comme représenté sur la figure 6d, les fibres 34 renforcent la résistance dans l’axe Z entre les couches.
Un manipulateur de plateaux, représenté sur la figure 7, consiste à gérer l’axe X et Z du dépôt de couche sous l’unité d’impression 2, mais aussi le transfert du plateau 25 d’une imprimante à l’autre dans le cas d’une configuration industrielle. La partie supérieure 37 sert au transfert des pièces en cours d’impression. Les modèles terminés sont déplacés dans la partie inférieure 38, la manutention inférieure 39 sert à l’alimentation en plateaux vierges. Le déplacement entre les différents niveaux sont réalisés à l’aide du manipulateur 40.
Dans une configuration industrielle de la figure 8, les imprimantes sont accolées les unes aux autres de façon que la manutention des plateaux assure le transfert des plateaux d’une unité d’impression 2 à l’autre, ce qui permet d’obtenir une ligne disposant de plus d’unités de couche 1 sans avoir d’intervention de manipulation. De plus cette disposition permet par exemple pendant une production en série de pièces de lancer la production d’une pièce 41 ou série de pièce sans perturber la production en cours. Ce qui donne à l’invention une souplesse supplémentaire. Ceci rend aussi possible l’utilisation de plateau surdimensionné de 1 à 4 fois la capacité en X pour créer des pièces plus grandes par décalage de couche fig-9, soit 1 à 4 fois ou plus le développé du cylindre.

Claims

7 Revendications
1. Procédé de fabrication additive d’une pièce (41), selon lequel on fabrique la pièce (41) par impression de couches successives de matière thermoplastique, selon lequel on réalise une pluralité de couches individuelles de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur une pluralité de supports de transfert (14) et on transfère lesdites couches individuelles en appliquant successivement chaque support de transfert (14) sur la pièce (41) en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle (42) supportée par ledit support de transfert (14), caractérisé en ce que le support de transfert (14) est cylindrique ou en partie cylindrique ou le support de transfert (14) est souple de manière à être rendu cylindrique ou avec une forme permettant un contact linéaire sur la pièce (41).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, selon lequel le support de transfert (14) est métallique, en verre ou en borosilicate.
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on dépose un flocage de fibres sur la couche individuelle (42) avant sa dépose sur la pièce (41).
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on réalise un chauffage local de la zone de contact entre la pièce (41) et la couche individuelle (42) pour obtenir une fusion locale de la couche individuelle (42) et de la surface de la pièce (41) pour souder la couche individuelle (42) sur la pièce (41).
5. Procédé selon la revendication 4, selon lequel le chauffage local est réalisé par un balayage d’un faisceau laser.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le support de transfert (14) est refroidi par l’intérieur pendant la phase de dépose de la couche pour permettre le décollement de la couche individuelle (42) du support de transfert (14).
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel la couche individuelle (42) a une épaisseur comprise entre 0,05 et 3 mm, de préférence entre 0,05 et 1 mm.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel la matière thermoplastique de la couche préliminaire inclut une charge.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel la matière thermoplastique est choisie dans un groupe comprenant le PLA, le PEEK, l’ABS, le polyamide, le polyétherimide (PEI), le PETG et le PMMA.
10. Machine de fabrication additive comportant un plateau (25) pour recevoir une pièce (41) construite par impression de couches successives de matière thermoplastique, une pluralité d’unités de couche (1), chaque unité de couche (1) étant prévue pour 8 fabriquer une couche individuelle (42) de matière thermoplastique par dépôt de filament fondu sur un support de transfert (14), une unité de préhension (3) pour transférer les supports de transfert (14) vers une unité d’impression (2), laquelle est configurée pour transférer lesdites couches individuelles (42) en appliquant successivement chaque support de transfert (14) sur la pièce (41) en cours de fabrication pour déposer la couche individuelle (42), caractérisée en ce que le support de transfert (14) est cylindrique ou en partie cylindrique ou le support de transfert (14) est souple de manière à être rendu cylindrique ou avec une forme permettant un contact linéaire sur la pièce (41).
11. Machine selon la revendication 10, dans laquelle l’unité d’impression (2) comporte un barillet supportant certains des supports de transfert (14) pour les déplacer entre différents postes, dont au moins un poste d’entrée (30) pour recevoir le support de transfert (14) en provenance d’une unité de couche (1), un poste de sortie (28) pour stocker le support de transfert (14) à destination d’une unité de couche (1) et un poste de transfert dans lequel la couche individuelle (42) est déposée sur la pièce (41).
12. Machine selon la revendication 11, dans laquelle le barillet comporte en outre en amont du poste de transfert un poste de flocage (29) configuré pour déposer un flocage de fibres sur la couche individuelle (42).
13. Machine selon l’une des revendications 11 à 12, dans laquelle le barillet comporte un poste de nettoyage.
14. Machine selon l’une des revendications 11 à 13, dans laquelle le barillet comporte un poste de contrôle.
15. Machine selon l’une des revendications 10 à 14, dans laquelle la pluralité des unités de couche sont regroupées dans un ou plusieurs magasins (100).
16. Machine selon l’une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce qu’elle comporte un laser (27) pour chauffer les parties communes des deux couches (1) permettant le recollement de la couche (1) sur la pièce (41).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120072006A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Synerdyne Corporation System and method for rapid fabrication of arbitrary three-dimensional objects
US20190022937A1 (en) * 2015-12-31 2019-01-24 Evolve Additive Solutions, Inc. Building with cylindrical layers in additive manufacturing
DE102018008808A1 (de) * 2018-11-06 2020-05-07 Hans Mathea Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formgegenstands mittels schichtweisem Materialauftrag

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120072006A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Synerdyne Corporation System and method for rapid fabrication of arbitrary three-dimensional objects
US20190022937A1 (en) * 2015-12-31 2019-01-24 Evolve Additive Solutions, Inc. Building with cylindrical layers in additive manufacturing
DE102018008808A1 (de) * 2018-11-06 2020-05-07 Hans Mathea Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formgegenstands mittels schichtweisem Materialauftrag

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