WO2023152449A1 - Ensemble intermédiaire pour fabrication additive - Google Patents

Ensemble intermédiaire pour fabrication additive Download PDF

Info

Publication number
WO2023152449A1
WO2023152449A1 PCT/FR2023/050171 FR2023050171W WO2023152449A1 WO 2023152449 A1 WO2023152449 A1 WO 2023152449A1 FR 2023050171 W FR2023050171 W FR 2023050171W WO 2023152449 A1 WO2023152449 A1 WO 2023152449A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connecting part
intermediate assembly
dissolution
support structure
additive manufacturing
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050171
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Jean-Baptiste METGE
Original Assignee
Safran Additive Manufacturing Campus
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Additive Manufacturing Campus filed Critical Safran Additive Manufacturing Campus
Publication of WO2023152449A1 publication Critical patent/WO2023152449A1/fr

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/62Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/43Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/47Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1103Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics

Definitions

  • the invention relates to an intermediate assembly for manufacturing a mechanical part using an additive manufacturing process.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a part using such an intermediate assembly.
  • a method is known in the art which consists in manufacturing at least one part, in particular one or more metal part(s), by melting successive layers of powder by means of a laser beam controlled by a processing system of the information in which the three-dimensional coordinates of the points of the successive layers to be produced to form said parts have been recorded.
  • FIG. 1 illustrates a manufacturing device 1 intended to implement such a method.
  • the manufacturing device 1 comprises a reservoir 3 containing a metal powder 5 and whose bottom 7 is movable, movable in translation vertically by a rod 9 of a jack, and an adjacent tank 11, substantially parallelepiped, whose bottom is constituted by a movable plate 13, movable in translation vertically by a rod 15 of a second jack.
  • the manufacturing device 1 further comprises a scraper 17 for bringing powder from the reservoir 3 to the tank 11, the scraper 17 being movable in translation along a horizontal plane A substantially parallel to the plate 13.
  • the device for manufacturing 1 further comprises means 18 for generating a laser beam 19, coupled to a device 20 for moving said laser beam 19 allowing it to be oriented and/or moved to reach any point of the tank 11 .
  • a first layer of powder is placed in the tank 11, substantially in the horizontal plane A, using the scraper 17.
  • the layer then has a lower surface corresponding to the surface of the plate 13 and an upper surface on which the laser beam 19 is directed and moved.
  • the energy supplied by this beam causes the local fusion of the powder which, on solidifying, forms a first layer of the or each part 21.
  • the plate 13 After formation of this first layer, the plate 13 is lowered by a distance corresponding to the thickness of a layer of powder, while the bottom 7 of the reservoir 3 is raised by a corresponding height, so that a certain quantity of powder 22 is located above the horizontal plane A. Then, this quantity of powder 22 is brought by a blade 23 of the scraper 17, from the tank 3 into the tank 11, to form a second layer over the previous layer. In the same way as before, a second layer of each piece 21 is formed using the laser beam 19. The quantity of powder and the positions of the bottom 7 and the plate 13 are determined so as to form layers of powder of a chosen and constant thickness.
  • This method allows complex parts to be manufactured quickly and fully automatically, resulting in significant savings in time and resources.
  • the overhanging lower surfaces of the parts 21 cannot form angles greater than approximately 45° with the vertical direction Z to be manufactured according to such a method.
  • More sloping bottom surfaces are not sufficiently supported during powder layer stacking, and their manufacture requires the addition of support parts to the design model of part 21. These support parts must be manually removed after the additive manufacturing step, which requires long and specific machining work.
  • the invention aims to remedy these drawbacks, by providing a method of additive manufacturing of a metal part comprising overhanging surfaces, without requiring machining steps subsequent to the additive manufacturing.
  • the subject of the invention is an intermediate manufacturing assembly comprising a part, the part comprising an overhanging part, the intermediate assembly further comprising a support structure for the overhanging part, the support structure comprising:
  • Such an intermediate assembly allows the manufacture of a part comprising overhanging parts thanks to the support structure, this support part being easily removable a posteriori by taking advantage of the step of surface treatment by chemical dissolution.
  • the intermediate assembly and the part are made of a metallic material.
  • the overhanging part comprises at least one lower surface forming with a vertical direction an angle strictly greater than 45°.
  • the connecting part may have a porosity greater than or equal to 50%.
  • the porosity of a medium comprising a solid part and an interstitial part is defined as the ratio of the volume of the interstitial part to the total volume.
  • the connecting part may have a porosity greater than or equal to 70%.
  • the porosity of the connecting part can for example be substantially equal to 75%.
  • Such porosity values allow significant embrittlement of the bonding part during a surface treatment step by chemical dissolution.
  • the sole comprises a plurality of pillars defining between them the channels, the channels emerging opposite the connecting part.
  • Each pillar may comprise an upper surface bearing the connecting part, a gap separating the upper surfaces of the pillars from each other being less than 1 millimeter.
  • the upper surfaces of the pillars can have, for example, a hexagonal shape, or a square shape.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a metal part, the method comprising the following steps:
  • the mechanical rupture of the connecting part can be implemented by applying a transverse force to a distal end of the column.
  • the transverse force is oriented substantially perpendicular to the main extension direction of the column.
  • Such a removal method is made possible by the geometry of the support structure and allows easy removal of the support structure, in particular manually.
  • the dissolution of the outer surface can take place over a thickness of between 0.05 millimeter and 0.2 millimeter.
  • Dissolution of the outer surface can reduce a mechanical strength of the bonding part by at least 90%.
  • Such a feature allows easy removal of the support structure, in particular manually.
  • the mechanical resistance is here defined as the value of mechanical stress that must be exerted on the connecting part to achieve its complete rupture.
  • the chemical dissolution solution is in particular an acid solution, capable of “eating away” metallic materials.
  • Such a solution allows surface dissolution to a small thickness, which improves the surface condition of the part and weakens the connecting part, without removing too much material from the part.
  • Figure 1 is a schematic view of an additive manufacturing device
  • Figure 2 is a front view of a part comprising an overhanging part
  • Figure 3 is a front view of an intermediate assembly according to the invention, intended for the manufacture of the part of Figure 2, and
  • figure 4 is a detail view of a support structure of the intermediate assembly of figure 3.
  • FIG. 2 represents a part 21 which it is desired to manufacture by an additive manufacturing process according to the invention.
  • Part 21 comprises an overhanging part 30, which comprises a lower surface 32 extending in a plane P forming an angle greater than 45° with a vertical direction Z.
  • the lower surface 32 of the overhanging part 30 extends in a substantially horizontal plane P, that is to say forming an angle of 90° with the vertical direction Z.
  • the vertical direction Z considered here relates to the previous additive manufacturing device 1, during an additive manufacturing step, and does not necessarily correspond to the vertical direction in the environment in which the part 21 is intended to be implemented.
  • the method of manufacturing part 21 includes a step of manufacturing an intermediate assembly 34, represented in FIG. 3, according to a method by additive manufacturing by selective laser melting or selective sintering, as described above.
  • the intermediate assembly 34 is a manufacturing intermediate which includes the part 21 as well as a support structure 36 shaped to support the overhanging part 30.
  • the support structure 36 includes a connecting part 38 extending from the overhanging part 30, a sole 40 carrying the connecting part 38 and a column 42 carrying the sole 40 and extending so as to rest on the plate 13 by its distal end 44.
  • the connecting part 38 is manufactured at the same time as the rest of the intermediate assembly 34 by additive manufacturing.
  • the connecting part 38 is fusible, i.e. it is intended to be destroyed to separate the support structure 36 from the part 21.
  • the connecting part 38 extends below the entire bottom surface 32, so as to support it during the additive manufacturing step.
  • the sole 40 extends between the connecting part 38 and the column 42, relative to the vertical direction Z, so as to carry the connecting part 38.
  • the sole 40 comprises a plurality of pillars 46 having flared shapes, defining between them channels 48 for the circulation of fluid.
  • the column 42 is dense and extends substantially in the vertical direction Z, from the sole 40 to its distal end 44 intended to be in contact with the plate 13 during manufacture.
  • the column 42 has, in the example shown, a shape which becomes progressively thinner from the sole 40 to the distal end 44, while retaining lateral flanks forming with the vertical direction Z angles less than 45°, and preferably less than 30°. This shape makes it possible to reduce the quantity of material necessary for the manufacture of the column 42 and facilitates its gripping, without constraining the manufacturability of the intermediate assembly 32.
  • Figure 4 is a detail view showing the sole 40 and the upper part of the column 42.
  • each pillar 46 comprises an upper end 50, opposite the column 42 with respect to the vertical direction Z. Said upper end 50 forms a flat surface carrying the connecting part 38.
  • Each upper end 50 has a substantially square shape, in a horizontal plane.
  • the upper ends can have rectangular or hexagonal shapes.
  • a spacing E separating the upper ends 50 of each pillar 46 is less than or equal to 1 mm, in order to allow the manufacture of the connection part 38 over the sole
  • the channels 48 defined between the pillars 46 open between the upper ends 50, over an entire lower surface of the connecting part 38, which makes it possible to bring the entire connecting part into contact with the liquid circulating in the channels 48.
  • the process for manufacturing part 21 includes, after the additive manufacturing step, a step of immersing the intermediate assembly 34 in a dissolution solution.
  • the chemical dissolution solution is for example an acid solution, capable of “eating away” the metallic materials.
  • the intermediate assembly 34 is immersed in the bath of dissolution solution for an immersion time of between 15 minutes and 1 hour, preferably between 15 and 45 minutes.
  • the dissolution solution flows through the channels 48 and permeates the entire connecting part 38.
  • an outer surface of the intermediate assembly 32 is dissolved by the dissolution solution, to a small thickness.
  • the dissolution thickness is in particular between 0.05 millimeter and 0.2 millimeter.
  • Such a surface immersion and dissolution step is standard in additive manufacturing processes by selective melting on a powder bed, and makes it possible to improve the surface condition of the manufactured parts.
  • This step also makes it possible here to significantly weaken the connecting part 38, since its high porosity makes the dissolution thickness non-negligible relative to its structure.
  • the connecting part 38 loses for example at least 90% of its mechanical strength during the step of immersion and surface dissolution.
  • the method then comprises a step of removing the support structure 36, during which a transverse force, that is to say oriented along a direction in a horizontal plane, is applied to the distal end 44 of the column 42.
  • This transverse force applied manually or by means of a tool depending on the dimensions involved, allows the mechanical rupture of the connecting part 38 and the withdrawal of the support structure 36.
  • the invention can be generalized to any part having an overhanging part 30 whose lower surface 32 forms an angle greater than 45° with the vertical direction Z, by changing the shape of the column 42 and/or the orientation of the sole 40 , to have suitable support during the additive manufacturing stage.

Abstract

Ensemble intermédiaire (34) de fabrication comprenant une pièce (21), la pièce (21 ) comprenant une partie en surplomb (30), l'ensemble intermédiaire (34) comprenant de plus une structure de support (36) de la partie en surplomb (30), la structure de support (36) comprenant : - une partie de liaison (38) poreuse fusible, s'étendant depuis la partie en surplomb (30), - une semelle (40) s'étendant depuis la partie de liaison (38) et définissant une pluralité de canaux (48), et - au moins une colonne (42) portant la semelle (40).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Ensemble intermédiaire pour fabrication additive
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un ensemble intermédiaire de fabrication d’une pièce mécanique selon un procédé par fabrication additive. L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une pièce mettant en oeuvre un tel ensemble intermédiaire.
Etat de la technique antérieure
On connaît dans la technique une méthode qui consiste à fabriquer au moins une pièce, notamment une ou plusieurs pièce(s) métallique(s), par fusion de couches successives de poudre au moyen d'un faisceau laser commandé par un système de traitement de l'information dans lequel on a enregistré les coordonnées tridimensionnelles des points des couches successives à réaliser pour former lesdites pièces.
La figure 1 illustre un dispositif de fabrication 1 destiné à mettre en oeuvre une telle méthode. Le dispositif de fabrication 1 comprend un réservoir 3 contenant une poudre métallique 5 et dont le fond 7 est mobile, déplaçable en translation verticalement par une tige 9 d'un vérin, et une cuve 11 voisine, sensiblement parallélépipédique, dont le fond est constitué par un plateau 13 mobile, déplaçable en translation verticalement par une tige 15 d'un second vérin.
Le dispositif de fabrication 1 comporte en outre un racleur 17 permettant d'amener de la poudre du réservoir 3 vers la cuve 11 , le racleur 17 étant mobile en translation le long d’un plan horizontal A sensiblement parallèle au plateau 13. Le dispositif de fabrication 1 comprend en outre des moyens de génération 18 d'un faisceau laser 19, couplés à un dispositif de déplacement 20 dudit faisceau laser 19 permettant de l'orienter et/ou de le déplacer pour atteindre n’importe quel point de la cuve 11 .
Pour fabriquer une ou plusieurs pièces 21 , une première couche de poudre est disposée dans la cuve 11 , sensiblement dans le plan horizontal A, à l’aide du racleur 17.
La couche présente alors une surface inférieure correspondant à la surface du plateau 13 et une surface supérieure sur laquelle est dirigé et déplacé le faisceau laser 19. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la ou de chaque pièce 21.
Après formation de cette première couche, le plateau 13 est descendu d’une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche de poudre, tandis que le fond 7 du réservoir 3 est remonté d'une hauteur correspondante, pour qu'une certaine quantité de poudre 22 soit située au-dessus du plan horizontal A. Puis, cette quantité de poudre 22 est amenée par une lame 23 du racleur 17, depuis le réservoir 3 jusque dans la cuve 11 , pour former une deuxième couche par-dessus la couche précédente. De la même manière que précédemment, une seconde couche de chaque pièce 21 est formée à l’aide du faisceau laser 19. La quantité de poudre et les positions du fond 7 et du plateau 13 sont déterminées de façon à former des couches de poudre d'une épaisseur choisie et constante.
Ces opérations sont répétées de manière à empiler les couches de poudre selon une direction verticale Z, perpendiculaire au plan horizontal A, et à fondre des parties ciblées de ces couches au moyen du faisceau laser 19, jusqu’à fabrication complète des pièces 21 .
Cette méthode permet de fabriquer des pièces complexes rapidement et de manière entièrement automatisée, ce qui permet des économies importantes de temps et de ressources.
Cependant, elle présente des contraintes qui limitent les possibilités lors de la conception des pièces.
Notamment, les surfaces inférieures en surplomb des pièces 21 ne peuvent pas former des angles supérieurs à environ 45° avec la direction verticale Z pour être fabricables selon une telle méthode.
Des surfaces inférieures plus inclinées ne sont pas suffisamment soutenues au cours de l’empilement de couches de poudre, et leur fabrication nécessite l’ajout de parties de support au modèle de conception de la pièce 21. Ces parties de support doivent être retirées manuellement après l’étape de fabrication additive, ce qui nécessite un travail d’usinage long et spécifique.
Présentation de l’invention
L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant une méthode de fabrication additive d’une pièce métallique comprenant des surfaces en surplomb, sans requérir d’étapes d’usinage postérieures à la fabrication additive.
A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble intermédiaire de fabrication comprenant une pièce, la pièce comprenant une partie en surplomb, l’ensemble intermédiaire comprenant de plus une structure de support de la partie en surplomb, la structure de support comprenant :
- une partie de liaison poreuse fusible, s’étendant depuis la partie en surplomb,
- une semelle s’étendant depuis la partie de liaison et définissant une pluralité de canaux, et
- au moins une colonne portant la semelle. Un tel ensemble intermédiaire permet la fabrication d’une pièce comprenant des parties en surplomb grâce à la structure de support, cette partie de support étant aisément retirable a posteriori en profitant de l’étape de traitement de surface par dissolution chimique.
L’ensemble intermédiaire et la pièce sont constitués d’un matériau métallique.
La partie en surplomb comprend au moins une surface inférieure formant avec une direction verticale un angle strictement supérieur à 45°.
La partie de liaison peut présenter une porosité supérieure ou égale à 50%.
On rappelle que la porosité d’un milieu comprenant une partie solide et une partie interstitielle est définie comme le rapport du volume de la partie interstitielle sur le volume total.
La partie de liaison peut présenter une porosité supérieure ou égale à 70%.
La porosité de la partie de liaison peut par exemple être sensiblement égale à 75%.
De telles valeurs de porosité permettent une fragilisation importante de la partie de liaison au cours d’une étape de traitement de surface par dissolution chimique.
La semelle comprend une pluralité de piliers définissant entre eux les canaux, les canaux débouchant en regard de la partie de liaison.
Chaque pilier peut comprendre une surface supérieure portant la partie de liaison, un écart séparant les surfaces supérieures des piliers les unes des autres étant inférieur à 1 millimètre. Les surfaces supérieures des piliers peuvent présenter par exemple une forme hexagonale, ou une forme carrée.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce métallique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- fabrication d’un ensemble intermédiaire comme plus haut selon une méthode par fabrication additive par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre métallique,
- immersion de l’ensemble intermédiaire dans une solution de dissolution et dissolution d’une surface externe de l’ensemble intermédiaire, et
- retrait de la structure de support par rupture mécanique de la partie de liaison.
La rupture mécanique de la partie de liaison peut être mise en oeuvre par application d’une force transversale sur une extrémité distale de la colonne.
La force transversale est orientée sensiblement perpendiculairement à la direction d’extension principale de la colonne.
Une telle méthode de retrait est rendue possible par la géométrie de la structure de support et permet un retrait facilité de la structure de support, notamment de manière manuelle.
La dissolution de la surface externe peut avoir lieu sur une épaisseur comprise entre 0,05 millimètre et 0,2 millimètre.
La dissolution de la surface externe peut réduire une résistance mécanique de la partie de liaison d’au moins 90%. Une telle caractéristique permet un retrait facilité de la structure de support, notamment de manière manuelle.
La résistance mécanique est ici définie comme la valeur de contrainte mécanique devant être exercée sur la partie de liaison pour atteindre sa rupture complète.
La solution de dissolution chimique est notamment une solution acide, capable de « ronger » les matériaux métalliques.
Une telle solution permet une dissolution de surface sur une faible épaisseur, qui améliore l’état de surface de la pièce et fragilise la partie de liaison, sans retirer trop de matière sur la pièce.
Brève description des figures
[Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique d’un dispositif de fabrication additive,
[Fig. 2] la figure 2 est vue de face d’une pièce comprenant une partie en surplomb,
[Fig. 3] la figure 3 est une vue de face d’un ensemble intermédiaire selon l’invention, destiné à la fabrication de la pièce de la figure 2, et
[Fig. 4] la figure 4 est une vue de détail d’une structure de support de l’ensemble intermédiaire de la figure 3.
Description détaillée de l’invention
La figure 2 représente une pièce 21 que l’on désire fabriquer par un procédé de fabrication additive selon l’invention.
La pièce 21 comprend une partie en surplomb 30, qui comporte une surface inférieure 32 s’étendant dans un plan P formant un angle supérieur à 45° avec une direction verticale Z.
Dans l’exemple représenté la surface inférieure 32 de la partie en surplomb 30 s’étend dans un plan P sensiblement horizontal, c’est-à-dire formant un angle de 90° avec la direction verticale Z.
La direction verticale Z considérée ici est relative au dispositif de fabrication additive 1 précédent, pendant une étape de fabrication additive, et ne correspond pas forcément à la direction verticale dans l’environnement dans lequel la pièce 21 est destinée à être mise en oeuvre.
Le procédé de fabrication de la pièce 21 comprend une étape de fabrication d’un ensemble intermédiaire 34, représenté sur la figure 3, selon une méthode par fabrication additive par fusion laser sélective ou frittage sélectif, comme décrit plus haut.
L’ensemble intermédiaire 34 est un intermédiaire de fabrication qui comprend la pièce 21 ainsi qu’une structure de support 36 conformée pour soutenir la partie en surplomb 30. La structure de support 36 comprend une partie de liaison 38 s’étendant depuis la partie en surplomb 30, une semelle 40 portant la partie de liaison 38 et une colonne 42 portant la semelle 40 et s’étendant de manière à reposer sur le plateau 13 par son extrémité distale 44.
La partie de liaison 38 est fabriquée en même temps que le reste de l’ensemble intermédiaire 34 par fabrication additive.
La partie de liaison 38 est fusible, c’est-à-dire qu’elle est destinée à être détruite pour séparer la structure de support 36 de la pièce 21 .
La partie de liaison 38 s’étend en dessous de l’intégralité de la surface inférieure 32, de manière à la supporter au cours de l’étape de fabrication additive.
Elle présente une porosité élevée, de préférence supérieure à 50%, notamment supérieure ou égale à 70%. La porosité de la partie de liaison 38 est par exemple sensiblement égale à 75%. La semelle 40 s’étend entre la partie de liaison 38 et la colonne 42, relativement à la direction verticale Z, de manière à porter la partie de liaison 38.
La semelle 40 comprend une pluralité de piliers 46 présentant des formes évasées, définissant entre eux des canaux 48 de circulation de fluide.
La colonne 42 est dense et s’étend sensiblement selon la direction verticale Z, depuis la semelle 40 jusqu’à son extrémité distale 44 destinée à être en contact avec le plateau 13 lors de la fabrication.
La colonne 42 présente, dans l’exemple représenté, une forme qui s’affine progressivement depuis la semelle 40 jusqu’à l’extrémité distale 44, tout en conservant des flancs latéraux formant avec la direction verticale Z des angles inférieurs à 45°, et de préférence inférieurs à 30°. Cette forme permet de réduire la quantité de matériau nécessaire à la fabrication de la colonne 42 et facilite sa préhension, sans contraindre la fabricabilité de l’ensemble intermédiaire 32.
La figure 4 est une vue de détail figurant la semelle 40 et la partie supérieure de la colonne 42.
Comme représenté, chaque pilier 46 comprend une extrémité supérieure 50, opposée à la colonne 42 par rapport à le direction verticale Z. Ladite extrémité supérieure 50 forme une surface plane portant la partie de liaison 38.
Chaque extrémité supérieure 50 présente une forme sensiblement carrée, dans un plan horizontal.
Alternativement, les extrémités supérieures peuvent présenter des formes rectangulaires ou hexagonales.
Un écartement E séparant les extrémités supérieures 50 de chaque pilier 46 est inférieur ou égal à 1 mm, afin de permettre la fabrication de la partie le liaison 38 par-dessus la semelle Les canaux 48 définis entre les piliers 46 débouchent entre les extrémités supérieures 50, sur toute une surface inférieure de la partie de liaison 38, ce qui permet de mettre en contact toute la partie de liaison avec le liquide circulant dans les canaux 48.
Le procédé de fabrication de la pièce 21 comprend, postérieurement à l’étape de fabrication additive, une étape d’immersion de l’ensemble intermédiaire 34 dans une solution de dissolution.
La solution de dissolution chimique est par exemple une solution acide, capable de « ronger » les matériaux métalliques.
L’ensemble intermédiaire 34 est immergé dans le bain de solution de dissolution pendant une durée d’immersion comprise entre 15 minutes et 1 heure, préférentiellement entre 15 et 45 minutes.
La solution de dissolution s’écoule dans les canaux 48 et imprègne la totalité de la partie de liaison 38.
Au cours de l’étape d’immersion, une surface externe de l’ensemble intermédiaire 32 est dissoute par la solution de dissolution, sur une faible épaisseur. L’épaisseur de dissolution est notamment comprise entre 0,05 millimètre et 0,2 millimètre.
Une telle étape d’immersion et de dissolution de surface est classique des procédés de fabrication additive par fusion sélective sur lit de poudre, et permet d’améliorer l’état de surface des pièces fabriquées.
Cette étape permet de plus, ici, de fragiliser notablement la partie de liaison 38, puisque sa forte porosité rend l’épaisseur de dissolution non-négligeable relativement à sa structure.
La partie de liaison 38 perd par exemple au moins 90% de sa résistance mécanique au cours de l’étape d’immersion et de dissolution de surface.
Le procédé comprend alors une étape de retrait de la structure de support 36, au cours de laquelle une force transversale, c’est-à-dire orientée selon une direction dans un plan horizontal, est appliquée sur l’extrémité distale 44 de la colonne 42.
Cette force transversale, appliquée manuellement ou au moyen d’un outil selon les dimensions mises en jeu, permet la rupture mécanique de la partie de liaison 38 et le retrait de la structure de support 36.
L’invention est généralisable à toute pièce présentant une partie en surplomb 30 dont la surface inférieure 32 forme un angle supérieur à 45° avec la direction verticale Z, en changeant la forme de la colonne 42 et/ou l’orientation de la semelle 40, pour avoir un soutien adapté au cours de l’étape de fabrication additive.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble intermédiaire (34) de fabrication additive comprenant une pièce (21 ) métallique, la pièce (21 ) comprenant une partie en surplomb (30), l’ensemble intermédiaire (34) comprenant de plus une structure de support (36) de la partie en surplomb (30), la structure de support (36) comprenant :
- une partie de liaison (38) poreuse fusible, s’étendant depuis la partie en surplomb (30),
- une semelle (40) s’étendant depuis la partie de liaison (38) et définissant une pluralité de canaux (48), et
- au moins une colonne (42) portant la semelle (40), la colonne étant dense, dans lequel la semelle (40) comprend une pluralité de piliers (46) définissant entre eux les canaux (48), les canaux (48) débouchant en regard de la partie de liaison (38).
2. Ensemble intermédiaire (34) selon la revendication précédente, dans lequel la partie de liaison (38) présente une porosité supérieure ou égale à 50%.
3. Ensemble intermédiaire (34) selon la revendication précédente, dans lequel la partie de liaison (38) présente une porosité supérieure ou égale à 70%.
4. Ensemble intermédiaire (34) selon la revendication précédente, dans lequel chaque pilier (46) comprend une extrémité supérieure (50) portant la partie de liaison (38), un écart (E) séparant les extrémités supérieures (50) des piliers (46) les unes des autres étant inférieur à 1 millimètre.
5. Procédé de fabrication d’une pièce (21 ) métallique, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- fabrication d’un ensemble intermédiaire (34) selon l’une des revendications précédentes, selon une méthode par fabrication additive par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre métallique,
- immersion de l’ensemble intermédiaire (34) dans une solution de dissolution et dissolution d’une surface externe de l’ensemble intermédiaire (34), et
- retrait de la structure de support (36) par rupture mécanique de la partie de liaison (38).
6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la rupture mécanique de la partie de liaison (38) est mise en oeuvre par application d’une force transversale sur une extrémité distale (44) de la colonne (42). Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la dissolution de la surface externe a lieu sur une épaisseur comprise entre 0,05 millimètre et 0,2 millimètre. Procédé selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel la dissolution de la surface externe réduit une résistance mécanique de la partie de liaison (38) d’au moins 90%.
PCT/FR2023/050171 2022-02-09 2023-02-08 Ensemble intermédiaire pour fabrication additive WO2023152449A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2201129 2022-02-09
FR2201129A FR3132449B1 (fr) 2022-02-09 2022-02-09 Ensemble intermédiaire pour fabrication additive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023152449A1 true WO2023152449A1 (fr) 2023-08-17

Family

ID=81927343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2023/050171 WO2023152449A1 (fr) 2022-02-09 2023-02-08 Ensemble intermédiaire pour fabrication additive

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3132449B1 (fr)
WO (1) WO2023152449A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016077250A1 (fr) * 2014-11-10 2016-05-19 Velo3D, Inc. Systèmes, appareils et procédés pour générer des objets tridimensionnels ayant des caractéristiques d'échafaudage
WO2019070646A1 (fr) * 2017-04-28 2019-04-11 Divergent Technologies, Inc. Appareil et procédés associés à des structures de support pouvant être retirées lors d'une fabrication additive
EP3950186A1 (fr) * 2020-08-03 2022-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Procédé permettant de détacher une partie imprimée en 3d, produit programme informatique et ensemble de données cad/cam

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016077250A1 (fr) * 2014-11-10 2016-05-19 Velo3D, Inc. Systèmes, appareils et procédés pour générer des objets tridimensionnels ayant des caractéristiques d'échafaudage
WO2019070646A1 (fr) * 2017-04-28 2019-04-11 Divergent Technologies, Inc. Appareil et procédés associés à des structures de support pouvant être retirées lors d'une fabrication additive
EP3950186A1 (fr) * 2020-08-03 2022-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Procédé permettant de détacher une partie imprimée en 3d, produit programme informatique et ensemble de données cad/cam

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHRISTOPHER S. LEFKY ET AL: "Dissolvable Supports in Powder Bed Fusion-Printed Stainless Steel", 3D PRINTING AND ADDITIVE MANUFACTURING, vol. 4, no. 1, 31 December 2017 (2017-12-31), DE, pages 3 - 11, XP055529056, ISSN: 2329-7662, DOI: 10.1089/3dp.2016.0043 *
OWEN J. HILDRETH ET AL: "Dissolvable Metal Supports for 3D Direct Metal Printing", 3D PRINTING AND ADDITIVE MANUFACTURING, vol. 3, no. 2, 20 June 2016 (2016-06-20), DE, pages 90 - 97, XP055438582, ISSN: 2329-7662, DOI: 10.1089/3dp.2016.0013 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3132449A1 (fr) 2023-08-11
FR3132449B1 (fr) 2024-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2588263B1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce métallique par fusion sélective d'une poudre
CA3003368A1 (fr) Procede de fabrication d'une preforme d'aube, d'une aube et d'un secteur de distributeur par fusion selective sur lit de poudre
EP1693127B1 (fr) Procédé de corroyage d'un lopin métallique et ensemble d'une chemise et d'un couvercle pour la mise en oeuvre du procédé
CA2546253C (fr) Fabrication d'aube creuse comportant un sommet en forme de baignoire
Exner et al. Selective laser micro sintering with a novel process
EP2552625A1 (fr) Procédé et dispositif pour la fabrication d'une virole bi-matériaux, et virole ainsi réalisée.
FR3008644A1 (fr) Procede de fabrication par frittage d'une piece multicouche
Jarvis et al. The bonding of nickel foam to Ti–6Al–4V using Ti–Cu–Ni braze alloy
EP0304654B1 (fr) Procédé de soudage d'une gorge usinée dans une pièce massive en acier et utilisation de ce procédé pour réparer un rotor fissuré
WO2023152449A1 (fr) Ensemble intermédiaire pour fabrication additive
FR3064519A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece metallique par fabrication additive
EP3402626B1 (fr) Procédé et installation de fabrication d'un objet tridimensionnel
FR2821777A1 (fr) Procede d'enlevement de depots de matiere formes par un usinage par laser
BE1025016B1 (fr) Machine et procede d’usinage par electroerosion de pompe gerotor
FR3071178A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece de turbomachine par fabrication additive et frittage flash
FR3119106A1 (fr) Procédé de fabrication additive couche par couche d’une pièce
FR3053632A1 (fr) Procede de fabrication additive avec enlevement de matiere entre deux couches
EP4144464A1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce en métal noble et installation pour mettre en oeuvre le procédé
FR3050391A1 (fr) Procede de fabrication additive et piece obtenue par un tel procede
FR3102707A1 (fr) Procédé de maintien d’une ébauche de pièce, par dilatation de fluide dans une partie de maintien fabriquée additivement
CN111136367A (zh) 一种沉淀型铸造高温合金铸件的焊接工艺方法
FR2751571A1 (fr) Procede de decoupage d'une piece dans un flan de tole
FR3129308A1 (fr) Dispositif de fabrication additive et procédé de fabrication associé
FR3100728A1 (fr) Caractérisation d’une structure lattice
FR2763523A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece annulaire plate ou tronconique et piece obtenue par ce procede

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23707145

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1