BE1027305B1 - Procédé de dépoudrage - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé (1) de fabrication d'une pièce, le procédé (1) comprenant : une opération (10) de fabrication additive par fusion de lits de poudres et une opération (20) de dépoudrage, remarquable en ce que l'opération de dépoudrage (20) est au moins partiellement effectuée simultanément à l'opération (10) de fabrication additive, et en ce que l'opération (20) de dépoudrage comprend l'injection d'un flux d'air dans la pièce et/ou l'aspiration d'air contenu dans la pièce. Avantageusement, des canaux dédiés au dépoudrage sont fabriqués en même temps que la pièce pour créer un chemin d'amenée ou d'aspiration de l'air.

Description

,Ç BE2019/5335 Description

PROCÉDÉ DE DÉPOUDRAGE Domaine technique L’invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce comprenant une opération de fabrication additive par fusion de lits de poudre. En particulier, l'invention porte sur une opération de dépoudrage conjointe à la fabrication. Technique antérieure Dans un procédé de fabrication additive par fusion de lits de poudre, des couches successives de poudre sont déposées sur une plateforme. Un faisceau laser balaie une partie de la couche de poudre pour en faire fusionner les grains qui lors de leur solidification créent, couche après couche, la géométrie voulue pour la pièce à fabriquer. Une partie de chaque couche n’est volontairement pas atteinte par le faisceau pour créer des cavités dans la pièce à réaliser. || y a donc une partie de la poudre qui n'est pas fusionnée. Cette poudre non fusionnée doit être retirée de la pièce. La technique habituelle consiste à fabriquer la pièce, puis à retirer les grains de poudre qui n’ont pas été fusionnés uniquement une fois la pièce finie et l'opération de fabrication additive achevée. Cette étape dite de dépoudrage peut se faire au moyen d'un aspirateur d'atelier ou à l’aide d’un pinceau.

Cette technique n’est pas toujours suffisante pour des pièces ayant des formes complexes internes ou à des cavités de petites dimensions. C’est le cas par exemple pour des échangeurs de chaleur qui sont constitués d'une multitude de tubulures, souvent de petites sections pour maximiser les surfaces d'échanges de chaleur pour un débit donné. Un dépoudrage post-production ne permet pas toujours de s'assurer que les conduits internes sont exempts de poudres non fusionnées. Or, une pièce dont la poudre n’a pas été correctement retirée présente des inconvénients. D'abord, d'un point de vue dimensionnel, la poudre non retirée peut créer des amalgames, la pièce ne répondant donc pas à ses dimensions nominales, induisant donc des problèmes de montage ou de fonctionnement. Dans le cas d'un échangeur de chaleur, le rendement de

> BE2019/5335 l'échangeur peut être affecté par des conduits partiellement ou complètement obstrués. Ensuite, la présence de poudres métalliques dans des pièces finies n'est pas souhaitable pour des raisons de risques sanitaires pour les opérateurs manipulant ces pièces. L'opérateur est généralement protégé par une combinaison lors de la manipulation des poudres mais n’est plus protégé une fois qu'il manipule la pièce finie, censée être exempte de poudres. Résumé de l'invention Problème technique L'invention a pour objectif de pallier les inconvénients ci-dessus et en particulier de proposer un procédé de dépoudrage plus fiable et permettant un meilleur contrôle des dimensions fabriquées.

Solution technique L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce comprenant : une operation de fabrication additive par fusion de lits de poudres et une opération de dépoudrage, remarquable en ce que l'opération de dépoudrage est au moins partiellement effectuée simultanément à l'opération de fabrication additive, l'opération de dépoudrage comprenant l'injection d’un flux d'air dans la pièce et/ou l’aspiration d’air contenu dans la pièce.

Ainsi, en effectuant le dépoudrage tout au long de la fabrication de la pièce, on peut s'assurer qu'aucune poudre non fusionnée ne demeure encapsulée dans la pièce finie.

En pratique, la pièce est construite dans une enceinte hermétique. L'injection d'air ou l'aspiration signifie donc qu’un système idoine est prévu à l'intérieur de cette enceinte.

Par « opération de fabrication additive », on entend la séquence des étapes qui permettent à une même machine de réaliser une pièce sans intervention externe (par exemple, sans remise en position d'une pièce semi-finie, et sans intervention humaine). Par « opération de dépoudrage », on entend un ensemble d'étapes de dépoudrage qui peuvent être espacées dans le temps, et qui ont lieu sur la même machine.

Par «au moins partiellement simultanée », on entend que l'opération de dépoudrage commence alors même que l'opération de fabrication additive dans son ensemble n’est pas terminée. Afin de dépoudrer, l'air est injecté et/ou aspiré. L'injection peut avoir lieu alternativement ou simultanément à l'aspiration. Selon des modes avantageux de l'invention, le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'opération de fabrication additive par fusion de lits de poudres comprend une étape de fabrication de canaux dédiés au dépoudrage, lesdits canaux étant préférentiellement sectionnés après l'opération de fabrication additive. Ainsi, des canaux sont fabriqués par fabrication additive lors de la même opération et dans la même machine que la fabrication de la pièce en question. Ces canaux n’ont pas de fonction pour la pièce finie et sont simplement destinés à amener l’air pour le dépoudrage pendant la fabrication. Autrement dit, ces canaux temporaires créent un chemin d’amenée ou d'aspiration de l'air ; - les canaux sont de forme semi-cylindrique, formés directement sur une plateforme sur laquelle est déposée la première couche de poudre. Cette technique évite de consommer trop de poudre pour la seule fabrication des canaux ; - les canaux débouchent sur des embouts respectifs qui forment des inserts de fabrication. Les embouts peuvent être de matériaux différents de la poudre et en particulier plus résistant en température ; - le procédé comprend une étape préliminaire avant le dépôt de la première couche de poudre, étape lors de laquelle les embouts sont positionnés sur la plateforme de fabrication et des conduites d'injection et/ou d'aspiration d'air sont connectées aux embouts. Ainsi, des moyens d'aspiration et de mise en pression — par exemple un ventilateur et un compresseur — sont reliés aux embouts avant le lancement de la fabrication. La connexion entre la pièce et ces embouts se fait durant la fabrication par le biais des canaux.

Cette technique permet de fabriquer plusieurs types de pièces tout en disposant du même dispositif d'injection d'air et d'aspiration.

Seule la forme des canaux sera adaptée et donc intégrée à la programmation de la machine au cas par cas ;

- aspiration d'air dans un canal est simultanée à une injection d'air dans un autre canal.

Ceci permet de décupler l'efficacité du dépoudrage ; - la pièce comprend des cavités ou des tubulures et l'air est injecté et/ou l'air est aspiré dans/depuis ces cavités ou tubulures, éventuellement via les canaux dédiés au dépoudrage.

En effet, il est avantageux que les canaux soient fluidiquement reliés aux cavités ou tubulures internes de la pièce ; - l'opération de fabrication additive par fusion de lits de poudres comprend une succession d'étapes de dépôt d’une couche de poudre suivie en alternance par des étapes de fusion d'une partie de la couche de poudre par application d'un faisceau énergétique, l'opération de dépoudrage étant constituée d'au moins une étape de dépoudrage succédant à une étape de fusion, préférentiellement d'une pluralité d'étapes de dépoudrage succédant respectivement à plusieurs étapes de fusion ; - la pression du flux d'air injecté et/ou la dépression de l'air aspiré augmente en valeur absolue avec le nombre de couches, préférentiellement jusqu'à environ 10bar; - la quantité de poudre aspirée ou évacuée par injection d'air en dehors de la pièce est mesurée et la pression d'air injecté et/ou la dépression de l'air aspiré est commandée en réponse à ladite quantité de poudre.

Ainsi, lorsqu'il y a une décroissance régulière de la quantité de poudre, la pression/dépression peut être progressivement augmentée et inversement, afin de ne pas obturer les conduits d'aspiration notamment ; - le dépoudrage comprend des cycles d'injection d'air ou d'aspiration, et/ou des cycles d'une injection d'air suivie d'une aspiration ou vice-versa, et/ou des cycles d'injection et d'aspiration simultanées, les cycles ayant une fréquence qui augmente avec le nombre de couches déposées.

Par exemple, en début de fabrication, le dépoudrage peut être effectué après la fusion d’une couche sur dix et en fin de fabrication, le dépoudrage peut être effectué toutes les deux couches.

Ceci permet un compromis entre le temps de fabrication et la fiabilité du procédé de dépoudrage ; - la pièce est sensiblement cylindrique, définissant un axe vertical autour duquel 5 les canaux sont angulairement irrégulièrement distribués.

L'asymétrie de la disposition des canaux permet de créer plus de turbulences et donc d'améliorer aspiration ou le décollement de la poudre non fusionnée de la pièce ; - l'air comprimé comprend une suspension d'un agent actif tel un détergent, un lubrifiant, un colorant et/ou un anti-oxydant.

L'injection d'air pendant la fabrication additive est l'occasion d'opérer également des traitements divers sur la pièce ; - la pièce est un échangeur de chaleur fuel-huile pour turboréacteur, l'échangeur comprenant des tubulures destinées à être parcourues par le fuel ou l’huile et dont le diamètre est préférentiellement de l’ordre de 0.6 mm, la poudre étant préférentiellement une poudre d'aluminium ; - les canaux ont une section qui est au moins 3 fois supérieure à la section des tubulures de l'échangeur.

Cette échelle permet d'augmenter la vitesse de l'air à l'entrée dans l'échangeur et donc de favoriser l'évacuation des poudres, à pression d'entrée donnée.

Avantages apportés Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un enlèvement des poudres non fusionnées sans pareil.

L'opération de dépoudrage post-fabrication est supprimée.

Les états de surface sont également de meilleure qualité et les dimensions obtenues sont plus précises.

D'autre part, le procédé ne nécessite pas de matériel onéreux.

Brève description des dessins La figure 1 représente un diagramme (type Gantt) du procédé selon l'invention ; La figure 2 représente une vue isométrique d'une pièce en cours de fabrication selon le procédé de l'invention.

Les figures 3 et 4 représentent des exemples de cycles de pression ou dépression pouvant être appliqués lors du procédé selon l'invention.

La figure 5 illustre le contrôle de la pression/dépression en fonction de la quantité de poudre détectée.

Description des modes de réalisation La figure 1 représente un diagramme illustrant le déroulement du procédé selon l'invention en fonction du temps.

L'axe horizontal matérialise l'écoulement du temps.

L'opération de fabrication additive dans son ensemble est notée 10. Celle-ci se compose, entre autres, d'étapes de dépôt de poudre 11 suivies d’étapes de fusion 12. La fusion résulte du balayage d'un faisceau énergétique sur la poudre, notamment un faisceau laser, qui cible les portions de la couche qui doivent être fondues pour, après refroidissement, constituer la pièce.

Selon un mode avantageux de l'invention, une étape 13 en début de fabrication est prévue pour la réalisation de canaux (notés 38 sur la figure 2) qui sont dédiés au dépoudrage.

Cette étape 13 peut s'étendre sur plusieurs impressions de couches.

L'exemple de la figure 1 montre un chevauchement sur deux couches des étapes 13 et 11/12 mais le chevauchement peut être plus important.

Optionnellement, ces canaux 38 sont séparés du reste de la pièce fabriquée lors d'une opération de sectionnement 15 postérieure à la fabrication additive 10. Après certaines étapes de fusion de poudre, une étape 22 de dépoudrage peut avoir lieu, L'ensemble des étapes 22 forme l’opération de dépoudrage 20. L'opération de dépoudrage 20 chevauche dans le temps l'opération de fabrication 10. Il y a ainsi une simultanéité de la fabrication et du dépoudrage, bien qu’à l'échelle des étapes de fabrication (et non des opérations), une étape de dépôt de couche ou de fusion n'est pas simultanée à l'évacuation des poudres.

La figure 1 représente de manière schématique et uniquement à titre d'illustration, le nombre et l'agencement dans le temps des différentes étapes.

En pratique des dizaines voire des centaines de couches de poudre sont déposées et fusionnées. La fréquence des étapes de depoudrage est également purement indicative sur la figure 1. Elle peut avoir lieu plus souvent au fur et à mesure de l'avancement de la fabrication (et donc moins souvent au début de la fabrication).

La figure 2 décrit un exemple de pièce 30 réalisée avec le procédé selon l'invention. Dans cet exemple, la pièce 30 est un échangeur à chaleur fuel/huile pour turboréacteur. Cette pièce est ici uniquement utilisée à titre d'illustration du procédé de fabrication. Le procédé de fabrication ne saurait être limité à la fabrication de cette pièce en particulier.

L'échangeur 30 est de forme généralement cylindrique autour d'un axe A vertical. L'échangeur comprend un corps 32 cylindrique renfermant des tubulures 34. Les tubulures 34 et la conception des surfaces d'échanges de chaleur dans cet échangeur 30 peuvent être semblables à l'échangeur divulgué dans la demande BE2018/5931. Des orifices 36 permettant l'arrivée et la sortie de l'huile ou du fuel peuvent être prévus à la base de l'échangeur 30. La complexité des tubulures 34 est telle que seule un procédé de fabrication additive permet de réaliser la pièce. L'échangeur 30 est ici représenté dans un état semi-fini, en cours de fabrication.

Le dépôt des couches de poudre a lieu sur une plateforme 40. Cette plateforme est plane et se situe dans une enceinte hermétique.

Selon un mode avantageux de l'invention, des canaux 38 sont fabriqués. Ceux- ci sont dédiés aux étapes de dépoudrage et ne font pas partie de la pièce finie. IIs sont destinés à être dissociés de la pièce une fois l'opération de fabrication additive terminée. Les canaux 38 peuvent être des conduites rectilignes de section carrée ou circulaire, complètement fabriqués par fabrication additive. Alternativement, pour économiser du temps de fabrication de ces canaux, ceux- ci peuvent être formés d'un demi-cylindre fabriqué à même la plateforme 40. Les canaux 38 sont en communication fluidique avec les cavités ou tubulures 34 de l'échangeur 30. Ainsi, lorsque de l'air est insufflé ou aspiré à travers ces — canaux 38, les cavités ou tubulures 34 de l'échangeur 30 sont parcourues par un flux d'air qui fait circuler les poudres non fusionnées pour les évacuer.

Des embouts 50, par exemple métalliques ou en matière plastique, peuvent être prévus sur la plateforme 40. Ceux-ci permettent de fixer des conduites d'air comprimé ou d'aspiration (non représentées). Les canaux 38 sont fabriqués de telle sorte à relier les tubulures 34 aux conduites d'air comprimé/d'aspiration.

Les embouts 50 et leurs conduites associées peuvent être fixés à la plateforme 40 avant que l'opération 10 de fabrication additive ne commence, lors d'une étape notée 14 sur la figure 1. Des mêmes embouts 50 et conduites peuvent être utilisés pour fabriquer différentes pièces. Seule la géométrie des canaux 38 sera adaptée pour que les embouts 50 soient reliés aux zones de la pièce qui sont à dépoudrer.

D'une certaine manière, les embouts 50 peuvent être considérés comme des inserts de fabrication bien qu'ils ne soient pas destinés à faire partie de la pièce finie, dans le sens où la matière va venir épouser les embouts 50 lors de la fabrication.

Les canaux 38 sont agencés autour de l'axe A pour répartir les flux d'air dans la pièce lors du dépoudrage. Avantageusement, la distribution des canaux 38 n’est pas régulière angulairement autour de l'axe À pour favoriser la génération de turbulences dans le flux d'air et ainsi favoriser le dépoudrage. Avantageusement, la section des canaux 38 est plus importante que la section des tubulures 34, par exemple avec un rapport de 3 environ. Ceci permet pour une pression d'air donnée, de démultiplier les effets de l'air comprimé ou de aspiration dans les tubulures 34.

Selon un mode avantageux, lair comprimé insufflé dans la pièce peut comprendre des gouttelettes d'un agent actif en suspension dans l'air. Par exemple, un détergent ou un lubrifiant peut favoriser le décrochement des poudres qui adhèreraient à la pièce. Un colorant permet d'observer à l'œil nu que le dépoudrage a bien lieu pendant la fabrication. Un anti-oxydant permet de traiter la pièce au plus tôt lors de sa fabrication.

La figure 3 montre un exemple de cycles de surpression ou dépression qui peuvent être utilisés. Un cycle peut comprendre plusieurs oscillations. Un cycle peut être répété plusieurs fois par étape 22, entrecoupées par des pauses.

Le cycle T1 montre un cycle d'air comprimé.

Tout type de cycle peut être utilisé mais des variations de pression avec des impulsions sont parfois plus efficaces qu’une surpression de valeur constante.

Des variations en créneaux, triangulaires ou rectilignes peuvent remplacer ou se superposer aux variations sinusoïdales illustrées.

Le cycle T2 est un cycle de dépression.

II peut avoir lieu simultanément (dans un autre canal 38 que celui qui est surpressé) au cycle T1 comme représenté sur la figure 3. Alternativement, les cycles se succèdent ou se chevauchent partiellement dans le temps.

Les cycles T1 et T2 peuvent être de périodes différentes, ou de même période, en phase ou non.

La période des oscillations peut varier pour un même cycle.

La période des cycles est avantageusement plus courte au fur et à mesure de l'avancée de la fabrication de la pièce.

La figure 4 illustre un autre exemple de cycle de surpression/dépression.

Celui- ci peut avoir lieu dans un seul canal.

Dans cet exemple, la surpression et la dépression font partie d'un même cycle T3. Pour réaliser les différents cycles, la pièce 30, et éventuellement les canaux 38 et/ou les embouts 50, est/sont connectée/connectés à des conduites alimentées de façon contrôlée en air comprimée et en aspiration.

Des vannes et des moyens de contrôle (capteurs, etc.) appropriés sont prévus.

Dans chacun des exemples, la pression p peut atteindre environ 10 bar.

La dépression dp peut être moindre (en valeur absolue), par exemple -2 bar.

La figure 5 illustre un dernier aspect de l'invention.

Des capteurs peuvent être prévus pour estimer la quantité q de poudre aspirée dans les conduits ou expulsés par l'air comprimé.

Par exemple, des capteurs inductifs, des caméras Ou autre, judicieusement placés dans l'enceinte de fabrication ou dans les conduits d'aspiration/de compression permettent de déceler les particules de poudre.

Dans un mode avantageux de l'invention, le niveau de pression ou de dépression du flux d'air est contrôlé en fonction de la quantité de particules détectées.

Par exemple, les variations Aq de la quantité de particules q mesurée peuvent être analysées.

Lorsqu'il y a une décroissance de la quantité de particules mesurée, il peut être considéré que la quantité de poudre qu'il reste à évacuer dans la pièce diminue.

La pression ou dépression peut être diminuée pour ne pas utiliser d'énergie inutilement.

Lorsque la quantité augmente, la pression ou dépression peut aussi être diminuée pour éviter d’engorger les conduits, si la quantité de poudre dépasse un seuil donné.

La durée des étapes de dépoudrage peut être ajustée en fonction de la quantité de particules détectées et ainsi ne pas être prédéfinie mais ajustée en temps réel lors de la fabrication.

Le dépôt d'une couche de poudre ne commencera qu'après l'étape de dépoudrage précédente terminée.

Claims (15)

Revendications

1. Procédé (1) de fabrication d’une pièce (30), le procédé (1) comprenant : une opération (10) de fabrication additive par fusion de lits de poudres et une opération (20) de dépoudrage, caractérisé en ce que l'opération de dépoudrage (20) est au moins partiellement effectuée simultanément à l'opération (10) de fabrication additive, et en ce que l'opération (20) de dépoudrage comprend l'injection d’un flux d'air dans la pièce (30) et/ou l'aspiration d'air contenu dans la pièce (30).

2. Procédé (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération (10) de fabrication additive par fusion de lits de poudres comprend une étape (13) de fabrication de canaux (38) dédiés au dépoudrage, lesdits canaux (38) étant préférentiellement sectionnés après l'opération (10) de fabrication additive.

3. Procédé (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux (38) sont de forme semi-cylindrique, formés directement sur une plateforme (40) sur laquelle est déposée la première couche de poudre.

4. Procédé (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les canaux (38) débouchent sur des embouts (50) respectifs qui forment des inserts de fabrication.

5. Procédé (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (13) préliminaire avant le dépôt de la première couche de poudre, étape (13) lors de laquelle les embouts (50) sont positionnés sur la plateforme (40) de fabrication et des conduites d'injection et/ou d'aspiration d'air sont connectées aux embouts (50).

6. Procédé (1) selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que aspiration d'air dans un canal (38) est simultanée à une injection d'air dans un autre canal (38).

7. Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce comprend des cavités ou des tubulures (34) et l'air est injecté et/ou l’air est aspiré dans/depuis ces cavités ou tubulures (34), éventuellement via les canaux (38) dédiés au dépoudrage.

8. Procédé (1) selon lune des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'opération (10) de fabrication additive par fusion de lits de poudres comprend une succession d'étapes (11) de dépôt d’une couche de poudre suivie en alternance par des étapes (12) de fusion d’une partie de la couche de poudre par application d'un faisceau énergétique, l'opération (20) de dépoudrage étant constituée d'au moins une étape (22) de dépoudrage succédant à une étape (12) de fusion, préférentiellement d’une pluralité d'étapes (22) de dépoudrage succédant respectivement à plusieurs étapes (12) de fusion.

9. Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pression (p) du flux d'air injecté et/ou la dépression (dp) de l'air aspiré augmente en valeur absolue avec le nombre de couches, préférentiellement jusqu'à environ 10 bar.

10. Procédé (1) selon lune des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la quantité (q) de poudre aspirée ou évacuée par injection d'air en dehors de la pièce (30) est mesurée et la pression (p) d'air injecté et/ou la dépression (dp) de lair aspiré est commandée en réponse à ladite quantité (q) de poudre.

11. Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dépoudrage comprend des cycles (T1, T2) d'injection d'air ou d'aspiration, et/ou des cycles (T3) d'une injection d'air suivie d'une aspiration ou vice- versa, et/ou des cycles (T1, T2) d'injection et d'aspiration simultanées, les cycles ayant une fréquence qui augmente avec le nombre de couches déposées.

12, Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pièce (30) est sensiblement cylindrique, définissant un axe vertical (A) autour duquel les canaux (38) sont angulairement irrégulièrement distribués.

13. Procédé (1) selon l'une des revendication 1 à 12, caractérisé en ce que l'air comprimé comprend une suspension d’un agent actif tel un détergent, un lubrifiant, un colorant et/ou un anti-oxydant.

14. Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la pièce (30) est un échangeur de chaleur fuel-huile pour turboréacteur, l'échangeur (30) comprenant des tubulures (34) destinées à être parcourues par le fuel ou l'huile et dont le diamètre est préférentiellement de l'ordre de 06 mm, la poudre étant préférentiellement une poudre d'aluminium.

15. Procédé (1) selon la revendication 14 en combinaison de la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux (38) ont une section qui est au moins 3 fois supérieure à la section des tubulures (34) de l'échangeur (30).