FR3021568A1 - Procede de fabrication d'un objet tridimensionnel par solidification de poudre - Google Patents

Abstract

Ce procédé de fabrication, qui concilie astucieusement qualité et productivité, comprend : - une première étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre sous forme d'une couche de poudre (C5), une partie de cette couche de poudre, qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer (1), est, pour seulement une fraction (C5.O.1) de cette partie de la couche de poudre, solidifiée par balayage laser, - une deuxième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre sous forme d'une couche de poudre (C6), dite supérieure, qui recouvre la couche de poudre, dite inférieure, obtenue à l'issue de la première étape, une partie de la couche de poudre supérieure, qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, est, pour seulement une fraction (C6.O.1) de cette partie de la couche de poudre supérieure, solidifiée par balayage laser, et - une troisième étape au cours de laquelle la fraction (C5.O.2), non solidifiée à l'issue de la première étape, de ladite partie de la couche de poudre inférieure (C5) et la fraction (C6.O.2), non solidifiée à l'issue de la deuxième étape, de ladite partie de la couche de poudre supérieure (C6) sont conjointement solidifiées par balayage laser.

Description

1 PROCEDE DE FABRICATION D'UN OBJET TRIDIMENSIONNEL PAR SOLIDIFICATION DE POUDRE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un objet tridimensionnel par solidification de poudre. Dans le domaine de la fabrication d'objets tridimensionnels, il est connu de réaliser de tels objets par solidification, à l'aide d'un laser, de couches de poudre successivement superposées : une matière pulvérulente, le cas échéant mélangeant plusieurs poudres et désignée simplement par la suite comme de la poudre, est mise en couche, typiquement par étalage et compaction, puis est balayée par le faisceau du laser pour être solidifiée, par frittage et/ou fusion, avant d'être recouverte par une nouvelle couche de poudre qui est à son tour solidifiée sous l'effet d'un nouveau balayage du laser et ainsi de suite, jusqu'à obtenir l'objet complet. Ce type de fabrication permet d'augmenter le nombre de fonctions dans un seul et même objet tridimensionnel, via un accroissement de la complexité des formes de l'objet, de ses surfaces, de ses volumes, de la finesse de ses détails, de ses dimensions, de la nature physico-chimique de ses matériaux, etc. Les perspectives auxquelles ouvre ce procédé de fabrication additive couche par couche repoussent constamment les limites du possible en termes de capacité de fabrication, génèrent une amélioration de la créativité, et augmentent les enjeux technologiques et les enjeux économiques du point de vue des coûts et délais de fabrication et de la fréquence de renouvellement des designs. Ceci étant, une des faiblesses de ce type de procédé de fabrication réside dans son originalité, qui consiste à solidifier successivement des parties respectives de couches de poudre, qui correspondent respectivement à des sections géométriques de l'objet tridimensionnel à fabriquer. En effet, un objet tridimensionnel à fabriquer est connu à l'avance par sa définition numérique : cette définition numérique est traitée à l'aide d'algorithmes connus, qui découpent en tranches la définition volumique de l'objet tridimensionnel, ce découpage en tranches donnant lieu au calcul d'un ensemble de sections géométriques de l'objet à fabriquer. Lors de la mise en oeuvre du procédé de fabrication, on agit par ajout de matière de manière itérative, dans le sens où on additionne les unes sur les autres des parties solidifiées de couches de poudre correspondant respectivement aux sections géométriques précitées, selon le résultat du calcul de ces sections préalablement établi. Selon ce principe, on comprend que plus les couches de poudre sont fines, c'est-à-dire peu épaisses, plus la qualité de fabrication de l'objet est bonne, notamment en ce qui concerne la finesse et la discrétisation de cet 3021568 2 objet, en particulier de ses surfaces fonctionnelles. Cependant, utiliser des couches de poudre fines augmente considérablement la durée nécessaire à la fabrication de l'objet complet, ce qui dégrade fortement la productivité du procédé de fabrication. A l'inverse, en utilisant des couches de poudre épaisses, ce qui est rendu possible par l'avènement 5 de lasers dont les faisceaux sont de plus en plus puissants, la productivité du procédé peut être augmentée, mais en dégradant la discrétisation de cette fabrication et donc au détriment de la finesse des détails de l'objet fabriqué. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication du type défini ci-dessus, qui concilie astucieusement qualité et productivité.

10 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un objet tridimensionnel par solidification de poudre, caractérisé en ce que le procédé comprend : - une première étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre sous forme d'une couche de poudre, une partie de cette couche de poudre, qui 15 correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, est, pour seulement une fraction de cette partie de la couche de poudre, solidifiée par balayage laser, - une deuxième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre sous forme d'une couche de poudre, dite supérieure, qui recouvre la couche de poudre, dite inférieure, obtenue à l'issue de la première étape, une partie de la couche de 20 poudre supérieure, qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, est, pour seulement une fraction de cette partie de la couche de poudre supérieure, solidifiée par balayage laser, et - une troisième étape au cours de laquelle la fraction, non-solidifiée à l'issue de la première étape, de ladite partie de la couche de poudre inférieure et la fraction, non 25 solidifiée à l'issue de la deuxième étape, de ladite partie de la couche de poudre supérieure sont conjointement solidifiées par balayage laser. L'idée à la base de l'invention est de chercher à fabriquer des objets tridimensionnels en utilisant des couches de poudre ayant des épaisseurs respectives qui sont adaptées en fonction du critère de productivité/qualité. Pour ce faire, l'invention 30 prévoit de balayer, par un faisceau laser successivement plusieurs couches de poudre peu épaisses superposées, de manière à ne pas solidifier toute la partie de chacune de ces couches, correspondant à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, mais de manière à ne solidifier qu'une fraction de cette partie de couche, étant entendu que cette fraction s'étend sur toute l'épaisseur de la couche. On comprend donc que, dans chacune 35 de ces couches peu épaisses, une fraction de sa partie correspondant à la section 3021568 3 bidimensionnelle de l'objet à fabriquer reste à l'état de poudre non solidifiée. Puis, le cas échéant avant de recouvrir ces couches de poudre peu épaisses par une nouvelle couche de poudre, on solidifie non seulement la fraction non encore solidifiée de la partie, correspondant à une section de l'objet, de la couche de poudre réalisé en dernier, mais 5 également la ou les fractions respectives nonencore solidifiées de la ou des couches peu épaisses sous-jacentes. Ainsi, le balayage laser successivement mis en oeuvre sur des couches de poudre peu épaisses permet de fabriquer les zones de l'objet les plus délicates géométriquement, c'est-à-dire les zones dont les caractéristiques d'état de surface et de qualité dimensionnelle et/ou géométrique sont les plus exigeantes, en 10 particulier en bordure de l'objet, tandis que, pour le reste de l'objet, en particulier à coeur, le balayage laser est prévu pour appliquer une énergie suffisamment importante pour solidifier conjointement les couches de poudre afin d'atteindre une productivité de fabrication élevée. Autrement dit, le procédé conforme à l'invention prévoit de combiner, dans un même lit de poudre, la solidification fractionnelle de couches fines et la 15 solidification simultanée d'un empilement épais de plusieurs de ces couches fines, de sorte que, in fine, cet emplacement épais solidifié se retrouve juxtaposé horizontalement aux fractions préalablement solidifiées de ces couches fines. Afin d'appliquer à la poudre davantage d'énergie laser pour en solidifier conjointement plusieurs couches, les caractéristiques du balayage laser sont adaptées à l'épaisseur de poudre à solidifier : en 20 particulier, dans le cas où la vitesse de balayage laser est la même pour solidifier les unes après les autres les fractions des couches de poudre successivement superposées puis pour solidifier conjointement les fractions non encore solidifiées de ces couches, le faisceau laser utilisé pour les balayages successifs de ces fractions est prévu, par exemple par réglage, moins puissant que le faisceau laser utilisé pour le balayage qui 25 solidifie conjointement plusieurs couches. En pratique, le procédé de fabrication conforme à l'invention, est programmé pour tout ou partie de la fabrication de l'objet tridimensionnel, étant entendu que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est fonction des caractéristiques morpho-dimensionnelles de l'objet à fabriquer. On notera que, de manière avantageuse, l'invention propose aussi de corriger des 30 surépaisseurs de la partie de la couche de poudre, à laquelle a été appliquée davantage d'énergie laser, la présence de ces surépaisseurs pouvant contrarier voire empêcher la mise en couche, sur cette partie solidifiée de la couche de poudre, d'une nouvelle couche de poudre, en particulier peu épaisse : pour ce faire, comme expliqué plus en détail par la suite, le procédé conforme à l'invention a recours à un outil de rectification qui, par 35 resurfaçage de cette partie solidifiée de couche de poudre, en élimine les surépaisseurs.

3021568 4 Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé conforme à l'invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - avant de mettre en oeuvre la deuxième étape, la première étape est répétée une ou plusieurs fois, en superposant les couches de poudre inférieures successivement 5 obtenues ; lors de la deuxième étape, la couche de poudre supérieure recouvre la couche de poudre inférieure obtenue en dernier à l'issue de la première étape ; et lors de la troisième étape, les fractions respectives, non solidifiées à l'issue de la première étape, desdites parties des couches de poudre inférieures et la fraction, non-solidifiée à l'issue de la deuxième étape, de ladite partie de la couche de poudre supérieure sont 10 conjointement solidifiées par balayage laser ; - la couche de poudre supérieure et la ou chaque couche de poudre inférieure présentent sensiblement la même épaisseur ; - les fractions respectives, solidifiées à l'issue des première et deuxième étapes, desdites parties des couches de poudre correspondantes sont prévues en bordure de 15 l'objet à fabriquer ; - le procédé comprend en outre une quatrième étape, qui est mise en oeuvre à l'issue de la troisième étape et au cours de laquelle un outil de rectification resurface la partie solidifiée de la couche de poudre supérieure obtenue à l'issue de la troisième étape ; 20 - au cours de la quatrième étape, l'outil de rectification resurface la partie solidifiée de la couche de poudre supérieure par enlèvement de matière, notamment par abrasion, l'outil de rectification étant par exemple une fraise ou une meule ; - à l'issue de la quatrième étape, la première étape est mise en oeuvre une nouvelle fois, en recouvrant la couche de poudre supérieure d'une nouvelle couche de 25 poudre ; - le faisceau laser, qui est utilisé pour réaliser le balayage laser lors de la troisième étape, est plus puissant que le faisceau laser qui est utilisé pour réaliser les balayages lasers lors des première et deuxième étapes ; - le procédé comprend en outre : 30 - une cinquième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre sous forme d'une couche de poudre présentant sensiblement la même épaisseur que la couche de poudre inférieure ou supérieure, une partie de cette couche de poudre, qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, est solidifiée en totalité par balayage laser ; et /ou 3021568 5 - une sixième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre sous forme d'une couche de poudre présentant une épaisseur sensiblement égale ou supérieure à la somme des épaisseurs respectives de la couche de poudre supérieure et de la couche de poudre inférieure, une partie de cette couche de poudre, qui 5 correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, est solidifiée en totalité par balayage laser ; - les première, deuxième et troisième étapes, ainsi que, le cas échéant, les quatrième et/ou cinquième et/ou sixième étapes, sont répétées, en superposant les couches de poudre respectives qui sont successivement obtenues, jusqu'à obtenir l'objet 10 qui est constitué des parties solidifiées respectives de ces couches de poudre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels les figures 1 à 12 sont des sections schématiques d'un dispositif utilisé pour mettre en oeuvre un procédé de fabrication conforme à l'invention, ces figures 1 à 12 illustrant 15 respectivement des opérations successives de ce procédé. Sur les figures 1 à 12 est représenté un dispositif 10 permettant de fabriquer, à partir d'une poudre P, un objet tridimensionnel 1 constitué de couches de poudre solidifiées par frittage et/ou fusion. Le dispositif 10 comporte un puits 12 qui est considéré fixe par rapport au reste du 20 dispositif : ce puits 12 définit ainsi un repère tridimensionnel incluant un axe X-X horizontal, un axe Y-Y, à la fois horizontal et perpendiculaire à l'axe X-X, et un axe Z-Z à la fois vertical et perpendiculaire aux axes X-X et Y-Y. Les axes X-X et Z-Z appartiennent au plan de coupe des figures 1 à 12, tandis que l'axe Y-Y s'étend à la perpendiculaire de ce plan de coupe.

25 Le dispositif 10 comprend un piston 14, qui est déplaçable, dans les deux sens, suivant un axe vertical Z14, parallèle à l'axe Z-Z, et ce de manière ajustée à l'intérieur du puits 12. Le piston 14 forme ainsi un support pour la poudre P, bordé, autour de l'axe Z14, par le puits 12. Le dispositif 10 comprend en outre un rouleau 16 qui est déplaçable par rapport au 30 puits 12, à la fois, en rotation sur lui-même, dans les deux sens, autour de son axe central Y16 qui est parallèle à l'axe Y-Y, et en translation horizontale, dans les deux sens, dans une direction parallèle à l'axe X-X. Comme expliqué par la suite, le rouleau 16 permet d'étaler et de compacter la poudre P sur le piston 14. En pratique, de manière connue en soi, les déplacements du rouleau 16 sont commandés par des moyens d'entraînement ad 3021568 6 hoc du dispositif 10, qui ne sont pas représentés sur les figures et dont la forme de réalisation n'est pas limitative de l'invention. Le dispositif 10 comprend par ailleurs des moyens d'émission laser 18, qui, pour des raisons de visibilité, ne sont représentés que sur certaines figures, et qui sont conçus 5 pour, à l'aplomb vertical du piston 14, balayer par faisceau laser la poudre P supportée par ce piston. Par le biais d'aménagements connus en soi, chaque faisceau laser 19A, 19B est déplaçable, par rapport au puits 12, suivant une trajectoire de balayage contrôlée. Le dispositif 10 comporte en outre un outil 20 permettant de rectifier de la poudre P ayant été préalablement solidarisée par le laser 18. Pour des raisons de visibilité, cet 10 outil 20 n'est représenté que sur la figure 11, ainsi qu'uniquement en pointillés sur la figure 1. L'outil 20 agit par contact direct avec la poudre solidifiée à rectifier, typiquement par enlèvement de matières, notamment par abrasion. A titre d'exemple préférentiel non limitatif, l'outil de rectification 20 est une fraise, une meule ou, plus généralement un outil abrasif et/ou coupant.

15 Comme expliqué plus en détail par la suite, l'outil 20 est déplaçable, par rapport au puits 12, de manière à agir par interférence mécanique avec de la poudre solidifiée, reposant sur le piston 14. Dans l'exemple de réalisation considéré ici, l'outil 20 est ainsi déplaçable, à la fois, en rotation sur lui-même autour de son axe central Y20 qui est parallèle à l'axe Y-Y, en translation horizontale, dans les deux sens, dans une direction 20 parallèle à l'axe X-X, et en translation verticale, dans les deux sens, suivant une direction parallèle à l'axe Z-Z. En pratique, les déplacements de l'outil de rectification 20 sont commandés par des moyens d'entraînement ad hoc du dispositif 10, qui ne sont pas représentés sur les figures et dont la forme de réalisation n'est pas limitative de l'invention. Ceci étant, suivant un mode de réalisation préférentiel, qui est considéré ici 25 sans pour autant être limitatif ou obligatoire, les moyens d'entraînement du rouleau 16 et les moyens d'entraînement de l'outil 20 sont, au moins pour partie, partagés, ce qui, entre autres, en facilite l'intégration au sein du dispositif 10, étant entendu que les actionnements respectifs du rouleau 16 et de l'outil 20 sont sélectifs, c'est-à-dire peuvent être réalisés indépendamment l'un de l'autre : autrement dit, le rouleau 16 et l'outil 20 sont 30 préférentiellement commandés par des moyens communs d'actionnement sélectif de ce rouleau et de cet outil. D'autres caractéristiques du dispositif 10 apparaîtront ci-après, dans le cadre de la description d'une utilisation de ce dispositif pour fabriquer l'objet tridimensionnel 1 à partir de la poudre P. Cette utilisation est décomposée en douze temps successifs, 35 correspondant respectivement aux figures 1 à 12.

3021568 7 Sur la figure 1, le dispositif 10 est considéré alors que l'objet 1 a déjà commencé d'être fabriqué, moyennant la superposition de deux couches de poudre Cl et C2, la couche de poudre Cl recouvrant la face supérieure du piston 14 tandis que la couche de poudre C2 recouvre la couche de poudre C1. Chacune des couches de poudre Cl et C2 5 inclut une partie solidifiée C1.0, C2.0, qui, dans la couche C1, C2, forme une partie constitutive de l'objet 1 en cours de fabrication. Autrement dit, à l'instant de fabrication montré à la figure 1, l'objet 1, en cours de fabrication, est constitué des parties solidifiées C1.0 et C2.0 des couches de poudre Cl et C2. En vue de réaliser, comme montré à la figure 5, une troisième couche de poudre 10 C3 dont une partie sera solidifiée, le piston 14 est translaté vers le bas suivant son axe Z14 depuis sa position de la figure 1 jusqu'à sa position de la figure 2, comme indiqué par la flèche Fl sur la figure 1, tandis que de la poudre supplémentaire est rapportée dans le puits 12, en recouvrant la couche C2. Comme montré sur les figures 1, 2 et 3, cette poudre est étalée sur toute la couche de poudre C2, à l'intérieur du puits 12, par le 15 rouleau 16. A cet effet, de manière connue en soi, le rouleau 16 est ici entraîné : - en translation horizontale dans la direction de l'axe X-X, comme indiqué par la flèche F2 sur les figures 1 à 3, l'axe Y16 du rouleau étant ainsi translaté horizontalement d'une extrémité axiale, selon l'axe X-X, du puits 12 à son extrémité axiale opposée, en l'occurrence de l'extrémité gauche à l'extrémité droite du puits 12 sur les figures, et 20 - en rotation sur lui-même autour de son axe Y16 de manière contrarotative, c'est- à-dire en sens opposé à celui de son roulement sur la poudre disposée à l'avant du rouleau 16 dans le sens de sa translation F2, comme indiqué par la flèche F3 sur les figures 1 à 3. De cette façon, le contact provoqué par la surface extérieure du rouleau 16 sur la 25 poudre P située à l'avant du rouleau 16 dans le sens de sa translation F2, s'oppose au déplacement du rouleau selon la translation F2, ce qui améliore l'étalage de la poudre, en une couche d'épaisseur maîtrisée. En pratique, on comprend que les moyens d'entraînement du rouleau 16 sont conçus pour appliquer à ce dernier un effort rectiligne dans la direction de l'axe X-X et un couple autour de l'axe Y16, qui sont asservis l'un à 30 l'autre de manière préétablie pour commander avec précision l'étalement de la poudre, en fonction, entre autres, de la nature de l'objet 1 à fabriquer, de la finesse voulue pour les détails de cet objet, de la nature physicochimique de la poudre, etc. Une fois que le rouleau 16 a étalé de la poudre P sur toute l'étendue axiale, selon l'axe X-X, du piston 14 à l'intérieur du puits 12 et que le rouleau 16 occupe donc la 35 position translatée de la figure 3, le piston 14 est translaté vers le haut selon son axe Z14, 3021568 8 comme indiqué par la flèche F4 sur la figure 4, de manière à rendre saillante, vis-à-vis du bord supérieur du puits 12, une partie de la couche de poudre qui vient d'être étalée par le rouleau 16. Puis, comme représenté sur la figure 4, le rouleau 16 est entraîné, à la fois, en translation horizontale selon l'axe X-X, depuis l'extrémité axiale du puits 12, qu'il 5 occupe à l'issue de l'étalement de la poudre, autrement dit depuis sa position translatée de la figure 3, jusqu'à l'extrémité axiale opposée du puits 12, autrement dit jusqu'à sa position initiale de la figure 1, comme indiqué par la flèche F5 sur les figures 4 et 5, et en rotation sur lui-même autour de son axe Y16 de manière contrarotative, comme indiqué par la flèche F6 sur les figures 4 et 5. De cette façon, le rouleau 16 compacte la couche 10 de poudre venant d'être étalée, en en réduisant l'épaisseur, selon l'axe Z-Z, à une valeur prédéterminée : à l'issue de cette opération de compactage, la poudre, étalée et compactée, recouvrant la couche de poudre C2, forme la couche de poudre C3. Comme représenté sur la figure 5, les moyens d'émission laser 18 sont ensuite actionnés de manière que son faisceau, référencé 19A, balaye en partie la couche de 15 poudre C3, en solidifiant, par frittage et/ou fusion, une partie C3.0 de cette couche de poudre C3, comme indiqué par la flèche F7 sur la figure 5. Cette partie de couche solidifiée C3.0 est prévue, moyennant une définition appropriée de la trajectoire du faisceau 19A, pour correspondre à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer 1 : autrement dit, de manière connue en soi, le faisceau laser 19A frappe progressivement 20 une partie de la surface supérieure de la couche de poudre C3, cette partie de surface constituant une section de l'objet à fabriquer, calculée à l'avance, dans le sens où, préalablement à la réalisation de la première couche de poudre C1, un ensemble de sections superposées numérisées est déterminé à partir d'une définition numérique de l'objet à fabriquer, ces sections superposées correspondant aux parties de couche de 25 poudre à successivement solidifier par balayage laser. Ainsi, on comprend que, antérieurement à l'instant de fabrication montré à la figure 1, de la poudre P a été mise en couche sur la face supérieure du piston 14, par étalement puis compactage à l'aide du rouleau 16 et du piston 14, puis la couche de poudre Cl ainsi obtenue a été partiellement balayée par le faisceau laser 19A de manière à en solidifier la partie C1.0 pour 30 correspondre à la première des sections préétablies de l'objet à fabriquer 1, puis de la poudre P a été mise en couche sur la couche de poudre C1, par étalement puis compaction à l'aide du rouleau 16 et du piston 14, puis la couche de poudre ainsi obtenue C2 a été partiellement balayée par le faisceau laser 19A de manière à en solidifier la partie C2.0 pour correspondre à la seconde section de l'objet à fabriquer 1.

3021568 9 Une fois que la partie solidifiée C3.0 de la couche de poudre C3 est obtenue, de la poudre P est mise en couche sous forme d'une quatrième couche de poudre C4, recouvrant la couche de poudre C3, comme montré sur la figure 6. Cette mise en couche de la couche de poudre C4 est réalisée de manière similaire à la mise en couche des 5 couches C1, C2 et C3. Puis, également comme montré sur la figure 6, les moyens d'émission laser 18 sont actionnés de manière que son faisceau 19A balaye en partie la couche de poudre C4, en vue de solidifier cette dernière sur toute son épaisseur, par frittage et/ou fusion. Cependant, à la différence de l'utilisation du faisceau laser 19A pour solidifier en totalité chacune des parties C1.0, C2.0, C3.0 des couches de poudre 10 précédentes C1, C2 et C3, seulement une fraction C4.0.1 d'une partie C4.0, correspondant à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer 1, de la couche C4 est solidifiée par balayage laser. Dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, cette fraction C4.0.1 de la partie C4.0 de la couche de poudre C4 inclut deux portions C4.0.1A et C4.0.1B qui sont opposées l'une à l'autre dans la direction de l'axe X-X, chacune de 15 ces portions C4.0.1A et C4.0.1B de la fraction solidifiée C4.0.1 étant balayée par le faisceau laser 19A à des instants différents, comme illustré par les figures 6 et 7, moyennant un paramétrage ad hoc de l'actionnement et/ou de la trajectoire de ce faisceau laser. Dans tous les cas, à l'issue de l'application sur la quatrième couche de poudre C4 du faisceau laser 19A, la partie C4.0 de cette couche de poudre C4, 20 correspondant à la section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer 1 au niveau de cette quatrième couche de poudre, n'est pas solidifiée en totalité, mais seule sa fraction C4.0.1 est solidifiée, étant entendu que, comme montré sur la figure 7, cette fraction solidifiée C4.0.1 s'étend sur toute l'épaisseur de la couche de poudre C4. Le reste de la partie C4.0 de la couche de poudre C4, qui forme une fraction C4.0.2 de cette partie de couche 25 de poudre C4.0, n'est pas solidifiée. Puis, comme montré sur la figure 8, une cinquième couche de poudre C5 est mise en couche, en recouvrant la quatrième couche de poudre C4, et, de la même façon que pour la couche de poudre C4, seulement une fraction C5.0.1 d'une partie C5.0, correspondant à une nouvelle section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer 1, de cette 30 cinquième couche de poudre C5 est solidifiée par balayage du faisceau laser 19A. Ainsi, comme montré sur la figure 8, à l'issue du balayage laser de la couche de poudre C5, la partie de cette dernière, correspondant à la section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer 1 au niveau de cette couche de poudre C5, n'est solidifiée que pour sa fraction C5.0.1, tandis que sa fraction C5.0.2 n'est pas solidifiée.

3021568 10 Puis, comme représenté sur la figure 9, de la même façon que décrit précédemment pour mettre en couche les couches de poudre C1, C2, C3, C4 et C5, une sixième couche de poudre C6 est mise en couche en recouvrant la cinquième couche de poudre C5, puis seulement une fraction C6.0.1 d'une portion C6.0, correspondant à une 5 nouvelle section de l'objet à fabriquer, de cette sixième couche de poudre C6 est solidifiée par balayage du faisceau laser 19A, tandis que sa fraction restante C6.0.2 n'est pas solidifiée.-. A la différence de l'utilisation des moyens d'émission laser 18 décrite jusqu'ici, ces moyens 18 sont ensuite utilisés pour appliquer davantage d'énergie laser à la poudre P que lors de la solidification des fractions C4.0.1, C5.0.1 et C6.0.1 : pour illustrer cet 10 aspect sur les figures, le faisceau laser appliquant davantage d'énergie est référence 19B. Suivant une forme de réalisation préférentielle, ce faisceau laser 19B se distingue du faisceau laser 19A par le fait que la puissance du faisceau laser 19B est plus grande que celle du faisceau laser 19A. En pratique, la forme de réalisation des moyens d'émission laser 18 n'est pas 15 limitative, du moment que ces moyens 18 appliquent sélectivement deux énergies lasers différentes, comme les faisceaux lasers 19A et 19B sur les figures. A titre d'exemple, les moyens d'émission laser 18 inclut deux lasers dont les sources respectives présentent des puissances différentes ou bien n'inclut qu'un seul laser dont la puissance de la source est réglable en fonctionnement ; dans ces deux cas, les éléments de mise en mouvement 20 des faisceaux lasers 19A et 19B, typiquement des miroirs galvanométriques, peuvent être les mêmes pour les deux faisceaux 19A et 19B, ce qui revient à dire que les caractéristiques, notamment la vitesse et la précision, des balayages respectifs par les faisceaux 19A et 19B sont les mêmes pour ces deux faisceaux lasers. Une alternative consiste à utiliser une même puissance laser mais à jouer sur la vitesse de balayage pour 25 obtenir que le faisceau 19B applique à la poudre P davantage d'énergie que le faisceau 19A. Plus généralement, on comprend que ce sont les caractéristiques laser, respectivement associées aux faisceaux 19A et 19B, qui sont à choisir ou régler, et ce en fonction de l'épaisseur de poudre que l'on souhaite solidifier par balayage laser, comme expliqué juste après.

30 Comme montré sur la figure 9, du fait que le faisceau 19B apporte davantage d'énergie laser, son application sur la couche de poudre C6 induit par frittage et/ou fusion, à la fois, la solidification de la fraction C6.0.2 de la partie de couche de poudre C6.0 n'ayant pas été solidifiée par le faisceau laser 19A et la solidification des fractions non encore solidifiées C4.0.2 et C5.0.2 des parties C4.0 et C5.0 des couches de poudre 35 sous-jacentes C4 et C5. On comprend que les caractéristiques du faisceau laser 19B sont 3021568 11 adaptées à la nécessité de solidifier conjointement, c'est-à-dire ensemble et en même temps, les épaisseurs respectives des trois couches de poudre superposées C4, C5 et C6. A l'issue de l'application du faisceau laser 19B sur la couche de poudre C6, 5 comme montré sur la figure 10, la totalité des fractions C4.0.2, C5.0.2 et C6.0.2 des couches de poudre C4, C5 et C6 sont solidifiées. A cet instant, on comprend que, dans chacune des couches de poudre C4, C5 et C6, la totalité de leur partie C4.0, C5.0 et C6.0, correspondant aux sections bidimensionnelles associées de l'objet à fabriquer 1, est solidifiée, avec l'avantage que, pour ce qui concerne leur fraction C4.0.2, C5.0.2 et 10 C6.0.2, la solidification a été obtenue de manière productive grâce à l'utilisation du faisceau 19B à forte énergie laser, tandis que la solidarisation de leur fraction C4.0.1, C5.0.1 et C6.0.1 a été obtenue avec finesse grâce à l'utilisation du faisceau 19A à moindre énergie laser. Il en résulte que les fractions C4.0.2, C5.0.2 et C6.0.2, qui ont été solidifiées conjointement, forment un amas de poudre solidifié d'un seul tenant, qui est 15 juxtaposé horizontalement aux fractions C4.0.1, C5.0.1 et C6.0.1 qui ont été solidifiées individuellement les unes après les autres et les unes au-dessus des autres, ces fractions ayant une épaisseur fine comparativement à celle de l'amas précité. On comprend que les fractions C4.0.1, C5.0.1 et C6.0.1 sont avantageusement prévues en bordure de l'objet à fabriquer 1, pour en soigner la qualité de réalisation, tandis que la solidification 20 conjointe des fractions C4.0.2, C5.0.2 et C6.0.2 favorise la productivité de fabrication de l'objet à coeur. Suivant un aspect optionnel avantageux, qui est illustré par la figure 11, l'outil de rectification 20 est alors actionné en vue de corriger des défauts D altérant l'état de surface de la partie C6.0 de la couche de poudre C6. En effet, à l'issue de l'application du 25 faisceau laser 19B sur la couche de poudre C6, cette dernière présente par exemple des surépaisseurs dans la partie de couche solidifiée C6.0, en saillie vers le haut de la surface supérieure du reste de cette partie solidifiée C6.0. Plus généralement, les défauts D peuvent avoir été générés par l'interaction entre la couche de poudre C6 et le faisceau laser 19B, comme montré de manière schématique 30 et exagérée sur la figure 10. A cet égard, on notera qu'il existe une relation directe entre l'épaisseur d'une couche de poudre solidifiée par balayage laser et la quantité de poudre nécessaire à la réalisation de cette couche préalablement à sa solidification : en effet, de manière connue en soi, la réalisation d'une couche de poudre selon une épaisseur donnée implique qu'il existe une distance entre la génératrice du rouleau de mise en 35 couche, tel que le rouleau 16 précité, et la surface supérieure de la couche 3021568 12 précédemment solidifiée, cette distance augmentant proportionnellement avec l'épaisseur de la couche solidifiée. Cette distance augmente au moins pour deux raisons : d'une part, on n'obtient une structure dense du matériau solidifié aux environs de 100% qu'à partir d'une densité, de l'ordre de 50%, pour la couche de poudre déposée préalablement à sa 5 solidification par balayage laser ; d'autre part, la surface supérieure de la couche précédemment solidifiée n'est pas, dans la réalité, une surface rigoureusement plane, mais présente un état de surface irrégulier, comprenant des crêtes et des creux générés par l'interaction du faisceau laser avec la couche de poudre. En conséquence de cette situation, on comprend qu'il peut être pratiquement impossible de fabriquer directement 10 une couche de poudre ayant par exemple une épaisseur de 15 pm suite à la solidification préalable directe d'une couche de poudre ayant par exemple une épaisseur de 60 pm : en effet, pour réaliser la couche de 15 pm, la génératrice du rouleau va entrer en contact avec les crêtes de la surface supérieure de la couche de 60 pm, précédemment solidifiée. A minima, cela engendrera des écrasements de matière au niveau de la couche 15 précédemment solidifiée, avec un risque de dégradation localisé de la structure, ainsi qu'une détérioration à terme de la surface cylindrique du rouleau, avec perte de ses caractéristiques mécaniques, géométriques et d'état de surface. Au pire, il y aura interruption de la réalisation de la couche de 15 pm, donc arrêt du procédé de fabrication de l'objet tridimensionnel. Les explications qui précèdent permettent également de 20 comprendre pourquoi, en pratique, il est impossible de prévoir de fabriquer, par les procédés classiques existants, des couches solidifiées juxtaposées horizontalement, ayant des épaisseurs respectives différentes. Afin d'éliminer les défauts D, et ce quelle que soit l'origine de ces défauts, l'outil de rectification 20 est, comme montré sur la figure 11, actionné, en étant par exemple, à la 25 fois, entrainé en rotation sur lui-même autour de son axe central Y20, comme indiqué par la flèche F8 sur la figure 11, et rapproché de la surface supérieure de la partie solidifiée C6.0 de la couche de poudre C6, ce rapprochement étant réalisé selon toutes les cinématiques envisageables : dans l'exemple de réalisation considéré ici, ce rapprochement est réalisé par entrainement de l'outil 20 en translation horizontale dans la 30 direction de l'axe X-X, comme indiqué par la flèche F9 sur la figure 11, cette translation F9 étant précédée d'un décalage vertical, dans la direction de l'axe Z-Z, entre l'outil 20 et le piston 14, ce décalage résultant par exemple de la combinaison d'une translation vers le bas selon l'axe Z-Z de l'outil 20 et d'une translation vers le haut selon l'axe Z-Z du piston 14. Plus généralement, le piston 14 est avantageusement déplacé de manière 3021568 13 coordonnée à l'actionnement de l'outil de rectification 20, notamment pour renforcer l'action de cet outil sur les défauts D à éliminer. Lorsque la face extérieure de l'outil 20 interfère avec chaque défaut D, en particulier leur partie saillante, l'outil élimine le défaut, par enlèvement de matière, 5 autrement dit en retirant, typiquement par abrasion et/ou découpe, la surépaisseur correspondante de ce défaut. Cela revient à dire que l'outil 20 resurface la partie solidifiée C6.O de la couche de poudre C6. Bien entendu, les conditions d'actionnement de l'outil de rectification 20, ici la vitesse de rotation F8 et la vitesse de translation F9, sont adaptées pour éliminer les surépaisseurs des défauts D en de fines particules, qui sont 10 détachées de la partie solidifiées C6.O de la couche de poudre C6 et dont la présence ne sera pas sensible pour la suite de la mise en oeuvre de la fabrication de l'objet 1. Une fois que l'outil de rectification 20 a traité toute la surface supérieure de la partie de couche solidifiée C6.O et en a ainsi éliminé toutes les parties saillantes des défauts D, l'actionnement de cet outil cesse. Les opérations de mise en couche, visant à 15 former une septième couche de poudre, recouvrant la couche de poudre C6, peuvent alors être mises en oeuvre sans être contrariées par les parties saillantes des défauts D. A titre d'exemple, la figure 12 montre cette septième couche de poudre C7 dont la partie C7.O, correspondant à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer 1, n'est solidifiée que de manière fractionnelle, moyennant le balayage de sa fraction 20 correspondante C7.0.1 par le faisceau laser 19A de faible puissance. Bien entendu, plutôt que de réaliser cette solidarisation fractionnelle de la partie C7.O de la couche de poudre C7, similairement à ce qui a été réalisé pour les couches de poudre C4 et C5, la totalité de la partie C7.O de la couche de poudre C7 aurait pu, à titre de variante non représentée, être solidifiée par balayage du faisceau laser 19A, similairement à ce qui a 25 été réalisé pour les couches de poudre C1, C2 et C3. Plus généralement, les opérations qui viennent d'être décrites jusqu'ici sont répétées pour mettre en couche et partiellement solidifier autant de couches de poudre que nécessaires à l'obtention de l'objet tridimensionnel 1 complet, c'est-à-dire autant de couches de poudre que de sections de cet objet préalablement calculées, comme expliqué plus haut.

30 On notera que, dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, les diverses couches de poudre considérées Cl à C7 présentent la même épaisseur, ce qui, entre autres, facilite la programmation et l'actionnement des moyens de mise en couche qui incluent le piston 14 et le rouleau 16. A titre d'exemple non limitatif, l'épaisseur précitée vaut 10 ou 15 pm. Ceci étant, à titre de variante non représentée, la mise en 35 couche des couches de poudre peut être prévue pour que ces couches de poudre 3021568 14 présentent des épaisseurs respectives différentes : plus précisément, du fait de la possibilité d'utiliser le faisceau 19B à forte énergie laser, une ou plusieurs couches de poudre peuvent être mises en couche de manière à présenter une épaisseur plus importante que les couches de poudre Cl à C7 considérées sur les figures, étant entendu 5 que cette ou ces couches de poudre plus épaisses seront balayées exclusivement par le faisceau laser 19B pour en solidifier une partie correspondant à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, occupant toute l'épaisseur de cette couche de poudre plus épaisse. Ainsi, plus globalement, le procédé de fabrication et le dispositif associé 10 10 permettent : - d'augmenter la productivité de fabrication moyennant la solidification simultanée de plusieurs couches de poudre, représentant un empilement de forte épaisseur, dans un même lit de poudre à solidifier, dans lequel des couches de poudre, de plus faible épaisseur, sont préalablement solidifiées de manière fractionnelle ; et 15 - d'augmenter la qualité de surface des surfaces fonctionnelles des objets tridimensionnels pouvant être fabriqués, en solidifiant de manière fractionnelle des couches de poudre peu épaisses, dans un même lit de poudre incluant un empilement épais de couches de poudre, solidifié d'un seul coup par balayage d'un faisceau appliquant davantage d'énergie laser que celui appliqué pour solidifier, couche après 20 couche, les fractions de chacune des couches de poudre peu épaisses.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1.- Procédé de fabrication d'un objet tridimensionnel (1) par solidification de poudre, caractérisé en ce que le procédé comprend : - une première étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre (P) sous forme d'une couche de poudre (C5), une partie (C5.0) de cette couche de poudre, qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer (1), est, pour seulement une fraction (C5.0.1) de cette partie de la couche de poudre, solidifiée par balayage laser, - une deuxième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre (P) sous forme d'une couche de poudre (C6), dite supérieure, qui recouvre la couche de poudre (C5), dite inférieure, obtenue à l'issue de la première étape, une partie (C6.0) de la couche de poudre supérieure (C6), qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer, est , pour seulement une fraction (C6.0.1) de cette partie de la couche de poudre supérieure, solidifiée par balayage laser, et - une troisième étape au cours de laquelle la fraction (C5.O.2), non solidifiée à l'issue de la première étape, de ladite partie (C5.0) de la couche de poudre inférieure (C5) et la fraction (C6.O.2), non solidifiée à l'issue de la deuxième étape, de ladite partie (C6.0) de la couche de poudre supérieure (C6) sont conjointement solidifiées par balayage laser.
2. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, avant de mettre en oeuvre la deuxième étape, la première étape est répétée une ou plusieurs fois, en superposant les couches de poudre inférieures (C4, C5) successivement obtenues, en ce que, lors de la deuxième étape, la couche de poudre supérieure (C6) recouvre la couche de poudre inférieure (C5) obtenue en dernier à l'issue de la première étape, et en ce que, lors de la troisième étape, les fractions respectives (C4.0.2, C5.O.2), non solidifiées à l'issue de la première étape, desdites parties (C4.0, C5.0) des couches de poudre inférieures (C4, C5) et la fraction (C6.O.2), non-solidifiée à l'issue de la deuxième étape, de ladite partie (C6.0) de la couche de poudre supérieure (C6) sont conjointement solidifiées par balayage laser. 3021568 16
3. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de poudre supérieure (C6) et la ou chaque couche de poudre inférieure (C4, C5) présentent sensiblement la même épaisseur. 5
4. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fractions respectives (C4.0.1, C5.0.2, C6.0.2), solidifiées à l'issue des première et deuxième étapes, desdites parties (C4.0, C5.0, C6.0) des couches de poudre correspondantes (C4, C5, C6) sont prévues en bordure de l'objet à fabriquer (1). 10
5. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une quatrième étape, qui est mise en oeuvre à l'issue de la troisième étape et au cours de laquelle un outil de rectification (20) resurface la partie solidifiée (C6.0) de la couche de poudre supérieure (C6) obtenue à l'issue de la troisième étape. 15
6. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, au cours de la quatrième étape, l'outil de rectification (20) resurface la partie solidifiée (C6.0) de la couche de poudre supérieure (C6) par enlèvement de matière, notamment par abrasion, l'outil de rectification étant par exemple une fraise ou une meule. 20
7. 7.- Procédé suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que, à l'issue de la quatrième étape, la première étape est mise en oeuvre une nouvelle fois, en recouvrant la couche de poudre supérieure (C6) d'une nouvelle couche de poudre (C7). 25
8. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser (19B), qui est utilisé pour réaliser le balayage laser lors de la troisième étape, est plus puissant que le faisceau laser (19A) qui est utilisé pour réaliser les balayages lasers lors des première et deuxième étapes. 30
9. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre : - une cinquième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre (P) sous forme d'une couche de poudre (01, C2, C3) présentant sensiblement la même épaisseur que la couche de poudre inférieure ou supérieure (C4, C5, C6), une partie (C1.0, C2.0, C3.0) de cette couche de poudre, qui correspond à une section 3021568 17 bidimensionnelle de l'objet à fabriquer (1), est solidifiée en totalité par balayage laser ; et /o u - une sixième étape au cours de laquelle, après avoir mis en couche de la poudre (P) sous forme d'une couche de poudre présentant une épaisseur sensiblement égale ou 5 supérieure à la somme des épaisseurs respectives de la couche de poudre supérieure (C6) et de la couche de poudre inférieure (C5), une partie de cette couche de poudre, qui correspond à une section bidimensionnelle de l'objet à fabriquer (1), est solidifiée en totalité par balayage laser. 10
10. 10.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première, deuxième et troisième étapes, ainsi que, le cas échéant, les quatrième et/ou cinquième et/ou sixième étapes, sont répétées, en superposant les couches de poudre respectives (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7) qui sont successivement obtenues, jusqu'à obtenir l'objet (1) qui est constitué des parties 15 solidifiées respectives (C1.0, C2.0, C3.0, C4.0, C5.0, C6.0, C7.0) de ces couches de poudre.