FR3150970A1 - Procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique et capsule pour un échantillon de poudre métallique - Google Patents

Procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique et capsule pour un échantillon de poudre métallique Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé de prélèvement d’échantillon de poudre métallique (12A) durant une fabrication d’une pièce (50) par fabrication additive à partir d’une poudre métallique (12), par exemple par fusion laser sur lit de poudre métallique, le procédé comprenant au moins une étape de fabrication, au cours de laquelle au moins une capsule (30) contenant de la poudre métallique (12A) est fabriquée simultanément à la fabrication de la pièce (50) Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique et capsule pour un échantillon de poudre métallique
Le présent exposé concerne un procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique durant une fabrication d’une pièce par fabrication additive à partir d’une poudre métallique. Le présent exposé concerne également une capsule pour un échantillon de poudre métallique obtenue par un tel procédé de prélèvement.
Un prélèvement d’échantillon de matériau lors de la fabrication d’une pièce permet de tracer les différents éléments utilisés pour la fabrication de la pièce et de pouvoir faire des analyses ultérieures, par exemple pour tenter d’identifier l’origine d’un comportement mécanique ou physico/chimique, un vieillissement ou encore l’origine d’un éventuel défaut de la pièce, et ce durant toute vie de la pièce.
Dans le cadre des pièces fabriqués par fabrication additive à partir de poudre métallique, on prélève habituellement de la poudre métallique en fin de fabrication, sur les couches supérieures de poudre ou lors de la récupération de la poudre non solidifiée.
En effet, dans les procédés de fabrication additive à partir de poudre métallique, il n’est possible de prélever des échantillons de poudre qu’à la fin de la fabrication de la pièce, afin de ne pas perturber la fabrication de la pièce elle-même, par exemple pour ne pas perturber l’atmosphère contrôlée dans laquelle la pièce est fabriquée.
Toutefois, de tels prélèvements d’échantillons connus ne sont pas fidèlement représentatifs du matériau réellement utilisé dans la pièce ou dans une zone précise de la pièce, de sorte que les analyses possibles à partir de tels échantillons ne peuvent fournir que des résultats relativement approximatifs.
Il existe donc un besoin pour des prélèvements d’échantillons permettant de réaliser des analyses plus fines et représentatives.
Un mode de réalisation concerne un procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique durant une fabrication d’une pièce par fabrication additive à partir d’une poudre métallique, par exemple par fusion laser sur lit de poudre métallique.
Plus particulièrement, le procédé de prélèvement comprend au moins une étape de fabrication au cours de laquelle au moins une capsule contenant de la poudre métallique est fabriquée simultanément à la fabrication de la pièce.
Un procédé de fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre est également connu par l’homme du métier sous l’acronyme« LBM » pour « Laser Beam Melting »en anglais.
Par exemple, une poudre métallique est une poudre comprenant au moins 50% en masse de métal sous forme pulvérulente.
Il est alors possible de fabriquer une unique capsule, ou une pluralité de capsules pour pouvoir multiplier les zones d’échantillonnage de la poudre métallique. Par la suite, et sauf indication contraire, par « la capsule », on entend « la au moins une capsule ».
La capsule fabriquée simultanément à la pièce se remplit, au fur et à mesure de la fabrication de la pièce, dans un volume interne de la capsule, avec les couches successives de poudre métallique utilisées pour la fabrication de la pièce et de la capsule.
Par ailleurs, des scories et autres projections peuvent aussi se retrouver dans la capsule, au sein de l’échantillon de poudre métallique.
En d’autres termes, la capsule forme un réceptacle, fabriqué et rempli de poudre métallique, de scories et de projections, simultanément à la fabrication de la pièce. A l’issue de la fabrication de la pièce, la capsule contient donc un échantillon de poudre métallique et d’éventuelles scories et autres projections, disposées couche par couche, correspondant aux couches de poudre métallique qui ont été successivement et sélectivement fondues pour la fabrication de la pièce.
Un tel échantillon de poudre métallique est représentatif des couches de poudre métallique utilisées pour fabriquer la pièce. Par ailleurs, une analyse ultérieure des éventuelles scories et projections, peut apporter des informations complémentaires sur la qualité du matériau obtenu après fusion pour obtenir la pièce.
Dans certains modes de réalisation, la capsule peut s’étendre sur tout ou partie de la hauteur de la pièce, la hauteur étant la direction d’empilement des couches successives de poudre. Dans d’autres modes de réalisation, la capsule peut s’étendre au-delà de la hauteur de la pièce, la hauteur étant la direction d’empilement des couches successives de poudre.
Il est ainsi possible d’obtenir un échantillon de poudre métallique représentatif, selon la direction de la hauteur, d’une portion seulement ou de toute la pièce, grâce à quoi il est envisageable d’affiner une finesse de l’échantillonnage selon les besoins.
Dans certains modes de réalisation, le procédé de prélèvement peut comprendre au moins une étape de scellement, au cours de laquelle la capsule est scellée simultanément à ou après la fabrication de la pièce.
En scellant la capsule, c’est-à-dire un volume interne de la capsule recevant la poudre métallique, les scories et projections éventuelles, l’échantillon de poudre métallique est fermé hermétiquement. Ceci peut permettre de sécuriser le prélèvement de poudre métallique, et d’assurer notamment que l’échantillon de poudre métallique ne sera pas renversé par inadvertance.
Ceci peut aussi permettre de conserver l’échantillon de poudre métallique dans une atmosphère contrôlée, à tout le moins isolées de l’extérieur. Il est ainsi possible de mieux préserver les caractéristiques physico/chimique de la poudre métallique ainsi prélevée en vue d’analyses ultérieures. En particulier, ceci peut être particulièrement intéressant lorsque la poudre métallique comprend du métal susceptible de s’oxyder, tel que de l’aluminium, du titane, certains aciers, etc.
En scellant la capsule, le volume interne de la capsule et le volume de poudre métallique recueilli sont maitrisés. En connaissant un tel volume interne, ou volume prédéterminé, il est alors possible par simple mesure de la masse de la capsule, sans l’ouvrir, déduire la densité de la poudre métallique, permettant d’obtenir des premiers éléments d’analyse.
Dans certains modes de réalisation, le procédé de prélèvement peut comprendre au moins une étape de dépose, au cours de laquelle la capsule est déposée d’un plateau de fabrication, en particulier par découpage, notamment par électroérosion à fil. Le découpage par électroérosion à fil est également connu par l’homme du métier sous l’acronyme« EMD » pour « Electrical Discharge Machining »en anglais.
La capsule peut être solidaire d’un plateau de fabrication. Le plateau de fabrication peut être un élément d’un dispositif de fabrication additive au sein duquel la procédé de prélèvement est mis en œuvre. La pièce et/ou la capsule peuvent être fabriqués solidaire du plateau de fabrication. Lorsque la fabrication est terminée, il est possible de déposer la capsule du plateau, par exemple en découpant une embase de la capsule solidaire du plateau par EMD.
Dans certains modes de réalisation, l’étape de dépose, au cours de laquelle la capsule est déposée du plateau de fabrication, est antérieure à une étape de traitement thermique de la pièce.
La pièce finale peut, par exemple, être soumise à un traitement thermique après sa fabrication. Un tel traitement thermique peut avoir lieu lorsque la pièce est encore solidaire du plateau de fabrication, tandis que la capsule a été préalablement déposée.
Déposer la capsule avant un tel traitement thermique éventuel peut permettre de préserver la poudre métallique et éviter une éventuelle altération.
Dans certains modes de réalisation, on peut utiliser un dispositif de fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre comprenant au moins un laser, notamment une pluralité de lasers. La capsule contenant l’échantillon de poudre métallique est alors fabriquée par le laser. Notamment, chaque laser peut être utilisé pour fabriquer une capsule distincte des capsules fabriquées par les autres lasers.
Ceci peut permettre une analyse ultérieure affinée, chaque capsule enfermant un échantillon de poudre métallique, de scories et de projections propre à chaque laser aillant été utilisé pour la fabrication de la pièce.
Un mode de réalisation concerne une capsule pour un échantillon de poudre métallique obtenue par le procédé de prélèvement selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé.
On comprend que la capsule est remplie de poudre métallique, de scories et de projections. Par exemple, la capsule peut être scellée. Par exemple, la capsule est scellée de fabrication, et forme une entité monobloc logeant un échantillon de poudre métallique, de scories et de projections. Une telle capsule peut être stockée et archivée pendant une longue période, avant d’utiliser son contenu pour analyse.
Dans certains modes de réalisation, la capsule peut comprendre une embase et un corps délimitant un volume interne logeant l’échantillon de poudre métallique. Par exemple, l’embase peut être plus rigide que le corps.
Par exemple, l’embase peut être plus rigide que le corps, en compression, traction, torsion et/ou flexion. Un tel rapport des rigidités peut permettre à l’embase de supporter une étape de découpe ou d’arrachage d’un plateau de fabrication d’un dispositif de fabrication additive sans altérer la capsule, tout en permettant de ménager un volume interne suffisant pour loger une quantité de poudre métallique nécessaire pour les analyses ultérieures.
Dans certains modes de réalisation, la capsule peut comprendre un bouchon de scellement du volume interne logeant l’échantillon de poudre métallique, notamment le bouchon de scellement pouvant être sécable.
Le bouchon de scellement peut être fabriqué lors d’une étape de scellement de la capsule.
Un tel bouchon de scellement peut être configuré pour, lorsqu’il est séparé du reste de la capsule, donner accès au volume interne et à la poudre métallique logée au sein du volume interne constituant l’échantillon de poudre métallique.
Une telle configuration peut, par exemple, permettre d’éviter de souiller l’échantillon de poudre métallique logé au sein de la capsule lors de l’ouverture de la capsule, de telles souillures étant susceptibles de se produire si la capsule devait être usinée, par exemple découpée, pour être ouverte.
Dans certains modes de réalisation, le bouchon de scellement peut être reliée à un corps, par exemple le corps délimitant le volume interne logeant l’échantillon de poudre métallique, par l’intermédiaire d’une portion sacrificielle.
Une telle portion sacrificielle peut, par exemple, former une portion intermédiaire, tel qu’un goulet, reliant le bouchon de scellement au corps, cette portion intermédiaire présentant une paroi amincie par rapport au bouchon de scellement et par rapport au corps, la paroi amincie pouvant être configurée pour se rompre sous l’application d’une contrainte mécanique prédéterminée sur le bouchon de scellement.
Dans certains modes de réalisation, le bouchon de scellement peut présenter une portion configurée pour être manipulée avec un outil manuel, la portion comprenant, par exemple, au moins un méplat et/ou au moins un trou traversant.
Par exemple, le bouchon de scellement peut présenter une forme générale de lame configurée pour pouvoir être prise entre les mors d’une pince, d’une tête de vis pour pouvoir être manipulée avec une clé et/ou un tournevis.
Par exemple, le bouchon de scellement peut présenter un trou traversant configuré pour recevoir l’outil manuel, par exemple une tige de tournevis.
Une telle configuration permet une manipulation et une dépose aisée du bouchon de scellement par rapport au reste de la capsule.
L’objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs. La présente description est faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles :
FIG. 1LaFIG. 1représente une vue en perspective d’une étape d’un procédé de prélèvement d’échantillon de poudre métallique selon l’invention ;
FIG. 2LaFIG. 2représente une vue en coupe partielle selon le plan II de laFIG. 1; et
FIG. 3LaFIG. 3représente une capsule obtenue par le procédé de prélèvement d’échantillon illustré sur les figures 1 et 2.
Les figures 1 et 2 représentent respectivement une vue en perspective et une vue en coupe partielle d’une étape d’un procédé de prélèvement d’échantillon de poudre métallique selon l’invention, notamment durant une fabrication d’une pièce par fabrication additive à partir d’une poudre métallique.
Plus particulièrement, les figures 1 et 2 représentent un dispositif de fabrication additive 10 à partir de poudre métallique 12. Dans l’exemple présenté, le dispositif de fabrication additive 10 est un dispositif de fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre métallique.
Notamment, le dispositif de fabrication additive 10 comprend
  • un plateau de fabrication 14,
  • au moins un laser 16, en particulier une pluralité de lasers 16, par exemple trois lasers 16, et
  • au moins une lame de dépose 18 de poudre métallique 12.
La lame de dépose 18 peut comprendre un réservoir de poudre 18A. De plus, la lame de dépose 18 peut présenter une buse de dépôt de poudre 18B et au moins une raclette 18C.
La raclette 18C est configurée pour uniformiser une couche de poudre métallique 12 déposée.
Une tel dispositif de fabrication additive 10 est connu par ailleurs par l’homme du métier et n’est pas décrit plus en détail.
Le dispositif de fabrication additive 10 peut par ailleurs comprendre tout autre dispositif de dépose de poudre.
Sur laFIG. 1, un volume de poudre métallique 12 déposé est représenté symboliquement par des traits discontinus 11.
Pour fabriquer une pièce 50 à l’aide du dispositif de fabrication additive 10, par exemple en cours de fabrication telle représentée sur les figures 1 et 2, une première couche de poudre métallique 12 est déposée directement sur le plateau de fabrication 14 à l’aide de la lame de dépose 18, pour être ensuite fondue sélectivement à l’aide du laser 16, en particulier de la pluralité de lasers 16.
Ensuite, une nouvelle couche de poudre métallique 12 est déposée à l’aide de la lame de dépose 18, pour être ensuite fondue sélectivement à l’aide du laser 16, en particulier de la pluralité de lasers 16, et ainsi de suite.
Les figures 1 et 2 représentent une étape intermédiaire de fabrication de la pièce 50. Bien entendu, la pièce 50 représentée est purement illustrative et peut présenter toutes sortes de formes et de tailles.
De plus, toute poudre métallique appropriée pour un tel type de fabrication additive peut être utilisée.
Un procédé de prélèvement d’échantillon de poudre métallique et une capsule 30 associée selon le présent exposé vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux figures 1 à 3.
Sur les figures 2 et 3, une seule capsule 30 est représentée, mais bien entendu la description qui suit s’applique à toutes les capsules 30 représentées de laFIG. 1.
Les figures 1 et 2 représentent un procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique 12A durant une fabrication de la pièce 50 par fabrication additive à partir de la poudre métallique 12, par exemple par fusion laser sur lit de poudre métallique.
Plus spécifiquement, le procédé comprenant au moins une étape de fabrication d’au moins une capsule 30 contenant de la poudre métallique 12 simultanément à la fabrication de la pièce 50.
Dans l’exemple de laFIG. 2, la capsule 30 en fabrication définit un volume intérieur V contenant des scories et projections 13, issues de la fabrication de la pièce 50.
Dans l’exemple présenté, on fabrique une capsule 30 contenant de la poudre métallique 12 par laser, à savoir trois capsules 30 respectivement fabriquées avec un laser 16.
LaFIG. 3représente la capsule 30 obtenue par le procédé de prélèvement d’échantillon illustré sur les figures 1 et 2, notamment avant dépose du plateau de fabrication 14.
Plus spécifiquement, laFIG. 3représente la capsule 30 lorsqu’elle est finie, la pièce 50 étant également terminée.
Sur laFIG. 3, toute la poudre métallique 12 qui n’a pas été fondue pour fabriquer la pièce 50, la capsule 30 ou qui n’est pas enfermée dans la capsule 30 a été retirée. Il ne reste donc que la pièce 50 et la capsule 30 remplie d’un échantillon de poudre métallique 12A.
Selon l’exemple présenté sur laFIG. 3, la pièce 50 et la capsule 30 sont encore solidaires du plateau 14. En d’autres termes, laFIG. 3représente la capsule 30 contenant l’échantillon de poudre métallique 12A obtenue par le procédé de prélèvement selon l’invention.
De plus, le procédé de prélèvement peut comprendre une étape de dépose de la capsule 30 du plateau 14, par exemple par découpage par électroérosion à fil. A cet effet, un dispositif de découpage 40, notamment par électroérosion à fil, peut être utilisé au cours de la dépose de la capsule 30.
Selon une variante de réalisation, au cours de l’étape de dépose, la pièce 50 peut être également déposée du plateau 14, simultanément avec la capsule 30, ou séquentiellement, i.e. avant ou après la capsule 30.
Selon une autre variante de réalisation, au cours de l’étape de dépose, la capsule 30 est uniquement déposée du plateau de fabrication 14, tandis que la pièce 50 est laissée solidaire du plateau de fabrication 14, par exemple pour subir ensuite une étape de traitement thermique une fois que la capsule 30 a été retirée du plateau de fabrication 14.
En d’autres termes, dans une telle autre variante de réalisation, la capsule 30 est déposée du plateau de fabrication 14 avant qu’une étape de traitement thermique de la pièce 50 soit réalisée.
Dans l’exemple de laFIG. 3, la capsule 30 s’étend sur toute la hauteur H de la pièce 50, la hauteur H s’étendant selon une direction d’empilement des couches successives de poudre métallique 12.
Lors de la fabrication de la capsule 30, au cours du procédé de prélèvement d’échantillon du présent exemple, un bouchon de scellement 30A est fabriqué au cours d’une étape de scellement de la capsule 30.
Selon une variante de réalisation, au cours de l’étape de de scellement, le bouchon de scellement 30A est fabriqué après que la fabrication de la pièce 50 soit achevée.
En d’autres termes, dans une telle variante de réalisation, la capsule 30 comprend dans un bouchon de scellement 30A du volume interne V logeant l’échantillon de poudre métallique 12A.
Alternativement, selon une autre variante de réalisation, au cours de l’étape de de scellement, le bouchon de scellement 30A est fabriqué simultanément à la fabrication de la pièce 50 soit achevée. En particulier, le bouchon de scellement 30A peut être sécable. A cet effet, le bouchon de scellement 30A peut être relié à un corps 30B de la capsule 30, délimitant le volume interne V logeant l’échantillon de poudre métallique 12A, par l’intermédiaire d’une portion sacrificielle 30C. Notamment, la portion sacrificielle 30C peut former une portion intermédiaire, tel qu’un goulot, présentant une paroi P1 amincie par rapport à une paroi PB du bouchon de scellement 30A et par rapport à une paroir PC du corps 30B.
Ainsi, la paroi amincie P1 de la portion sacrificielle 30C peut être configurée pour se rompre sous l’application d’une contrainte mécanique prédéterminée sur le bouchon de scellement 30A.
Le bouchon de scellement 30A peut également présenter une portion 30A1 configurée pour être manipulée avec un outil manuel (non représenté), tel qu’une pince, une clé, un tournevis, une tige, etc.
Dans l’exemple de laFIG. 3, la portion 30A1 comprend deux méplats 30A11 ménagés sur deux faces opposées du bouchon de scellement 30A. Notamment, les méplats 30A11 sont, par exemple parallèles au plan de laFIG. 3.
Par ailleurs, la portion 30A1 comprend également un trou traversant 30A12, dans lequel l’outil manuel peut être inséré et faire levier pour détacher le bouchon de scellement 30A du corps 30B.
De plus, la capsule 30 peut comprendre une embase 30D. L’embase 30D et le corps 30B délimitent le volume interne V logeant l’échantillon de poudre métallique 12A.
En particulier, l’embase 30D est plus rigide que le corps 30B.
Selon un mode de réalisation, le corps 30B présente une forme de cylindre d’axe s’étendant selon la direction de la hauteur H, et peut présenter une section circulaire. Toute autre forme est toutefois envisageable.
L’embase 30D peut présenter sensiblement une forme de disques plein, permettant à la rigidité de l’embase 30D d’être plus importante que la rigidité du corps 30B.
Le volume interne V de la capsule 30 est prédéterminé.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé de prélèvement sont transposables, seules ou en combinaison, au dispositif de fabrication additive 10, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif de fabrication additive 10 sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé de prélèvement.

Claims (10)

  1. Procédé de prélèvement d’au moins un échantillon de poudre métallique (12A) durant une fabrication d’une pièce (50) par fabrication additive à partir d’une poudre métallique (12), par exemple par fusion laser sur lit de poudre métallique,
    le procédé comprenant au moins une étape de fabrication, au cours de laquelle au moins une capsule (30) contenant de la poudre métallique (12) est fabriquée simultanément à la fabrication de la pièce (50).
  2. Procédé de prélèvement selon la revendication 1, comprenant au moins une étape de scellement, au cours de laquelle la capsule (30) est scellée simultanément à ou après la fabrication de la pièce (50).
  3. Procédé de prélèvement selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins une étape de dépose, au cours de laquelle la capsule (30) est déposée d’un plateau de fabrication (14), en particulier par découpage, notamment par électroérosion à fil.
  4. Procédé de prélèvement selon la revendication 3, dans lequel l’étape de dépose est antérieure à une étape de traitement thermique de la pièce (50).
  5. Procédé de prélèvement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise un dispositif de fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre (10) comprenant au moins un lasers (16), et dans lequel on fabrique la capsule (30) contenant l’échantillon de poudre métallique (12A) par le laser (16).
  6. Capsule (30) pour un échantillon de poudre métallique (12A) obtenue par le procédé de prélèvement selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  7. Capsule (30) selon la revendication 6, comprenant une embase (30D) et un corps (30B) délimitant un volume interne (V) logeant l’échantillon de poudre métallique (12A).
  8. Capsule (30) selon la revendication 6 ou 7, comprenant un bouchon de scellement (30A) d’un volume interne (V) logeant l’échantillon de poudre métallique (12A), notamment le bouchon (30A) étant sécable.
  9. Capsule (30) selon la revendication 8, dans laquelle le bouchon de scellement (30A) est relié à un corps (30B) par l’intermédiaire d’une portion sacrificielle (30C).
  10. Capsule (30) selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle le bouchon de scellement (30A) présente une portion (30A1) configurée pour être manipulée avec un outil manuel, en particulier la portion (30A1) comprenant au moins un méplat (30A11) et/ou au moins un trou traversant (30A12).
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