Brevet FR2498123A1 — publié le 19820723

Procédé de fabrication de pièces métallictues de forme par protection sur un modèle destructible La pressente invention concerne la fabrication de pièces métalliques de forme, par projection de couches successives sur un modèle et elle trouve de nombreuses applications dans l'industrie, notamment la fabrication d'outils de thermoformage et d'emboutissage, et de moules de fabrication de pièces en résine coulée renforcée par des charges. On connait déjà des procédés de fabrication de pièces minces par projection de métal fondu sur un support. Mais ce procédé, par shoopage, n'est utilisé que pour déposer des métaux à bas point de fusion sur des modèles non réfractaires, typiquement en stratifié. Si l'on tente d'appliquer ce procédé à la réalisation d'outils, on se heurte à des difficultés très graves : le matériau métallique constitutif de l'outil étant à bas point de fusion, il est fragile et ne résiste que peu de temps à l'emploi à température plus élevée que la température ambiante. On connait également un procédé de dépôt d'une couche métallique mince sur un substrat de céramique, par projection au chalumeau à plasma, oxyacétylénique ou à arc, afin de constituer une pièce composite susceptible de diverses utilisations (brevet FR 2 224 991). Mais ce procédé ne permet pas de donner à la face libre de la couche métallique une forme reproduisant exactement celle du substrat céramique et, de plus, ne permet pas d'atteindre les épaisseurs généralement requises. On connait également un procédé de dépôt électrolytique du métal sur un substrat de forme en résine stratifiée ou autres, rendu conducteur sur la surface, qui permet le dépôt d'une épaisseur de l'ordre de quelques millimètres. Ce procédé reproduit fidèlement la surface de référence, mais avec un temps long, donc un coût élevé. D'autres inconvénients sont observés, tels que les déformations possibles, dans le cas de pièces très grandes, dues à des tensions internes élevées et une grande irrégularité de l'épaisseur finalement obtenue. La présente invention vise à fournir un procédé de fabrication de pièces métalliques ayant une surface en forme par projection de couches successives de matériau métallique fondu, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'obtenir de façon économique une pièce dont une surface reproduit exactement, en dimensions et en aspect, un modèle, la pièce ayant des caractéristiques mécaniques nettement supérieures à celles des pièces antérieures fabriquées par projection. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé caractérisé en ce qu'on prépare un modèle en matière céramique destructible à grainsfinsen surface, en ce qu'on projette plusieurs couches successives de matériau métallique fondu et en ce qu'on détruit le modèle, la face utile de la pièce étant oelle en contact avec le modèle. La nrojection sera effectuée à une temrerature obn~ patible avec la tenue du matériau céramique. Le matériau métallique choisi sera par exemple un alliage cuivreux et avantageusement un bronze, métal dont les caractéristiques mécaniques sont satisfaisantes, qui peut être projeté à chaud au chalumeau à plasma ou oxyacétylénique sans difficulté, l'alimentation s'effectuant sous forme de fils métalliques, ou éventuellement en poudre , le modèle sera avantageusement chauffé avant projection à une température suffisante pour que, lors du dépôt d'une couche, celle-ci se lie intimement à la couche précédente restée à une température suffisante. Par exemple, dans le cas d'un bronze projeté au chaluseau à une température de l'ordre de 11000C, le modèle pourra être porté à une température comprise entre 5000C et g000C, typiquement de l'ordre de 7OO0C. La température du modèle céramique est, dans chaque cas, choisie pour obtenir une structure métallique homogène et prévenir les retraits. On peut ainsi réaliser aisément une couche dont l'épaisseur peut aller jusqu'à 10 mm environ, sans limitation pratique du point de vue des dimensions transversales. I1 en résulte un avantage non négligeable : cette épaisseur peut permettre une éventuelle retouche de la pièce, par exemple en vue de la mise au point d'un outil sous presse. Une fois la pièce constituée, le modèle céramique est détruit. I1 suffira généralement de le casser. La surface de la pièce métallique qui était en contact avec le modèle présente toutes les caractéristiques superficielles favorables des pièces obtenues par fonderie de précision, notamment en ce qui concerne la structure du métal et la rugosité superficielle. Mais, de plus, on peut reproduire le modèle avec une précision dimensionnelle supérieure à celle des pièces coulées, car la fabrication par couches successives évite pratiquement le retrait du métal lors du refroidissement. Comme on l'a indiqué plus haut, la pièce ainsi fabriquée peut notamment être utilisée comme outil de thermoformage de matières plastiques. La pièce sera alors généralement solidarisée d'un corps d'outillage, pouvant être en béton de résine contenant éventuellement des canalisations de circulation d'un fluide de refroidissement ou de réchauffage de l'outillage. On voit que le procédé se différencie de façon fondamentale des procédés antérieurement connus de réalisation de pièces par projection de métal, aussi bien par le fait que la surface utile de la pièce est celle qui était en contact avec le modèle céramique que par la nature du modèle utilisé et par les conditions dans lesquelles s'effectue le dépôt. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel - la figure 1 est un schéma de principe montrant la réalisation de la pièce par projection au chalumeau sur un modèle ; - la figure 2 est un schéma montrant la constitution d'un outil de thermoformage composite constitué d'un corps et de la pièce réalisée par projection. La première étape du procédé suivant l'invention est constituée par la réalisation d'un modèle en matière céramique destructible ayant une surface destinée à recevoir une couche métallique par projection L'état de cette surface conditionnera celui de la face travaillante de la pièce et devra, en conséquence, présenter une rugosité faible. On connut déjà de nombreux procédés permettant de réaliser un modèle répondant à cette condition. En particulier, le modèle peut être réalisé par un procédé déjà connu pour fabriquer des moules destinés à la fonderie de précision : ces moules sont constitués de poudre céramique à granulométrie fine, solidarisée par un liant obtenu par hydrolyse et gélification de silicate d'éthyle. Un tel modèle peut être réalisé par surmoulage d'une pièce prototype, que l'on veut ultérieurement reproduire à l'aide de la pièce à réaliser. On peut également utiliser un modele composite comprenant un revêtement de poudre réfractaire (zircon alumine, magnésie,...) dont la cohésion est assurée par un gel de silice et une couche support à grains plus gros On peut aussi utiliser un modèle 10 constitué Ear un moule composite également connu en fonderie de précision.Un tel moule (figure 1) est constitué par une masse de support 14 réalisée en céramique à granulométrie grossière, résistant aux températures élevées, et rendue cohérente par son mélange avec un silicate de soude, ultérieurement durci chimiquement, et par une couche de contact 13 coulée entre la masse de support 14 et la pièce prototype que l'on veut reproduire, constituée par une barbotine, mélange de produits céramiques réfractaires à granulométrie fine et d'un liant chimique (silicate d'éthyle), solidifiée par l'adjonction d'un catalyseur. Le modèle 10 ainsi constitué est alors cuit au four et maintenu à une température choisie en fonction du matériau métallique qui sera projeté pour constituer la pièce 15. Ce matériau sera par exemple un alliage cuivreux et préférentiellement un bronze, c'est-à-dire un mélange de cuivre et d'aluminium, pouvant contenir des additifs. On peut utiliser aussi le bronze fourni sous forme de fils par divers fabricants. Dans ce cas, on portera avantageusement le modèle, avant projection, à une température de l'ordre de 7000C. La projection elle-même s'effectuera par exemple à l'aide d'un chalumeau oxyacétylénique. La figure 1 montre un chalumeau 16 alimenté en gaz plasmogène par une tubulure 17 et alimenté en matériau métallique par un conduit d'arrivée de poudre 18. Comme indiqué plus haut, on peut utiliser une alimentation par fils au lieu d'une alimentation par poudre. I1 n'est pas nécessaire de décrire ici le chalumeau, qui peut avoir n'importe quelle constitution appropriée connue. Si le matériau est le bronze mentionné cidessus, la projection s'effectuera avantageusement à une température de l'ordre de 11000C. Les gouttes s'étalent ainsi parfaitement sur le modèle 10. On dépose un nombre de couches successives fonction de l'épaisseur que l'on souhaite réaliser, une épaisseur de l'ordre de 3 mm étant, en général, satisfaisante. I1 est nécessaire que, lors du dépôt de chaque couche, la couche antérieure soit encore à une température suffisante pour assurer une solidarisation complète et une structure homogène. Dans la pratique, pour les dimensions habituelles, ce résultat est atteint du simple fait de l'apport thermique dû à la projection de métal. Mais, si nécessaire, il est possible de maintenir à la température souhaitée le modèle céramique en le réchauffant à l'aide de chalu meaux,oxypropane par exemple, ou tout autre moyen. Enfin, on laisse refroidir la pièce et le modèle et on casse ce dernier. En utilisant un modèle fabriqué par l'un des procédés connus et convenablement choisi, et notamment un moule composite, on obtient une pièce ayant une fidélité dimensionnelle satisfaisante en effet, le modèle peut reproduire de façon très exacte le prototype et la pièce métallique n'a que peu de retrait. La rugosité de la surface du métal qui était en contact avec le modèle en céramique peut être aussi fine que celle obtenue par le procédé de fonderie à la cire perdue, si on utilise des mélanges céramiques convenables. Enfin, la pièce est parfaitement homogène, les couches successives ayant une liaison intime. Pour constituer un outil, on peut mouler, sur la pièce 15 ainsi obtenue, un corps 19. Ce corps sera choisi en fonction de l'application envisagée. Il peut notamment être constitué par un béton de résine dans lequel on peut noyer des tubulures 20 de circulation d'un fluide de réchauffage ou de refroidissement comme indiqué sur la figure 2. Dans cette application, on utilisera habituellement une pièce 15 dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 10 mm. L'invention ne se limite pas aux modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Revendications 1. Procédé de fabrication de pièces métalliques de forme par projection de couches successives de matériau métallique fondu, caractérisé en ce qu'on prépare un modèle en matière céramique destructible, à grains fins en surface, en ce qu on projette plusieurs couches successives de matériau métallique fondu et en ce qu'on détruit le modèle, la face utile de la pièce métallique étant celle en contact avec le modèle. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau métallique est un alliage cuivreux et en particulier un bronze projeté à chaud au chalumeau. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on chauffe le modèle (10) avant projection, à une température suffisante pour que, lors du dépôt d'une couche, celle-ci se lie intimement à la couche précédente. 4. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'alliage cuivreux tel que le bronze est projeté au chalumeau (16) à une température de l'ordre de 11000C et le modèle (10) est porté à une température comprise entre 500 et 9000C. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on projette un nombre de couches tel que l'épaisseur de la pièce soit comprise entre 1 et 10 mm environ. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on constitue au moins la partie (13) du modèle (10) recevant le métal en composition à grains fins. 7. Application du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes à la fabrication de pièces métalliques entrant dans la fabrication d'outils de formage et d'emboutissage.