Brevet FR2667811A1 — publié le 19920417

DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif d'apport de poudre destiné à la réalisation de revêtements par traitement au faisceau LASER. Des techniques de réalisation de revêtements à partir d'apport de poudre faisant intervenir une fusion au moyen d'un faisceau énergétique, notamment de type LASER, ont été largement développées Des exemples de mise en oeuvre sont donnés par FR-A-2 605 310, EP-A-0 212 938, EP-A-0 213 498 et GB-A-2 184 380. Les équipements utilisés comportent généralement un dispositif d'apport de poudre dont le principe est similaire à celui des distributeurs de poudre antérieurement connus et utilisés dans la réalisation de revêtements par projection à la flamme plasma et qui fonctionnent notamment en ayant comme véhicule un gaz porteur sous des pression et débit déterminés, généralement un gaz neutre tel que l'argon Ces techniques dans leur application aux dépôts sous faisceau LASER ont cependant soulevé des problèmes: la vitesse élevée des particules de poudre entraînées par le gaz porteur entraîne des pertes et un gaspillage de la poudre, les intersections du faisceau LASER et de la matière sont perturbées par des phénomènes de soufflage. Certaines tentatives de solutions et d'améliorations aux dispositifs précédents ont été proposés C'est ainsi que US-A-4 270 675 décrit un distributeur de poudre dans lequel la régularité du débit est assurée par une tige reliée à un vibrateur FR-A-2 452 528 prévoit un 2 2667811 dispositif régulateur réglant l'admission des particules de poudre dans un tube parcouru par le gaz porteur US-A-4 730 093 et US-A-4 743 733 décrivent un dispositif comportant une roue volumétrique adjointe au réservoir et un conduit d'amenée de poudre équipé d'un vibrateur à air. EP-A-0 173 654 prévoit un asservissement des paramètres d'apport de poudre. Toutefois, aucune de ces solutions connues ne donne entière satisfaction et dans certaines applications particulières les problèmes relevés cidessus ne sont pas complètement résolus par l'utilisation des équipements connus Le but de l'invention est par conséquent d'obtenir un dispositif qui permet d'amener la poudre à un endroit choisi par rapport au faisceau énergétique LASER, de façon localisée et avec une faible vitesse de particule, évitant ainsi les inconvénients relevés ci- dessus et notamment un rendement insuffisant dû aux pertes de poudre ainsi que les risques de perturbations par soufflage qui seraient nuisibles à la qualité des résultats. Un dispositif d'apport de poudre conforme à l'invention et répondant à ces conditions est caractérisé en ce que sur le conduit d'amenée de poudre est insérée une chambre de détente dans laquelle pénètre un conduit d'arrivée portant un diffuseur de poudre et reliant ladite chambre à un distributeur de poudre à% gaz porteur, ladite chambre comportant au moins une partie conique solidaire d'un conduit de sortie terminé par une buse et en outre, un conduit d'échappement muni d'un réglage de débit et placé sur une face opposée à ladite sortie. Avantageusement, ledit diffuseur de poudre est réglable en hauteur à l'intérieur de la chambre de détente et, par ailleurs, la buse de sortie peut comporter un diffuseur de gaz protecteur et/ou un dispositif de refroidissement par eau.5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris a% la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins anneés sur lesquels; la figure 1 représente une vue schématique d'ensemble d'une installation d'apport de poudre pour dépôt au LASER; la figure 2 montre, selon un détail agrandi de la figure 1, une vue schématique en coupe d'une chambre de détente a diffuseur de poudre constituant le dispositif d'apport de poudre conforme à l'invention; la figure 3 montre schématiquement les variantes A, B, C de position de la buse du dispositif d'apport de poudre représenté sur les figures 1 et 2. Une installation d'apport de poudre pour dépôt au LASER schématiquement représentée sur la figure 1 comporte, comme cela est généralement connu pour diverses applications connues en soi, un générateur 1 d'un faisceau énergétique de type LASER, un système optique 2 de focalisation du faisceau, un distributeur de poudre 3 d'un type connu en soi comportant son dispositif de commande et notamment un débitmètre ainsi qu'une réserve de poudre et30 une liaison à une source d'alimentation en gaz porteur du type gaz neutre tel que, par exemple, de l'argon De manière habituelle et généralement connue, la poudre est amenée dans une zone de fusion résultant du faisceau LASER par un conduit 4 comportant notamment certaines parties souples 5 et certaines parties rigides 6. De manière remarquable et conforme à l'invention, tel que représenté plus en détails sur la figure 2, sur ledit conduit 4 d'amenée de poudre, est insérée une chambre 7 présentant au moins une section 5 élargie par rapport à la section S du conduit d'arrivée 8 dont une partie pénètre à l'intérieur de ladite chambre 7 L'extrémité dudit conduit d'arrivée 8 porte un diffuseur 9 de poudre dont la position à l'intérieur de ta chambre 7 est réglable,10 notamment en hauteur Le diffuseur 9 comporte notamment des passages 9 a de répartition de la poudre La chambre 7 procure une détente du gaz porteur tandis que le diffuseur 9 assure un écoulement régulier et calibré de la poudre. La surface intérieure de la chambre 7 est polie et exempte de toute aspérité afin d'éviter les retenues de poudre La chambre 7 comporte au moins une partie conique 10 à sa base à laquelle est raccordé un conduit de sortie 11 Le débit dans ce conduit de sortie 11 inférieur au débit dans le conduit d'arrivée 8 est ajusté au niveau de la chambre20 de détente 7 au moyen d'un réglage de débit effectué grâce à une vanne 12 disposée, un conduit d'échappement 13 placé sur la chambre 7 et raccordé sur la face 14 de ladite chambre 7, opposée à la sortie Ledit conduit de sortie hi est terminé par une buse 15 d'éjection.25 Le fonctionnement du dispositif se déduit aisément de la description qui vient d'en être faite en référence aux figures 1 et 2 Au niveau du distributeur de poudre 3 sont réglés la quantité de poudre nécessaire pour le traitement au laser à mettre en oeuvre ainsi que les pression et débit assurant un acheminement de la poudre avec gaz porteur jusqu'à la chambre 7 sans risque d'accumulation par création de bouchon et sans à-coups. Un écoulement correct de la poudre à l'intérieur de la chambre 7 ellemême est ensuite assuré au moyen du diffuseur 9 En fonction des applications particulières, 2667811 cet élément du dispositif, le diffuseur 9 est interchangeable La vitesse de la poudre à la sortie de la 5 chambre 7 étant réglée au moyen de la vanne d'échappement 12, la poudre est amenée à faible vitesse, à travers la buse 15 sur la zone de traitement au faisceau LASER d'une pièce 16 En fait, de cette manière, la poudre est amenée, uniformément et de façon concentrée sur la tâche focale du10 faisceau LASER. Comme représenté schématiquement sur la figure 3, suivant les applications particulières envisagées, différentes configurations de travail sont possibles Suivant la position adoptée pour la buse d'éjection 15 par rapport15 au faisceau LASER symbolisé en 17, on peut ainsi obtenir, selon la variante A, une pré-déposition de la poudre en amont du faisceau LASER ou selon la variante B, une injection de la poudre dans le bain de fusion crée par l'irradiation du faisceau LASER sur la pièce 16 ou encore,20 selon la variante C, une injection de la poudre directement dans le faisceau Le sens de déplacement étant représenté par les flèches 18, la buse 15 a été représentée en position amont sur la figure 3 et des configurations similaires peuvent être prévues en plaçant25 ladite buse 15 en position aval par rapport au faisceau LASER. La buse 15 d'éjection est également prévue interchangeable et son diamètre de sortie qui peut être inférieur à 1 mm30 est déterminé en fonction des applications particulières et est adaptée à la dimension de la tache focale de manière à obtenir la fusion de la quantité maximale de poudre amenée dans le faisceau Dans certains cas, et notamment pour accroître la durée de vie de la buse 15 en35 évitant une détérioration rapide due à un échauffement excessif, il peut être avantageux d'adjoindre â ladite buse 15 un refroidissement par eau. Dans certains cas également, la buse 15 d'éjection est avantageusement équipée d'un diffuseur 19 de gaz intégré. 6 2667811 Dans ce cas, la buse 15 est enveloppée d'une double chemise constituant le diffuseur 19, l'espace ainsi ménagé étant alimenté par au moins une canalisation 20 en gaz neutre protecteur. Le flux gazeux complémentaire a pour effet d'assurer-une protection contre l'oxydation du-matériau déposé et de la10 zone traitée de la pièce 16. Il permet également, par soufflage, de débarrasser ladite zone traitée d'éventuels excès de poudre non fondus et d'obtenir ainsi une surface saine, sans que l'amenée du15 flux de poudre soit perturbée en cours d'opération. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'apport de poudre destiné à la réalisation de revêtements par traitement au faisceau LASER comportant un appareil distributeur ( 3) de poudre fournissant de la poudre avec gaz porteur dans un conduit ( 4) caractérisé en ce que sur ledit conduit ( 4) est insérée une chambre ( 7) de détente dans laquelle pénètre un conduit d'arrivée ( 8) portant un diffuseur ( 9) de poudre, ladite chambre ( 7) comportant au moins une partie conique ( 10) solidaire d'un conduit de sortie ( 11) terminé par une buse ( 15) et, en outre, un conduit d'échappement ( 13)15 muni d'un réglage de débit ( 12) et placé sur une face ( 14) opposée à ladite sortie ( 11). 2 Dispositif d'apport de poudre selon la revendication 1 dans lequel ledit diffuseur ( 9) de poudre est réglable en hauteur à l'intérieur de ladite chambre ( 7) de détente. 3 Dispositif d'apport de poudre selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ladite buse ( 15) de sortie amenant le flux de poudre est entourée d'une double25 chemise reliée à une source d'alimentation en gaz protecteur, formant un diffuseur ( 19) de gaz. 4 Dispositif d'apport de poudre selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite buse ( 15) de sortie est équipée d'un dispositif de refroidissement par eau.