Brevet FR2834659A1 — publié le 20030718

Matériau d'arrêt pour usinage par faisceau laser Description Domaine technique de l'invention L'invention propose un matériau d'arrêt pour usinage par faisceau laser, ce matériau étant conçu plus particulièrement, mais non exclusivement, pour garnir les aubes creuses de turboréacteur, les trous de refroidissement de ces aubes étant usinés par faisceau laser. L'invention propose également un procédé de fabrication de ce matériau. Etat de la technique et problème posé Pour percer par laser des trous de refroidissement dans les parois des aubes creuses de turboréacteur, il est connu de remplir au préalable l'intérieur des aubes avec un matériau dit"d'arrêt"qui empêche le faisceau laser d'atteindre la paroi opposée au trou qui vient d'être percé. Il est connu d'employer pour matériau d'arrêt les cires habituellement utilisées en fonderie pour façonner les moules du type"carapace". Ces cires ont l'avantage d'être bon marché, d'être faciles à injecter à l'intérieur des aubes et d'être ensuite faciles à éliminer, par exemple par fusion ou par pyrolyse. Ces cires ont cependant l'inconvénient d'être trop rapidement détruites par le faisceau laser. De ce fait, elles sont inutilisables avec les aubes modernes très minces car il n'est pas possible d'opposer au faisceau laser une épaisseur de matériau d'arrêt suffisante pour empêcher le faisceau laser d'atteindre la paroi opposée au trou de refroidissement qui vient d'être percé. Le problème à résoudre est de proposer un matériau d'arrêt pour faisceau laser peu coûteux et ayant une bonne capacité d'arrêt. Ce matériau sera avantageusement facile à injecter et ensuite facile à éliminer, sans laisser de traces à l'intérieur des pièces. Exposé de l'invention Pour résoudre ce problème, l'invention propose un matériau d'arrêt pour usinage par faisceau laser remarquable en ce qu'il comporte les constituants suivants : . une charge de chlorure de sodium divisée en fines particules dans la proportion massique de 50% à 30%, . une matrice de polymétacrylate de méthyle en proportion massique de 41,7% à 30%. un un plastifiant de polyéthylène-glycol en proportion de 8,3% à 30%. Il a été constaté que ce matériau présente une excellente capacité à arrêter un faisceau laser de type YAG ce qui autorise son emploi en faibles épaisseurs. Un premier avantage de ce matériau est d'être bon marché car il est facilement obtenu à partir de constituants eux-mêmes bon marchés. Un second avantage de ce matériau est d'être facilement injectable dans les pièces à des température n'excédant pas 200 C. Un troisième avantage de ce matériau est d'être facile à éliminer, par exemple par pyrolyse à 6000C +/-200 C. Un lavage à l'eau postérieur permet d'éliminer les éventuels résidus de NaCI. Avantageusement, le matériau d'arrêt comportera également du stéarate de magnésium en quantité limitée et non critique. Cet aditif a pour effet d'éviter la coagulation du NaCI dans les cas où le mélange matrice + sel n'est pas réalisé immédiatement après l'opération de broyage. On assure ainsi l'obtention d'une granulométrie parfaitement homogène. L'invention propose également un procédé de fabrication du matériau selon l'invention. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comporte les opérations suivante : 1. préchauffage à 80 C à 10 C des constituants 10 sous forme de granulés dans les proportions requises, 2. mixage des constituants afin d'obtenir une pâte, 3. extrusion de la pâte obtenue dans une filière, 4. découpage en tronçons de la pâte extrudée afin de constituer des granules, 5. refroidissement des granules. Avantageusement, le mixage des composants est effectué à une température de 200 C à 20 C afin d'obtenir une pâte bien homogène et plus facile à extruder. Avantageusement également, les granulés sont refroidis par passage dans un flux d'air froid ce qui permet de les transporter immédiatement et simplement dans un réservoir avec ce même flux d'air. Description des figures L'invention sera mieux comprise et les avantages qu'elle procure apparaîtrons plus clairement au vu d'un exemple détaillé de réalisation et des figures annexées : La figure 1 illustre le perçage par faisceau laser des trous de refroidissement d'une aube de turboréacteur, l'aube étant vue en coupe transversale. La figure 2 illustre une installation pour fabriquer le matériau d'arrêt. Description détaillée On se reportera en premier lieu à la figure 1. L'aube 1 est une aube de turbine de turboréacteur non représentée. L'aube 1 comporte une cavité interne 2 et ses parois 3 sont percées d'une pluralité de trous de refroidissement 4. En exploitation l'aube 1 est enveloppée et balayée à grande vitesse par les gaz de combustion du turboréacteur, ces gaz de combustion pouvant dépasser 1500 C. L'aube 1 est refroidie par la circulation d'air froid dans la cavité interne 2, cet air froid ressortant partiellement par les trous de refroidissement 4 afin de constituer autour de l'aube 1 un film d'air froid protecteur. L'aube 1 est en superalliage réfractaire et les trous de refroidissement 4 sont percés par un faisceau laser du type NdYAG 5 issu de la tête de perçage laser 6. Lorsque le trou 4 est percé, le faisceau laser 5 débouche dans la cavité intérieure 2 et il est alors susceptible d'atteindre et de dégrader la paroi 3 opposée. Afin d'éviter cette dégradation, il est connu de garnir la cavité intérieure 2 par un matériau d'arrêt 7 qui empêche le faisceau laser 5 d'attendre la paroi opposée. Le matériau d'arrêt proposé est constitué par une charge de NaCI divisée en fines particules dans une matrice de polymétacrylate de méthyle. Les inventeurs pensent que l'excellente aptitude de ce matériau à absorber le faisceau laser provient de la combinaison de deux phénomènes : 'Le polymétacrylate de méthyle présente une transparence suffisante pour laisser pénétrer le faisceau laser, cette transparence restant cependant suffisamment faible pour absorber également ce faisceau laser. Les fins cristaux de NaCI diffractent le faisceau laser dans toutes les directions à l'intérieur de la matrice. De ce fait, le faisceau laser diffuse dans la masse de la matrice et son énergie est absorbée par une grande quantité de matière, ce qui limite l'échauffement de cette matière et sa destruction par pyrolyse. Par comparaison, les cires traditionnellement utilisées ne sont pas transparentes au faisceau laser. L'énergie du faisceau laser est donc absorbée par un très faible volume de matière au point d'impact, ce faible volume de matière étant rapidement pyrolysé et laissant la place à un trou qui se propage rapidement à l'intérieur de la cire. On se reportera maintenant à la figure 2. Les constituants 10 sous forme de granulés et dans les proportions voulues sont préchauffés à 80 C et introduits dans un mélangeur 12 qui malaxe les constituants 10 jusqu'à l'obtention d'une pâte homogène 14 dont la température monte à 200 C. Cette pâte 14 est ensuite extrudée à l'aide d'une vis sans fin 16 à travers une filière 18, cette pâte 14 étant ensuite coupée en petits tronçons à la sortie de la filière 18 afin de constituer des granulés 20. La coupe peut se faire par exemple avec un couteau tournant 22 disposé à la sortie de la filière 18. Les granulés 20 tombent dans un entonnoir 24 et sont acheminés par de un flux d'air 26 dans un conduit 28 jusqu'à un réservoir 30. Le flux d'air 26 est froid et injecté dans le conduit 28 juste à la sortie de l'entonnoir 24. Ce flux d'air 26 refroidi les granulés 20 et les porte ensuite par le conduit 28 jusqu'au réservoir 30. Les constituants 10 sont : du polymétacrylate de méthyl en proportion massique de 41,7% à 30%, du polyethylène-glycol en proportion massique de 8,3% à 30%, du NACI en fines particules en proportion massique de 50% à 30%, du stéarate de magnésium en proportion limitée et non critique. Revendications 1. Matériau d'arrêt pour usinage par faisceau laser caractérisé en ce qu'il comporte les constituants suivants : . une charge de chlorure de sodium divisée en fines particules dans la proportion massique de 50% à 30%, . une matrice de polymétacrylate de méthyle en proportion massique de 41, 7% à 30%, . un plastifiant de polyéthylène-glycol en proportion de 8,3% à 30%. 2. Matériau d'arrêt selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte également du stéarate de magnésium. 3. Procédé de fabrication du matériau selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivante : préchauffage à 80"C à 10 C des constituants 10 sous forme de granulés dans les proportions requises, mixage des constituants afin d'obtenir une pâte, extrusion de la pâte obtenue dans une filière, découpage en tronçons de la pâte extrudée afin de constituer des granulés, . refroidissement des granulés. 4. Procédé selon la revendication selon la revendication 3 caractérisé en ce que le mixage des composants est effectué à une température de 200 C à 20 C. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que les granulés sont refroidis par passage dans un flux d'air froid.