Brevet FR2951971A1 — publié le 20110506

PLATEAU DE SUPPORT POUR DISPOSITIF DE FRITTAGE LASER ET PROCEDE DE FRITTAGE AMELIORE [001] L'invention concerne le domaine technique de la fabrication des pièces de moule par frittage laser de poudres métalliques dans lequel des objets, et plus particulièrement des pièces de moule, sont produits par fusion sélective des poudres et construits par superposition de couches. Cette technique de frittage, est aussi appelée frittage laser ou SLM (de l'anglais Selective Laser Melting). [002] L'intérêt de cette technique de fabrication de pièces est que la forme de la pièce peut être modélisée par ordinateur et la pièce peut être facilement fabriquée par frittage sur la base de cette modélisation. En effet, le laser peut être piloté par un ordinateur comprenant une modélisation de la pièce, et l'on peut alors fabriquer la pièce par frittage successif de couches de poudre superposées. [003] Cette technique est particulièrement bien adaptée pour la réalisation des pièces de moule complexes car elle permet dans une même opération de fabriquer des éléments de garniture de petites dimensions tels que des lamelles ou des cordons. [4] La réalisation des pièces se fait à partir d'un plateau de référence horizontal sur lequel on dépose une première couche de poudre métallique que l'on vient fusionner sélectivement à l'aide du rayon lumineux émanant de la source laser. Une deuxième couche de poudre métallique est alors introduite et l'opération de fusion sélective est alors relancée, et ainsi de suite jusqu'à obtention de la pièce finale. [5] Le plateau de référence, dont la surface est plane sert donc de base à la construction par couches successives de l'objet. Il n'est donc pas étonnant de constater que la fusion de la première couche a pour effet de souder le plateau à l'objet à réaliser, lorsque la poudre métallique et le métal formant le plateau de référence ont des points de fusion suffisamment proches. Aussi, en fin d'opération, il convient de détacher le plateau de référence de la pièce finale, qui peut être soit utilisée dans l'état soit faire l'objet d'une reprise de finition. [006] L'objet de l'invention est de mettre à profit cette particularité et de proposer une adaptation des plateaux de référence et du procédé de fabrication. [007] En effet, il a été observé que certaines pièces destinées à la réalisation de moules de cuisson pour pneumatiques peuvent être décomposées en deux parties distinctes. Une première partie de la pièce peut faire l'objet d'une fabrication rapide et économique à l'aide de moyens d'usinage classiques, par moulage ou par enlèvement de métal, du type par fraisage, tournage ou rectification, et ne présente pas une forme particulièrement difficile à réaliser à l'aide de ces moyens. [8] La seconde partie de la pièce présente quant à elle des formes particulières qu'il est judicieux de réaliser à l'aide d'un dispositif de frittage laser du type ci-dessus, mais dont les temps de cycle sont en règle générale plus long et plus coûteux à mettre en oeuvre que les dispositifs d'usinage classiques. Aussi, bien souvent, c'est l'ensemble de la pièce qui est réalisée par frittage laser lorsque la pièce comprend des parties qu'il ne serait pas possible de réaliser autrement. [9] Il apparaît alors intéressant de réaliser la pièce en question en deux étapes distinctes, et de décomposer la pièce en deux parties que l'on réalisera chacune avec les moyens les plus appropriés. [010] Le dispositif de frittage selon l'invention comprend une source laser dont le faisceau lumineux est apte à fusionner de manière sélective des couches successives de poudres métalliques, et un plateau de référence sur lequel est déposée la première couche de poudre métallique, et servant de base à la construction d'un objet. [11] Ce dispositif se caractérise en ce que ledit plateau comprend un ou plusieurs logements dont la forme est déterminée de manière à rendre lesdits logements aptes à recevoir des inserts de forme donnée. [12] Le procédé selon l'invention de fabrication d'un objet métallique par frittage par fusion sélective de couches successives de poudre métalliques à l'aide d'un dispositif selon l'invention comprend les étapes au cours desquelles : A - on dispose dans les logements du plateau de référence des inserts métalliques comportant une tête plane dont la forme de la section correspond à la forme de la section des logements du plateau de référence de sorte que la tête de l'insert soit coplanaire avec le plan formé par le plateau de référence, B - on dépose une première couche de poudre métallique d'une épaisseur donnée sur le plateau de référence, C - on fait fusionner sélectivement la première couche de poudre métallique à l'aide du faisceau provenant de la source laser sur la surface de poudre métallique en contact avec la tête des inserts, de manière à lier la tête de chacun des inserts au reste de chacun des objets à fabriquer. [13] Le dispositif selon l'invention permet d'optimiser la fabrication de la pièce complète en autorisant l'obtention de la première partie de la pièce, faisant office d'insert, à l'aide d'un moyen classique d'usinage, et de réaliser la seconde partie de la pièce à l'aide du dispositif de frittage laser selon l'invention tout en autorisant une jonction parfaite entre les deux pièces pour obtenir une pièce finale d'un seul tenant. [14] On s'arrange alors pour sectionner la pièce à réaliser en deux parties par un plan, de sorte que les faces de jonction entre la première et la seconde partie de la pièce puissent s'inscrire dans ledit plan. [15] Il suffit alors de placer la première partie de la pièce dans le logement du plateau de référence destiné à la recevoir, et de disposer la face de jonction de la première partie de la pièce et formant la tête de l'insert, afin qu'elle soit coplanaire avec la surface du plateau de référence. [016] La soudure entre les deux faces de jonction de la première et de la seconde partie de la pièce s'opère lors de la fusion de la première couche de poudre métallique par le faisceau laser, et cette soudure se fait sur l'ensemble de la surface de jonction entre la première et la seconde partie de la pièce. [17] La réalisation de la seconde partie de la pièce peut se poursuivre à l'aide du dispositif de frittage laser de manière connue. [18] La pièce finale, d'un seul tenant, présente alors les mêmes caractéristiques qu'une pièce réalisée entièrement par frittage laser. Mais son coût d'obtention peut en être réduit de manière significative. [19] La description qui suit s'appuie sur les figures 1 à 7 dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique d'un plateau de référence selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue schématique d'un plateau de référence selon l'invention, - la figure 3 représente une vue schématique des inserts selon l'invention, - la figure 4 représente une vue schématique plateau de référence après mise en place des inserts, - les figures 5 et 6 représentent des vues schématiques de pièces de moules réalisées à l'aide du procédé selon l'invention, - la figure 7 représente une vue schématique du plateau de référence selon l'invention et des pièces après extraction dudit plateau. [020] Le plateau représenté à la figure 1 illustre un plateau de référence selon l'art antérieur connu. Ce plateau présente une face plane de référence sur laquelle le moyen de balayage du dispositif de frittage laser vient déposer une première couche de poudre métallique d'épaisseur aussi constante que possible. Pour faciliter l'accroche de cette première couche la rugosité de la face de référence est adaptée. [021] La figure 2 représente un plateau de référence 4 selon l'invention dans lequel des logements 41, 42 ont été aménagés. Ces logements ont une section correspondant à la forme des inserts 11 et 12 représentés à la figure 3. Ces inserts forment la première partie des pièces à réaliser. On s'assure par ailleurs que la tête des inserts 11 et 12 aient une face, respectivement 110 et 120, inscriptibles dans un plan. [022] En règle générale, la forme des inserts (11, 12), et donc des logements (41, 42) est relativement simple. Ainsi, dans le cas de l'exemple de réalisation de l'invention servant de base à la présente description, ces inserts ont une forme cylindrique dans laquelle les génératrices du cylindre sont perpendiculaires à la surface 110 ou 120. Il n'est toutefois pas impossible d'imaginer des formes plus complexes et d'aménager les logements en conséquence. [023] La figure 4 permet de visualiser l'étape du procédé selon l'invention après que des inserts 11 et 12 aient été disposés dans les logements 41 et 42. On notera que le plan 110, 120 de la tête des inserts est coplanaire avec la surface P de référence du plateau de référence. [024] De plus, il est important que la section d'ouverture des logements et la section de la tête de l'insert coïncident assez précisément. En effet, il convient de faire en sorte que la première couche de poudre métallique se répartisse de manière aussi uniforme que possible, et d'éviter des fuites de poudre dans les espaces non désirés entre l'insert et le plateau. [025] Il n'est pas nécessaire que le matériau de l'insert soit de même nature que la poudre métallique utilisée pour le frittage, ce qui permet d'obtenir des pièces ayant des caractéristiques particulières intéressantes. Il convient seulement que le laser soit suffisamment puissant pour mettre les deux métaux simultanément en fusion afin d'autoriser la jonction par soudure entre les deux faces de jonction. [026] A titre d'exemple, une poudre métallique à base de cobalt ayant un point de fusion de 1350°C opère une jonction par soudure de qualité, avec un insert à base de fer ayant un point de fusion de 1500°C. [027] On observe, en effet, que la profondeur de pénétration du laser est de l'ordre de 80 µm. On s'arrange alors pour que la couche de poudre n'excède pas une certaine épaisseur, de 40 µm par exemple. Le laser est alors suffisamment puissant pour mettre simultanément en fusion les deux matériaux en les portant à une température très supérieure à 1500°C. [028] Une fois les inserts installés dans leurs logements, les opérations de construction du reste de la pièce par frittage laser peuvent s'effectuer de manière connue par dépôt et fusion sélective des couches successives. [29] Les figures 5 et 6 illustrent des exemples de pièces qu'il est possible de réaliser à l'aide du procédé selon l'invention. La pièce finale (31, 32) est décomposée en une première pièce (11, 12) réalisée à l'aide de moyens économiques adaptés et formant les inserts, et la seconde partie de la pièce (21, 22) réalisées par frittage laser. [30] La figure 7 illustre la phase finale du procédé selon l'invention au cours de laquelle les pièces finies et d'un seul tenant, 31 et 32, sont extraites du plateau 4. [31] Au delà de l'intérêt économique obtenu par le dispositif et le procédé décrits ci- dessus, on peut aussi tirer avantageusement partie de l'invention en mettant à profit la meilleure précision de fabrication des inserts lorsqu'ils sont obtenus par usinage. En particulier, les inserts peuvent constituer des éléments d'ancrage de la pièce finale (31, 32) dans des supports réalisés avec une grande précision géométrique. REVENDICATIONS1) Dispositif de frittage comprenant une source laser dont le faisceau lumineux est apte à fusionner de manière sélective des couches successives de poudres métalliques, et un plateau de référence (4) sur lequel est déposée la première couche de poudre métallique, et servant de base à la construction d'un objet (31, 32), caractérisé en ce que ledit plateau (4) comprend un ou plusieurs logements (41, 42) dont la forme est déterminée de manière à rendre lesdits logements aptes à recevoir des inserts (11, 12) de forme donnée. 2) Procédé de fabrication d'un objet métallique par frittage par fusion sélective de couches successives de poudre métalliques à l'aide d'un dispositif selon la revendication 1, dans lequel : A - on dispose dans les logements (41, 42) du plateau de référence (4) des inserts métalliques (41, 42) comportant une tête (110, 120) plane dont la forme de la section correspond à la forme de la section des logements (41, 42) du plateau de référence, de sorte que la tête de l'insert soit coplanaire avec le plan (P) formé par le plateau de référence (4), B - on dépose une première couche de poudre métallique d'une épaisseur donnée sur le plateau de référence, C - on fait fusionner sélectivement la première couche de poudre métallique à l'aide du faisceau provenant de la source laser, en sélectionnant la surface de poudre métallique en contact avec les tête (110, 120) des inserts (11, 12) de manière à lier la tête (110, 120) de chacun des inserts au reste (21, 22) de chacun des objets à fabriquer (31, 32). 3) Procédé selon la revendication 2 dans lequel, préalablement à l'étape A, on décompose un objet à fabriquer (31, 32) en une première partie (11, 12), formant l'insert, destinée à être fabriquée séparément, et en une seconde partie (21, 22) destinée à être fabriquée par frittage laser. 4) Procédé selon la revendication 3 dans lequel, la première (11, 12) et la seconde (21, 22) partie de la pièce sont obtenues par sectionnement de la pièce finale par un plan. 5) Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel, à l'issue de l'étape C on réalise le frittage du reste de la seconde partie (21, 22), de la pièce finale (31, 32). 6 6) Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 5 dans lequel, on ajuste la puissance du laser de sorte que le faisceau lumineux soit apte à mettre simultanément en fusion le métal formant l'insert (11, 12) et la première couche de poudre métallique destinée à former la seconde partie de la pièce. 7) Procédé de fabrication selon l'une des revendication 2 à 6 dans lequel, on ajuste l'épaisseur de la première couche de poudre métallique de sorte que le faisceau lumineux soit apte à mettre simultanément en fusion le métal formant l'insert (11, 12) et la première couche de poudre métallique destinée à former la seconde partie de la pièce 8) Réalisation de pièces de moule destinées à la cuisson des pneumatiques à l'aide d'un procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 7.