Brevet FR3034333A1 — publié le 20161007

PROCÉDÉ DE FORMATION D'ORIFICES DANS UNE PIÈCE À PAROI MINCE FABRIQUÉE PAR CONSTRUCTION ADDITIVE DE POUDRES METALLIQUES, ET PIÈCE À PAROI MINCE AINSI OBTENUE 1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de formation d'orifices dans une pièce à paroi mince fabriquée par une construction additive de poudres métalliques au moyen d'un faisceau haute énergie. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de formation d'orifices dans une pièce destinée à former une chambre de combustion d'une turbomachine, une aube d'un distributeur d'une turbomachine, une pale de turbine, une pale de compresseur axial ou centrifuge, un bras creux de boitier palier, une tuyère, une chemise ou un insert de distributeur et de manière générale toute pièce à paroi mince percée destinée à équiper un turbomoteur. 2. Arrière-plan technologique Dans tout le texte, on définit par les termes de « pièce à paroi mince », une pièce présentant au moins une paroi présentant une épaisseur négligeable par rapport aux autres dimensions de la paroi. Il existe de nombreuses applications où le recours à une pièce à paroi mince multi-percée est nécessaire. Il s'agit par exemple de la réalisation d'une chambre de combustion d'une turbomachine, d'une aube d'un distributeur d'une turbomachine, d'une pale de turbine, d'une pale de compresseur axial ou centrifuge, d'un bras creux de boitier palier, d'une tuyère, d'une chemise ou d'un insert de distributeur, etc. Dans tout le texte, l'invention est particulièrement décrite en lien avec une aube de distributeur. Cela étant, l'invention s'applique également à l'ensemble des pièces décrites ci-dessus et s'étend à toute pièce à paroi mince percée destinée à équiper un turbomoteur. Un distributeur de turbomachine assure le guidage des gaz en entrée de turbine. En raison de la température des gaz, les aubes du distributeur, notamment celles recevant directement les gaz issus de la chambre de combustion, sont soumises à des conditions de fonctionnement très sévères. Il est donc nécessaire 3034333 2 de prévoir des moyens de refroidissement dans les parois qui sont au contact des gaz chauds. Le refroidissement est réalisé par convection forcée ou bien par impact d'air sur les faces internes des parois des aubes. En général, une aube de distributeur est creuse et munie d'un circuit de refroidissement interne et 5 comporte des orifices de passage d'air. Actuellement, un procédé de formation d'un orifice dans une pièce à paroi mince fabriquée par une construction additive de poudres métalliques consiste à ménager des orifices circulaires au cours du procédé de fabrication de la pièce à paroi mince. La pièce à paroi mince est obtenue par la mise en oeuvre d'un 10 faisceau haute énergie, tel qu'un faisceau laser ou un faisceau d'électrons, pour fusionner successivement des couches de poudres métalliques de façon à former au dessus d'un plateau de construction, la pièce à paroi mince visée. Les orifices sont formés en laissant des zones circulaires non fusionnées. Une fois la pièce formée, les zones non fusionnées forment les orifices circulaires de la pièce. 15 Les inventeurs ont réalisé que les orifices ainsi formés ont tendance à s'effondrer sur eux-mêmes. Aussi, il est difficile de reproduire des orifices identiques d'une pièce à l'autre, notamment d'une aube à l'autre. En outre, les débits d'air de refroidissement ainsi générés peuvent, dans certains cas, s'écarter des débits nominaux recherchés. Le refroidissement obtenu s'écarte alors du 20 refroidissement recherché. Les inventeurs ont donc cherché à améliorer le procédé de formation d'orifices dans une aube d'un distributeur et de manière générale dans toute pièce à paroi mince, en particulier destinée à équiper une turbomachine. 3. Objectifs de l'invention 25 L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients du procédé de formation d'orifices dans une pièce à paroi mince de l'art antérieur. En particulier, l'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un procédé de formation d'orifices dans une pièce à paroi mince qui soit reproductible. 30 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de formation d'orifices dans une pièce à paroi mince qui s'adapte 3034333 3 particulièrement à une aube d'un distributeur ou à une chambre de combustion. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un procédé de formation d'orifices dans une pièce à paroi mince qui puisse être mis en oeuvre sans difficultés. 5 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une pièce à paroi mince obtenue par un tel procédé. 4. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de formation d'au moins un orifice dans une pièce à paroi mince fabriquée par une construction additive de 10 poudres métalliques au moyen d'un faisceau haute énergie. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de délimitation d'au moins une zone non fusionnée par ledit faisceau haute énergie définie par une trajectoire fermée formant un motif présentant au moins deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux, ladite zone non 15 fusionnée formant ledit orifice. Un procédé selon l'invention permet donc de former des orifices non circulaires délimités par au moins deux côtés adjacents formant entre eux un angle saillant, c'est-à-dire un angle strictement compris entre 00 et 180°. Avantageusement et selon l'invention, au moins un angle saillant est 20 agencé au sommet du motif délimitant ladite zone non fusionnée. Un tel motif permet de former un orifice délimité en son sommet par un angle saillant. Un tel orifice présente l'avantage de ne pas être susceptible de s'effondrer sur lui-même. En effet, les côtés formant l'angle saillant s'opposent l'un à l'autre de sorte que chaque côté s'oppose à l'effondrement du côté adjacent. 25 Avantageusement et selon l'invention, le motif est choisi dans le groupe comprenant un losange, un triangle, un pentagone ou une goutte d'eau. Chacun de ces motifs permet de former un orifice présentant en son sommet un angle saillant formé par deux côtés adjacents. Chaque motif permet une reproduction à l'identique des orifices. En outre, 30 chaque motif présente une section constante qui n'est pas susceptible de diminuer du fait de l'effondrement des orifices formés suivant ces motifs. 3034333 4 Avantageusement et selon l'invention, au moins un angle saillant est un angle droit. Un angle droit permet de bénéficier d'une bonne portance en sommet tout en limitant l'encombrement vertical de l'orifice. 5 Avantageusement et selon l'invention, le faisceau haute énergie est un faisceau laser. L'invention concerne également une pièce à paroi mince obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention comprenant au moins un orifice ménagé dans ladite paroi mince et présentant une forme comprenant au moins 10 deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux. Avantageusement et selon l'invention, l'angle saillant est agencé au sommet de l'orifice. Avantageusement, une pièce selon l'invention comprend une pluralité d'orifices ménagés dans ladite paroi mince, chaque orifice présentant une forme 15 comprenant au moins deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux. Selon une variante avantageuse de l'invention, la pièce à paroi mince est choisie dans le groupe comprenant une aube d'un distributeur d'une turbomachine, une chambre de combustion d'une turbomachine, une pale de turbine, une pale de compresseur axial ou centrifuge, un bras creux de boitier 20 palier, une tuyère, une chemise ou un insert de distributeur. L'invention concerne également un procédé de fabrication par fusion sélective de poudres métalliques au moyen d'un faisceau haute énergie d'une pièce à paroi mince comprenant au moins un orifice, ledit procédé comprenant une étape de dépose sur un plateau de construction plan d'une 25 pluralité de couches de poudres métalliques ; une étape de fusion desdites couches de poudres métalliques suivant la forme de la pièce à fabriquer, caractérisé en ce qu'il comprend au cours de l'étape de fusion, une étape de délimitation d'au moins une zone non fusionnée suivant une trajectoire fermée formant un motif présentant au moins deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux, 30 ladite zone non fusionnée formant ledit orifice L'invention concerne également un procédé de formation d'orifices dans 3034333 5 une pièce à paroi mince, et une pièce à paroi mince ainsi obtenue, caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. 5. Liste des figures 5 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue schématique en perspective de la mise en oeuvre d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention, 10 la figure 2 est une vue schématique d'une pièce selon un mode de réalisation de l'invention obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon un mode de réalisation de l'invention, les figures 3a, 3b et 3c sont des vues schématiques de différents motifs de découpe d'orifices pour la mise en oeuvre du procédé 15 selon un mode de réalisation de l'invention. 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Sur la figure, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. Dans toute la description détaillée qui suit en référence aux figures, sauf indication contraire, chaque 20 portion de la pièce à paroi mince, en l'occurrence une aube de distributeur, est décrite telle qu'elle est agencée lorsque la pièce est construite sur un plateau de construction plan horizontal. Cet agencement est notamment représenté sur la figure 1. En outre, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références. Enfin, les termes vertical et horizontal sont utilisés à 25 titre non limitatif en référence au plan H et à la direction V représentés sur le trièdre de la figure 1. La figure 1 représente une aube 5 de distributeur qui a été formée sur un plateau 6 de construction horizontal. L'aube a été formée sur le plateau 6 de telle sorte que la paroi 7 de l'aube dans laquelle un orifice est ménagé s'étende 30 perpendiculairement au plateau 6. En d'autres termes, la paroi 7 de l'aube 5 s'étend verticalement. Le principe de fabrication d'une aube par fusion sélective 3034333 6 ou frittage sélectif de poudres métalliques au moyen d'un faisceau de haute énergie n'est pas décrit ici en détail. De manière connue, la fabrication d'une telle pièce comprend une étape de dépose sur le plateau de construction d'une pluralité de couches de poudres métalliques et une étape de fusion des particules de poudre 5 de façon à former au dessus du plateau de construction, la pièce à paroi mince visée. Un tel faisceau haute énergie est par exemple un faisceau laser ou un faisceau d'électrons. Dans toute la suite, on décrit l'invention en référence à un faisceau laser. Cela étant, cette description n'est pas limitative et tout type de faisceau haute énergie peut être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention. 10 La fabrication d'une pièce par construction additive de poudres métalliques peut par exemple être obtenue par l'utilisation d'un générateur 11 de faisceau laser 12 et un dispositif 13 de commande du faisceau laser 12. Ce dispositif 13 est configuré pour pouvoir diriger le faisceau laser 12 en tout point de la pièce en cours de construction. Ce pilotage du faisceau laser peut par 15 exemple être réalisé par la commande d'un miroir 18 orientable sur lequel le faisceau laser 12 se réfléchit avant d'atteindre les couches de poudre métallique déposées successivement sur le plateau de construction. La mise en forme du faisceau laser 12 et la variation de son diamètre sur le plan focal se font respectivement au moyen d'un dilatateur de faisceau 14 et d'un dispositif de 20 focalisation 15. L'ensemble forme un système optique. La figure 1 représente schématiquement l'étape de délimitation d'un orifice au cours de la fabrication d'une pièce par fusion de particules de poudres métalliques. Sur la figure 1, la pièce à paroi mince est représenté dans une version finie à des fins d'illustration et de clarté, étant entendu que les orifices sont formés 25 au fur et à mesure de la construction de la pièce à paroi mince. Selon l'invention, le dispositif 13 de commande du faisceau laser 12 est paramétré de sorte qu'il puisse délimiter une zone non fusionnée par une trajectoire 9 fermée formant un motif présentant au moins deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux. En d'autres termes, la formation d'un orifice 30 consiste à ne pas fusionner une zone de la pièce en cours de construction, cette zone étant délimitée par une trajectoire particulière qui définie un motif spécifique 3034333 7 comprenant au moins un angle saillant entre deux côtés du motif. Pour former une pluralité d'orifices dans la pièce à paroi mince, une pluralité de zones sont prévues au cours de la fabrication de la pièce, chacune de ces zones n'étant pas soumise au faisceau haute énergie pour ne pas être fusionnée. 5 Les figures 3a, 3b et 3c représentent différents motifs permettant de réaliser l'étape de délimitation d'une zone non fusionnée d'un procédé de formation d'un orifice dans une pièce à paroi mince selon l'invention. Par exemple, la figure 3a est une vue d'un motif en forme de losange. Ce motif comprend deux côtés 31, 32 adjacents formant entre eux un angle a saillant. 10 La figure 3b est une vue d'un motif en forme de pentagone, du type maison. Il comprend également deux côtés 31, 32 adjacents formant entre eux un angle a saillant. La figure 3c est une vue schématique d'un motif en forme de goute d'eau. Il comprend également deux côtés 31, 32 adjacents formant entre eux un angle a 15 saillant. Selon le mode de réalisation des figures 3a, à 3c, l'angle saillant est un angle droit. Cela étant, selon d'autres modes de réalisation, cet angle peut être un angle obtus ou un angle aigu. Chacun de ces motifs permet de former un orifice non circulaire qui n'est 20 plus susceptible de s'affaisser. En effet, une fois l'orifice formé, les parois périphériques de cet orifice, correspondant aux côtés 31, 32 du motif, forment un angle a saillant et sont en appui l'une sur l'autre. Aussi, chaque paroi périphérique est maintenue par la paroi en regard. La figure 2 est une vue schématique d'une aube 5 comprenant une pluralité 25 d'orifices formées par un procédé selon l'invention. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, le motif mis en oeuvre pour former les orifices est un motif du type losange. Cela étant, les autres motifs représentés sur les figures 3b et 3c peuvent également être mis en oeuvre selon l'invention et de manière générale tout motif permettant de définir une trajectoire fermée comprenant au 30 moins un angle saillant, formé, de préférence en sommet du motif. L'invention a été décrite en lien avec une aube d'un distributeur, mais le 3034333 8 procédé selon l'invention peut bien sur s'appliquer à toute pièce comprenant une paroi mince, notamment une chambre de combustion d'une turbomachine une chambre de combustion d'une turbomachine, une pale de turbine, une pale de compresseur axial ou centrifuge, un bras creux de boitier palier, une tuyère, une 5 chemise, un insert de distributeur, etc. REVENDICATIONS1. Procédé de formation d'au moins un orifice dans une pièce à paroi mince fabriquée par une construction additive de poudres métalliques au moyen d'un faisceau haute énergie, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de délimitation d'au moins une zone non fusionnée par ledit faisceau haute énergie définie par une trajectoire (9) fermée formant un motif (21, 22, 23) présentant au moins deux côtés (31, 32) adjacents formant un angle (a) saillant entre eux, ladite zone non fusionnée formant ledit orifice (8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un angle (a) saillant est agencé au sommet dudit motif (21, 22, 23). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit motif (21, 22, 23) est choisi dans le groupe comprenant un losange (21), un triangle, un pentagone (22) ou une goutte d'eau (23). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un angle (a) saillant est un angle droit. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit faisceau haute énergie est un faisceau laser. 6. Pièce à paroi mince obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant au moins un orifice (8) ménagé dans ladite paroi (7) mince présentant une forme comprenant au moins deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux. 7. Pièce selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit angle saillant est agencé au sommet de l'orifice. 8. Pièce à paroi mince selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité d'orifices ménagés dans ladite paroi mince, chaque orifice présentant une forme comprenant au moins deux côtés adjacents formant un angle saillant entre eux. 9. Pièce à paroi mince selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que ladite pièce est choisie dans le groupe comprenant une aube (5) d'un 3034333 10 distributeur d'une turbomachine, une chambre de combustion d'une turbomachine, une pale de turbine, une pale de compresseur axial ou centrifuge, un bras creux de boitier palier, une tuyère, une chemise ou un insert de distributeur. 5