Brevet FR3024059A1 — publié le 20160129

Procédé de fabrication additive à base de poudre d'une pièce, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques La présente invention concerne un procédé de fabrication additive à base de poudre par frittage ou par fusion de grains de ladite poudre à l'aide d'un faisceau énergétique. Par « faisceau énergétique », on entend un rayonnement électromagnétique (par exemple un faisceau laser) ou un faisceau de particules (par exemple un faisceau d'électrons). Une application particulièrement intéressante de l'invention concerne la fabrication d'éléments de garniture, tels que des lamelles, d'un moule de cuisson ou vulcanisation du type à secteurs pour pneumatiques de véhicules. Ce type de moule comprend principalement deux coquilles assurant chacune le moulage d'un des flancs latéraux du pneumatique, une pluralité de secteurs assurant le moulage de la bande de roulement dudit pneumatique et mobiles radialement entre une position d'ouverture et une position de fermeture du moule. Les coquilles et les secteurs définissent un espace intérieur destiné à être mis en contact avec l'ébauche du pneumatique non vulcanisée. Pour former les sculptures de la bande de roulement, des lamelles sont fixées sur les secteurs du moule et s'étendent en saillie dans cet espace intérieur. Pour plus de détails sur un moule comprenant de telles lamelles, on pourra par exemple se référer aux documents EP-B1-1 758 743 et US- Al-2002/0139164. L'intérêt de la fabrication par fusion sélective de couches de poudre superposées, plus communément nommé frittage, réside principalement dans le fait que la forme de ces lamelles peut être modélisée par ordinateur et que les lamelles peuvent ensuite être fabriquées sur la base de cette modélisation par pilotage du faisceau énergétique par l'ordinateur. En outre, cette technique est bien adaptée à la fabrication d'éléments de petites dimensions et de formes 3024059 2 complexes, tels que les lamelles de garniture de moule, qui sont difficiles à fabriquer avec d'autres procédés. Lorsque la fusion sélective est réalisée par un faisceau laser, on parle de frittage laser. La technique de frittage laser consiste à 5 fabriquer la lamelle couche après couche, en empilant les couches de poudre consolidées et fusionnées les unes sur les autres par le faisceau laser selon une direction d'empilage. On entend par « poudre », une poudre ou un mélange de poudres. La poudre peut par exemple être métallique ou minérale, par exemple céramique. 10 Classiquement, pour assurer la préparation du lit de poudre préalablement à l'opération de frittage ou de la fusion, il est utilisé un dispositif de mise en couche. Un tel dispositif comprend principalement des moyens de stockage de la poudre et des moyens de répartition aptes à répartir sur un plateau de fabrication la poudre en 15 une couche. Pour plus de détails sur de tels dispositifs de mise en couche, on pourra par exemple se référer à la demande de brevet WOA2-2013/178825 . La première couche est déposée puis soudée directement sur le plateau de fabrication. Les autres couches sont ensuite formées 20 successivement de manière à obtenir un empilage à partir de la première couche. Généralement, la fabrication d'un élément de petite dimension, tel qu'une lamelle de garniture, s'effectue horizontalement sur le plateau de fabrication de sorte que sa longueur est sensiblement 25 parallèle au plateau de fabrication. On parle alors d'une fabrication de type horizontale. Ceci permet d'éviter d'avoir une hauteur de lamelle trop importante et de réduire ainsi le temps de fabrication. Toutefois, avec un tel type de fabrication, des problèmes de non-respect des caractéristiques dimensionnelles et géométriques 30 peuvent se poser. En effet, les lamelles peuvent présenter des ondulations ou encore des parties massives créant des zones dites en contre-dépouille, c'est-à-dire des zones où une paroi de lamelle est en surplomb au-dessus d'une zone de poudre non solidifiée. De telles parties massives sont par exemple prévues sur les lamelles décrites 3024059 3 dans les demandes de brevet FR-A1-2 961 741 et WO-Al2010/030276. Dans ces zones en contre-dépouille des lamelles, on observe des déformations, des phénomènes de concentration de contraintes pouvant générer des fissures et une rugosité 5 particulièrement élevée. Par ailleurs, certaines géométries de lamelles ne peuvent être fabriquées à cause de telles zones en contre-dépouille. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un procédé de fabrication additive d'au moins une pièce par frittage ou 10 fusion de poudre à l'aide d'au moins un faisceau énergétique qui permet de garantir la fabrication satisfaisante de pièces de formes complexes pouvant par exemple présenter des ondulations et/ou des parties massives et/ou en contre-dépouille. Dans un mode de mise en oeuvre, le procédé de fabrication 15 additive d'au moins une pièce par frittage ou fusion de poudre à l'aide d'au moins un faisceau énergétique comprend les étapes suivantes: -a) déposer au moins une couche de poudre sur une surface de travail à l'aide d'un dispositif de mise en couche comprenant des moyens de répartition de la poudre mobiles en 20 translation le long de ladite surface, -b) fusionner au moins en partie ladite couche déposée à l'aide du faisceau énergétique, et -c) répéter les étapes a) et b) pour former la pièce par empilage de couches fusionnées de la pièce. Les moyens de répartition 25 dudit dispositif sont mobiles selon une direction sensiblement parallèle à la direction de la longueur de chaque couche fusionnée. Les étapes a) et b) sont répétées pour former la pièce de sorte que la longueur de ladite pièce s'étend selon une direction sensiblement parallèle à la direction d'empilage des couches fusionnées. 30 On entend ici par « longueur », la dimension de la pièce dans le sens de sa plus grande étendue. L' orientation des couches fusionnées relativement à la direction de déplacement des moyens de répartition permet de limiter le risque de déformations des couches empilées sous l'effet des efforts 3024059 4 appliqués par ces moyens pouvant provoquer l'apparition de concentrations de contraintes et de microfissures. En outre, avec cette fabrication de type verticale, l'obtention de pièces de formes complexes respectant les caractéristiques 5 dimensionnelles, géométriques et d'état de surface requises est facilitée. Pour une pièce comprenant des parties massives, les déformations, voire les microfissures, liées aux contraintes internes générées dans la pièce par diffusion de chaleur lors des étapes de fusion sont atténuées compte tenu de l'orientation des parties massives 10 perpendiculairement à la surface de travail, ces parties massives étant reliées à ladite surface. Pour une pièce comprenant des parties en contre-dépouille orientées perpendiculairement à la surface de travail, la rugosité n'est pas élevée contrairement à une fabrication de type horizontale dans laquelle les parties en contre-dépouille reposent sur 15 les couches de poudre non fusionnées générant des aspérités grossières sur la pièce. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, une pluralité d'empilages de couches fusionnées est formée dans des zones distinctes de la surface de travail de sorte à fabriquer simultanément 20 une pluralité de pièces. Lesdites pièces peuvent être agencées sur la surface de travail suivant une matrice de colonnes disposées transversalement par rapport à la direction de déplacement des moyens de répartition du dispositif de mise en couche, et de lignes disposées parallèlement à ladite direction. 25 Les moyens de répartition du dispositif de mise en couche peuvent être communs à la pluralité d'empilages de couches fusionnées. Dans un mode de mise en oeuvre, les pièces de chaque colonne et de chaque ligne sont alignées les unes relativement aux autres. 30 Alternativement, chaque pièce d'une colonne est décalée selon la direction de déplacement des moyens de répartition par rapport à la pièce immédiatement adjacente de ladite colonne. 3024059 5 Avantageusement, la longueur de la pièce s'étend selon une direction formant un angle comprise entre -20° et +20° avec la direction d'empilage des couches. Dans un mode de mise en oeuvre, les moyens de répartition du 5 dispositif de mise en couche comprennent au moins un rouleau. De préférence, l' axe du rouleau est orienté sensiblement perpendiculairement à la direction de la longueur de chaque couche fusionnée de la pièce. Ladite pièce peut présenter globalement une forme rectangulaire. 10 D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant 15 partiellement un procédé de fabrication de lamelles par frittage laser selon un premier exemple de mise en oeuvre, - la figure 2 est une vue de détail de deux lamelles de la figure 1, et - la figure 3 est une vue de détail de quatre lamelles selon un 20 deuxième exemple de mise en oeuvre du procédé. Sur la figure 1, on a représenté un agencement de lamelles 10 identiques qui sont destinées à un moule de vulcanisation pour pneumatiques et formées sur un plateau de fabrication 12 représenté dans une position supposée horizontale. Le plateau 12 comprend une 25 surface supérieure formant une surface de travail 12a sur laquelle sont formées les lamelles 10. Les lamelles 10 sont identiques entre elles. Comme illustré plus visiblement à la figure 2, chaque lamelle 10 présente une forme générale rectangulaire de longueur L10 et de largeur lio. La longueur L10 de la lamelle s'étend sensiblement 30 perpendiculairement par rapport à la surface de travail 12a du plateau de fabrication, i.e. ici sensiblement verticalement. Les lamelles 10 sont orientées ou s'étendent sensiblement verticalement. Les lamelles 10 s'étendent longitudinalement selon une direction sécante à la surface de travail 12a. 3024059 6 La lamelle 10 présente ici une forme courbe. Dans l'exemple de réalisation illustré, chaque lamelle 10 comprend un corps 10a principal et une tête 10b monobloc avec ledit corps. La tête 10b prolonge une extrémité du corps 10a et s'étend parallèlement à la longueur dudit 5 corps. La tête 10b présente ici une forme sensiblement cylindrique à section triangulaire. En variante, la section de la tête pourrait avoir toute autre forme par exemple rectangulaire, carré, circulaire, etc., ou encore en V ou en U. La lamelle 10 est apte à permettre le moulage d'une sculpture de type goutte d'eau dans la bande de roulement du 10 pneumatique. Pour la fabrication de la pluralité de lamelles 10, on procède de la manière suivante. Dans une première étape, on dépose une première couche de poudre sur la surface de travail 12a du plateau de fabrication. Après dépose, la première couche s'étend sensiblement 15 horizontalement sur la surface de travail 12a. La poudre peut par exemple être métallique ou minérale, par exemple céramique. L'ensemble des moyens permettant l'application d'une couche de poudre sur la surface de travail 12a du plateau de fabrication est appelé dispositif de mise en couche. Le dispositif de mise en couche 20 comprend un rouleau 14 de répartition de la poudre sur la surface de travail 12a. Le rouleau 14 a pour fonction de répartir sur la surface de travail 12a une mince épaisseur de poudre. Le rouleau 14 comprend un axe 14a de rotation et est mobile à rotation autour dudit axe. Chaque lamelle 10 est orientée perpendiculairement à l'axe 14a du rouleau des 25 moyens de répartition. Le dispositif de mise en couche peut également comprendre des moyens de stockage de la poudre alimentant le rouleau. Le dispositif peut encore comprendre, en combinaison ou en remplacement du rouleau 14, un autre moyen de répartition par exemple une raclette. Le 30 dispositif peut encore comprendre un rouleau de compactage mobile conjointement avec le moyen de répartition pour rendre encore plus homogène l'épaisseur de la poudre répartie. Lors de cette étape de dépose de la première couche sur le plateau de fabrication 12, les moyens de répartition du dispositif de 3024059 7 mise en couche sont mobiles en translation le long de la surface de travail 12a selon une direction d'avance ou de déplacement illustrée schématiquement par la flèche référencée 16. Les moyens de répartition se déplacent sensiblement parallèlement à la surface de 5 travail 12a du plateau. Dans une seconde étape, une source énergétique (non représentée) par exemple du type laser, émet un faisceau laser dont l'orientation est contrôlée par des miroirs galvanométriques (non représentés). Une lentille optique (non représentée) permet de 10 focaliser le faisceau laser afin de chauffer la couche de poudre selon un motif correspondant à la section de la lamelle à fabriquer, et ainsi réaliser de manière sélective la fusion de la poudre, et ce, dans chaque zone du plateau de fabrication 12 sur laquelle doit être fabriquée une lamelle 10. 15 Lors d'une troisième étape, après l'étape de traitement par laser, une seconde couche est déposée sur la première couche de poudre qui est en partie fusionnée. Les moyens de répartition du dispositif de mise en couche se déplacent sensiblement parallèlement à la direction de la plus grande dimension de chaque section fusionnée 20 de lamelle en cours de fabrication. Ensuite, la fusion sélective de la seconde couche de poudre est réalisée. Ces étapes sont à nouveau répétées pour former par empilage de couches les lamelles 10. Les couches fusionnées de chaque lamelle 10 s'étendent sensiblement horizontalement et sont empilées les unes sur les autres selon une 25 direction d'empilage sensiblement verticale. Comme indiqué précédemment, la longueur L10 de chaque lamelle 10 fabriquée s'étend sensiblement verticalement par rapport à la surface de travail 12a du plateau. La fabrication des lamelles 10 est de type verticale. La longueur L10 s'étend sensiblement parallèlement à 30 la direction d'empilage. La longueur de la lamelle fabriquée peut s'étendre selon une direction formant un angle compris entre -20° et + 20° avec la direction d'empilage. La direction de déplacement 16 des moyens de répartition du dispositif de mise en couche est sensiblement parallèle à la largeur lio 3024059 8 de chaque lamelle 10 formée. La direction de déplacement 16 est sensiblement parallèle à la direction de la plus grande dimension de la section transversale de chaque lamelle 10. Pour une lamelle 10, la direction de déplacement 16 est parallèle à la longueur de chaque 5 couche fusionnée de l'empilage. Grâce à l'orientation des couches fusionnées pour la fabrication de chaque lamelle 10 par rapport à la direction de déplacement 16 des moyens de répartition du dispositif de mise en couche, le risque de déformations, notamment par flexion, pouvant 10 provoquer l'apparition de phénomènes de concentrations de contraintes et de microfissures est limité lors du passage de ces moyens sur chaque couche. En outre, cette orientation permet d'obtenir un bon encaissement des efforts appliqués par les moyens de répartition avec cette fabrication de type verticale de la lamelle. Avec ce type de 15 fabrication, l'obtention de pièces de formes complexes respectant les caractéristiques dimensionnelles, géométriques et d'état de surface requises est facilitée. Ainsi, pour la majorité de lamelles 10, il n'est pas nécessaire de prévoir la formation de renforts se présentant sous forme de 20 surépaisseurs venues de matière avec la lamelle. A titre indicatif, avec de telles lamelles, des renforts latéraux peuvent être prévus seulement pour une longueur de lamelle supérieure ou égale à 30 mm et une épaisseur de l'ordre de 0.4 mm, ou encore pour les lamelles courbes présentant un décalage supérieure à 5 mm entre les extrémité 25 supérieure et inférieure. Comme illustré à la figure 1, après fabrication, les lamelles 10 sont agencées sur le plateau 12 suivant une matrice de colonnes et de lignes parallèles qui sont disposées respectivement transversalement et parallèlement à la direction de déplacement 16 des moyens de 30 répartition du dispositif de mise en couche. Dans l'exemple de réalisation illustré, les lamelles 10 de chaque colonne et de chaque rangée sont fabriquées de sorte à être alignées les unes relativement aux autres. En variante, il est possible de prévoir la fabrication des lamelles 10 de sorte à ce que, pour une ou pour chaque colonne, 3024059 9 chaque lamelle soit décalée selon le sens de déplacement des moyens de répartition par rapport à la lamelle immédiatement adjacente. Une telle disposition permet d'éviter une détérioration des lamelles en cours de fabrication en cas de frottement excessifs des moyens de 5 répartition sur les premières lamelles en contact avec le rouleau. Après fabrication, les lamelles sont désolidarisées du plateau de fabrication, par exemple par découpe par électro-érosion par fil. Dans l'exemple de réalisation illustré, les lamelles 10 présentent une forme générale rectangulaire et sont conçus pour 10 permettre le moulage d'une sculpture de type goutte d'eau. En variante, il est possible de fabriquer des lamelles 10 présentant d'autres formes, pouvant par exemple présenter des ondulations comme cela est illustré à la figure 3. L'invention a été décrite sur la base d'une fabrication par 15 frittage laser d'une lamelle pour moule de vulcanisation de pneumatiques. L'invention peut également être appliquée à autre élément de garniture du moule destiné à être rapporté sur un bloc support du moule, ou plus généralement à d'autres types de pièces de petites dimensions utilisées dans des applications différentes. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication additive d'au moins une pièce par frittage ou fusion de poudre à l'aide d'au moins un faisceau énergétique comprenant les étapes suivantes: -a) déposer au moins une couche de poudre sur une surface de travail à l'aide d'un dispositif de mise en couche comprenant des moyens de répartition de la poudre mobiles en translation le long de ladite surface, et -b) fusionner au moins en partie ladite couche déposée à l'aide du faisceau énergétique, -c) répéter les étapes a) et b) pour former la pièce par empilage de couches fusionnées, ledit procédé étant caractérisé en ce que : - les moyens de répartition dudit dispositif sont mobiles selon une direction sensiblement parallèle à la direction de la longueur de chaque couche fusionnée de la pièce, et - les étapes a) et b) sont répétées pour former la pièce de sorte que la longueur de ladite pièce s'étend selon une direction sensiblement parallèle à la direction d'empilage des couches fusionnées. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une pluralité d'empilages de couches fusionnées est formée dans des zones distinctes de la surface de travail de sorte à fabriquer simultanément une pluralité de pièces. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la pluralité de pièces est agencée sur la surface de travail suivant une matrice de colonnes disposées transversalement par rapport à la direction de déplacement des moyens de répartition du dispositif de mise en couche, et de lignes disposées parallèlement à ladite direction. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les moyens de répartition du dispositif de mise en couche sont communs à la pluralité d'empilages de couches fusionnées. 3024059 11 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les pièces de chaque colonne et de chaque ligne sont alignées les unes relativement aux autres. 6. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque 5 pièce d'une colonne est décalée selon la direction de déplacement des moyens de répartition par rapport à la pièce immédiatement adjacente de ladite colonne. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la longueur de la pièce s'étend selon une 10 direction formant un angle compris entre -20° et +20° avec la direction d'empilage des couches. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de répartition du dispositif de mise en couche comprennent au moins un rouleau. 15 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'axe du rouleau est orienté sensiblement perpendiculairement à la direction de la longueur de chaque couche fusionnée de la pièce. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce présente globalement une forme 20 rectangulaire.