Brevet FR3046367A1 — publié le 20170707

L'invention concerne un dispositif de fabrication additive par projection et fusion de poudre. L'invention concerne plus particulièrement une buse pour la projection et la fusion par laser d'une poudre métallique pour la mise en oeuvre du procédé dit CLAD® acronyme de « Construction Laser Additive Directe ». Le procédé CLAD® est un procédé de fabrication additive par dépôt, utilisant la projection / fusion d'une poudre constituée du matériau déposé, la fusion dudit matériau déposé étant réalisé par un laser précisément au point de dépôt de ladite poudre. La figure 1, relative à l'art antérieur, montre schématiquement un exemple de réalisation de ce procédé. La buse (100) de projection / fusion de la poudre consiste en 3 cônes concentriques délimitant entre leurs parois des espaces annulaires coniques également concentriques. Un laser (150) transverse le cône intérieur (130) par un alésage centré sur l'axe dudit cône. Le laser est focalisé sur le point (191) où le dépôt (192) de matière est réalisé sur la pièce (190) en cours de fabrication. De la poudre (160) est projetée dans l'espace annulaire conique compris entre la surface intérieure du cône (110) extérieur et la surface extérieure d'un cône (120) intermédiaire, alors qu'un gaz est soufflé dans l'espace annulaire conique compris entre la surface intérieure dudit cône (120) intermédiaire et la surface extérieure du cône (130) intérieur. Le centrage des cônes (110, 120, 130) les uns par rapport aux autres et le réglage des paramètres font que la poudre est projetée selon un jet conique creux dont le sommet est, dans l'idéal, confondu avec le point de focalisation (191) du laser (150). La distance (193) entre le point (191) de dépôt de la matière et l'extrémité avant du cône (110) extérieur est couramment de l'ordre de 5 mm. Cette faible distance, accroît les risques de collision entre le cône et la pièce ou des éléments de l'environnement de fabrication tels que la table de la machine ou des moyens de bridage, particulièrement lorsque l'opération de fabrication additive est réalisée selon des trajectoire mettant en oeuvre 5 axes de déplacement. Dans certaines circonstances également, des amas de poudre se créent à la sortie de l'espace annulaire compris entre le cône (110) extérieur et le cône (120) intermédiaire et modifient la forme du jet de poudre, conduisant à des conditions de dépôt dégradées. Ces conditions nécessitent de remplacer le cône (110) extérieur. Ces opérations de réparation selon l'art antérieur sont coûteuses car elles nécessitent le remplacement de l'ensemble du cône extérieur, pièce de précision, 3046367 2 souvent réalisée elle-même dans un matériau coûteux tel que du cuivre, alors que seule l'extrémité de cette pièce et dégradée. De plus l'opération est relativement longue, conduisant à l'immobilisation de la machine et l'occupation d'un technicien qualifié pendant toute sa durée. 5 L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin une buse pour la fabrication additive par projection / fusion de poudre selon un jet conique creux, comprenant : - un cône extérieur, - un cône intérieur 10 - et un cône intermédiaire, a poudre étant projetée dans l'espace annulaire conique compris entre la surface intérieure du cône extérieur et la surface extérieure du cône intermédiaire, dans laquelle le cône extérieur comprend deux parties assemblées selon l'axe dudit cône par des moyens démontables. 15 Ainsi, la seconde partie du premier cône est interchangeable et facilement remplacée en cas de dégradation de celle-ci. L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. 20 Selon un mode de réalisation avantageux, le cône extérieur comprend une bague comportant un alésage conique intérieur et un centreur externe coaxial avec ledit alésage conique, la deuxième partie du cône extérieur étant centrée sur ledit centreur. Ce mode de réalisation assure un centrage parfait, sans nécessité de réglage, de la seconde partie du cône extérieur par rapport à la première partie dudit 25 cône. Selon un mode de réalisation de la buse objet de l'invention, la première et la deuxième partie du cône extérieur sont constituées de matériaux différents. Ainsi, les matériaux sont optimisés pour répondre aux fonctions principales de ces deux parties. 30 Selon un mode de réalisation particulier, l'alésage conique intérieur de la deuxième partie du cône extérieur est d'une conicité différente de celle de l'alésage conique de la première partie. Ce mode de réalisation permet de varier la forme du 3046367 3 jet et notamment la distance de focalisation du jet par rapport à l'extrémité de la buse. Avantageusement, la deuxième partie du cône extérieur comprend une partie fusible apte à se rompre ou à se déforme sous un effort déterminé. Ainsi, en cas de 5 collision avec la pièce, l'effort est déterminé de sorte que la pièce en cours de réalisation ne soit pas endommagée. Alternativement la partie fusible est dimensionnée pour se rompre avant que sa déformation n'endommage le cône intermédiaire. Avantageusement, la buse objet de l'invention comprend des moyens de 10 détection de rupture de la partie fusible du cône extérieur. Ainsi, en cas de collision sévère, la rupture du cône est détectée et la fabrication additive est interrompue de sorte à ne pas dégrader de manière irrémédiable la qualité de la pièce en cours de réalisation. L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, 15 nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 et 2, dans lesquelles : - la figure 1, relative à l'art antérieur, montre selon une vue de principe en perspective et en coupe les 3 cônes utilisés dans le procédé CLADE) ; - et la figure 2 montre selon une vue de face et la même coupe que la figure 1, un exemple de réalisation du cône extérieur de la buse de projection objet de 20 l'invention. Figure 2, selon un exemple de réalisation le cône (210) extérieur de la buse objet de l'invention est réalisé en deux parties (211, 212). Selon cet exemple de réalisation, la première partie (211) du cône (210) extérieur est constituée d'un acier apte à résister à l'action abrasive de la poudre projetée au cours du procédé de 25 fabrication additive. Cette première partie, sous la forme d'une bague, comprend un alésage (221) conique selon une première conicité, et se termine par une portion (231) de centrage. Selon cet exemple de réalisation ladite portion (231) est une portion mâle cylindrique. Alternativement cette portion de centrage est constituée par un lamage cylindrique ou conique à l'extrémité de ladite première partie (211). La 30 seconde (212) partie du premier cône comprend une portion (232) de centrage, apte à coopérer avec la portion (231) de centrage de la première partie. La deuxième partie comprend un alésage (222) conique, qui selon cet exemple de réalisation, est 3046367 4 de la même conicité que l'alésage (221) conique de la première partie qu'elle prolonge. Les moyens de centrage (231, 232) des deux parties (211, 212) assurent la coaxialité des deux alésages coniques. Selon une variante de réalisation (non représentée), la conicité des deux alésages (221, 222) est significativement 5 différente, de sorte, par exemple, à modifier la forme du jet et son point de focalisation en sortie de la buse. Selon cet exemple de réalisation, la seconde (212) partie du cône extérieur est constituée de cuivre de sorte à limiter sa sensibilité au laser dans le cas où le rayon toucherait directement ou par réflexion les parois de ladite deuxième partie. Selon 10 un exemple de réalisation, l'épaisseur de cette deuxième partie est choisie de sorte qu'en cas de collision de cette partie (212) du cône avec la pièce en cours de réalisation ou avec une partie de la machine, ladite partie (212) se déforme sans abîmer la partie antagoniste. Selon un autre mode de réalisation, non représenté, toute ou partie de la 15 deuxième (212) partie du cône selon l'invention est constituée d'un matériau fragile, par exemple, de la céramique. Ce mode de réalisation permet, le cas échéant, à cette deuxième partie de mieux résister à l'abrasion causée par le passage de la poudre métallique projetée, et d'autre part de se rompre sous un effort déterminé, empêchant ainsi que, par sa déformation excessive, ladite seconde (212) partie 20 n'endommage le cône intermédiaire en cas de collision. Avantageusement, des moyens (non représentés), permettent de détecter une telle rupture de la partie fusible de sorte à arrêter la machine en cas d'une telle collision. Ces moyens sont par exemple constitués par une jauge de déformation fixée sur la partie fusible de la seconde (212) partie du cône ou entre la partie fusible et le reste de ladite seconde 25 partie. Ces moyens sont pré-installés sur ladite seconde partie et comprennent des moyens de connexion électrique à un connecteur sur la broche de la machine de fabrication. Selon cet exemple de réalisation, la seconde (212) partie du cône (210) extérieur est fixée sur la première (211) partie dudit cône par l'intermédiaire d'un 30 écrou (213) en prise sur une partie filetée cylindrique de la première partie (211) dudit cône. Selon cet exemple de réalisation, la partie filetée est d'un diamètre supérieur au diamètre du centreur (231) mâle de cette première partie. Alternativement, la 3046367 5 seconde (212) partie du cône est fixée par une pluralité de vis à l'extrémité de la première partie. Alternativement encore, la seconde partie du cône est visée sur la première partie, par exemple au moyen d'un filetage conique assurant à la fois le centrage et la fixation des deux parties (211, 212) l'une par rapport à l'autre. 5 La description ci-avant et les exemples de réalisation, montrent que l'invention atteint le but visé, en particulier, elle tire avantage de la construction en deux parties démontables du cône extérieur de la buse, non seulement pour réduire les coûts de remplacement et de réparation de la buse en cas de collision, mais apporte des avantages supplémentaires dans la conduite et dans la sécurité du procédé de 10 fabrication additive par projection de poudre. REVENDICATIONS1. Buse pour la fabrication additive par projection /fusion de poudre selon un jet conique creux, comprenant : un cône extérieur (210), un cône intérieur et un cône intermédiaire, la poudre étant projetée dans l'espace annulaire conique compris entre la surface intérieure du cône (210) extérieur et la surface extérieure du cône intermédiaire, caractérisé en ce que le cône extérieur comprend deux parties (211, 212) assemblées selon l'axe dudit cône par des moyens (213) démontables. 2. Buse selon la revendication 1, dans laquelle le cône extérieur comprend une bague (211) comportant un alésage (221) conique intérieur et un centreur (231) coaxial avec ledit alésage conique, la deuxième (212) partie du cône extérieur étant centrée sur ledit centreur (231). 3. Buse selon la revendication 1, dans laquelle la première (211) et la deuxième (212) partie du cône extérieur sont constituées de matériaux différents. 4. Buse selon la revendication 2, dans laquelle l'alésage (222) conique intérieur de la deuxième (212) partie du cône extérieur est d'une conicité différente de celle de l'alésage (221) conique de la première (211) partie. 5. Buse selon la revendication 2, dans laquelle la deuxième (212) partie du cône extérieur comprend une partie fusible apte à se rompre ou à se déformer sous un effort déterminé. 6. Buse selon la revendication 5, comprenant des moyens de détection de rupture de la partie fusible du cône extérieur.