Brevet FR3045755A1 — publié le 20170623

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CORPS D'ETRIER DE FREIN A DISQUE COMPRENANT UNE OPERATION DE FABRICATION PAR IMPRESSION ET NOTAMMENT UNE FABRICATION ADDITIVE LASER DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à un étrier de frein à disque de véhicule automobile, un tel étrier portant un actionneur ainsi que des plaquettes ou garnitures pour les presser contre le disque sur activation du frein. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un tel étrier comprend un corps en matériau moulé incluant une base portant un actionneur et une première plaquette de freinage, cette base étant prolongée par une voute se terminant par plusieurs doigts qui portent une seconde plaquette opposée à la première. Lorsque l'actionneur est activé, il presse la première plaquette contre le disque. Un tel étrier est typiquement monté flottant c'est-à-dire mobile en translation perpendiculairement au disque, pour que les deux plaquettes opposées soient pressées de manière équilibrée contre les faces opposées du disque. Pour que le freinage soit efficace, il importe que le corps d'étrier présente une rigidité mécanique élevée, afin qu'il se déforme le moins possible sous l'effet des efforts presseurs exercés par l'actionneur. C'est la raison pour laquelle le corps d'un tel étrier est typiquement une pièce issue de moulage pour présenter une rigidité mécanique élevée, et dans laquelle sont réalisés différents usinages pour recevoir l'actionneur. Le logement de l'actionneur qui est dans la base du corps d'étrier nécessite d'aléser la pièce brute, ce qui implique de passer un outillage entre les doigts pour accéder à une face de la base située en vis-à-vis des doigts. 3045755 2 D'une manière générale, un tel corps d'étrier a une forme complexe, et doit présenter une rigidité mécanique très élevée. EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un corps 5 d'étrier de frein à disque, ce corps d'étrier comprenant une base comportant un cylindre de réception d'un piston ainsi qu'une voute prolongeant ladite base et une terminaison prolongeant cette voute en vis-à-vis du cylindre, caractérisé en ce que ce procédé comporte une étape de fabrication additive. Avec cette solution, le corps d'étrier obtenu présente à la fois une forme 10 géométrique complexe et une rigidité mécanique élevée pour un coût de fabrication amoindri. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel l'étape de fabrication additive est une étape de fabrication additive laser avec dépôt de poudre métallique. 15 L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, comprenant l'intégration d'un insert pour rigidifier une partie du corps d'étrier. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, comprenant l'intégration de poudres métalliques différentes dans l'étape de fabrication par dépôt de poudre métallique, pour constituer chaque insert rigidifiant une partie du corps d'étrier. 20 L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel chaque insert est intégré à la voûte du corps d'étrier afin de la rigidifier. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel la voûte comporte deux bras et dans lequel un insert est intégré dans chaque bras. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel 25 la base du corps d'étrier a une forme de révolution délimitée par une paroi obtenue par fabrication par dépôt de poudre métallique pour lui conférer une structure ajourée. L'invention a également pour objet un procédé ainsi défini, dans lequel la structure ajourée de la paroi délimitant la base est une structure de type nid d'abeille. 3045755 3 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en perspective avec arrachement montrant la structure mécanique des bras d'un corps d'étrier fabriqué selon l'invention ; La figure 2 est une représentation très schématique d'un appareillage 5 utilisé pour mettre en oeuvre un processus de fabrication par apport de poudre métallique avec fusion laser ; La figure 3 est une vue en perspective et en coupe montrant la structure interne de la base d'un corps d'étrier fabriqué selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 10 L'idée à la base de l'invention est d'utiliser un procédé de fabrication additive, c'est-à-dire un procédé dans lequel le corps d'étrier est construit par dépôt de matière comme par exemple des poudres métalliques fusionnées par laser, et non pas par moulage. Cette solution facilite l'obtention d'un corps d'étrier métallique ayant une forme géométrique complexe et devant en outre présenter une rigidité mécanique 15 élevée, tout en limitant la quantité de matière utilisée. Dans l'exemple de la figure 1, le corps d'étrier obtenu par fabrication additive laser présente une forme géométrique générale se rapprochant des formes de corps d'étriers de l'Etat de la technique. Ce corps d'étrier 1 comporte une base 2 prolongée par une voute 3 20 formée de deux bras parallèles 4 et 6, cette voute 3 étant elle-même prolongée par une terminaison 7 orientée perpendiculairement aux bras 4 et 6 pour être située en vis-à-vis de la base 2. Ce corps 1 comporte encore une traverse 8 appelées oreilles d'étrier partant de la base 2 et s'étendant perpendiculairement aux bras 4 et 6 en ayant à chacune de ses extrémités un trou cylindrique parallèle à la base 2 et destiné à s'engager sur une 25 colonnette portant ce corps d'étrier 1 pour qu'il soit monté flottant sur une chape. Chaque bras 4, 6 présente une section transversale carrée pleine pour présenter une rigidité mécanique élevée. La base a quant à elle une forme creuse délimitée par une paroi de révolution généralement tubulaire formant un cylindre. Cette base 2 est destinée à recevoir dans son cylindre un piston ou poussoir avec un mécanisme 3045755 4 d'actionnement transformant un mouvement de rotation d'un actionneur électromécanique non représenté ou une pression hydraulique en un mouvement de translation du piston. Un tel mécanisme d'actionnement comporte typiquement une liaison hélicoïdale, c'est-à-dire une liaison de type vis-écrou, et il est entraîné en rotation 5 par un actionneur non représenté qui est porté par le corps d'étrier, de façon à déplacer le piston lorsque ce mécanisme est entraîné en rotation par l'actionneur. L'obtention de ce corps d'étrier par fabrication additive laser est assurée par exemple avec un procédé de type désigné par la marque déposée CLAD (Construction Laser Additive Directe) consiste à utiliser un appareillage 12 représenté de façon très 10 schématique sur la figure 2. Cet appareillage comporte un dispositif 13 générant un faisceau laser 14 pour faire fondre sur un substrat une ou des poudres métalliques 16 apportées par une buse 17, de manière à constituer successivement des couches de dépôt 18 d'un matériau métallique. Avec ce procédé, les poudres fondues par le laser constituent un dépôt 15 homogène et dense sur la surface ou couche qui les porte, qui est elle aussi fusionnée au cours du processus. Comme Il n'y a pas de contact notamment entre la buse et le substrat, le procédé est exempt d'usure. Les dépôts ou empilements successifs sont protégés tout au long du processus par un gaz neutre pour parer aux problèmes d'oxydation. 20 Dans l'exemple de la figure 1, un insert 19 est intégré dans le bras 4 et un autre insert 21 est intégré dans le bras 6 de la voûte 3 pour les rigidifier. Chaque insert 19, 21 est un élément métallique solide autour duquel le reste du corps d'étrier est formé par fabrication additive laser. Chaque insert 19, 21 est alors fabriqué dans un acier ou alliage présentant une rigidité, c'est-à-dire un module d'Young, significativement 25 supérieure à celle du matériau utilisé pour former par fabrication additive laser le reste du corps d'étrier. Ces inserts 19, 21 permettent ainsi de conférer au corps d'étrier une rigidité importante tout en limitant la quantité de matière nécessaire à la fabrication de ce corps d'étrier. Autrement dit, les inserts 19, 21 permettent de donner à l'étrier une 3045755 5 rigidité importante uniquement dans les parties où cette rigidité élevée est nécessaire, à savoir principalement la voûte de ce corps d'étrier. Les inserts 19 et 21 peuvent être des éléments rapportés comme indiqué ci-dessus, c'est-à-dire des éléments préexistants et autour desquels le reste du 5 corps d'étrier est construit par fabrication additive laser. Mais ces inserts 19, 21 peuvent aussi être formés directement avec le procédé de fabrication additive laser utilisé, en faisant varier la nature des poudres métalliques selon la zone de l'étrier en cours de fabrication. Ainsi, les poudres utilisées dans la région centrale des bras sont celles 10 d'un acier ou alliage présentant un module d'Young supérieur aux poudres utilisées dans les autres parties qui sont celles d'un acier ayant une rigidité inférieure. De la même manière, cette solution permet de former un corps d'étrier qui présente une rigidité élevée uniquement dans les parties où cette rigidité élevée est nécessaire. Ceci est avantageusement obtenu en utilisant continuellement deux 15 poudres d'apport distinctes dont les proportions varient en fonction de la région du corps d'étrier où elles sont déposées. Par ailleurs, et comme visible sur la figure 3 la fabrication de la base du corps d'étrier est avantageusement être optimisée selon l'invention, en allégeant la paroi formant cette base du fait que cette base est destinée à recevoir dans son cylindre un 20 piston avec son mécanisme d'actionnement. En effet, la résistance mécanique requise pour une base d'étrier destinée à recevoir un tel piston mécanique est moindre que la résistance requise pour une base de corps d'étrier destinée à recevoir un piston mu par un fluide hydraulique. Dans le cas d'un système hydraulique, la base constitue une chambre de compression du piston devant supporter une pression pouvant être très 25 élevée. Ainsi, dans l'exemple de la figure 3, la paroi de révolution délimitant la base 2 a une épaisseur relativement importante, mais elle présente une structure ajourée, de type nid d'abeille grâce à laquelle la quantité de matière requise pour sa fabrication est significativement diminuée. La tenue mécanique de cette base 2 est quant à elle sensiblement réduite par rapport à une base de corps d'étrier de type connu. 3045755 6 Plusieurs structures ajourées peuvent être envisagés compte tenu de la liberté importante qui est offerte par la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication additive laser. Ainsi, selon l'invention, on réalise typiquement par conception assistée 5 par ordinateur, un modèle tridimensionnel optimisé vis-à-vis des fonctions du corps d'étrier sans être limité aux volumes nécessaires en cas de fabrication par moulage. A partir de ce modèle tridimensionnel optimisé, on génère un fichier d'impression tridimensionnelle à partir duquel l'étrier selon l'invention est imprimé. Le procédé selon l'invention permet de changer l'étrier sans changer 10 d'outil, il est alors possible de fabriquer un modèle d'étrier après que sa production a été interrompue (fin de la série de fabrication) durant une période importante de manière à produire par exemple une petite série de pièces de rechange. L'invention s'applique tout particulièrement à un corps d'étrier de frein électromécanique du fait qu'il n'est pas nécessaire d'usiner ou d'aléser la portion 15 intérieure de la base, car celle-ci reçoit un ensemble mécanique autonome comprenant un piston avec son mécanisme d'entraînement. Dans le cas d'un corps d'étrier de frein hydraulique, il est au contraire nécessaire d'aléser une face interne cylindrique dans la base pour y former guidant de manière étanche le piston porté par cette base. Ainsi, l'invention permet, spécifiquement dans le cas d'un corps d'étrier 20 de frein électromécanique de se dispenser de l'opération d'alésage ou d'usinage de la surface intérieure de la base. Dans l'exemple ci-dessus, l'invention a été décrite sur la base de la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication par construction additive de type CLAD, mais l'invention est avantageusement mise en oeuvre avec tout type de procédé de fabrication 25 par construction additive comme notamment l'impression 3D ou le frittage. Le corps d'étrier est fabriqué avec tout type de matériau adapté, comme par exemple des poudres métalliques ou des matériaux composites et/ou céramiques adaptés pour constituer la forme tridimensionnelle de corps d'étrier. 30 3045755 7 Nomenclature : 1 : corps d'étrier 2 : base 3 : voûte 4 : bras 6 : bras 7 : terminaison 8 : traverse 12 : appareillage 13 : dispositif 14 : faisceau laser 16 : poudres métalliques 17 : buse 18 : couches de dépôt 19 : insert 21 : insert REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un corps d'étrier (1) de frein à disque, ce corps d'étrier (1) comprenant une base (2) comportant un cylindre de réception d'un piston ainsi qu'une voute (3) prolongeant ladite base (2) et une terminaison (7) prolongeant cette voute (3) en vis-à-vis du cylindre, caractérisé en ce que ce procédé comporte une étape de fabrication additive. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de fabrication additive est une étape de fabrication additive laser avec dépôt de poudre métallique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant l'intégration d'un insert (19, 21) pour rigidifier une partie du corps d'étrier (1). 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant l'intégration de poudres métalliques différentes dans l'étape de fabrication par dépôt de poudre métallique, pour constituer chaque insert (19, 21) rigidifiant une partie du corps d'étrier (1). 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque insert (19, 21) est intégré à la voûte (3) du corps d'étrier (1) afin de la rigidifier. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la voûte (3) comporte deux bras (4, 6) et dans lequel un insert (19, 21) est intégré dans chaque bras (4, 6). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la base (2) du corps d'étrier (1) a une forme de révolution délimitée par une paroi obtenue par fabrication par dépôt de poudre métallique pour lui conférer une structure ajourée. 3045755 9 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la structure ajourée de la paroi délimitant la base (2) est une structure de type nid d'abeille.