Brevet FR3054799A1 — publié le 20180209

Procédé de réparation par rechargement d'une pluralité de pièces de turbomachine DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de réparation par rechargement d'une pluralité de pièces de turbomachine. ETAT DE L'ART Il est connu de réparer par rechargement des pièces de turbomachine. Les pièces, en général usées, sont réparées en ajoutant de la matière sur la zone usée ou à recharger. Différentes techniques de rechargement existe. On a déjà proposé d'utiliser le rechargement par fabrication additive. La technique utilisée est en général celle consistant à déposer de la matière par la technologie LMD (acronyme de l'anglais Laser Metallic Deposition). Cependant, cette opération est en général unitaire, ce qui signifie que les pièces à recharger ne peuvent l'être que les unes après les autres, ce qui est long et coûteux. Il existe donc un besoin d'une technologie de réparation par rechargement de pièces, qui autorise la mise en série de réparation à grande échelle. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un procédé de réparation par rechargement d'une pluralité de pièces de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) caler chacune desdites pièces à réparer dans un organe de maintien, qui comporte une surface d'extrémité contenue dans un plan P passant sensiblement par une surface d'extrémité à recharger de la pièce, 3054799 2 b) engager l'organe de maintien de chaque pièce dans un évidement d'un bloc, ledit bloc comportant une surface de support contenue dans le plan P, et c) réaliser le rechargement de chaque pièce, au niveau de sa surface 5 d'extrémité, au moyen d'une machine de fabrication additive, couche par couche, par fusion sélective sur lit de poudre déposé sur ladite surface de support du bloc. Le procédé selon l'invention utilise ainsi la technologie SLM (acronyme de Selective Laser Melting) de fabrication additive, consistant à 10 fusionner de la poudre au moyen d'un faisceau de haute énergie tel qu'un faisceau laser. En pratique, un lit de poudre est déposé sur un plateau support et est balayé par le faisceau laser pour fabriquer une pièce couche par couche, une troisième couche de poudre fusionnée étant disposée au-dessus d'une deuxième couche qui est elle-même disposée au-dessus 15 d'une première couche. Dans le cas présent, le plateau support est formé par le bloc et la fusion de la poudre peut être localisée uniquement sur les surfaces d'extrémité des pièces de façon à les recharger dans ces zones, ce qui limite la consommation de matière et donc le coût global de rechargement. 20 Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le bloc comprend plusieurs évidements adjacents configurés pour recevoir chacun un organe de maintien d'une pièce, 25 - le ou chaque évidement a une forme générale parallélépipédique, - le bloc est réalisé en acier ou aluminium, - chaque organe est formé par l'assemblage de deux demi-coquilles définissant entre elles une empreinte de forme complémentaire à la pièce. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe est fixé rigidement au bloc pendant l'étape c), 3054 799 3 - le procédé comprend une étape supplémentaire de rectification par usinage de la portion rechargée, par montage dudit bloc sur une machine de rectification, et - les pièces sont des aubes de turbomachine, qui sont chacune rechargées 5 au niveau d'une extrémité libre de pale. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux 10 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique d'une machine de fabrication additive sur lit de poudre, et - les figures 2a à 2d illustrent des étapes du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE 15 Il existe deux types de fabrication additive d'une pièce : soit la pièce est réalisée par dépôts successifs de matière fondue, soit la pièce est réalisée par fusion sélective sur lit de poudre comme illustré à la figure 1. La machine 6 de la figure 1 permet de fabriquer ou recharger une pièce 8 par exemple aéronautique par fusion sélective de couches de 20 poudre par faisceau de haute énergie. La machine 6 comprend un bac d'alimentation 10 contenant de la poudre d'un matériau électroconducteur, un rouleau 12 pour transvaser cette poudre depuis ce bac 10 et étaler une première couche 14 de cette poudre sur un plateau 16 de support de construction (il peut s'agir d'un 25 support massif, d'une partie d'une autre pièce ou d'une grille support utilisée pour faciliter la construction de certaines pièces). La machine 6 comprend également un bac de recyclage 18 pour récupérer une infime partie de la poudre usagée (en particulier non fondue ou non frittée) et la majeure partie de la poudre en excès, après étalement 30 de la couche de poudre sur le plateau support 16. Ainsi, la majeure partie de la poudre du bac de recyclage 18 est composée de poudre neuve. 3054799 4 Aussi, ce bac de recyclage 18 est communément appelé par la profession bac de trop plein ou cendrier. La machine 6 comprend également un générateur 20 de faisceau laser 22, et un système de pilotage 24 apte à diriger ce faisceau 22 sur 5 n'importe quelle région du plateau support 16 de façon à balayer n'importe quelle région d'une couche de poudre. La mise en forme du faisceau laser et la variation de son diamètre sur le plan focal se font respectivement au moyen d'un dilatateur de faisceau 26 et d'un système de focalisation 28, l'ensemble constituant un système optique. 10 Ce dispositif pour appliquer le procédé assimilable à un procédé de dépôt direct de métal ou DMD (acronyme de l'anglais Direct Metal Deposition) sur une poudre peut utiliser n'importe quel faisceau de haute énergie en place du faisceau laser 22, tant que ce faisceau est suffisamment énergétique pour dans le premier cas fondre ou dans l'autre 15 cas former des cols ou ponts entre les particules de poudre et une partie du matériau sur lequel les particules reposent. Le rouleau 12 peut être remplacé par un autre système de dépose approprié, tel qu'un dévidoir (ou trémie) associé à une lame de raclage, à un couteau ou à une brosse, apte à transvaser et étaler la poudre en 20 couche. Le système de pilotage 24 comprend par exemple au moins un miroir 30 orientable sur lequel le faisceau laser 22 se réfléchit avant d'atteindre une couche de poudre dont chaque point de la surface se trouve située toujours à la même hauteur par rapport à la lentille de focalisation, 25 contenue dans le système de focalisation 28, la position angulaire de ce miroir 30 étant pilotée par une tête galvanométrique pour que le faisceau laser balaye au moins une région de la première couche de poudre, et suive ainsi un profil de pièce pré-établi. La machine 6 fonctionne de la façon suivante. On dépose à l'aide du 30 rouleau 12 une première couche 14 de poudre d'un matériau sur le plateau support 16, cette poudre étant transvasée depuis un bac d'alimentation 10 3054799 5 lors d'un mouvement aller du rouleau 12 puis elle est raclée, et éventuellement légèrement compactée, lors d'un (ou de plusieurs) mouvement(s) de retour du rouleau 12. L'excédent de poudre est récupéré dans le bac de recyclage 18. On porte une région de cette première couche 5 14 de poudre, par balayage avec le faisceau laser 22, à une température supérieure à la température de fusion de cette poudre (température de liquidus). La tête galvanométrique est commandée selon les informations contenues dans la base de données de l'outil informatique utilisé pour la conception et la fabrication assistées par ordinateur de la pièce à fabriquer. 10 Ainsi, les particules de poudre 32 de cette région de la première couche 14 sont fondues et forment un premier cordon 34 d'un seul tenant, solidaire avec le plateau support 16. A ce stade, on peut également balayer avec le faisceau laser plusieurs régions indépendantes de cette première couche pour former, après fusion et solidification de la matière, plusieurs premiers 15 cordons 34 disjoints les uns des autres. On abaisse le plateau support 16 d'une hauteur correspondant à l'épaisseur déjà définie de la première couche (entre 20 et 100 pm et en général de 30 à 50 pm). L'épaisseur de la couche de poudre à fusionner ou à consolider reste une valeur variable d'une couche à l'autre car elle est fort dépendante de la porosité du lit de 20 poudre et de sa planéité alors que le déplacement pré-programmé du plateau support 16 est une valeur invariable au jeu près. On dépose ensuite une deuxième couche 36 de poudre sur la première couche 14 et sur ce premier cordon 34, puis on chauffe par exposition au faisceau laser 22 une région de la deuxième couche 36 qui est située partiellement ou 25 complètement au-dessus de ce premier cordon 34, de telle sorte que les particules de poudre de cette région de la deuxième couche 36 sont fondues, avec au moins une partie du premier cordon 34, et forment un deuxième cordon 38 d'un seul tenant ou consolidé, l'ensemble de ces deux cordons 34 et 38 formant ainsi un bloc. A cet effet, le deuxième cordon 38 30 est avantageusement déjà entièrement lié dès qu'une partie de ce deuxième cordon 38 se lie au premier cordon34. On comprend que selon le 3054799 6 profil de la pièce à construire, et notamment dans le cas de surface en contre-dépouille, il se peut que la région précitée de la première couche 14 ne se trouve pas, même partiellement, en dessous de la région précitée de la deuxième couche 36, de sorte que dans ce cas le premier codon 34 et le 5 deuxième cordon 38 ne forment alors pas un bloc d'un seul tenant. On poursuit ensuite ce processus de construction de la pièce couche par couche en ajoutant des couches supplémentaires de poudre sur l'ensemble déjà formé. Le balayage avec le faisceau 22 permet de construire chaque couche en lui donnant une forme en accord avec la géométrie de la pièce à 10 réaliser. Les couches inférieures de la pièce se refroidissent plus ou moins vite au fur et à mesure que les couches supérieures de la pièce se construisent. Afin de diminuer la contamination de la pièce, par exemple en oxygène dissous, en oxyde(s) ou en un autre polluant lors de sa fabrication 15 couche par couche telle que décrite ci-dessus, cette fabrication doit être effectuée dans une enceinte à degré d'hygrométrie contrôlée et adaptée au couple procédé/matériau, remplie d'un gaz neutre (non réactif) vis-à-vis du matériau considéré tel que l'azote (N2), l'argon (Ar) ou l'hélium (He) avec ou non addition d'une faible quantité d'hydrogène (H2) connu pour son 20 pouvoir réducteur. Un mélange d'au moins deux de ces gaz peut être aussi considéré. Pour empêcher la contamination, notamment par l'oxygène du milieu environnant, il est d'usage de mettre cette enceinte en surpression. Ainsi selon l'état de l'art actuel, la fusion sélective ou le frittage sélectif par laser permet de construire avec une bonne précision 25 dimensionnelle des pièces faiblement polluées dont la géométrie en trois dimensions peut être complexe. La fusion sélective ou le frittage sélectif par laser utilise en outre de préférence des poudres de morphologie sphérique, propres (c'est-à-dire non contaminées par des éléments résiduels provenant de la synthèse), 30 très fines (la dimension de chaque particule est comprise entre 1 et 100 lm 3054799 7 et de préférence entre 45 et 90 lm), ce qui permet d'obtenir un excellent état de surface de la pièce finie. La fusion sélective ou le frittage sélectif par laser permet par ailleurs une diminution des délais de fabrication, des coûts et des frais fixes, par 5 rapport à une pièce moulée, injectée ou usinée dans la masse. Les figures 2a à 2d illustrent un mode de réalisation du procédé selon l'invention. Une première étape représentée aux figures 2a et 2b consiste à caler chaque pièce 40 à recharger dans un organe de maintien 42. Dans 10 l'exemple représenté, la pièce à recharger est une aube 40 de turbomachine et par exemple d'un compresseur de turbomachine. L'aube 40 comprend une pale 43 reliée à son extrémité longitudinale inférieure à un pied 44, l'extrémité radialement externe 46 étant libre et représentant une zone d'usure et donc de rechargement de l'aube. En effet, l'extrémité 15 supérieure de l'aube peut en fonctionnement coopérer par frottement avec un revêtement abradable d'un carter de la turbomachine, ce qui peut entraîner une usure de l'aube. L'organe de maintien 42 comprend ici deux demi-coquilles 42a définissant entre elles une empreinte 48 de forme complémentaire de 20 l'aube 40. Dans l'exemple représenté, l'aube 40 est entièrement enserrée entre les deux demi-coquilles 42a. L'organe 42 comprend à son extrémité supérieure une surface d'extrémité 50 plane, qui s'étend dans un plan P passant sensiblement par la surface 46a de l'extrémité libre de l'aube (figure 2b). 25 L'organe 42 comprend en outre des moyens de fixation ou de bridage à un bloc de matière 52 représenté à la figure 2c, en vue de leur solidarisation. Le bloc 52 comprend plusieurs évidements 54 destinés à recevoir respectivement plusieurs organes 42 de maintien de plusieurs aubes 40. 30 Dans l'exemple représenté, le bloc 52 comprend douze évidements et peut donc servir à recharger simultanément douze aubes 40, qui sont toutes 3054799 8 disposées de la même façon. Le bloc est par exemple réalisé en acier ou aluminium. Comme on le voit à la figure 2c, chaque organe 42 est, en position assemblé, configuré pour être inséré par translation dans un évidement 54 5 du bloc. Chaque organe peut être configuré pour être entièrement logé dans l'évidement correspondant. Autrement dit, l'évidement a une forme complémentaire de celle de l'organe qui, comme évoqué dans ce qui précède, comprend des moyens de fixation au bloc. Dans l'exemple représenté, ces moyens comprennent une patte 56 portée par chaque 10 demi-coquille et percée d'un orifice de passage d'une vis ou analogue. Après insertion des organes 42 dans les évidements 54 et fixation des organes 42 au bloc 52, on obtient l'ensemble tel que représenté à la figure 2d dans lequel à la fois les surfaces d'extrémité 46a, 50 des aubes 40 et des organes 42 ainsi que la surface supérieure 52a du bloc 52, sont 15 coplanaires et donc contenues dans le même plan P. Ce plan sert de surface de référence pour le rechargement des surfaces 46a par fabrication additive par fusion sélective sur lit de poudre. Une machine de fabrication additive, telle que celle décrite en référence à la figure 1, est ainsi appliquée pour recharger les aubes 40 au niveau de 20 leurs surfaces 46a. Ceci permet donc de recharger une grande quantité de pièces simultanément, à savoir douze dans l'exemple représenté. Le rechargement bénéficie ici des avantages de la fabrication additive à savoir qu'il peut être réalisé de manière précise par ajout de structures fines et/ou complexes par exemple en nid d'abeille. 25 Le bloc 52 ayant servi au rechargement des aubes peut ensuite servir à la reprise par usinage des portions rechargées. Le bloc est alors monté sur une machine de reprise et peut être calé vis-à-vis de cette machine de façon à ce que le bloc serve de référentiel dans l'espace au positionnement des aubes à usiner. 30 De la même façon, le bloc 52 peut, avant l'opération de rechargement, servir au surfaçage ou à la rectification des surfaces 3054799 9 d'extrémité 46a des aubes 40, de façon à garantir que toutes ces surfaces soient par exemple planes et coplanaires. Ce surfaçage peut être réalisé manuellement ou au moyen d'une machine appropriée. 5 REVENDICATIONS1. Procédé de réparation par rechargement d'une pluralité de pièces (40) de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) caler chacune desdites pièces à réparer dans un organe de maintien (42), qui comporte une surface d'extrémité (50) contenue dans un plan P passant sensiblement par une surface d'extrémité (46a) à recharger de la pièce, b) engager l'organe de maintien de chaque pièce dans un évidement (54) d'un bloc (52), ledit bloc comportant une surface de support contenue dans le plan P, et c) réaliser le rechargement de chaque pièce, au niveau de sa surface d'extrémité, au moyen d'une machine de fabrication additive, couche par couche, par fusion sélective sur lit de poudre déposé sur ladite surface de support du bloc. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le bloc (52) comprend plusieurs évidements (54) adjacents configurés pour recevoir chacun un organe (42) de maintien d'une pièce (40). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ou chaque évidement (54) a une forme générale parallélépipédique. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bloc (52) est réalisé en acier ou aluminium. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque organe (42) est formé par l'assemblage de deux demi-coquilles (42a) définissant entre elles une empreinte (48) de forme complémentaire à la pièce (40). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe (42) est fixé rigidement au bloc (52) pendant l'étape c). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend une étape supplémentaire de rectification par usinage de la 3054799 11 portion rechargée, par montage dudit bloc (52) sur une machine de rectification. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend une étape préliminaire de surfaçage de la surface d'extrémité 5 (42a) de la pièce (40). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les pièces sont des aubes (40) de turbomachine, qui sont chacune rechargées au niveau d'une extrémité libre (46) de pale (43).