Brevet FR3053900A1 — publié le 20180119

DISPOSITIF DE COMPACTAGE DE POUDRE METALLIQUE D'UNE MACHINE DE FABRICATION ADDITIVE PAR LIT DE POUDRE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] Le domaine de l'invention est celui de la fabrication des pièces métalliques et plus particulièrement celui de la fabrication de ces pièces par la technique de fabrication additive par lit de poudre au moyen d'un faisceau de haute énergie. [0002] L'invention se rapport plus particulièrement aux dispositifs pour la fabrication de pièces par fabrication additive par lit de poudre, notamment par fusion, ou frittage, de particules de poudre au moyen d'un faisceau de haute énergie. [0003] L'invention est particulièrement adaptée pour la fabrication de pièces métalliques à destination notamment du domaine aéronautique. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0004] Un exemple classique de fabrication additive par lit de poudre, utilisé notamment dans le domaine aéronautique, est la fabrication par fusion, ou par frittage, de particules de poudre au moyen d'un faisceau de haute énergie. Parmi ces faisceaux de haute énergie, on peut mentionner notamment le faisceau laser et le faisceau d'électrons. [0005] Le frittage est un procédé qui permet notamment de réaliser des pièces de forme complexe en peu de temps et en petite quantité. [0006] La figure 1 illustre un exemple d'un dispositif 10 de fabrication de pièces par frittage par lit de poudre métallique au moyen d'un laser. Le procédé de frittage consiste à déposer, par exemple à l'aide d'un racloir 20, une première couche 10a de poudre métallique composé de plusieurs particules 11 sur un plateau de fabrication 21. Cette poudre métallique est déposée par transvasement au moyen du racloir 20 depuis un bac de distribution 22, formant la réserve de poudre métallique de la machine. 3053900 2 [0007] L'excédent de poudre est récupéré dans un bac de recyclage 23 situé de façon adjacente au bac de fabrication 24 dans lequel se déplace verticalement le plateau de fabrication 21. [0008] On utilise généralement un générateur 30 de faisceau laser 31, comme 5 faisceau de haute énergie, et un système de pilotage 32 apte à diriger ce faisceau 31 sur n'importe quelle région du plateau de fabrication 21 de façon à balayer n'importe quelle région de la couche de poudre préalablement déposée. La mise en forme du faisceau laser 31 et la variation de son diamètre sur le plan focal se font respectivement au moyen d'un dilatateur de faisceau 33 (Beam Expander en langue 10 anglaise) et d'un système de focalisation 34, l'ensemble formant le système optique de la machine de fabrication additive 10. [0009] Ensuite une région de cette première couche 10a est portée, par balayage du faisceau laser 31, à une température supérieure à la température de fusion de la poudre métallique. Ainsi, les particules 11 de poudre de la première 15 couche 10a soumises au balayage du faisceau laser 31 fondent et forment un premier élément 12a consolidé, solidaire du plateau de fabrication 21. A ce stade, il est également possible de balayer avec le faisceau laser 31 différentes régions indépendantes de cette première couche 10a pour former, après fusion et solidification de la matière, plusieurs éléments 12a disjoints les uns des autres. 20 [0010] Après ce premier balayage, le plateau de fabrication 21 est abaissée d'une hauteur correspondante à l'épaisseur de la première couche de poudre 10a (en général de l'ordre de 30 à 50 um), et le plateau d'alimentation 25 du bac d'alimentation 22 est rehaussé d'une hauteur correspondante à l'épaisseur d'une deuxième couche de poudre à déposer. La deuxième couche de poudre 10b est 25 ensuite déposée sur la première couche 10a ainsi que sur le premier élément solidifié 12a, puis une région de cette deuxième couche 10b, qui est située partiellement ou complétement au-dessus du premier élément consolidé 12a de la première couche 10a, est chauffée par exposition du faisceau laser 31. Les particules 11 de poudre de cette région de la deuxième couche 10b fondent avec 30 au moins une partie du premier élément consolidé 12a et forment un deuxième élément consolidé 12b, l'ensemble de ces deux éléments 12a, 12b formant un bloc d'un seul tenant. Les opérations de dépôt de couches et de balayage du faisceau 3053900 3 laser 31 sont réalisées successivement de manière à réaliser une pièce complète par succession de couches. [0011] Une telle technique de fabrication additive, notamment décrite dans les documents FR3004370 et FR2970887 assure donc un excellent contrôle de la 5 géométrie de la pièce à fabriquer et permet notamment de réaliser des pièces d'une grande finesse. [0012] Les pièces fabriquées par un procédé de fabrication additive comme décrit précédemment ont besoin d'une application de couches uniformes par le racloir 20 pour être de bonne qualité. Pour obtenir des couches de poudre 10 uniformes, il est nécessaire de compacter la poudre métallique stockée dans le bac de distribution 22, qui contient environ 110 kg de poudre. [0013] Classiquement cette opération préalable de compactage de la poudre métallique dans le bac de distribution 22 est réalisée manuellement par un opérateur à l'aide d'une lourde plaque d'acier (environ une vingtaine de kilos) et 15 d'un maillet anti-rebond. Cette opération est réalisée lorsque la machine est ouverte. Or la poudre métallique est volatile et inflammable (catégorie A), voire explosive (catégorie B) ce qui impose certaines précautions lors de cette opération et expose l'opérateur. [0014] En outre, le plateau de distribution 25 est mobile et monté sur des 20 mécanismes de calage et de déplacement, du type vis à billes, permettant de garantir un déplacement linéaire et vertical avec une précision au centième de millimètre. Le plateau de distribution 25 ainsi que les mécanismes de calage et de déplacement supportent la masse de la poudre ainsi que la masse de la plaque d'acier, l'ensemble étant en plus frappé par le maillet anti-rebond ce qui génère une 25 détérioration de la noix sur la vis à billes et dégrade ainsi la précision du déplacement vertical du plateau de distribution 25 en modifiant l'épaisseur de la couche de poudre déposée lors de la fabrication. EXPOSE DE L'INVENTION [0015] Dans ce contexte, l'invention vise à remédier à tout ou partie des 30 inconvénients de l'état de la technique identifiés ci-dessus, et notamment à fournir un dispositif de compactage d'une machine de fabrication additive par lit de poudre 3053900 4 permettant notamment de limiter l'exposition de l'opérateur à la poudre métallique et d'éviter les détériorations prématurées des moyens de calage et de déplacement du plateau de distribution en poudre métallique de ces machines de fabrication additive par lit de poudre. 5 [0016] A cette fin, l'invention concerne un dispositif de compactage de poudre métallique d'une machine de fabrication additive par lit de poudre caractérisé en ce que ledit dispositif de compactage est un plateau vibrant pneumatique comportant un vibrateur pneumatique et une alimentation en air comprimé. [0017] Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées 10 dans le paragraphe précédent, le dispositif de traversée étanche selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon les combinaisons techniquement possibles : - ledit vibrateur pneumatique est un vibrateur pneumatique à billes ; 15 - le dispositif comporte deux vibrateurs pneumatiques ; - le dispositif comporte un régulateur de débit d'air monté sur un des deux vibrateurs pneumatiques ; - le dispositif comporte au moins un moyen de préhension pour la manipulation dudit dispositif ; 20 - le dispositif comporte un moyen d'amortissement en périphérie dudit plateau ; - ledit moyen d'amortissement en périphérie est formé par un joint torique ; - le dispositif comporte un filtre à air pour filtrer l'air comprimé ; - ledit filtre à air présente des pores présentant un diamètre compris entre 1 pm et 0,01 pm. 25 [0018] L'invention a également pour objet une machine de fabrication additive par lit de poudre caractérisée en ce qu'elle comporte : - un circuit d'air comprimé ; - un dispositif de compactage de poudre métallique selon l'invention comportant un moyen de connexion apte à se brancher sur ledit circuit 30 d'air comprimé. 3053900 5 [0019] En outre, le circuit d'air comprimé comporte un filtre à air comportant des pores présentant un diamètre compris entre 1 pm et 0,01 pm. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la 5 lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - la figure 1 déjà décrite précédemment illustre une machine de fabrication additive par lit de poudre selon l'état de la technique ; - la figure 2 illustre schématiquement un dispositif de compactage de poudre métallique d'une machine de fabrication additive par lit de poudre 10 selon l'invention, selon une vue en perspective ; - la figure 3 illustre une machine de fabrication additive par lit de poudre comportant un dispositif de compactage de poudre métallique selon l'invention. [0021] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés 15 par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0022] La figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif pour le compactage de la poudre métallique située dans les bacs de distribution des machines de fabrication additive par lit de poudre. La figure 3 illustre une machine de fabrication 20 additive par lit de poudre telle que décrite dans le préambule de l'invention comportant un dispositif de compactage de poudre métallique selon l'invention. [0023] Le dispositif de compactage 100 selon l'invention est constitué d'un plateau vibrant pneumatique 101. Les dimensions du plateau vibrant 101 sont adaptées aux dimensions du plateau de distribution 25 de la machine de fabrication 25 additive. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 2, le plateau 101 présente une forme rectangulaire et est formé par une plaque d'aluminium, par exemple de 10 mm d'épaisseur. [0024] Le plateau 101 présente une face supérieure 102 et une face inférieure 103 destinée à venir au contact de la poudre métallique à compacter. Le plateau 3053900 6 101 comporte également une pluralité de faces latérales 104 présentant une rainure périphérique (non visible) permettant d'y insérer un moyen d'amortissement 105, tel que par exemple un joint torique. Le joint torique 105 périphérique permet d'éviter les chocs métalliques du plateau 101 contre les parois du bac de distribution 26 lors 5 des différentes manipulations du dispositif de compactage 100 et notamment lors de l'opération de compactage. [0025] Le dispositif de compactage 100 comporte également au moins un vibrateur pneumatique 210. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 2, le dispositif de compactage 100 comporte deux vibrateurs pneumatiques 210. Les 10 vibrateurs pneumatiques 210 sont avantageusement des vibrateurs pneumatiques à billes permettant de répondre aux exigences de la réglementation ATEX (Atmosphères Explosives). [0026] Les vibrateurs pneumatiques 210 sont alimentés en air comprimé via un circuit d'air comprimé (non représenté). Pour cela le dispositif de compactage 100 15 comporte une tuyauterie d'arrivée d'air comprimé 220 présentant à son extrémité un moyen de raccord 221 permettant de raccorder rapidement le dispositif de compactage 100 à un circuit d'air comprimé de la machine de fabrication. Le circuit d'air comprimé comporte avantageusement un filtre à air présentant des pores dont les diamètres sont compris entre 1 pm et 0,01 pm. Selon une alternative de 20 réalisation, le filtre à air peut directement être monté sur le dispositif de compactage 100, notamment entre la tuyauterie d'arrivé d'air comprimé 220 et les vibrateurs pneumatiques 210. [0027] Le dispositif de compactage 100 selon l'invention comporte également un régulateur de débit d'air monté sur un des deux vibrateurs pneumatiques 210 25 permettant de faire varier l'intensité de vibration du plateau 101. [0028] Le plateau 101 est également relié à la masse au moyen d'une tresse métallique relié au plateau 101. [0029] Le dispositif de compactage 100 comporte au moins un moyen de préhension 230 (deux moyens de préhension sont représentés à la figure 2) 30 permettant de faciliter la manipulation du dispositif 100. 3053900 7 [0030] Lors de la réalisation de l'opération de compactage, le dispositif de compactage 100 est connecté à la sortie d'air comprimé de la machine 10 via la tuyauterie d'arrivée d'air comprimé 220 et le connecteur 221, et le dispositif est relié à la masse. Puis le dispositif de compactage 100 est positionné au niveau du bac 5 de distribution de manière à compacter la poudre métallique dans le bac. Un cadre formant un clapet anti-retour peut être également positionné autour du plateau vibrant 101 de manière à garantir une étanchéité du bac de distribution lors de l'opération de compactage et d'éviter l'exposition de l'opérateur à la poudre métallique. 10 [0031] Ainsi, l'utilisation du dispositif de compactage selon l'invention apporte de nombreux avantages. En effet, le dispositif selon l'invention permet de réaliser l'opération de compactage en limitant l'exposition de l'opérateur à la poudre métallique, car cette opération peut s'effectuer automatiquement lorsque la machine est fermée. 15 [0032] Le dispositif selon l'invention permet également d'éviter la détérioration prématurés des mécanismes de calage et de déplacements verticaux du plateau de distribution de la poudre en s'affranchissant des coups de maillet, ce qui permet ainsi de garantir une durée de vie plus longue de l'équipement de la machine de fabrication additive avec une précision optimum 20 [0033] Le dispositif selon l'invention permet également d'améliorer la qualité et la répétabilité des pièces produites en garantissant une épaisseur de couche constante dans le temps. [0034] Enfin, le dispositif selon l'invention permet de répondre aux exigences de la réglementation ATEX relative aux travaux sous atmosphères explosives. 25 [0035] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre caractérisé en ce que ledit dispositif de compactage (100) est un plateau vibrant pneumatique (101) comportant un vibrateur pneumatique (210) et une alimentation en air comprimé (220). 2. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit vibrateur pneumatique est un vibrateur pneumatique à billes. 3. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en qu'il comporte deux vibrateurs pneumatiques (210). 4. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur de débit d'air monté sur un des deux vibrateurs pneumatiques (210). 5. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen de préhension (230) pour la manipulation dudit dispositif (100). 6. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'amortissement (104) ménagé en périphérie dudit plateau (101). 30 7. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon la revendication précédente caractérisé 3053900 9 en ce que ledit moyen d'amortissement (104) en périphérie est formé par un joint torique. 8. Dispositif de compactage de poudre métallique (100) d'une machine de 5 fabrication additive par lit de poudre selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un filtre à air pour filtrer l'air comprimé. 9. Dispositif de compactage de poudre métallique d'une machine de fabrication additive par lit de poudre selon la revendication précédente caractérisé en ce que 10 ledit filtre à air présente des pores présentant un diamètre compris entre 1 pm et 0,01 pm. 10. Machine de fabrication additive par lit de poudre caractérisée en ce qu'elle comporte : 15 - un circuit d'air comprimé ; - un dispositif de compactage de poudre métallique (100) selon l'une des revendications précédentes comportant un moyen de connexion (221) apte à se brancher sur ledit circuit d'air comprimé. 20