Brevet FR3058354A1 — publié le 20180511

DISPOSITIF PORTE-OUTIL POUR APPAREIL DE FABRICATION ADDITIVE SELECTIVE DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive sélective. Plus particulièrement, elle concerne les outils utilisés dans les enceintes de fabrication additive pour intervenir sur un lit de poudre, par exemple lors de la mise en couche de la poudre de fabrication additive. La fabrication additive sélective consiste à réaliser des objets tridimensionnels par consolidation de zones sélectionnées sur des strates successives de matériau pulvérulent (poudre métallique, poudre de céramique, etc...). Les zones consolidées correspondent à des sections successives de l'objet tridimensionnel. La consolidation se fait par exemple couche par couche, par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec une source de consolidation (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.). Classiquement, un appareil de fabrication additive comporte dans une enceinte de fabrication : - un support sur lequel sont déposées successivement les différentes couches de poudre de fabrication additive, - une ou plusieurs sources de faisceaux d'énergie commandées pour balayer sélectivement le lit de poudre, - un réservoir d'alimentation de poudre, - un outil, tel qu'une raclette ou un rouleau, qui se déplace en translation sur le lit de poudre pour étaler la poudre. Les configurations proposées à ce jour pour de tels outils ne sont pas pleinement satisfaisantes. En particulier, lorsqu'un outil est considéré comme défectueux, il est 30 nécessaire d'arrêter l'appareil de fabrication additive pour intervenir sur l'outil ou le changer. Les temps d'immobilisation qui en résultent représentent un coût important. 3058354 2 Par ailleurs, les configurations actuelles ne permettent de prévoir à l'intérieur de l'enceinte qu'un nombre limité d'outils, ne serait-ce que pour des questions d'encombrement. 5 PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Un but général de l'invention est de pallier les inconvénients des configurations proposées jusqu'à présent. Notamment, un but de l'invention est de proposer une solution qui permette de réduire les temps d'arrêt. Un autre but plus spécifique de l'invention est de proposer une solution qui ne nécessite pas d'immobiliser l'ensemble de l'appareil de fabrication additive dès lors que l'on considère qu'un outil à l'intérieur de l'enceinte doit être changé ou entretenu et ne peut plus être utilisé. Un autre but encore de l'invention est de proposer une solution qui 15 permette d'utiliser plusieurs outils à l'intérieur de l'enceinte, tout en étant d'un encombrement réduit. Ainsi, selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif porte-outil pour appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte : 20 - un arbre porte-outil qui est monté tournant autour d'un axe et qui est adapté pour porter plusieurs lames de travail, - une motorisation adaptée pour faire tourner l'arbre porte-outil afin de positionner angulairement une lame sélectionnée dans sa position de travail par rapport au lit de poudre. 25 Ce dispositif est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon leurs différentes combinaisons possibles : - pour le montage d'une lame de travail, l'arbre porte-outils comporte au moins une rangée de pinces réparties le long d'une même longueur dudit arbre et adaptées pour le serrage et le verrouillage de ladite lame de travail dans l'arbre porte-outils. 3058354 3 - une pince comporte une pièce basculante qui comprend une partie mâchoire et une partie levier, ainsi qu'un ressort exerçant sur la partie levier un effort tendant à basculer la partie mâchoire sur une lame lors du positionnement de celle-ci 5 dans la pince afin de serrer ladite lame contre une paroi formant butée de l'arbre porte-outils. - une pince comporte en outre une pièce à portée conique adaptée pour coopérer avec une vis de serrage afin de serrer la partie mâchoire et verrouiller la lame dans la pince une fois 10 ladite lame mise en place et ajustée en position. - Le dispositif comporte au moins deux rangées de pinces diamétralement opposées destinées à recevoir des lames de travail d'un même type. - l'arbre porte-outil est configuré pour recevoir des lames de 15 travail destinées à travailler dans des sens de déplacement différents de l'arbre porte-outils par rapport au lit de poudre. - Le dispositif comporte un réducteur en sortie du moteur et un ensemble poulies-courroie qui est entrainé par le réducteur et qui entraine en rotation l'arbre porte-outil, le moteur et ledit 20 réducteur étant superposés à l'arbre porte-outil, l'ensemble poulies-courroie s'étendant latéralement par rapport à l'arbre porte-outils et au réducteur. L'invention propose également un ensemble comportant un dispositif du type précité et plusieurs lames de travail montées sur l'arbre porte-25 outil dudit dispositif, ces lames pouvant être des lames de travail de différents types. Notamment, l'invention propose un ensemble de ce type, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif porte-outil monté mobile en translation sur un chariot de mise en couche d'un appareil de fabrication additive. 30 Enfin, l'invention propose en outre un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte un tel ensemble dans une enceinte de fabrication. 3058354 4 PRÉSENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : 5 - La figure 1 est une représentation par schéma-bloc d'un dispositif conforme à une réalisation possible de l'invention ; - Les figures 2a et 2b illustrent un bloc raclette d'un dispositif du type de celui de la figure 1 ; - La figure 3 illustre également un tel bloc raclette et l'intervention i.o sur celui-ci afin d'y mettre en place de nouvelles lames ; - La figure 4 illustre l'arbre porte-outils du bloc des figures 2a, 2b et 3; - La figure 5 représente schématiquement en vue en coupe l'arbre porte-outils de la figure 4, la coupe étant réalisée au niveau de 15 pinces de blocage d'outils dudit arbre ; - La figure 6 est une représentation d'un détail de la vue en coupe de la figure 5 ; - La figure 7 et la figure 8 représentent en vue en perspective le positionnement du dispositif des figures 2a et suivantes sur un 20 chariot de mise en couches. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE ET DE RÉALISATION Le dispositif illustré sur la figure 1 comporte, dans une enceinte E 25 d'un appareil de fabrication additive, un arbre porte-outils 1 sur lequel sont montées plusieurs lames de travail 2, ainsi qu'un moteur 4 et un réducteur 5 qui permettent d'entrainer ledit arbre en rotation à travers un système de poulies-courroie 6 (rotation autour de l'axe de l'arbre 1 ou d'un axe décentré). 30 L'arbre 1 et ses lames 2, le moteur 4, le réducteur 5 et le système poulie-courroie 6 constituent ensemble un bloc B destiné à être monté sur un support 3a qui est mobile dans le fond de l'enceinte. Le bloc B et le support mobile 3a forment ensemble un chariot de mise en couche 3. 3058354 5 En fonctionnement, lors d'une fabrication additive, ce chariot 3 est déplacé au-dessus de la surface de travail de l'enceinte E de l'appareil de fabrication additive. Il est principalement destiné à permettre d'étaler la poudre de fabrication additive sur le support (plateau) sur lequel les 5 différentes couches de fabrication additive sont successivement constituées. Le déplacement est par exemple un déplacement en translation. Lors d'un tel déplacement, l'arbre 1 porte-outil est maintenu par la motorisation 4 dans une position angulaire où une lame 2 donnée est dans 10 sa position de travail par rapport au lit de poudre. Plus particulièrement, ainsi qu'illustré sur les figures 2a et 2b, le moteur 4 et le réducteur 5 sont superposés à l'arbre 1 dans le bloc B. À cet effet, l'axe du moteur 4 et les axes d'entrée et sortie du réducteur 5 sont parallèles à l'axe de l'arbre 1. 15 L'ensemble poulie-courroie 6 s'étend quant à lui dans un boîtier latéral 10, à une extrémité de l'arbre porte-outils 1 et du réducteur 5. Ainsi que l'illustrent les figures 3 à 5, l'arbre porte-outils 1 comporte plusieurs rangées 7 de pinces 7a qui assurent le maintien des lames 2 sur le corps dudit arbre. 20 Dans l'exemple illustré sur les figures, il est prévu quatre rangées 7, chacune comportant cinq pinces 7a identiques. Les quatre rangées 7 de pinces sont réparties en étant deux à deux de part et d'autre d'un plan diamétral P de l'arbre 1 (figure 5). Les pinces 7a sont quant à elles deux à deux symétriques par 25 rapport à l'axe A de l'arbre 1, deux pinces 7a axialement symétriques recevant des lames 2 identiques. Ces pinces 7a sont en outre configurées sur l'arbre 1 pour que les lames 2 qu'elles reçoivent s'étendent radialement dans l'arbre 1 une fois en place. 30 Chaque lame 2 est prévue pour travailler dans un sens donné sur le lit de poudre. Les pinces 7a sont à cet effet configurées pour appuyer la face d'une lame 2 qui est opposée à celle qui est destinée à travailler sur 3058354 6 une paroi BT de butée de l'arbre 1 (figure 5), tandis que la face de travail de la lame 2 est dégagée sur une majeure partie de sa hauteur. Également, deux lames 2 successives sur l'arbre 1 sont destinées à travailler dans des sens différents, les pinces 7a étant configurées pour 5 que les lames 2 s'étendent avec un angle de l'ordre de 15 à 25°, et de préférence 20°, par rapport au plan diamétral P de l'arbre 1. L'espace angulaire entre deux lames 2 successives d'un même côté du plan diamétral P est dégagé pour permettre le travail desdites lames, tandis que l'espace entre deux lames 2 successives de part et d'autre dudit plan 10 P est occupé par la matière qui définit leurs parois de butée BT. Plus précisément (figure 6), une pince 7a se présente sous la forme d'une pièce qui est montée basculante autour d'un axe Al parallèle à l'axe de l'arbre porte-outils 1. Cette pièce comporte une partie 8 formant mâchoire (partie la plus éloignée de l'axe A) et une partie levier 9 sollicitée 15 par un ressort R (ressort hélicoïdal comprimé). En l'absence d'autre effort, l'effort exercé par le ressort R est destiné à basculer ladite pièce formant pince afin de refermer la mâchoire 8 sur la lame 2 et ainsi serrer celle-ci contre la paroi butée BT en regard. Typiquement, le ressort 9 d'une pince 7a produit un effort de 20 serrage de 5 kg (soit 25 kg d'effort de maintien par lame 2). Cet effort est destiné à n'être que provisoire. Il permet le coulissement des lames 2 lors de leur mise en place dans les pinces 7a. On notera que les lames 2 sont placées dans les pinces 7a avec un 25 débord, sans être calées au fond de celles-ci de façon à permettre leur ajustement en position dans un deuxième temps ainsi que cela est décrit plus loin de façon détaillée. Le verrouillage des lames 2 en position se fait par exemple au moyen de tournevis dynamométriques. 30 Sur sa face opposée à sa face destinée à se refermer sur une lame 2, la partie 8 formant mâchoire est en prise avec une portée conique 11 dont le serrage sur ladite partie 8 formant mâchoire permet de bloquer les lames 2 dans l'arbre porte-outil 1. 3058354 7 Le serrage de ladite portée conique 11 est réalisé par une vis 12 dont la tête vient elle-même en appui dans un logement ménagé dans ladite portée 11. Le serrage de ladite vis 12 est par exemple réalisé au moyen d'un 5 tournevis dynamométrique (tournevis T sur la figure 3). Le verrouillage que réalise une portée conique 11 peut aller jusqu'à 100 kg par pince 7a. L'arbre 1 et le bloc B sont respectivement représentés sur la figure 7 et sur la figure 8 en position par rapport au plan de travail 17 de l'enceinte de fabrication. Celui-ci comporte deux flasques latéraux 13 qui guident le chariot 3 dans son déplacement par rapport au fond 17 qui constitue ledit plan de travail. Une fenêtre F est ménagée dans ledit fond 17 au droit du support de 15 poudre de l'appareil de fabrication additive (en l'occurrence un plateau 14 qui descend progressivement, couche après couche). Une motorisation 15 associée à des ensembles poulies/courroie 16 entraîne le bloc B et donc le chariot 3 en déplacement au-dessus de ladite fenêtre F, ce qui permet d'étaler une nouvelle couche de poudre avec une 20 lame 2 ou d'effectuer une opération de rabotage avec une lame 2 adaptée. Le dispositif porte-outil 1 qui vient d'être décrit a l'avantage, lorsqu'une lame 2 de travail est défaillante ou que l'on souhaite changer de type de lame de travail, de permettre, par simple rotation de l'arbre porte-outil 1 sur lui-même, d'utiliser une nouvelle lame de travail parmi 25 celles portées par l'arbre porte-outil 1. Par exemple, étant donné la configuration symétrique par rapport à l'axe A des pinces 7a du dispositif porte-outil 1, il peut être prévu que deux pinces diamétralement opposées portent un même type de lame. Lorsque l'une de ces lames doit être changée, ou n'est plus utilisable, il 30 suffit de commander une rotation de 180° de l'arbre porte-outil 1 pour que la lame défaillante soit remplacée par la lame similaire déjà en place sur l'arbre porte-outil 1. 3058354 8 Également, ce dispositif permet un gain de temps de fonctionnement en permettant d'utiliser des lames de travail intervenant sur le lit de poudre lors des deux sens de passage du bloc B par rapport à la fenêtre F et au lit de poudre. 5 Également, plusieurs types de lames peuvent être utilisés pour les lames 2. Notamment, on peut prévoir sur le porte-outil des lames destinées à fonctionner en tant que raclette pour étaler la poudre et en même temps des lames destinées à servir de rabot pour des interventions après fusion 10 de la matière. La motorisation 4 est commandée par un contrôleur (non représenté). Lors du déplacement de l'arbre porte-outil 1 devant le lit de poudre, ladite motorisation 4 est commandée pour maintenir l'arbre porte-outil 1 dans sa position angulaire qui permet à la lame 2 sélectionnée 15 d'être dans sa position de travail par rapport au lit de poudre. Un résolveur ou codeur angulaire (également non représenté) peut être prévu au niveau de l'arbre 1 afin de permettre de contrôler cette position angulaire avec une grande précision. Notamment, il peut être prévu que les lames soient légèrement 20 inclinées par rapport au plan du lit de poudre lors d'un passage sur celui-ci. En outre, des lames adaptées à différents types de granulométrie de poudre peuvent être envisagées sur un même porte-outil 1 (notamment pour la fonction raclette). 25 Par ailleurs, lors de la mise en couche (étalement de poudre) le contrôleur de la motorisation 4 est en mesure de détecter une forte augmentation de couple due à un « gratton » (agglomérat de poudre) et de débloquer le porte-outil 1 (par exemple par un petit mouvement décalant le plateau 14) pour éviter endommager la lame ou la pièce en 30 cours de fabrication. 3058354 9 On notera par ailleurs que le changement du bloc B sur le chariot 3 ou une intervention sur le bloc B pour y changer des lames 2 est particulièrement aisé. Un processus d'intervention pour le changement d'une lame 2 est 5 par exemple du type décrit ci-dessous. Le bloc B est déplacé pour être mis en position de côté vers la porte latérale de l'enceinte E. Les étapes suivantes sont ensuite déroulées : 1- Ouverture de la porte latérale de l'enceinte E, 10 2- Mise en position du porte-outil 1 en mode sécurisé, 3- Desserrage des cinq pinces 7a de serrage d'outil, 4- Engagement de deux outils de montage/démontage sur la lame 2 à changer et retrait de ladite lame usagée, 5- Nettoyage des pinces 7a et de la paroi de butée BT à l'aide d'un 15 chiffon propre, 6- Retournement de la lame 2 et vérification de l'état de la génératrice non utilisée. Si les deux génératrices ont été utilisées, changement de la lame 2. 7- Engagement des deux outils de montage/démontage sur la 20 nouvelle lame 2, 8- Engagement de la lame 2 dans les pinces 7a du porte-outil et mise en butée des outils de montage/démontage sur le porte-outil 1, 9- Mise en position du porte-outil en mode sécurisé, 10- Reprise des étapes 3 à 8 pour une nouvelle lame 2, 25 11- une fois l'ensemble des lames 2 changées et mises en place dans les pinces, lancement du cycle de réglage automatique des lames : - Plateau 14 porte pièce en position de référence 0, - Déplacement du chariot 3 de mise en couche au centre du plateau 14, 30 - Rotation de l'arbre porte-outil 1 jusqu'à position de travail de la lame 2. Sens de rotation anti-horaire, - Déplacement vertical du plateau 14 jusqu'à position de réglage souhaité pour la lame, 3058354 10 - Descente du plateau 14 en position de référence 0, - Rotation de l'arbre porte-outil 1 jusqu'à position de travail d'une autre lame 2. Sens de rotation horaire, - Déplacement du plateau 14 jusqu'à position de réglage souhaité de 5 la lame 2, - Descente du plateau 14 en position de référence 0, - Mise en position d'accès du bloc B en mode sécurisé et en position côté porte latérale (Opération simultanée). 12- Serrage au couple de verrouillage des cinq pinces 7a de la 10 lame 2. 13- Mise en position d'accès du bloc B en mode sécurisé. 14- Reprise des étapes 12 et 13 pour le serrage au couple de verrouillage des cinq pinces 7a d'une autre lame 2. 15 REVENDICATIONS1. Dispositif porte-outil pour appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte : - un arbre porte-outil (1) qui est monté tournant autour d'un axe et qui est adapté pour porter plusieurs lames (2) de travail, - une motorisation (4) adaptée pour faire tourner l'arbre porte- outil (1) afin de positionner angulairement une lame (2) sélectionnée dans sa position de travail par rapport au lit de poudre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le montage d'une lame (2) de travail, l'arbre porte-outils comporte au moins une rangée de pinces (7a) réparties le long d'une même longueur dudit arbre et adaptées pour le serrage et le verrouillage de ladite lame (2) de travail dans l'arbre porte-outils. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une pince comporte une pièce basculante qui comprend une partie mâchoire et une partie levier, ainsi qu'un ressort exerçant sur la partie levier un effort tendant à basculer la partie mâchoire sur une lame (2) lors du positionnement de celle-ci dans la pince afin de serrer ladite lame (2) contre une paroi formant butée de l'arbre porte-outils. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une pince comporte en outre une pièce à portée conique adaptée pour coopérer avec une vis de serrage afin de serrer la partie mâchoire et verrouiller la lame (2) dans la pince une fois ladite lame (2) mise en place et ajustée en position. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux rangées de pinces (7a) diamétralement opposées destinées à recevoir des lames de travail d'un même type. 3058354 12 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre porte-outil est configuré pour recevoir des lames de travail destinées à travailler dans des sens de déplacement différents de l'arbre porte-outils par rapport au lit de poudre. 5 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un réducteur en sortie du moteur et un ensemble poulies-courroie qui est entrainé par le réducteur et qui entraine en rotation l'arbre porte-outil, le moteur et ledit réducteur étant superposés à l'arbre porte-outil, l'ensemble poulies-courroie s'étendant latéralement par rapport à l'arbre porte-outils et au réducteur. 8. Ensemble comportant un dispositif selon l'une des revendications précédentes et plusieurs lames de travail montées sur l'arbre porte-outil dudit dispositif. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte 15 des lames de travail de différents types. 10.Ensemble selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif porte-outil selon l'une des revendications 1 à 7 monté mobile en translation à l'intérieur de l'enceinte de fabrication d'un appareil de fabrication additive. 20