Brevet FR3074443A1 — publié le 20190607

Arriere-plan de ['invention La presente invention se rapporte au domaine general de la fabrication de pieces en materiaux polymeres, notamment thermodurcissables, par fabrication additive et elle concerne plus particulierement, mais non exclusivement, Ia fabrication d'un revetement acoustique de paroi d'une turbomachine telle qu'un turboreacteur d'avion. Le controle des nuisances sonores dues aux avions aux alentours des aeroports est devenu en enjeu de sante public. Des normes et reglements de plus en plus severes sont imposes aux fabricants d'avions et aux gestionnaires d'aeroports. Par consequent, construire un avion silencieux est devenu au fil des annees un argument de vente marquant. Actuellement, le bruit genere par les moteurs d'avions est attenue par des revetements acoustiques a reaction local's& qui permettent de diminuer l'intensite sonore du moteur sur un ou deux octaves sur le principe des resonateurs de Helmholtz. Ces revetements se presentent classiquement sous Ia forme de panneaux composites composes d'une plaque rigide associee a une arne nid d'abeille recouvert d'une peau perforce. Toutefois, dans les moteurs de nouvelle generation (par exemple dans les moteurs a turbosoufflantes), les zones disponibles pour les revetements acoustiques sont amenees a se reduire considerablement comme dans la technologie UHBR (Ultra-High-BypassRatio). II est donc important de proposer des nouveaux procedes et/ou de nouveaux materiaux (notamment des materiaux poreux) permettant d'eliminer ou de reduire de facon significative le niveau de bruit produit genere par les moteurs d'avion surtout dans les phases de decollage et d'atterrissage et sur une gamme frequentielle plus large qu'actuellement incluant les basses frequences tout en conservant les performances du moteur. C'est la raison pour laquelle on cherche aujourd'hui de nouvelles technologies de reduction de bruit pour diminuer cette nuisance et ceci avec un impact minimal sur les autres fonctionnalites du moteur comme la consommation specifique de carburant qui constitue un avantage commercial important. 2 Par ailleurs, it est aujourd'hui courant et avantageux d'avoir recours a des procedes de fabrication additive en lieu et place des procedes traditionnels de fonderie, de forge ou d'usinage dans la masse pour realiser facilement, rapidement et a moindre cout des pieces 5 tridimensionnelles complexes. Le domaine adronautique se prete d'ailleurs particulierement bien a ('utilisation de ces procedes. Parmi ceux-ci, on peut citer notamment le procede de depot energetique direct par flu (Wire Beam Deposition) decrit dans Ia demande US2004/0226620. 10 Objet et résumé de ('invention La presente invention a donc pour but de proposer une methode de mise en forme d'un nouveau materiau, pouvant recluire de maniere significative le bruit genere par les turboreacteurs d'avion sur une 15 large gamme de frequences allant des basses aux hautes frequences. Les revetements acoustiques issus de cette methode sont destines a etre montes sur une paroi d'une turbomachine en contact avec un ecoulement fluidique et plus particulierement un carter de soufflante. A cet effet, it est prevu un procede de fabrication d'un reseau 20 ordonne de micro-canaux acoustiques interconnectes destine a recevoir sur une surface de reception une onde acoustique incidente de direction Ac normale a cette surface, le procede consistant a : deposer un materiau sacrificiel sur une surface de substrat pour former un echafaudage tridimensionnel de filaments, 25 infiltrer au moins une pate dudit echafaudage tridimensionnel par un materiau thermodurcissable, solidifier ledit materiau thermodurcissable pour former un materiau solidifie, et retirer ledit materiau sacrificiel dudit materiau solidifie pour former 30 ledit reseau ordonne de micro-canaux interconnectes, caracterise en ce que, pour conferer des proprietes acoustiques au dit reseau ordonne de micro-canaux interconnectes, lesdits filaments formant par couches superposees ledit echafaudage tridimensionnel sont, pour une couche de filaments donnee, orient& selon une direction faisant dans un 35 plan forme par ladite couche un premier angle 0 predetermine par rapport a Ia direction Ac de ladite onde acoustique incidente. 3 Ainsi, on obtient une microstructure poreuse a porosite reguliere et ordonnee qui assure une absorption importante des ondes acoustiques par dissipation visco-thermique au sein des micro-canaux. De preference, lesdits filaments presentent un diametre ou une 5 largeur de section different selon leur direction d'orientation dans ledit echafaudage tridimensionnel. Selon une configuration particuliere, lesdites couches superposees formant ledit echafaudage tridimensionnel comportent des filaments orientes pour les unes selon ledit premier angle 0 et pour les 10 autres selon un second angle -0, une couche de filaments orientes selon ledit premier angle 0 succedant a une couche de filaments orientes selon ledit premier angle -0. Avantageusement, ledit angle predetermine est compris entre 25° et 40°, typiquement 32°. 15 De preference, le taux de remplissage dudit echafaudage tridimensionnel est d'au moins 70%. Avantageusement, ledit materiau sacrificiel est une encre organique ou une cire naturelle. De preference, ledit materiau thermodurcissable est une resine 20 polymere et avantageusement une resine photo-polyrnerisable. Avantageusement, le diametre ou la largeur de section des filaments est inferieur a 250 microns. L'invention se rapporte egalement au reseau ordonne de microcanaux acoustiques interconnectes obtenu a partir du procede precite et le 25 revetement acoustique de paroi de turbomachine comportant ce reseau. Breve description des dessins D'autres caracteristiques et avantages de la presente invention 30 ressortiront de la description detainee faite ci-dessous, en reference aux figures suivantes depourvues de tout caractere limitatif et sur lesquelles : - la figure 1A illustre en perspective eclatee un premier exemple de montage d'un echafaudage tridimensionnel de filaments conforme a l'invention, 4 - la figure 1B illustre en perspective eclatee un second exemple de montage d'un echafaudage tridimensionnel de filaments conforme a ('invention, - Ia figure 2 est une vue de ('echafaudage tridimensionnel de Ia 5 figure 1 une fois montee, - Ia figure 3 est une vue du reseau ordonne de micro-canaux acoustiques interconnectes obtenus a partir de ('echafaudage tridimensionnel de Ia figure 2, et - Ia figure 4 montre un exemple de revetement acoustique 10 comportant le reseau de Ia figure 3. Description detainee de 'Invention La figure 1A illustre en perspective eclat& une partie d'un echafaudage tridimensionnel 10 de filaments 100, 200, 300, 15 avantageusement cylindriques, d'un materiau sacrificiel permettant, conformement a ('invention, Ia realisation d'un reseau ordonne de microcanaux acoustiques interconnectes de nature a conferer des proprietes acoustiques a une paroi destinee a recevoir sur une surface de reception une onde acoustique incidente de direction Ac normale a cette surface. 20 Cette paroi est preferentiellement, sans que cela ne soit limitatif, une paroi d'une turbomachine telle qu'un turboreacteur d'avion. La fabrication d'un reseau ordonne de micro-canaux interconnectes est effectuee par fabrication additive selon le procede decrit dans Ia demande citee en preambule et a laquelle il convient de se 25 reporter pour de plus amples details. Ce procede permet de deposer a ['aide d'une tete d'impression adapt& des filaments cylindriques d'un materiau sacrificiel de diametres de moins de 1000 pm selon un trace specific par I'utilisateur. Par coulee gravitaire, ('echafaudage tridimensionnel du materiau sacrificiel est ensuite impregne par un 30 materiau thermodurcissable. Une fois le materiau thermodurcissable solidifie, on chauffe le produit obtenu a une temperature superieure a Ia temperature de fonte (typiquement superieur a 60°) du materiau sacrificiel pour le faire fondre et ainsi reveler le reseau ordonne de microcanaux, de Ia taille et de Ia forme des filaments cylindriques du materiau 35 sacrificiel dans le materiau solidifie obtenu. Des interconnections entre les micro-canaux existent de maniere reguliere aux points de contact entre les 5 filaments lors de la superposition des differentes couches du materiau sacrificiel destinees a generer ces micro-canaux. II s'agit donc au final d'un moule realise par fabrication additive. Conformement a ('invention, pour conferer des proprietes 5 acoustiques au reseau ordonne de micro-canaux interconnectes obtenu par ce precede, les filaments 100, 200, 300 qui ferment par couches superposees rechafaudage tridimensionnel 10 sont orientes, lors de leur depot successif sur un substrat 12 et au niveau d'une couche donnee, selon une direction d'orientation faisant dans l'espace (les deux droites 10 n'etant pas coplanaires mais disposees dans deux plans paralleles) un angle 8 predetermine par rapport a la direction Ac de l'onde acoustique incidente venant impacter perpendiculairement la surface de reception. Ainsi, a une premiere couche de filaments 100 presentant une direction inclinee de l'ordre de 30° (typiquement 32°) par rapport a cette direction 15 de l'onde acoustique incidente succede une deuxierne couche 200 presentant une inclinaison de l'ordre de 0° (donc une direction supposee parallele a l'onde acoustique incidente Ac) puis une troisierne couche 300 presentant une direction inclinee de typiquement -32° (de meme valeur que ('inclinaison initiale mais de signe oppose) par rapport a la direction de 20 l'onde acoustique incidente. Le depot des couches superposees suivantes se poursuit jusqu'au depot de la derniere couche selon la meme succession de couches de filaments 100, 200, 300 et donc les memes differentes orientations. L'angle d'inclinaison precite de 32° ne saurait etre limitatif et les 25 inventeurs ont pu relever qu'un angle 0 compris entre 25° et 40° permettait d'obtenir des proprietes acoustiques satisfaisantes. De meme, la figure 1B illustre un echafaudage tridimensionnel different de filaments dans lequel a une couche de filaments 100 orientes dans le plan horizontal forme par cette couche selon un angle de I'ordre 30 de 30° par rapport a la direction Ac de l'onde acoustique incidente succede une couche de filaments 300 orientes selon un angle oppose de I'ordre de -30° par rapport a cette meme direction Ac de l'onde acoustique incidente. On pourra noter que si les filaments lorsqu'ils sont cylindriques 35 presentent avantageusement le meme diametre, un diametre different selon la direction d'orientation dans l'echafaudage tridimensionnel peut 6 toutefois etre envisage. II en est de merne lorsque ces filaments ont une section non circulaire, par exemple elliptique. La figure 2 montre l'echafaudage tridimensionnel 10 obtenu une fois les couches superposees de filaments deposees successivement 5 depuis le substrat 12 et qui sera impregne du materiau thermodurcissable 14. Le diametre ou la largeur de section des filaments est choisi de preference inferieur a 250 microns et le taux de remplissage de rechafaudage tridimensionnel est choisi de telle sorte qu'il soit d'au moins 70%. 10 La structure finale illustree a la figure 3 apres retrait du materiau sacrificiel (un exemple reel de revetement acoustique 20 de paroi de turbomachine obtenu par le procede de !Invention est illustre a la figure 4) possede donc des micro-canaux de section constante interconnectes (cette interconnexion resultant comme dit precedemment 15 des points de contact entre les filaments sacrificiels) qui forment un reseau poreux 18 au sein duquel l'onde acoustique va pouvoir se propager et s'attenuer en interagissant avec le squelette rigide 16 forme par le materiau thermodurcissable. La microstructure est directement contrOlee par !'impression du materiau sacrificiel par fabrication additive. Le 20 squelette rigide permet quant a lui de donner les proprietes de resistance mecanique grandement superieures a celles rencontrees par exemple avec les mousses stochastiques actuelles commercialisees comme revetement acoustique. Par ailleurs, le squelette rigide etant constitue d'un materiau thermodurcissable, ii possede donc une grande stabilite chimique, ce qui 25 est un atout dans le cas d'implantation dans des zones soumises a differents agents chimiques agressifs comme c'est le cas dans un turboreacteur d'avion. Enfin, la nature poreuse du materiau entraine une reduction de masse du revetement acoustique et donc une reduction de couts, notamment par une baisse de consommation de l'energie et une 30 augmentation de la charge utile. Le materiau sacrificiel est avantageusement une encre organique ou une cire naturelle qui dolt pouvoir etre mise en forme par impression avec des diametres ou largeurs de section de filament faibles (typiquement inferieurs a 250 microns), rapidement et dont le retrait dolt 35 etre simple et sous une temperature n'alterant pas le materiau thermodurcissable. Un materiau comportant une pate bleue de Prusse 7 comme la LoctiteTM ou un materiau bi-composant forme d'une cire microcristalline (type SP18) et d'un derive de *role a faible poids moleculaire comme la vaseline est preferee. Le materiau thermodurcissable dolt avoir un comportement 5 absorbant et notamment une bonne capacite d'infiltration (basse viscosite) pour impregner parfaitement, typiquement par gravite, l'echafaudage en respectant sa geometrie et une tenue mecanique suffisante pour supporter ('elimination du materiau sacrificiel sans alteration. II devra en outre etre faiblement exothermique pour que la chaleur degagee lors de 10 sa solidification ne fasse pas fondre le materiau sacrificiel. Un materiau a base de resine polyrnere comme ('epoxy, ou encore une resine photopolymerisable, cette derniere permettant d'obtenir des echantillons de plus grandes dimensions, REVENDICATIONS1. Procede de fabrication d'un reseau ordonne de micro-canaux acoustiques interconnectes destine a recevoir sur une surface de reception une onde acoustique incidente de direction Ac normale a cette surface, le procede consistant a deposer un materiau sacrificiel sur une surface de substrat (12) pour former un echafaudage tridimensionnel de filaments (100, 200, 300), infiltrer au moins une partie dudit echafaudage tridimensionnel (10) 10 par un materiau thermodurcissable (14), solidifier ledit materiau thermodurcissable pour former un materiau solidifie (16), et retirer ledit materiau sacrificiel dudit materiau solidifie pour former un reseau ordonne de micro-canaux interconnectes (18), 15 caracterise en ce que, pour conferer des proprietes acoustiques au dit reseau ordonne de micro-canaux interconnectes, lesdits filaments formant par couches superposees ledit echafaudage tridimensionnel sont, pour une couche de filaments donnee, orientes selon une direction faisant dans un plan forme par ladite couche un premier angle 0 predetermine par rapport 20 a la direction Ac de ladite onde acoustique incidente. 2. Procede de fabrication selon la revendication 1, caracterise en ce que lesdits filaments presentent un diametre ou une largeur de section different selon leur direction d'orientation dans ledit echafaudage 25 tridimensionnel. 3. Procede de fabrication selon Ia revendication 1, caracterise en ce que lesdites couches superposees formant ledit echafaudage tridimensionnel comportent des filaments orientes pour les unes selon ledit premier angle 30 0 et pour les autres selon un second angle -0, une couche de filaments orientes selon ledit premier angle 0 succedant a une couche de filaments orientes selon ledit premier angle -0. 4. Procede de fabrication selon la revendication 1 ou Ia revendication 2, 35 caracterise en ce que ledit angle 8 predetermine est compris entre 25° et 40°, typiquement 32°. 9 5. Procede de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce que le taux de remplissage dudit echafaudage tridimensionnel est d'au moins 70%. 5 6. Procede de fabrication selon rune quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que ledit materiau sacrificiel est une encre organique ou une cire naturelle. 7. Procede de fabrication selon rune quelconque des revendications 1 a 6, 10 caracterise en ce que ledit materiau thermodurcissable est une resine polymere. 8. Procede de fabrication selon Ia revendication 7, caracterise en ce que ladite resine polymere est une resine photo-polymerisable. 15 9. Procede de fabrication selon I'une quelconque des revendications 1 a 8, caracterise en ce que le diametre ou Ia largeur de section des filaments est inferieur a 250 microns. 20 10. Reseau ordonne de micro-canaux acoustiques interconnect& obtenu a partir du procede de fabrication selon rune quelconque des revendications 1 a 9. 11. Revetement acoustique de paroi de turbomachine connportant un 25 reseau ordonne de micro-canaux acoustiques interconnectes selon Ia revendication 10.