Brevet FR3071756A1 — publié le 20190405

ENCEINTE AMOVIBLE POUR LA FABRICATION ADDITIVE D'UN ÉLÉMENT DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication additive dans le secteur des turbomachines, et concerne plus particulièrement une enceinte amovible pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine, ainsi qu'un procédé de fabrication additive mettant en oeuvre une telle enceinte. L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La fabrication additive (FA) est une expression qui en englobe d'autres, comme par exemple l'impression 3D, le prototypage rapide, la fabrication rapide, la fabrication numérique directe ou encore la fabrication par couche. La fabrication additive s'oppose à la fabrication soustractive où l'on enlève de la matière pour atteindre la forme désirée. Au contraire, dans la fabrication additive, les pièces en 3D sont construites par addition de couches successives de matière sous contrôle d'un ordinateur. Le recours à la fabrication additive, en particulier dans des applications de pointe comme celles de l'aéronautique, permet de produire efficacement des composants mais aussi d'en créer de nouveaux, innovants. Parmi les techniques existantes de fabrication additive appliquées au domaine de l'aéronautique, il existe celle utilisant un procédé de dépôt de couches au moyen d'une buse d'injection de poudre métallique. Ce principe est schématiquement illustré sur la figure 1. Sur cette figure 1, la flèche F représente le sens de déplacement de la buse d'injection 2, et donc le sens de la fabrication additive. De la poudre métallique 1, ou un mélange de poudres métalliques, est injectée dans la buse d'injection 2 pour former un jet homogène. Au contact du faisceau 2 laser 3, la poudre 1 est fondue. Elle est alors déposée couche par couche dans une zone de dépôt Z, sous la forme de matériau déposé 5, sur un matériau de base 4 avec lequel elle fusionne au niveau d'un point de fusion P. La poudre métallique 2 se soude indissociablement à la surface et la couche métallique obtenue après refroidissement 5 peut être usinée mécaniquement. Par ailleurs, le matériau déposé 5 est protégé localement de l'oxydation par un gaz neutre 6 (inerte) traversant la buse d'injection 2. Ce procédé, bien qu'ayant un taux de dépôt plus faible, présente l'avantage de pouvoir réaliser des dépôts plus fins et plus proches des cotes finies et peut ainsi être utilisé dans des domaines d'application de type réparation par rechargement et de type 10 construction, ou encore ajout de fonction, pour des éléments de turbomachine. Néanmoins, une des difficultés rencontrées actuellement dans la fabrication additive appliquée à l'aéronautique, en particulier pour la fabrication, le rechargement et/ou l'ajout de fonctions sur des pièces de turbomachine, est liée à la dimension des enceintes des machines utilisées et à la mise en place d'une atmosphère protectrice 15 efficace lors de la fabrication additive. Cela limite les dimensions des pièces et les méthodes pour recharger ou ajouter des fonctions, ainsi que la qualité des pièces obtenues, présentant par exemple des problèmes en termes d'oxydation, de pollution, entre autres. En particulier, pour la mise en oeuvre des technologies de type dépôt 20 métallique par laser (ou LMD pour « Laser Metal Deposition » en anglais) ou encore de type fusion sélective par faisceau d'électrons (ou EBMD pour « Electron Beam Melting Deposition »), il est nécessaire de disposer d'une enceinte de grande dimension englobant l'ensemble de la pièce sur laquelle la fabrication additive doit être réalisée, respectivement sans vide ou avec vide, ce qui entraîne des difficultés d'encombrement, 25 de qualité ou de coût de la protection gazeuse, et de coûts d'investissement et de fonctionnement. Par ailleurs, une fois le travail effectué sur les pièces, il est en général nécessaire d'effectuer un traitement thermique sur la zone de travail afin de lui donner les propriétés finales du matériau. Pour cela, on peut faire un traitement thermique sur 3 l'ensemble de la pièce ou localement, ce qui nécessite alors de remettre la pièce dans un four dédié et donc des opérations supplémentaires. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins 5 mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Elle vise notamment à concevoir un nouveau type d'enceinte pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine, qui soit adaptable et déplaçable en fonction de l'élément de turbomachine à réaliser. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une enceinte 10 amovible pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine sur une structure de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte : - un joint d'étanchéité, destiné à être placé au contact de la structure de turbomachine et apte à épouser au moins partiellement la forme de la structure de turbomachine, le joint d'étanchéité définissant le contour fermé d'une zone de travail 15 dans laquelle l'élément de turbomachine est destiné à être fabriqué, - un corps d'enceinte, comprenant une première ouverture délimitée par un premier contour d'enceinte relié au joint d'étanchéité, et une deuxième ouverture, opposée à la première ouverture, délimitée par un deuxième contour d'enceinte et destinée à loger au moins partiellement un dispositif d'injection pour fabrication additive, 20 - un élément d'étanchéité souple s'étendant dans la deuxième ouverture du corps d'enceinte depuis le deuxième contour d'enceinte et destiné à être fixé autour d'au moins une partie du dispositif d'injection. De façon avantageuse, l'enceinte selon l'invention constitue un équipement dédié amovible venant s'appliquer sur une structure où doit être réalisée la fabrication 25 additive, étant ainsi adaptable à la géométrie de la structure, permettant notamment de réaliser tout type d'élément de turbomachine par fabrication additive. De plus, cette même enceinte peut être utilisée pour effectuer le traitement thermique final sur l'élément fabriqué. 4 En comparaison avec les solutions de l'art antérieur, l'invention permet en particulier d'étendre le champ des cas d'application des procédés de dépose métallique en fabrication additive. L'invention permet d'adapter les procédés aux pièces qui sont à ce jour identifiées comme étant les cas d'application les plus intéressants. L'enceinte 5 selon l'invention présente en effet avantageusement une dimension adaptée et permet un gain en productivité du fait d'un temps diminué pour obtenir une atmosphère protectrice suffisante, ainsi qu'un gain en qualité. De plus, par rapport aux solutions de l'art antérieur, l'enceinte selon l'invention permet de réduire le temps de cycle de fabrication et de traitement des 10 éléments de turbomachine (montage/démontage, mise en place de l'atmosphère protectrice, etc.), tout en faisant un traitement thermique seulement dans la zone recherchée. Parmi les applications envisagées par l'invention, dans le contexte technique de la fabrication additive dans le domaine de l'aéronautique, il existe par exemple l'ajout 15 de bossages ou de léchettes sur des pièces de grandes dimensions, telles que des supports de palier, des viroles ou des carters, par exemple de soufflante, de compresseur ou de turbine, haute ou basse pression. On peut également citer la réparation de certaines pièces, telles que des disques aubagés monoblocs (DAM), des aubes ou encore des chambres de combustion. 20 Une autre application consiste en la fabrication de pièces dont les dimensions sont trop importantes pour être réalisées en fabrication additive classique. Il s'agit par exemple des aubes directrices de sortie de type OGV (pour « Outlet Guide Vane » en anglais) de carter intermédiaire. Dans ce cas, la fabrication des pièces peut se faire en plusieurs étapes : fabrication d'une première partie de pièce ; adaptation de l'enceinte 25 sur cette première partie de pièce ; fabrication de la seconde partie de pièce ; répétition des étapes précédentes autant de fois que nécessaire. L'enceinte selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. 5 L'enceinte selon l'invention peut être configurée pour mettre en oeuvre une technique de fabrication additive de type choisi parmi : le dépôt direct de métal (ou DMD pour « Direct Metal Deposition » en anglais), le dépôt métallique par laser (ou LMD pour « Laser Metal Deposition » en anglais), éventuellement avec fil, la fusion sélective par 5 faisceau d'électrons (ou EBMD pour « Electron Beam Melting Deposition »), le soudage à froid (ou CMT pour « Cold Metal Transfer » en anglais), entre autres. Le joint d'étanchéité et/ou l'élément d'étanchéité peuvent par exemple être réalisés en caoutchouc, avec notamment une résistance jusqu'à environ 300°C, ou encore en nappe de verre, c'est-à-dire un tissu formé de fibres de verre et résistant notamment à 10 des températures d'environ 500°C. L'enceinte selon l'invention peut en outre comporter un élément intermédiaire assurant la connexion entre le joint d'étanchéité et le corps d'enceinte. De façon avantageuse, cet élément intermédiaire est spécifique à la structure de turbomachine tandis que le corps d'enceinte peut être utilisé pour différents types de 15 structures de turbomachine. De plus, l'enceinte selon l'invention peut en outre comporter un dispositif d'injection comprenant un bras d'injection et un système de déplacement du bras d'injection à l'intérieur du corps d'enceinte pour la fabrication additive de l'élément de turbomachine. 20 Le dispositif d'injection peut comporter un portique, fixé sur le corps d'enceinte et supportant le système de déplacement et le bras d'injection. Le bras d'injection peut comporter une buse d'injection de poudre métallique pour dépôt par couches, pourvue d'une arrivée de gaz protecteur vers la zone de travail. Par ailleurs, le joint d'étanchéité peut, selon une variante, être constitué par 25 une membrane souple d'étanchéité, destinée à être traversée par une partie de la structure de turbomachine, définissant le contour fermé d'une zone de travail s'étendant autour de la partie de la structure de turbomachine. En outre, l'enceinte selon l'invention peut comporter des moyens de traitement thermique, aptes à être mis en oeuvre une fois la fabrication additive réalisée, comportant notamment des lampes et/ou des résistances thermiques. 6 L'invention a en outre pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de fabrication additive d'un élément de turbomachine sur une structure de turbomachine par le biais d'une enceinte amovible telle que définie précédemment. 5 De façon avantageuse, le procédé met en oeuvre un procédé de dépôt de couches au moyen d'une buse d'injection de poudre métallique, soit un procédé tel que décrit dans la partie relative à l'art antérieur et au contexte technique de l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée 10 qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'a l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre schématiquement, en coupe, un principe de fonctionnement de fabrication additive par procédé de dépôt de couches au moyen d'une buse d'injection de poudre métallique, 15 - la figure 2 représente, selon une vue en perspective, un premier exemple d'enceinte amovible conforme à l'invention positionnée sur une pièce de turbomachine pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine, - la figure 3 est une vue de détails de la figure 2, - la figure 4 représente schématique, en coupe, un deuxième exemple 20 d'enceinte amovible conforme à l'invention positionnée sur une pièce de turbomachine pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine, et - la figure 5 représente encore, selon une vue en perspective partielle, un troisième exemple d'enceinte amovible conforme à l'invention positionnée autour d'une pièce de turbomachine pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine. 25 Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. 7 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 a déjà été décrite dans la partie relative à l'état de la technique antérieure et au contexte technique de l'invention. On a représenté sur les figures 2 et 3 un exemple d'enceinte amovible 10 5 conforme à l'invention positionnée sur une structure de turbomachine 12 pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine 11. Dans cet exemple, la structure de turbomachine 12 est un carter de turbomachine de grande dimension et l'élément de turbomachine 11 est un bossage, mais cela n'est nullement limitatif et d'autres applications existent comme décrit 10 précédemment. Comme visible sur les figures 1 et 2, l'enceinte 10 comporte tout d'abord un joint d'étanchéité 13 de forme sensiblement carrée, qui est positionné au contact de la surface du carter 12 et qui épouse la forme de ce carter 12 afin d'assurer une parfaite étanchéité entre l'intérieur de l'enceinte 10 et l'extérieur de celle-ci. 15 Le joint d'étanchéité 13 définit ainsi le contour fermé d'une zone de travail ZT dans laquelle le bossage 11 est réalisé par fabrication additive. Le rôle du joint d'étanchéité 13 est de réaliser l'étanchéité nécessaire au bon déroulement du procédé de fabrication additive. Il peut par exemple être réalisé en caoutchouc, avec notamment une résistance jusqu'à environ 300°C, ou encore en nappe de verre, c'est-à-dire un tissu formé 20 de fibres de verre et résistant notamment à des températures d'environ 500°C. De plus, l'enceinte 10 comporte encore un élément ou outillage intermédiaire 21, spécifique au carter 12 et épousant la forme du carter 12, permettant la connexion entre le joint d'étanchéité 13 et le corps d'enceinte 14 de l'enceinte 10. Cet élément intermédiaire 21 est spécifique à la structure de turbomachine 12 sur laquelle on réalise 25 la fabrication additive. Au contraire, le corps d'enceinte 14 peut être utilisé pour différents types de structures 12. Il est ainsi possible par exemple de prévoir la fabrication en série de bossages 11 sur différents types de carters 12 de turbomachine. Le corps d'enceinte 14 se présente sous la forme d'un parallélépipède rectangle dont les deux faces en vis-à-vis du carter 12 sont ouvertes. Ce corps d'enceinte 8 14 comprend ainsi une première ouverture 15 délimitée par un premier contour d'enceinte 16 relié au joint d'étanchéité 13 par le biais de l'élément intermédiaire 21, ainsi qu'une une deuxième ouverture 17, opposée à la première ouverture 15, délimitée par un deuxième contour d'enceinte 18 et destinée à loger au moins partiellement un 5 dispositif d'injection 19 pour la fabrication additive du bossage 11. Dans cette deuxième ouverture 17 se trouve le dispositif d'injection 19 qui comprend un bras d'injection 22, muni d'une buse d'injection, déplaça ble dans l'enceinte 10 par le biais d'un système de déplacement 23 pour réaliser la fabrication additive. De plus, l'enceinte 10 comporte également un élément d'étanchéité souple 10 20, non visible sur les figures 2, 3 et 5 mais représenté sur la figure 4, s'étendant dans la deuxième ouverture 17 du corps d'enceinte 14 depuis le deuxième contour d'enceinte 18 vers le bras d'injection 22, étant fixé à celui-ci. Cet élément d'étanchéité 20 permet le déplacement du bras d'injection 22 dans l'enceinte 10. Il peut par exemple s'agir d'une membrane souple fixée autour du 15 bras d'injection 22. Elle peut par exemple être réalisée en caoutchouc ou en nappe de verre. L'ensemble formé par le joint d'étanchéité 13, l'élément intermédiaire 21 et le corps d'enceinte 14 peut être fixé sur la structure de turbomachine 12 par exemple par le biais d'un serre-joints ou d'un mors afin de mettre en compression le joint d'étanchéité 20 13 pour qu'il remplisse sa fonction d'étanchéité. De façon générale, et non limitée à l'exemple de réalisation des figures 2 et 3, le bras d'injection 22 du dispositif d'injection 19 peut se déplacer selon différents moyens pouvant être modifiés, par exemple par le biais d'un système de déplacement 23 positionné dans la partie haute du corps d'enceinte 14 ou par le biais d'un portique fixé 25 sur le corps d'enceinte 14. Le bras d'injection 22 peut également faire partie d'un dispositif connu d'injection pour fabrication additive et être ainsi positionné dans l'enceinte 10 selon l'invention pour réaliser la fabrication additive. En référence à la figure 4, on a représenté une variante de réalisation d'une enceinte amovible 10 conforme à l'invention dans laquelle le dispositif d'injection 19 9 comporte un portique 24 tel que décrit ci-dessus. Les éléments communs aux figures 2-3 et 4 ne sont pas décrits de nouveau. Ainsi, le dispositif d'injection 19 comporte un portique 24 qui est fixé sur le corps d'enceinte 14 et qui supporte, en partie haute, le système de déplacement 23 du 5 bras d'injection 22. L'invention trouve une application privilégiée pour le cas de la fabrication additive appliquée à des pièces dont la dimension est trop importante pour être réalisée à l'aide des machines classiques de fabrication additive. Il peut par exemple s'agir des aubes de type OGV. 10 Alors, une première solution peut consister en l'utilisation d'un support plan, par exemple une table, au travers duquel passe la structure de turbomachine sur laquelle est réalisée la fabrication additive. Alors, l'enceinte amovible selon l'invention, telle que celles décrites auparavant, peut être positionnée autour de la partie de la structure de turbomachine qui dépasse du support, sur laquelle est réalisée la fabrication additive. 15 Une autre solution est illustrée sur la figure 5 avec application sur une structure de turbomachine 12 sous la forme d'une aube de type OGV. Les éléments déjà décrits précédemment ne sont pas décrits de nouveau. Dans cette solution, l'enceinte 10 vient se positionner sur la structure de turbomachine 12 au niveau de l'endroit où la fabrication additive doit être réalisée. Cette 20 enceinte 10 peut par exemple être suspendue par le biais d'un support dédié du dispositif d'injection 19, le corps d'enceinte 14 étant par exemple solidaire du bras d'injection 22, lui-même solidaire du support dédié (non représenté). Alors, le joint d'étanchéité 13 s'apparente davantage à une membrane souple d'étanchéité définissant un contour fermé s'étendant autour de la partie de la structure 25 de turbomachine 12 sur laquelle la fabrication additive doit avoir lieu. Ainsi, le contour fermé du joint d'étanchéité 13 n'est pas en superposition avec le premier contour d'enceinte 16 du corps d'enceinte 14 bien que le joint d'étanchéité 13 en lui-même s'étende depuis ce premier contour d'enceinte 16 vers ladite partie de la structure de turbomachine 12. Autrement dit encore, le joint d'étanchéité 13 s'apparente à une 30 membrane souple au travers de laquelle passe la partie de la structure de turbomachine 10 12 sur laquelle la fabrication additive doit être réalisée. Dans cette réalisation, la présence d'un élément intermédiaire 21 tel que décrit précédemment n'est pas requise. Par ailleurs, dans tous les exemples précédemment décrits, un flux de gaz protecteur peut être obtenu dans l'enceinte 10 par le biais d'une arrivée de gaz depuis le 5 bras d'injection 22, comme décrit précédemment dans la partie relative à l'art antérieur et au contexte technique de l'invention, pour pouvoir travailler sans risque de pollution ou d'oxydation des pièces. Un niveau de vide peut encore être obtenu par le biais d'une connexion avec une pompe apte à faire le vide. En outre, le traitement thermique après travail n'est, en général, nécessaire 10 que localement et nécessite des installations particulières avec une remise sous atmosphère protectrice. De façon avantageuse, l'enceinte amovible selon l'invention comporte des moyens de traitement thermique, aptes à être mis en oeuvre une fois la fabrication additive réalisée sous atmosphère protectrice. De la sorte, il est possible de réaliser le 15 traitement thermique directement sans avoir à démonter la pièce, à la remettre dans un four et à recréer une atmosphère protectrice. Ces moyens de traitement thermique peuvent par exemple comporter des lampes et/ou des résistances thermiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme REVENDICATIONS1. Enceinte (10) amovible pour la fabrication additive d'un élément de turbomachine (11) sur une structure de turbomachine (12), caractérisée en ce qu'elle comporte : - un joint d'étanchéité (13), destiné à être placé au contact de la structure de turbomachine (12) et apte à épouser au moins partiellement la forme de la structure de turbomachine (12), le joint d'étanchéité (13) définissant le contour fermé d'une zone de travail (ZT) dans laquelle l'élément de turbomachine (11) est destiné à être fabriqué, - un corps d'enceinte (14), comprenant une première ouverture (15) délimitée par un premier contour d'enceinte (16) relié au joint d'étanchéité (13), et une deuxième ouverture (17), opposée à la première ouverture (15), délimitée par un deuxième contour d'enceinte (18) et destinée à loger au moins partiellement un dispositif d'injection (19) pour fabrication additive, - un élément d'étanchéité souple (20) s'étendant dans la deuxième ouverture (17) du corps d'enceinte (14) depuis le deuxième contour d'enceinte (18) et destiné à être fixé autour d'au moins une partie du dispositif d'injection (19). 2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un élément intermédiaire (21) assurant la connexion entre le joint d'étanchéité (13) et le corps d'enceinte (14). 3. Enceinte selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif d'injection (19) comprenant un bras d'injection (22) et un système de déplacement (23) du bras d'injection (22) à l'intérieur du corps d'enceinte (14) pour la fabrication additive de l'élément de turbomachine (11). 12 4. Enceinte selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif d'injection (19) comporte en outre un portique (24), fixé sur le corps d'enceinte (14) et supportant le système de déplacement (23) et le bras d'injection (22). 5 5. Enceinte selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que le bras d'injection (22) comporte une buse d'injection de poudre métallique pour dépôt par couches, pourvue d'une arrivée de gaz protecteur vers la zone de travail (ZT). 6. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (13) est constitué par une membrane souple d'étanchéité, destinée à être traversée par une partie de la structure de turbomachine (12), définissant le contour fermé d'une zone de travail (ZT) s'étendant autour de la partie de la structure de turbomachine (12). 15 7. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de traitement thermique, aptes à être mis en oeuvre une fois la fabrication additive réalisée, comportant notamment des lampes et/ou des résistances thermiques. 20 8. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (13) et/ou l'élément d'étanchéité (20) sont réalisés en caoutchouc ou en nappe de verre. 9. Procédé de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de 25 fabrication additive d'un élément de turbomachine (11) sur une structure de turbomachine (12) par le biais d'une enceinte (10) amovible selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé de dépôt de couches au moyen d'une buse d'injection de poudre métallique.