Brevet FR3063451A1 — publié le 20180907

- 1 - La présente invention concerne un dispositif de dépôt de matière fusible ou non pour fabrication additive. Les dispositifs de fabrication tridimensionnelle ont souvent une gamme limitée de matériaux, des finitions perfectibles, et un délai de fabrication des pièces relativement long. De nombreuses solutions existent sur le marché, mais ne répondent pas forcément à ces trois critères très attendus des industriels. L'invention décrit un dispositif de fabrication tridimensionnel performant associant ces trois critères les plus attendus par les industriels. L'invention définit une solution permettant l'utilisation de consommable sous forme de granulés et/ou de billes, entre autre, de poudres, de flocons, de pâtes similaires à ceux utilisés entre autre dans l'industrie. L'invention décrite peut utiliser des matériaux standards permettant une réduction substantielle des coûts de consommable, et permettre l'accès à de nombreux matériaux avec des fiches techniques identifiées. L'invention permet la fabrication de pièces de série, aux caractéristiques mécaniques souvent très supérieures aux pièces réalisées dans des process de fabrication standards (injection, thermoformage, usinage). L'invention comprend une tête d'impression (1) emplie d'une matière fusible (2), ou non, principalement sous forme de granulés thermoplastiques, qui diffuse cette dite matière par l'intermédiaire d'un orifice (3) (figure 1), et que cette dite tête d'impression est fixée sur un support qui se déplace dans les trois dimensions (figure 2), ou plus (figure 3), pour reconstituer par addition de couches successives (6), sur une surface plane ou non (7) (figure 1), un volume préalablement défirii numériquement, et interprété par un programme numérique commandant un pilotage adéquat du déplacement de cette dite tête d'impression dans l'espace défini pour la construction de la pièce. L'invention comprend une tête d'impression emplie d'une matière fusible, ou non, plastique, cire, purée, compote, saumure, gel, entre autre, est mise en température ou non, intégrée dans un fourreau cylindrique (8) (figure 1), en métal, ou céramique ou tout autre matériau conducteur de chaleur ou non, par l'intermédiaire d'un système chauffant par résistance (9), par induction, ou tout autre système de mise en température, est pilotée par un programme numérique, ou mécanique, pour que la dite matière puisse atteindre un état de transformation adapté à sa viscosité, permettant le passage de la dite matière par un orifice (3) situé à l'extrémité 3063451 - 2 - de la tête, grâce à un piston, une vis (10), par gravité, ou par toute autre solution technique adaptée. - L'invention comprend une tête d'impression constitutive d'un équipement de fabrication additive, ou autre, qui dépose la matière par couches successives définies par un programme 5 numérique ou mécanique, décomposant un volume en couches parallèles horizontales successives, ou non, avec un parcours de dépose ajusté de type cartésien (sur des axes X et Y) (11) (figure 2), ou vectoriel (sur des trajectoires tridimensionnelles X, Y, Z générées par des coordonnées polaires associées à des vecteurs de départ et d'arrivée) (12) et préférablement perpendiculairement au support sur lequel sera appliqué la dite matière, ce parcours pouvant être 10 adapté à la dépose de matière perpendiculairement (13) (figure 4), ou non, à la surface externe ou interne (14) d'une pièce, ou d'un support, préalablement fixé (15) sur le plateau d'impression. L'invention comprend un système de tête d'impression qui utilise directement des consommables sous différentes formes, granulé, poudre, flocon, gel, pâte, purée, compote, saumure, fusible ou non, qui sont amenés dans une trémie (26) placée préférablement sur la 15 partie supérieure d'un fourreau (8) (figure 1), et dont ces dit consommables sont mis en température, ou non, en fonction des matériaux utilisés, pilotés indépendamment avec un contrôle des températurès effectué par un programme numérique (16) ou mécanique, et maintenu à une température suffisamment constante, et qui génère des gradients de températures adaptés en fonction du type de matière, et son type mise en forme, pour que le dit consommable puisse se 20 déplacer vers l'orifice de sortie (3), une vis sans fin (10) en rotation (figure 5) dans le sens normal est activée avec une vitesse angulaire commandée par le programme en fonction de paramètres matériau et résolution définis dans le programme de commande. L'invention comprend une tête d'impression (1) (figure 5) intégrant une vis sans fin (10) (figure 6), dont l'axe comprend trois paliers différents D2, D3, D4, ou plus, de longueur 25 sensiblement équivalentes, avec un diamètre de l'axe plus important au palier inférieur dl, pour créer une compression de la matière en réduisant le volume entre l'axe de la vis dl (17) et la paroi intérieure du fourreau (8), et dont la longueur d'axe de vis Dl a un rapport préférablement proche de vingt fois celui dé son diamètre dl, et dont l'extrémité est composée d'un embout en forme hémisphérique (18), la vis (10) comprenant un pas constant (19), mais qui peut être 30 variable, est ajusté à la fôrme de la trémie et du fourreau. L'invention est constituée d'une vis (10) intégrée dans la tête d'impression (1) (figure 1) est qui surmontée d'un accouplement avec un moteur (20), ou directement associée à l'axe du moteur (21), et entre lesquels une arrivée de matière brute (22) alimente par gravité la vis (figure 3063451 - 3 - 4), qui comprend dans ce volume (16), une largeur du filet (23) de vis plus importante, pour acheminer progressivement la matière vers le fourreau (8), lors de la rotation de la dite vis (10). L'invention comprend un fourreau (8) constitutif de la tête d'impression, qui est associé à son extrémité, à une bague amovible (24) (figure 7), ou non, comprenant un certain nombre de 5 canaux parallèles (26), par lesquels passe la matière et qui ont pour effet de supprimer la rotation de l'extrusion en sortie de l'orifice (8), et à laquelle les buses amovibles (25) (figure 8), ou non, peuvent être vissées, ou assemblées, pour être inter-changées, pour leur nettoyage et maintenance, mais aussi pour en changer facilement le diamètre de l'orifice de sortie (8) de la matière : 0,1mm, 0,2mm etc. 10 L'invention permet à une même buse d'impression (25) d'appliquer sur un support, de la matière d'une largeur variable (figure 1), de plus ou moins 100% du diamètre de l'orifice de la buse (8), grâce à des informations pilotées par le logiciel de commande qui activera le pilotage adapté sur le couple vitesse de rotation de la vis (10), et vitesse de déplacement de la tête, pour créer une combinaison qui agit sur le volume de matière diffusée par la buse. 15 L'invention comprend dans la zone amont du fourreau (30) (figure 5) de la tête d'impression, un système externe, ou interne, de refroidissement (27), préférablement par ventilateur, et préférablement associé à un volume à surfaces développées (28), régulant le gradient de température de la trémie et réduisant le risque de fusion préalable de la matière et/ou un bourrage dans cette zone d'acheminement de la dite matière dans le fourreau. 20 L'invention comprend dans la zone aval du fourreau de la tête d'impression, un système externe de refroidissement (29) (figure 1), préférablement par ventilateur, régulant la température de solidification de la matière déposée préalablement par la buse sur le support ou sur la couche précédemment déposée, et dont l'activation, l'intensité, la durée, et les phases sont pilotées par des commandes qui sont dépendantes du type de matériau et de la taille de la pièce, et qui 25 petivent être variables, ou non, tout au long de la fabrication. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication de prototypes ou de pièces de série aux formes pouvant être très complexes. 30 Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente la tête d'impression de côté avec insertion du consommable et dépôt de la matière La figure 2 représente le châssis de support de la tête et le plateau de dépose de la matière en vue de 3/4 La figure 3 représente la tête mobile sur deux axes rotatifs 3063451 - 4 - La figure 4 représente le déplacement de la tête par rapport à son support La figure 5 représente la coupe A-A de la tête d'impression La figure 6 représente la vue de côté de la vis de la tête d'impression La figure 7 représente la vue de 3/4 du filtre de régulation de la tête d'impression 5 La figure 8 représente une vue de 3/4 de la buse d'impression A titre d'exemple non limitatif la 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS1) Dispositif caractérisé en ce qu'une tête d'impression (12) emplie d'une matière fusible (2), principalement sous forme de granulés thermoplastiques, qui diffuse cette dite matière par l'intermédiaire d'un orifice (3) et que cette dite tête d'impression est fixée sur un support qui se déplace dans les trois dimensions, pour reconstituer par addition de couches successives (6), sur une surface plane (7), un volume préalablement défini numériquement, et interprété par un programme numérique commandant un pilotage adéquat du déplacement de cette dite tête. d'impression dans l'espace défini pour la construction de la pièce d'impression, et qui une fois emplie d'une matière fusible, plastique, cire, purée, compote, saumure, gel, est mise en température, dans un fourreau cylindrique (8), en métal, ou céramique, par l'intermédiaire d'un système chauffant par résistance (9), par induction, est pilotée par un programme numérique, ou mécanique, pour que la dite matière puisse atteindre un état de transformation adapté à sa viscosité, permettant le passage de la dite matière par un orifice (3) situé à l'extrémité de la tête, grâce à un piston, une vis (10), par graTité. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête d'impression est constitutive d'un équipement de fabrication additive, qui dépose la matière par couches successives définies par un programme numérique ou mécanique, décomposant un volume en couches parallèles horizontales successives, avec un parcours de dépose ajusté de type cartésien (sur des axes X et Y) (11) ou vectoriel (sur des trajectoires tridimensionnelles X, Y, Z générées par des coordonnées polaires associées à des vecteurs de départ et d'arrivée) et - 25 préférablement perpendiculairement au support sur lequel sera appliqué la dite matière, ce parcours pouvant être adapté à la dépose de matière perpendiculairement (13), à la surface externe d'une pièce, préalablement fixé sur le plateau d'impression. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de tête d'impression utilise directement des consommables sous différentes formes, granulé, 30 poudre, flocon, gel, pâte, purée, compote, saumure, fusible, qui sont amenés dans une trémie (30) placée préférablement sur la partie supérieure d'un fourreau (8), et dont ces dit consommables - sont mis en température, en fonction des matériaux utilisés, pilotés indépendamment avec un contrôle des températures effectué par un programme numérique et maintenu à une température suffisamment constante, 3063451 - 6 - adaptée en fonction du type de matière, et son type mise en forme, pour que le dit consommable puisse se déplacer vers l'orifice de sortie (3), une vis sans fin (10) en rotation dans le sens normal est activée avec une vitesse angulaire commandée par le programme en fonction de paramètres matériau et résolution définis dans le 5 programme de commande. 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la tête d'impression (12) comprend une vis sans fin (10), dont l'axe comprend trois paliers différents D2, D3, D4, de longueur sensiblement équivalentes, avec un diamètre de l'axe plus important au palier inférieur dl, pour créer une compression de la matière 10 en réduisant le volume entre l'axe de la vis dl (17) et la paroi intérieure du fourreau (8), et dont la longueur d'axe de vis Dl a un rapport préférablement proche de vingt fois celui de son diamètre dl, et dont l'extrémité est composée d'un embout en forme hémisphérique (18), la vis (10) comprenant un pas constant (19), est ajusté à la forme de la trémie et du fourreau. 15 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vis (10) de la tête d'impression (12) est surmontée d'un accouplement avec un moteur (20), ou directement associé à l'axe du moteur (21), et entre lesquels une arrivée de matière brute (2) alimente par gravité la vis, qui comprend dans ce volume (16), une largeur du filet (23) de vis plus importante, pour acheminer progressivement la matière vers 20 le fourreau (8), lors de la rotation de la dite vis (10). 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fourreau (8) de la tête d'impression est associé à son extrémité, à une bague amovible (24), comprenant un certain nombre de canaux parallèles (26), par lesquels passe la matière et qui ont pour effet de supprimer la rotation de l'extrusion en sortie de l'orifice (3), et à laquelle les buses amovibles (25), peuvent être vissées, pour être inter-changées, pour leur nettoyage et maintenance, mais aussi pour en changer facilement le diamètre de l'orifice de sortie (3) de la matière : 0,lmm, 0,2mm etc. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'une même buse (25) puisse appliquer sur tin support, de la matière d'une largeur variable, de plus ou moins 100% du diamètre de l'orifice de la buse (3), grâce à des informations pilotées par le logiciel de commande qui activera le pilotage adapté sur le couple vitesse de rotation de la vis_ (10), et la vitesse de déplacement de la tête, pour créer une combinaison qui agit sur le volume de matière diffusée par la buse. 3063451 - 7 - 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête d'impression comprend dans la zone amont du fourreau (8), un système externe, de refroidissement (27), préférablement .par ventilateur, et préférablement associé à un volume à surfaces développées (28), régulant le gradient de température de la trémie 5 et réduisant le risque de fusion préalable de la matière d'un bourrage dans cette zone d'acheminement de la dite matière dans le fourreau. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tête d'impression comprend dans la zone aval du fourreau, un système externe de refroidissement (29), préférablement par ventilateur, régulant la température de 10 solidification de la matière déposée préalablement par la buse sur le support, et dont l'activation, l'intensité, la durée, et les phases sont pilotées par des commandes qui sont dépendantes du type de matériau et de la taille de la pièce, et qui peuvent être variables, tout au long de la fabrication. 15 20 25 .30