Brevet FR3082774A1 — publié le 20191227

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE POUR UN MOTEUR D'AERONEF Domaine de l'invention La présente invention concerne la fabrication de pièces pour un moteur d'aéronef. Etat de la technique Il est de plus en plus courant de réaliser des pièces par fabrication additive et c'est notamment le cas dans le domaine aéronautique. Plusieurs technologies de fabrication additive existent et dépendent 15 notamment du matériau de la pièce à réaliser, par exemple métallique ou plastique. La présente invention concerne plus particulièrement la fabrication de pièces en matériau plastique éventuellement chargé. Dans un tel cas, on 20 utilise en général une tête de chauffage qui est alimentée avec un ou plusieurs matériau(x) plastique(s) qui se présente(nt) sous la forme de bobine(s). La tête 10 chauffe le matériau plastique qui est fondu et déposé sous forme de filaments 12 sur un support 14, comme cela est visible à la figure 1. La tête 10 est mobile et le support 14 est fixe, ou l'inverse, ce qui 25 permet de déposer plusieurs filaments 12 les uns à côté des autres sur le support et réaliser ainsi une première couche de filaments qui forme une première tranche de la pièce à fabriquer. Les autres tranches de la pièce sont réalisées par dépôt successifs de nouvelles couches qui sont superposées à la première couche. On obtient ainsi une pièce 30 tridimensionnelle réalisée couche par couche, chaque couche étant formée par plusieurs filaments adjacents. I() 2 La matériau plastique est chauffé pour le ramollir et est déposé à l'état fondu sur le support. Les filaments d'une couche et des couches superposées sont au contact les uns des autres de façon à ce que leur 5 matériau plastique soit intimement lié. Lors du refroidissement, les filaments durcissent et restent liés physiquement aux filaments adjacents. Les filaments forment alors un ensemble monobloc qui peut éventuellement subir un traitement de finition. Ce procédé de réalisation d'une pièce par fabrication additive à partir d'un matériau plastique présente un inconvénient lié à la porosité de la pièce directement obtenue par ce procédé. Cette porosité est liée aux espaces inter-filaments qui sont conservées dans la pièce (cf. figure 5a). Cette porosité peut être importante et peut réduire de manière significative les propriétés mécaniques de la pièce, en particulier son allongement et sa contrainte à la rupture. Il n'est donc pas possible aujourd'hui d'utiliser ce type de procédé pour réaliser une pièce qui est destinée à être sollicitée mécaniquement. Un traitement de finition peut être utilisé pour améliorer la qualité de surface d'une pièce réalisée de cette façon. Il consiste par exemple à polir la surface extérieure de la pièce, pour la rendre plus lisse, ou à appliquer un apprêt sur cette surface en vue de boucher ses pores. Ce traitement ne permet toutefois que d'améliorer l'état de surface et l'apparence de la pièce et ne permet pas d'en améliorer les propriétés mécaniques. En d'autres termes, les traitements de finition actuels permettent uniquement d'apporter une solution cosmétique ou d'étanchéité aux pièces réalisées par fabrication additive à partir de matériau plastique. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. 3 Exposé de l'invention L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce pour un moteur 5 d'aéronef, comportant au moins une étape consistant à : a) réaliser une préforme par fabrication additive, comprenant le dépôt de plusieurs couches superposées de filaments d'un matériau plastique fondu sur un support, caractérisé en ce que le matériau plastique comprend au moins un 10 polymère thermoplastique amorphe, et en ce que le procédé comprend au moins une étape suivante consistant à : b) chauffer la préforme jusqu'à une température de K.Tg, K étant un coefficient compris entre 0,9 et 1 et Tg étant la température de transition vitreuse dudit au moins un polymère thermoplastique amorphe. 15 Dans la présente demande on appelle « préforme >>, l'état de la pièce obtenue par fabrication additive. Cette préforme subit un traitement de chauffage pour obtenir la pièce finale. Le chauffage de la pièce est réalisé à une température proche de ou égale à la température de transition vitreuse 20 du polymère. La température de transition vitreuse est une température caractéristique d'un matériau amorphe ou semi cristallin, pour laquelle on observe une mobilité macromoléculaire suffisamment importante pour permettre la relaxation des contraintes internes et la diffusion des chaines (ou bouts de chaines) macromoléculaires. Ceci permet de ramollir les 25 filaments qui vont se mêler davantage les uns aux autres, réduisant ainsi les espaces inter-filaments et donc la porosité de la pièce finale. Du fait de la disparition au moins partielle de ces espaces, la préforme peut se rétreindre lors du chauffage et donc la pièce peut avoir des dimensions inférieures à celles de la préforme. 30 4 Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - l'étape b) de chauffage est réalisée à pression atmosphérique, 5 - l'étape b) de chauffage est réalisée en soumettant la préforme à une pression supérieure à la pression atmosphérique, - l'étape b) de chauffage sous pression est réalisée en recouvrant d'une bâche souple et étanche la préforme disposée sur ledit support et en réalisant un vide de façon à ce que la préforme soit comprimée sous la 10 bâche, - ledit au moins un polymère thermoplastique amorphe est un polyétherimide, - ledit coefficient K est compris entre 0,95 et 1 voire entre 0,98 et 1, - Tg est inférieure ou égale à 200°C, 15 - le chauffage à l'étape b) est réalisé pendant une durée d'au moins 120 minutes, - le chauffage à l'étape b) est réalisé pendant une durée suffisante pour permettre la suppression de porosités ; cette durée peut être spécifique de chaque matériau, en particulier thermoplastique, utilisé. 20 - ledit matériau plastique est chargé. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit 25 d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique d'une installation de réalisation d'une pièce par fabrication additive à partir d'un matériau plastique, - la figure 2a est un organigramme illustrant des étapes d'un mode de 30 réalisation du procédé selon l'invention, 5 - la figure 2b est un organigramme illustrant des étapes d'une variante de réalisation du procédé selon l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques de côté d'une préforme lors de la préparation d'une étape de chauffage du procédé selon l'invention, 5 - les figures 5a et 5b sont des images de microscope montrant pour la première une pièce réalisée selon la technique antérieure et une pièce réalisée par le procédé selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention 10 La figure 1 a été décrite dans ce qui précède. La figure 2a montre des étapes d'un premier mode de réalisation d'un procédé selon l'invention de réalisation d'une pièce pour un moteur 15 d'aéronef. Le procédé de la figure 2a comprend pour l'essentiel deux étapes dont - une étape a) de réalisation d'une préforme par fabrication additive, comprenant le dépôt de plusieurs couches superposées de filaments 12 20 d'un matériau plastique fondu sur un support 14, et - une étape b) de chauffage de la préforme jusqu'à une température de K.Tg, K étant un coefficient compris entre 0,9 et 1 et Tg étant la température de transition vitreuse d'au moins un polymère thermoplastique amorphe du matériau plastique utilisé. 25 L'étape a) est celle illustrée à la figure 1 et décrite dans ce qui précède. Elle permet d'obtenir une préforme telle que représentée à la figure 5a. La préforme a une porosité importante liée aux espaces inter-filaments qui n'ont pas disparu lors du refroidissement des filaments. 30 6 A l'issue de l'étape b), la pièce a une porosité réduite telle que visible à la figure 5b. Ceci est rendu possible grâce au chauffage de la préforme qui permet de ramollir des filaments et d'améliorer leur interconnexion réduisant ainsi les espaces précités inter-filaments. 5 Le traitement thermique est appliqué à une température légèrement inférieure ou égale à la température de transition vitreuse (Tg), et à pression atmosphérique dans ce mode de réalisation, durant un temps dépendant de la géométrie et du matériau utilisé. La durée de chauffage 10 peut être optimisée pour assurer une meilleure consolidation de la pièce. Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, le polymère thermoplastique amorphe est un polyétherimide (PEI), tel que celui commercialisé sous la marque Ultem@, et le matériau plastique est non 15 chargé. Le traitement thermique a été appliqué durant 120 minutes, à pression atmosphérique. Le traitement thermique a eu pour effet d'une part de réduire significativement le niveau de porosité, et d'autre part d'augmenter 20 significativement les performances mécaniques de la pièce, comme cela ressort des résultats du tableau suivant. On constate en effet que, grâce au traitement, des augmentations de 43% pour la contrainte à la rupture et de +41% pour l'allongement à rupture. Module de Contrainte à Elongation à traction (MPa) Rupture rupture (%) (MPa) Sans traitement thermique 2414 71 2,83 Avec traitement thermique 1929 102 4 25 La figure 2b illustre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle l'étape b) de chauffage est réalisée sous pression. Pour cela, l'étape de 7 chauffage b) est précédée d'une étape X de préparation de la préforme, qui est illustrée aux figures 3 et 4. La préforme 12' est toujours sur son support 14 et est recouverte d'une 5 bâche 16 souple et étanche, par exemple en élastomère. La périphérie de la bâche 16 est fixée de manière étanche sur le support 14 et un vide est réalisée sous la bâche 16 de manière à ce que cette dernière applique une pression uniforme sur la préforme 12'. Le vide est maintenu pendant le chauffage à l'état b). 10 Cette variante permet d'appliquer une différence de pression entre la préforme et l'environnement pour améliorer le compactage de la matière. La mise sous vide est réalisée en raccordant une connectique 18 15 appropriée à la bâche, cette connectique étant reliée à des moyens de mise sous vide tels qu'une pompe à vide. Le vide est par exemple réalisé à une pression de l'ordre de 0,2 à 0,6 bars. L'ensemble comportant le support 14, la préforme 12', et la bâche 16 est 20 alors placé en étuve. Le traitement thermique est appliqué comme mentionné précédemment, en maintenant le vide pendant le chauffage. Dans le même esprit, la pièce pourrait subir un traitement thermique sous pression (environ 2bars), au moyen d'une mise en température en 25 autoclave. Le traitement thermique va générer une modification dimensionnelle de la pièce 12". Il est donc nécessaire de tenir compte de ces variations géométriques lors de la conception et de l'impression de la pièce ou de la 30 préforme. 8 Au-delà de la température de transition vitreuse, un matériau amorphe (comme c'est le cas pour le PEI) voit ses performances mécaniques chuter nettement, et peut subir des déformations irréversibles. Il est donc nécessaire de ne pas dépasser la température de transition vitreuse du 5 matériau lors du traitement thermique. Comme évoqué dans ce qui précède, le coefficient K est donc au plus égal à 1 de façon à ce que la température de transition vitreuse ne soit pas dépassée. Ce coefficient K peut être compris entre 0,95 et 1 voire entre 0,98 et 1. La 10 température Tg peut être inférieure ou égale à 200°C. En variante, le polymère thermoplastique pourrait être un polyétheréthercétone (PEEK), le polyphénylsulfone (PPSU) REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (12") pour un moteur d'aéronef, comportant au moins une étape consistant â: a) réaliser une préforme (12') par fabrication additive, comprenant le dépôt de plusieurs couches superposées de filaments (12) d'un matériau plastique fondu sur un support (14), caractérisé en ce que le matériau plastique comprend au moins un polymère thermoplastique amorphe, et en ce que le procédé comprend au moins une étape suivante consistant à : b) chauffer la préforme jusqu'à une température de K.Tg, K étant un coefficient compris entre 0,9 et 1 et Tg étant la température de transition vitreuse dudit au moins un polymère thermoplastique amorphe. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape b) de chauffage est réalisée à pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape b) de chauffage est réalisée en soumettant la préforme à une pression supérieure à la pression atmosphérique. 4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape b) de chauffage sous pression est réalisée en recouvrant d'une bâche (16) souple et étanche la préforme disposée sur ledit support et en réalisant un vide de façon à ce que la préforme soit comprimée sous la bâche. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un polymère thermoplastique amorphe est un polyétherimide. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit coefficient K est compris entre 0,95 et 1 voire entre 0,98 et 1. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel Tg est inférieure ou égale à 200°C. 10 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le chauffage à l'étape b) est réalisé pendant une durée d'au moins 120 minutes. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 5 ledit matériau plastique est chargé.