Brevet FR3079775A1 — publié le 20191011

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE A CONFINEMENT MAGNETIQUE POUR APPAREIL DE FABRICATION ADDITIVE SELECTIVE DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR La présente invention concerne le domaine général de la fabrication 5 additive sélective. Plus particulièrement, elle concerne les traitements de chauffage, et notamment de préchauffe, éventuellement de post-traitement in situ par chauffage que l'on met en oeuvre sur les lits de poudre avant la fusion sélective. 10 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 15 couche par couche, par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec une source de puissance (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.). Classiquement, pour éviter les projections dues à la répulsion électrostatique de particules de poudre adjacentes qui se chargent sous 20 l'effet du faisceau de la source de puissance, le lit de poudre est préalablement consolidé par une préchauffe. Cette préchauffe assure une montée en température du lit de poudre à des températures qui peuvent être assez conséquentes (environ 750 °C pour les alliages de Titane). Elle a toutefois un fort coût énergétique. 25 Elle représente en outre une perte en temps de cycle importante. Afin d'optimiser les performances des sources de puissance utilisées, il est connu de travailler en enceinte hermétique dans laquelle est réalisé un vide partiel, notamment afin de réduire les transferts d'énergie entre le signal émis par la source de puissance et l'atmosphère environnante de 30 manière à améliorer les transferts d'énergie entre la source de puissance et le lit de poudre. 2 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 une chauffe sans chargement et soulèvement de poudre. Un autre but est de proposer une solution de chauffage (réalisée avant ou après une étape de fusion sélective) fonctionnant à très basse pression, de manière à optimiser les performances du dispositif de fusion 10 des poudres. Un autre but encore est de proposer une solution qui permette de réduire les coûts et les temps de préchauffe ou de post-traitement par chauffage dans les cycles de fabrication. Un autre but de l'invention est de proposer une solution simple de 15 construction. Un autre but également est de proposer une solution de chauffage efficace, sur une large gamme de pressions, tout en restant à basse pression ( 0,2 kV) entre le dispositif de génération de plasma 20 et la surface 21 du lit de poudre. L'alimentation ainsi réalisée par la source 22 peut être en courant continu, en basse fréquence, en radio fréquence (RF), ou impulsionnelle. 25 Le dispositif de génération de plasma 20 génère, sous l'effet de ladite source 22, des décharges électriques entre le dispositif de génération de plasma 20 et la surface 21 et crée un plasma, qui assure le chauffage de la surface 21. Le dispositif de génération de plasma 20 s'étend de manière 30 sensiblement parallèle à la surface 21. Il est déplacé parallèlement à ladite surface 21, perpendiculairement à la direction selon laquelle elle s'étend. 9 Une telle configuration permet un chauffage homogène sur une surface du lit de poudre correspondant à la longueur du dispositif de génération de plasma 20 et à sa distance de déplacement. La surface 21 du lit de poudre est par exemple reliée à la masse. 5 Le chauffage peut être réalisé avant l'étape de consolidation, constituant donc une étape de préchauffage, de manière à éviter les projections de poudres. Optionnellement, une étape de chauffage peut être réalisée après l'étape de consolidation, constituant donc une étape de post-chauffage, de 10 manière à effectuer un recuit du matériau ou limiter l'effet de trempe par l'atmosphère de travail, ou encore maîtriser l'évolution de la température au refroidissement de manière à obtenir une structure cristalline particulière. 15 Dispositif à magnétron linéaire Afin de générer un plasma à basse pression ( REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage d'un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte : - un dispositif de génération de plasma (20), ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci, - une unité pour l'alimentation électrique (22) dudit dispositif de génération de plasma, - une unité de contrôle (9) pour commander l'alimentation et le déplacement du dispositif de génération de plasma, et en ce que le dispositif de génération de plasma (20) comporte un ensemble de confinement magnétique du plasma. 2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble de confinement de plasma comporte un dispositif de type magnétron (23) adapté pour confiner des particules chargées. 3. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, dans lequel le dispositif magnétron (23) comporte un arrangement d'aimants (25) configuré pour confiner des électrons suivant un motif (29) linéique. 4. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de type magnétron (23) comporte une fente (30) formant source d'ions, la fente (30) étant ménagée à travers l'électrode (24) et débouchant en regard du lit de poudre. 5. Dispositif de chauffage selon la revendication 4, dans lequel un gaz est injecté dans la fente (30). 17 6. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de génération de plasma (20) est adapté pour être déplacé avec une composante principale de déplacement perpendiculaire à la direction selon laquelle il s'étend. 5 7. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité (22) pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma (20) comprend une source de haute tension continue et/ou radiofréquence et/ou impulsionnelle. 10 8. Appareil pour fabriquer un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant dans une enceinte : - un support (3) pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive, 15 - un arrangement de distribution (4) adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit support (3) ou sur une couche précédemment consolidée, - au moins une source de puissance (8) adaptée à la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement 20 de distribution (4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage (19) selon l'une des revendications précédentes, le dispositif de génération de plasma (20) du dispositif de chauffage (19) étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit 25 de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci, le dispositif de génération de plasma (20) comportant en outre un ensemble de confinement magnétique du plasma. 9. Appareil selon la revendication 8, dans lequel l'arrangement de 30 distribution (4) comporte une raclette (5) ou un rouleau de mise en couche, le dispositif de génération de plasma (20) s'étendant à proximité de ladite raclette (5) ou rouleau et étant mobile avec celui-ci ou se déplaçant de manière indépendante. 18 10. Méthode de fabrication d'un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective, ladite méthode comportant les étapes : - Dépôt d'une couche de poudre sur un support (3) ou une 5 couche précédemment solidifiée, - Consolidation d'au moins une zone de la couche précédemment déposée, la consolidation étant réalisée au moyen d'une source de puissance (8), la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une 10 opération de chauffage d'au moins une zone localisée de la couche de poudre au moyen d'un dispositif de chauffage (19) selon l'une des revendications 1 à 7, le chauffage du lit de poudre étant réalisé par un plasma confiné. 15 11. Méthode selon la revendication 10, dans laquelle au cours de l'étape de chauffage, le dispositif de génération de plasma (20) confine les particules chargées dans une localisation précise, de manière à maitriser la formation des décharges électriques lors de l'alimentation de l'électrode (24), générant un plasma confiné de manière à 20 maximiser le transfert thermique entre le plasma et le lit de poudre. 12. Méthode selon l'une des revendications 10 et 11, dans laquelle au cours de l'étape de chauffage, un gaz est injecté dans le dispositif de génération de plasma (20) pour y être ionisé, le champ magnétique 25 induisant une projection du gaz ionisé de manière à générer un jet de plasma confiné, orienté vers la poudre. 13. Méthode selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel au moins une étape de chauffage est réalisée avant et/ou après l'étape 30 de consolidation.