Brevet FR3080307A1 — publié le 20191025

PROCEDE DE FABRICATION ADDITIVE D'UNE PIECE METALLIQUE DOMAINE [001] La présente invention concerne un procédé de fabrication additive d'une pièce métallique, en particulier par frittage sélectif d'une poudre métallique. Un tel procédé est également connu sous la dénomination anglaise « Selective Laser Sintering » ou SLS. CONTEXTE [002] La figure 1 représente une installation de fabrication d'une pièce métallique par frittage sélectif d'une poudre selon l'art antérieur. Celle-ci comporte un réservoir 1 contenant une poudre métallique 2 et dont le fond 3 est mobile et déplaçable en translation par une tige 4 d'un vérin, et une cuve ou chambre de fabrication voisine 5, dont le fond est constitué par un plateau mobile 6, également déplaçable en translation par une tige 7 d'un vérin. [3] L'installation comporte en outre un racleur 8 permettant d'amener de la poudre du réservoir 1 vers la chambre 5, par déplacement le long d'un plan horizontal A, et des moyens 9 de génération d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons, couplés à un dispositif 10 permettant d'orienter et de déplacer le faisceau 11. Le dispositif 10 est commandé par un système de traitement de l'information dans lequel on a enregistré les coordonnées tridimensionnelles des points des couches successives de la pièce à réaliser. [4] Lors de la mise en oeuvre du procédé de fabrication, on dispose dans la chambre 5 et sur le plateau mobile 6, une première couche de poudre 12 à l'aide du racleur 8. La couche 12 présente alors une surface inférieure correspondant à la surface du plateau 6 et une surface supérieure sur laquelle est dirigé et déplacé le faisceau laser ou le faisceau d'électrons 11. L'énergie apportée par ce faisceau 11 provoque la fusion locale ou le frittage 2 local de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la pièce métallique 13. [5] Après formation de cette première couche, le plateau 6 est descendu d'une distance correspondant à l'épaisseur d'une couche, puis une 5 deuxième couche de poudre 2 est amenée par le racleur 8 sur la couche précédente. De la même manière que précédemment, une deuxième couche de la pièce métallique 13 est formée à l'aide du faisceau 11. [6] Ces opérations sont répétées jusqu'à fabrication complète de la pièce 13. La pièce 13 est ensuite retirée de la chambre et la poudre non frittée est 10 récupérée en vue d'être réutilisée. [7] Les figures 2 et 3 représentent le cas particulier de la fabrication d'une pièce 13 comportant des plots 14 s'étendant selon un axe X, par exemple quatre plots 14 écartés les uns des autres, et une partie plane 15 s'étendant perpendiculairement aux plots 14 et reliant les extrémités supérieures des 15 plots 14. [8] Dans un tel cas, une première option est de réaliser les plots 14 couche par couche, comme indiqué précédemment, puis de réaliser couche par couche la partie plane 15, cette dernière reposant, pour une faible partie, sur les surfaces supérieures des plots 14, et pour une majeure partie sur de 20 la poudre 2 non frittée. [9] Une telle option n'est pas satisfaisante car, en pratique, on observe un affaissement de la poudre 2 non frittée située sous la majeure partie de la partie plane 15. La pièce 13 ainsi fabriquée ne répond alors pas aux exigences de dimensions à obtenir. 25 [010] Afin de répondre à ce problème, il est connu de réaliser un ou plusieurs supports 16 couche par couche, en même temps que les plots, puis de réaliser la partie plane 15 sur les surfaces supérieures des plots 14 et sur la surface supérieure du support 16. Le support 16 est ensuite retiré du plateau 6 et de la pièce 13 à obtenir, généralement par usinage. Le support 16 est majoritairement formé d'une structure alvéolaire par exemple. 3 [11] L'utilisation d'un support 16 augmente le temps de fabrication ainsi que la quantité de poudre consommée, ne pouvant pas être réutilisée. Par ailleurs, le retrait du support 16 est fastidieux et peut engendrer des défauts sur la pièce 13. 5 RESUME DE L'INVENTION [12] L'invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication additive d'une pièce métallique comportant les étapes consistant à: - réaliser sur un plateau, couche par couche, une première partie de la 10 pièce par frittage sélectif d'une poudre métallique, - fixer au moins un support amovible sur la première partie de la pièce, ledit support amovible comportant une surface plane supérieure orientée parallèlement au plateau, ladite surface supérieure du support amovible prolongeant la surface supérieure de la première partie de la pièce, 15 - réaliser au moins une deuxième partie de la pièce couche par couche, sur la surface supérieure du support amovible et sur la surface supérieure de la première partie de la pièce, - retirer la pièce du plateau et retirer le support amovible de la pièce. [13] La surface inférieure du support peut être définie comme une surface 20 tournée vers le plateau. La surface supérieure du support peut être définie comme une surface tournée du côté opposé au plateau. [14] Le support amovible est ainsi monté en porte-à-faux par rapport à la première partie de la pièce. On notera que l'espace situé sous le support amovible, c'est-à-dire entre le support amovible et le plateau, est dépourvu 25 de support constitué couche par couche en même temps que la première partie de la pièce, en tout ou partie. En d'autres termes, le support amovible et la surface supérieure de la première partie permettent de supporter la deuxième partie de la pièce lors de sa fabrication couche par couche. Le support amovible forme donc un plateau additionnel, sur lequel est formée la 4 seconde partie de la pièce. On évite ainsi les problèmes précités de l'art antérieur, liés à l'affaissement de la poudre lors de la fabrication de la pièce couche par couche. [15] On notera que la deuxième partie de la pièce peut être réalisée 5 directement sur la surface supérieure du support amovible, c'est-à-dire être attachée mécaniquement à ladite surface du support amovible. La première partie peut comporter au moins une première portion et une deuxième portion décalées l'une de l'autre dans la direction perpendiculaire à l'axe de formation des couches, le support amovible reliant les deux portions de la 10 première partie. [16] L'axe de formation des couches est l'axe perpendiculaire au plateau. [17] Le support amovible peut être fixé à la première partie de la pièce à l'aide d'au moins une bride, le support amovible et la bride étant situés de part et d'autre d'une portion de fixation de la première partie de la pièce, pour 15 l'enserrer, le support amovible et la bride étant fixés l'un à l'autre, par exemple par vissage. La portion de fixation est par exemple la partie supérieure de la première partie de la pièce. [18] De cette manière, le support amovible peut être fixé à la première partie de la pièce sans nécessiter d'adaptation particulière de la pièce, telle 20 par exemple que des trous, permettant la fixation du support amovible directement dans la pièce. [19] La pièce est formée dans une chambre destinée à contenir notamment la poudre et les couches déjà formées de la pièce, le procédé comportant une étape de retrait d'une partie de la poudre contenue dans la 25 chambre après réalisation de la première partie de la pièce et avant fixation du support amovible sur la première partie de la pièce. [20] Le retrait de la poudre permet de pouvoir loger le support amovible en lieu et place de la poudre retirée. [21] Le procédé peut comporter une étape de remplissage des zones non 30 remplies de la chambre avec de la poudre, après fixation du support 5 amovible sur la première partie de la pièce, et avant réalisation de la deuxième partie de la pièce. [22] Le support amovible peut être réalisé par fabrication additive, par exemple par frittage sélectif d'une poudre métallique à l'aide d'un faisceau 5 laser ou d'un faisceau d'électrons. [23] La surface supérieure de la partie plane peut être supérieure à deux fois la surface supérieure de la première partie de la pièce. [24] Dans le cas où la première partie de la pièce est composée de plusieurs portions, la surface supérieure de la première partie de la pièce est 10 égale à la somme des surfaces supérieures des différentes portions de la première partie de la pièce. [25] Le procédé selon l'invention peut être dépourvu d'étape de construction d'un support couche par couche, en même temps que la pièce. [26] En d'autres termes, lors de la mise en oeuvre du procédé selon 15 l'invention, la chambre ne contient que de la poudre non frittée, la pièce, et le support amovible, fabriqué séparément de la pièce, accompagné de ses moyens de fixation. [27] En variante, il est possible d'utiliser un support additionnel, réalisé couche par couche en même temps que la pièce, et destiné à supporter une 20 portion de la pièce, en plus du support amovible utilisé pour supporter la deuxième partie de la pièce. [28] Par ailleurs, il est également possible d'utiliser au moins deux supports amovibles, décalés par exemple suivant l'axe d'empilement des couches. Chaque support amovible est destiné à être fixé à une partie de la 25 pièce et est destiné à supporter une autre partie de la pièce. Ceci est notamment le cas si la pièce à fabriquer comporte plusieurs parties planes horizontales parallèles et décalées les unes des autres, chaque partie plane étant alors supportée par l'un des supports amovibles. [29] La poudre utilisée peut être en alliage à base de nickel ou de titane. 30 [030] La poudre peut être frittée à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. 6 [031] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 5 - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de fabrication d'une pièce métallique par frittage sélectif d'une poudre, conformément à l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1, illustrant la fabrication d'une pièce comportant une partie plane en porte-à-faux à l'aide d'un 10 support réalisé en même temps que la pièce ; - la figure 3 est une vue de la pièce obtenue à l'aide du procédé mis en oeuvre à la figure 2, après retrait du support amovible ; - la figure 4 est une vue schématique d'une installation de fabrication d'une pièce métallique par frittage sélectif d'une poudre, pour la mise en oeuvre 15 du procédé selon l'invention, en particulier l'étape de réalisation de la première partie de la pièce ; - la figure 5 est une vue correspondant à la figure 4, illustrant notamment l'étape de mise en place du support amovible sur la première partie ; - la figure 6 est une vue en perspective de la première partie et du support 20 amovible ; - la figure 7 est une vue correspondant à la figure 4, illustrant l'étape de réalisation de la deuxième partie de la pièce ; - la figure 8 est une vue en perspective illustrant la pièce et le support amovible. 25 7 DESCRIPTION DETAILLEE [032] Les figures 4 à 8 illustrent différentes étapes de fabrication d'une pièce 13 du type de celle représentée à la figure 3, à l'aide du procédé selon l'invention. 5 [033] Comme illustré à la figure 4, le procédé selon l'invention comporte tout d'abord une étape de réalisation des plots 14, par frittage sélectif d'une poudre métallique 2. [34] Comme précédemment, lors de cette étape, on dispose dans la chambre 5 et sur le plateau mobile 6, une première couche de poudre 2 à 10 l'aide d'un racleur 8. La couche 12 présente alors une surface inférieure correspondant à la surface du plateau 6 et une surface supérieure sur laquelle est dirigé et déplacé le faisceau laser ou le faisceau d'électrons 11. L'énergie apportée par ce faisceau 11 provoque la fusion ou le frittage local de la poudre 2 qui, en se solidifiant, forme une première couche de la pièce 15 métallique 13. [35] Après formation de cette première couche, le plateau 6 est descendu d'une distance correspondant à l'épaisseur d'une couche, puis une deuxième couche de poudre est amenée par le racleur 8 sur la couche précédente. De la même manière que précédemment, une deuxième couche 20 de la pièce métallique est formée à l'aide du faisceau 11. [36] Ces opérations sont répétées jusqu'à formation complète des plots 14, ici au nombre de quatre. [37] On notera que, dans cet exemple, aucun support n'est formé en même temps que la pièce 13. A l'issue de cette étape, le plateau 6 ne supporte 25 donc que les plots 14, rattachés au plateau 6 par leur surface inférieure, et de la poudre non frittée 2. [38] Une partie de la poudre 2 est ensuite retirée, par exemple par aspiration et/ou par remontée du plateau 6 et dégagement de la poudre 2 située au-dessus du plan A, puis un support amovible 17 est fixé sur les plots 30 14. 8 [39] Le support amovible 17 est par exemple métallique et peut être fabriqué par un procédé de fabrication additive, tel que le frittage sélectif de poudre à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. Dans tous les cas, le support amovible 17 est réalisé indépendamment de la pièce 13. 5 Le support amovible 17 est conçu et fabriqué au préalable pour s'adapter à la géométrie de la première partie 14 de la pièce 13, sur laquelle il va être fixé. [40] Comme cela est mieux visible à la figure 6, le support amovible 17 est fixé aux extrémités supérieures des plots 14 par l'intermédiaire de brides 18. 10 [041] Chaque plot 14 comporte ici une section générale carrée ou rectangulaire. Le support amovible 17 comporte une forme générale carrée ou rectangulaire comportant des évidements 19 à ses coins, chaque évidement 19 présentant une forme complémentaire à celle de la section d'un plot 14. Les évidements 19 servent à loger les extrémités supérieures 15 des plots correspondants 14. [42] Chaque bride 18 présente ici une forme allongée, s'étend dans le plan du support amovible 17, et prend appui, à chacune des extrémités de ladite bride 18, sur une face verticale d'un plot 14. Le support amovible 17 prend appui sur la face verticale opposée du plot 14, au niveau de la découpe 20 correspondante 19 du support amovible 17. Chaque bride 18 est fixée à un bord 20 du support amovible par l'intermédiaire de moyens de fixation amovibles, ici des vis 21. [43] Après fixation du support amovible 17, la chambre 5 peut à nouveau être remplie de poudre 2 et la partie plane 15 de la pièce 13 peut être formée 25 couche par couche, sur la surface supérieure 22 du support amovible 17 et sur les surfaces supérieures 23 des plots 14. L'ensemble formé par la pièce 13, le support amovible 17 et les brides 18 peut ensuite être détaché du plateau 6, par exemple par usinage, la poudre 2 non frittée pouvant être réutilisée pour d'autres opérations de fabrication 30 ultérieures. Le support amovible 17 peut ensuite être retiré de la pièce, par retrait des brides et/ou par usinage par exemple. On obtient ainsi une pièce 9 13 similaire à celle illustrée à la figure 3, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication additive d'une pièce métallique (13) comportant les étapes consistant à: - réaliser sur un plateau (6), couche par couche, une première partie (14) de la pièce (13) par frittage sélectif d'une poudre métallique (2), - fixer au moins un support amovible (17) sur la première partie (14) de la pièce (13), ledit support amovible (17) comportant une surface plane supérieure (22) orientée parallèlement au plateau, ladite surface supérieure (22) du support amovible (17) prolongeant la surface supérieure (23) de la première partie (14) de la pièce (13), - réaliser au moins une deuxième partie (15) de la pièce (13) couche par couche, sur la surface supérieure (22) du support amovible (17) et sur la surface supérieure (23) de la première partie (14) de la pièce (13), - retirer la pièce (13) du plateau (6) et retirer le support amovible (17) de la pièce (13). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie (14) comporte au moins une première portion et une deuxième portion décalées l'une de l'autre dans la direction perpendiculaire à l'axe de formation des couches, le support amovible (17) reliant les deux portions de la première partie (14). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support amovible (17) est fixé à la première partie (14) de la pièce (13) à l'aide d'au moins une bride (18), le support amovible (17) et la bride (18) étant situés de part et d'autre d'une portion de fixation de la première partie (14) de la pièce (13), pour l'enserrer, le support amovible (17) et la bride (18) étant fixés l'un à l'autre, par exemple par vissage (21). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce (13) est formée dans une chambre (5) destinée à contenir notamment la poudre (2) et les couches déjà formées de la pièce (13), le procédé 30 comportant une étape de retrait d'une partie de la poudre (2) contenue dans 11 la chambre (5) après réalisation de la première partie (14) de la pièce (13) et avant fixation du support amovible (17) sur la première partie (14) de la pièce (13). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il 5 comporte une étape de remplissage des zones non remplies de la chambre (5) avec de la poudre (2), après fixation du support amovible (17) sur la première partie (14) de la pièce (13), et avant réalisation de la deuxième partie (15) de la pièce (13). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce 10 que le support amovible (17) est réalisé par fabrication additive, par exemple par frittage sélectif par laser d'une poudre (2) métallique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface supérieure (22) du support amovible (17) est supérieure à deux fois la surface supérieure (23) de la première partie (14) de la pièce 15 (13). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est dépourvu d'étape de construction d'un support réalisé couche par couche, en même temps que la pièce (13). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce 20 que la poudre (2) utilisée est en alliage à base de nickel ou de titane. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la poudre (2) est frittée à l'aide d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons (11). 25