Brevet FR3079152A1 — publié le 20190927

OPTIMISATION DES SUPPORTS POUR LA FABRICATION ADDITIVE D'UNE PIECE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne la formation d'un support de palier de moteur d'aéronef par fabrication additive. CONTEXTE GENERAL DE L'INVENTION Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée recevant l'air en amont qui est aspiré par un compresseur basse pression, avant d'être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Après avoir passé le compresseur basse pression, le flux secondaire est propulsé vers l'aval pour générer une poussée en étant soufflé autour du flux primaire, l'amont et l'aval étant définis par rapport au sens d'écoulement de fluide dans le turboréacteur. Après avoir passé le compresseur basse pression, le flux primaire traverse un compresseur haute pression avant d'atteindre une chambre de combustion. Ce flux primaire est ensuite détendu dans une turbine haute pression liée en rotation avec le compresseur haute pression, puis dans une turbine basse pression liée en rotation au compresseur basse pression, avant d'être expulsé vers l'aval. Dans le cas d'un turboréacteur double corps, le compresseur haute pression et la turbine haute pression font partie d'un corps haute pression qui entoure un tourillon basse pression en tournant à une vitesse différente de celui-ci, ce tourillon basse pression portant le compresseur basse pression et la turbine basse pression. Le tourillon basse pression et le corps haute pression sont portés en amont et en aval par des paliers logés dans des enceintes les isolant du reste du moteur. Chaque palier est lubrifié par de l'huile circulant dans l'enceinte qui l'entoure, et qui est délimitée par des éléments fixes et par l'élément rotatif qui la traverse. Un tel palier est porté par un support tout en étant entouré par l'enceinte. 2 La figure 1, d'une section d'une partie aval d'un turboréacteur 1 selon une possibilité de conception que l'invention se propose d'améliorer, fait apparaître un tourillon basse pression 2, à l'extrémité aval duquel est solidarisée une virole 3 qui s'étend radialement pour être solidarisée à des disques 4 d'une turbine basse pression 5 5 s'étendant autour d'une portion aval du tourillon 2. Le tourillon 2 est entouré dans sa région aval par un support de palier 6 qui porte un manchon 7 destiné à recevoir un roulement à rouleaux 8 pour supporter la partie aval du tourillon 2, et qui est solidarisé à un élément fixe 9 du moteur situé à son amont, par l'intermédiaire d'un cône 10. Ce cône 10 s'évase depuis sa portion aval où il 10 est solidarisé au support 6, vers sa portion amont où il est solidarisé à l'élément fixe 9. Le cône 10 est entouré par un élément cylindrique 11 solidarisé à sa portion amont qu'il prolonge vers l'aval, pour délimiter avec ce cône 10 et avec la virole 3 une portion d'une enceinte 12 renfermant le palier. Comme visible sur la figure 2 d'une possibilité de conception que 15 l'invention se propose d'améliorer, une jupe 13 et deux organes de révolution 14 et 15 prolongent la région centrale du cône 10 respectivement vers l'amont et vers l'aval, cette jupe et ces organes ayant des diamètres externes de l'ordre du diamètre interne du cône 10. Un support amont 16 comportant une couronne par laquelle il est fixé à l'amont de la jupe 13 porte un joint radial segmenté 17 qui délimite une enceinte 18 en amont du 20 roulement 8. L'élément de révolution 14 délimite conjointement avec le tourillon 2 deux enceintes concentriques 19 et 20 situées en aval du roulement 8. Compte tenu des contraintes de fabrication et de montage avec des techniques conventionnelles, ces composants, à savoir le support 6, le cône 10, l'élément cylindrique 11 la jupe 13, l'élément 14 et le support amont 16 sont fixés les uns aux 25 autres selon différents procédés incluant notamment le soudage TIG. D'une manière générale, la conception et la fabrication d'un support de palier sont des opérations complexes et coûteuses impliquant une multiplicité de processus. Le but de l'invention est d'apporter une solution pour remédier à cet inconvénient. EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'obtention par fabrication additive d'une pièce comportant au moins une surface devant être soutenue durant la fabrication, incluant : 5 - une étape de formation par fabrication additive en un seul tenant sur un plateau de fabrication d'une pièce brute comprenant un supportage incluant un pilier et un chapiteau qui est un élément alvéolaire raccordant le pilier à la surface à soutenir ; - une étape de désolidarisation du supportage du reste de la pièce brute. 10 Avec cette solution, le pilier forme une surface déportée d'édification du chapiteau alvéolaire, évitant que celui-ci ne soit érigé depuis une zone difficile pour la désolidarisation, tout en réduisant son volume. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel l'étape de désolidarisation du supportage inclut : 15 - le retrait du pilier induisant une rupture au niveau du chapiteau, et - une étape de finition pour supprimer des résidus du chapiteau restés attachés à la surface à soutenir. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel le pilier comporte un pied, un segment incliné et une tête sur lequel est fabriqué le 20 chapiteau. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel le pied est directement érigé depuis le plateau de fabrication à partir duquel la pièce débute sa fabrication. Avec cet arrangement, le pilier est rattaché au reste de la pièce brute 25 par le chapiteau uniquement, limitant ainsi la quantité de surface à retoucher durant l'étape de finition à la surface à soutenir sur laquelle des résidus du chapiteau sont restés attachés une fois le pilier retiré. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel dans lequel l'étape de retrait du pilier du reste de la pièce brute consiste à tirer sur le pied 30 à la manière d'un levier en suivant une trajectoire d'arc. 3 4 L'invention concerne également un support de palier comprenant au moins une surface nécessitant d'être soutenue durant sa fabrication additive, ce support de palier étant obtenu avec le procédé ainsi défini. L'invention concerne également un moteur d'aéronef comprenant un 5 support de palier ainsi défini. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 déjà décrite est une vue schématique en coupe d'une section d'une partie aval d'un turboréacteur ; 10 - La figure 2 déjà décrite est une vue en coupe d'une portion de section supérieure de partie aval d'un turboréacteur ; - La figure 3 est une vue en perspective d'un support de palier fabriqué conformément à l'invention ; - La figure 4 est une vue en coupe d'une partie de moteur d'aéronef 15 équipée d'un support de palier fabriqué conformément à l'invention ; - La figure 5 est un une représentation schématique illustrant une problématique d'effondrement lors de la fabrication additive d'une pièce ; - La figure 6 est une vue en coupe transversale d'un support de palier avec des supportages formés selon l'Etat de la technique. 20 - La figure 7 est un schéma illustrant un supportage formé selon l'Etat de la technique pour fabriquer une fenêtre et localement un raidisseur prolongeant cette fenêtre ; - La figure 8 est une vue en coupe transversale d'une pièce brute comprenant un supportage pour fabriquer une fenêtre et localement un raidisseur dans 25 le prolongement de cette fenêtre selon l'invention ; - La figure 9 est une vue en coupe transversale d'une pièce brute comprenant un supportage pour soutenir une fenêtre et localement un raidisseur dans le prolongement de cette fenêtre lors d'une étape désolidarisation selon l'invention ; 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Support de palier Selon l'invention, le support de palier est une pièce métallique formée d'un seul tenant par fabrication additive, incluant en particulier un cône de fixation et un 5 élément cylindrique entourant ce cône, au lieu de les fabriquer séparément pour les assembler ensuite. Ce support de palier qui apparaît sur la figure 3 où il est repéré par 21 comporte un tronc de cône ou cône 22, ayant son pourtour de grand diamètre prolongé par un élément généralement cylindrique 23, et ayant son pourtour de petit diamètre 10 prolongé par une couronne 24. Le support de palier 21 a une forme générale de révolution autour d'un axe AX coïncidant avec l'axe longitudinal du moteur dans lequel il est destiné à être monté, le cône 22 et l'élément cylindrique 23 ayant cet axe AX comme axe de révolution. L'élément cylindrique 23 s'étend depuis un premier bord 25 jusqu'à un 15 second bord 26 circulaires ayant sensiblement les mêmes diamètres tout en étant espacés l'un de l'autre le long de l'axe AX. Le premier bord 25 est le plus proche du pourtour de grand diamètre du cône 22, ce cône présentant un diamètre qui rétrécit en se rapprochant du second bord 26. Le support de palier 21 comporte en outre quatre conduits 27, dans 20 lesquels circule de l'huile et/ou de l'air, qui traversent le cône 22 radialement par rapport à l'axe AX en s'étendant jusqu'au voisinage de l'élément cylindrique 23. Un orifice 28 est formé dans l'élément cylindrique en vis-à-vis de chaque conduit 27. Ce support palier inclut également des bossages 29 qui dépassent radialement de l'élément cylindrique 23 vers l'extérieur en étant régulièrement espacés 25 le long de sa circonférence. Chaque bossage 29 comporte une fenêtre centrale 30 c'est-à- dire une ouverture mettant en communication l'intérieur et l'extérieur de l'élément cylindrique 23. 6 La figure 4 montre une partie de moteur d'aéronef équipée d'un support de palier du type du support 21 délimitant une enceinte principale 31 qui entoure un palier 32 enserrant une bague extérieure de roulement 33. Cette enceinte principale 31 est délimitée par une portion de tourillon 34 d'axe AX, par le support de palier 21 dont 5 l'élément cylindrique 23 est fixé à un élément fixe 35 du moteur, et par une virole 36, fixée à la couronne 24 qui prolonge le support de palier 21 vers l'axe AX. Une série d'anneaux 37, 38, 39, 41 dépassent du cône 22 vers l'axe AX. Le premier anneau 37 dépasse dans l'enceinte principale 31 pour porter la bague 33. Chaque autre anneau 38, 39 et 41 est jointif avec une portion correspondante du 10 tourillon 34, pour délimiter avec lui deux enceintes annulaires annexes 42 et 43. Lorsque le support de palier 21 est intégré dans le moteur, il est équipé d'au moins une canalisation 44 qui traverse radialement une fenêtre 30, et se rabat parallèlement à l'axe AX. Cette canalisation 44 est portée par un organe de maintien 46 fixé à un raidisseur 47. Ce raidisseur 47 a une forme de couronne interne, c'est-à-dire 15 dépassant radialement vers l'axe AX sur tout le pourtour de l'élément cylindrique, en étant situé au voisinage du second bord 26. Un tel support de palier comporte typiquement deux canalisation du type de la canalisation 44, espacées l'une de l'autre d'un angle de trente degrés autour de l'axe AX. 20 Fabrication additive La fabrication additive sur lit de poudre désigne l'ajout de matière couche par couche, sur un plateau de fabrication d'une machine dédiée, pour former un objet physique à partir d'un modèle numérique. Dans le cas d'une pièce métallique, on recourt au procédé de fusion/frittage laser qui consiste à faire fondre totalement ou 25 partiellement une fine couche de poudre de matière à l'aide d'un laser à chaque passe. La poudre utilisée en fusion/frittage laser n'est pas autoportante. Comme visible sur la figure 5, lors de la fabrication d'une pièce P, la poudre non fusionnée/frittée de couches inférieures repérées par Cl, c'est-à-dire qui n'est pas balayée par le laser, n'est pas capable de soutenir la poudre fusionnée d'une couche supérieure 7 consécutive CS en deçà d'un angle de dépouille minimum A entre la pièce P et le plateau de fabrication T. Pour résoudre cette question, on forme tout en fabriquant la pièce, des supportages qui soutiennent chaque région ayant un angle de dépouille inférieur à l'angle 5 minimum A, pour éviter un effondrement local. La pièce et les supportages sont solidaires, fabriqués en même temps et faits du même matériau. Une fois la fabrication additive achevée, les supportages constituent de la matière non fonctionnelle et ainsi doivent être retirés, par exemple par usinage. A cet effet, ces supportages sont des éléments entièrement alvéolaires, généralement sous la 10 forme de treillis ou issus de l'empilement ordonné de structure dite lattices, consommant moins de poudre tout en étant plus aisément retirable qu'un bloc de matière uniforme. Durant sa fabrication, le support de palier 21 est orienté de sorte que son axe de révolution AX est normal au plateau T, en débutant par la formation du premier bord 25 de l'élément cylindrique 23. Dans l'exemple des figures, l'angle de 15 dépouille minimum A est défini à 400 par rapport au plateau T, et certaines régions du support de palier 21 présentent un angle de dépouille inférieur à cet angle minimum A, et nécessitent d'être soutenues. Dans la suite de la description qui va suivre, les termes « inférieur » et « supérieur » sont à considérer par rapport au sens de fabrication du support de palier à 20 partir du plateau de fabrication T. Un élément est dit supérieur par rapport à un autre s'il est plus éloigné du plateau T disque que l'autre, et un élément est dit inférieur par rapport à un autre s'il est moins éloigné du plateau T que l'autre. Fabrication du support de palier avec des supportages selon l'Etat de la 25 technique L'exemple de la figure 6 montre des supportages S pour la fabrication du support de palier 21 qui sont entièrement alvéolaires et agencés selon l'Etat de la technique, et dans lequel chaque anneau 37, 38, 39 et 41 nécessite un supportage érigé depuis le plateau T, puisque les faces à partir desquelles débute leur fabrication sont à 30 distance du plateau T et parallèles à celui-ci, ayant de fait un angle de dépouille de 00 . 8 Des supportages S sont aussi nécessaires à la formation des conduits 27, des orifices 28 et des fenêtres 30. Par ailleurs, le cône 22 comprend un trou traversant 50 formé sous des conduits 27, ce qui nécessite de soutenir localement l'anneau 39 avec un supportage érigé à partir de l'anneau 41 situé en dessous. 5 En ce qui concerne la couronne 24 et certaines portions de raidisseur 47 situées au niveau des fenêtres 30 en présentant une section radiale ayant une forme correspondant à celle de la lettre r, elles s'étendent normalement à l'axe AX. Cette couronne 24 et ces portions de raidisseur sont ainsi parallèles au plateau T, et nécessitent de fait d'être soutenues par des supportages érigés à partir du support de palier 21, 10 notamment au niveau du cône 22. Comme visible plus en détail sur la figure 7, la fabrication de l'élément cylindrique 23 au-dessus de chaque fenêtre 30, et de portions du raidisseur 47 qui se situent dans le prolongement radial de ces fenêtres, en ayant une section radiale dont la 15 forme correspond à celle de la lettre r, nécessitent communément un usuel supportage alvéolaire Si qui est volumineux et complexe à retirer. Le retrait de ce supportage Si est une opération longue et délicate compte tenu de la complexité de forme du support de palier 21. L'opération d'extraction exige notamment de réaliser un usinage de l'élément cylindrique 23, plus 20 particulièrement au niveau d'encadrures inférieure et supérieure de fenêtre 59 et 61 qui délimitent la fenêtre 30, d'une surface d'édification repérée par 62 au niveau du cône 22 et d'une surface inférieure 63 de raidisseur qui est normale à l'axe AX. En outre, le passage de l'outil d'usinage s'avère particulièrement difficile, voire impossible, au niveau d'une zone en présence de deux conduits 27 juxtaposées, comme visible en haut à 25 gauche sur la figure 3. L'invention consiste à proposer une solution alternative au supportage Si illustré sur la figure 7 pour le soutient des encadrures supérieures de fenêtre 61 et des surfaces inférieures 63 de raidisseur, par lesquelles débute respectivement la fabrication de l'élément cylindrique 23 au-dessus des fenêtres 30 et des portions à section en r du 30 raidisseur 47 qui se situent dans le prolongement de ces fenêtres 30. 9 Fabrication du support de palier conformément au procédé selon l'invention L'idée à la base de l'invention est d'utiliser avantageusement les 5 fenêtres 30 qui constituent un accès depuis l'extérieur de l'élément cylindrique 23, en érigeant des supportages 64 qui pénètrent chacun dans une fenêtre pour soutenir à la fois l'encadrure supérieure de fenêtre 61 et localement le raidisseur 47 au niveau de la surface inférieure 63, comme montré sur la figure 8. Le procédé selon l'invention prévoit ainsi d'obtenir une pièce brute, 10 autrement dit le support de palier 21 en sortie de machine de fusion/frittage laser, comportant des supportages 64 qui dépassent chacun hors d'une fenêtre 30. Chaque supportage 64 comporte un pilier 66 sous la forme d'un bloc de matière et un chapiteau 67 qui est un élément alvéolaire reliant le pilier 66 à l'encadrure supérieure de fenêtre 61 et la surface inférieure de raidisseur 63. 15 Chaque pilier 66 présente une forme en demi-arche en comprenant un pied 68 érigé perpendiculairement au plateau T, autrement dit parallèlement à l'axe AX, et à distance de l'élément cylindrique 23, un segment incliné 69 qui prolonge le pied 68 jusque dans la fenêtre associée, et se termine par une tête 71. Le segment incliné 69 forme une rampe qui forme avec le plateau T un angle de 40°, ne nécessitant pas d'être 20 soutenu durant sa fabrication par un élément alvéolaire qui reposerait au moins en partie sur le support de palier 21 dans le cas contraire. La tête 71 s'étend depuis le segment incliné 69 en s'évasant pour former un socle de support 72 qui correspond à la surface projetée de l'encadrure supérieur de fenêtre 61 et de la surface inférieure de raidisseur 63 au-dessus-de lui, suivant l'axe AX. De la même manière que le segment incliné 69, la 25 tête 71 forme avec le plateau T des angles supérieurs à 40°. Lors de la fabrication, les supportages 64 sont construits en même temps que le palier de support 21. Le chapiteau 67 est érigé depuis le socle de support 72 pour assurer le soutien de l'encadrure supérieure de fenêtre 61 et de la surface inférieure 63 de raidisseur, attendu que dans le cas contraire, elles reposeraient sur de la poudre 30 non fusionnée/frittée. Le chapiteau 67 lie alors le pilier 66 au palier de support 21, 10 sachant que l'encadrure supérieure de fenêtre 61 et la surface inférieure de raidisseur 63 débutent leur fabrication par une couche de poudre déposée sur le socle de support 72 qui fusionne avec/s'agglutine à lui. L'étape de désolidarisation des supportages 64 du reste de la pièce 5 brute, autrement dit du brut de fabrication en sortie de machine de fusion/frittage laser, consiste d'abord à dégager le pied 68 du plateau T sur lequel il a été fabriqué par cisaillement dit « en dur» ou par électroérosion, communément appelé découpe fil. L'opérateur tire ensuite manuellement le pied 68 comme un levier, en suivant une trajectoire d'arc notée C, pour arracher le chapiteau 67 et libérer le pilier 66. Enfin un 10 toilage allégé, autrement dit une retouche par abrasion, est réalisé pour retirer des éventuels résidus de chapiteau repérés par 73 sur la figure 9 qui sont restés accrochés au niveau de l'encadrure supérieur de fenêtre 61 et de la surface inférieure de raidisseur 63, facilement accessibles par l'outil. Les supportages 64 selon l'invention permettent ainsi de fabriquer 15 l'élément cylindrique 23 au-dessus de la fenêtre 30 et des portions à section en r de raidisseur 47 dans le prolongement de cette fenêtre, tout en limitant le volume d'élément alvéolaire et les surfaces à retoucher. Le temps et les coûts d'usinage associés à son extraction sont ainsi réduits, le passage de l'outil n'étant pas entravé par la complexité de forme du support de palier 21. 20 L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit du pilier 66, et permet l'utilisation de forme variées dès lors qu'il constitue toujours une surface déportée d'édification du chapiteau 67, évitant notamment que celui-ci soit érigé directement à partir du support de palier 21. Concrètement le procédé selon l'invention trouve son application dans 25 le domaine général de la fabrication additive, en proposant de former une surface déportée d'édification du chapiteau alvéolaire pour soutenir une ou des portions de pièce. La localisation des piliers 66 n'est pas limitée en ce qu'ils sont fabriqués depuis l'extérieur d'une pièce comprenant un évidement à travers lequel ils s'engagent : un pilier 66 peut être formé dans un espace évidé interne de la pièce pour soutenir une ou 30 plusieurs portions qui dépassent dans cet espace évidé. 11 Dans notre cas, l'encadrure supérieure de fenêtre 61 et la surface inférieure de raidisseur 63 s'étendent parallèlement au plateau T. Mais l'invention est aussi applicable à d'autres orientations de la ou les surfaces à supporter dès lors que l'encombrement permet la formation d'un supportage 64. Il est également possible 5 d'ériger un pilier 66 ayant une structure ramifiée ou serpentine qui s'adapte à la morphologie de la pièce. Préférentiellement, le supportage 64 ne comporte pas de surface formant un angle inférieur à l'angle de dépouille minimum A, pour que sa fabrication ne nécessite pas d'élément alvéolaire additionnel. En l'occurrence, il est à noter que la valeur 10 de l'angle de dépouille minimum A n'est pas nécessairement égale à 400, attendu qu'elle dépend de la poudre utilisée. A cet égard, l'invention pourrait prévoir que le segment incliné 69 et la tête 71 forment des angles avec le plateau T d'une valeur différente pour respecter une nouvelle valeur d'angle A. Il est également envisageable, pour supporter une ou plusieurs portion 15 de pièce, d'ériger un pilier 66 non pas sur le plateau T si cela s'avère impossible, mais directement sur cette pièce. Autrement dit, en comparaison avec un supportage usuel Si érigé sur une première zone difficilement usinable de la pièce, le supportage 64 serait ici utilisé non pas pour s'affranchir de certaines retouches sur la pièce, mais serait formé en érigeant le pied 68 à partir d'une seconde zone de la pièce qui est plus aisément usinable. 20 Complémentairement, le supportage 64 peut comprendre une base alvéolaire qui est formée directement sur ladite pièce, au niveau de la seconde zone, REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention par fabrication additive d'une pièce comportant au moins une surface (61; 63) devant être soutenue durant la fabrication, incluant : - une étape de formation par fabrication additive en un seul tenant sur un plateau de fabrication (T) d'une pièce brute comprenant un supportage (64) incluant un pilier (66) et un chapiteau (67) qui est un élément alvéolaire raccordant le pilier (66) à la surface à soutenir (61 ; 63) ; - une étape de désolidarisation du supportage (64) du reste de la pièce brute. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel dans lequel l'étape de désolidarisation du supportage (64) inclut : - le retrait du pilier (66) induisant une rupture au niveau du chapiteau, et - une étape de finition pour supprimer des résidus du chapiteau restés attachés à la surface à soutenir (61; 63). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le pilier (66) comporte un pied (68), un segment incliné (69) et une tête (71) sur lequel est fabriqué le chapiteau (67). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le pied (68) est directement érigé depuis le plateau de fabrication (T) à partir duquel la pièce débute sa fabrication. 5. Procédé selon la revendication 2 combiné à l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel l'étape de retrait du pilier (66) du reste de la pièce brute consiste à tirer sur le pied (68) à la manière d'un levier en suivant une trajectoire d'arc (C). 13 6. Support de palier (21) comprenant au moins une surface (61; 63) soutenue durant sa fabrication additive, ce support de palier (21) étant obtenu avec le procédé selon l'une des revendications précédentes. 5 7. Moteur d'aéronef comprenant un support de palier (21) selon la revendication 6.