Brevet FR3088837A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : RACLEUR POUR UNE FABRICATION ADDITIVE DE PIECES METALLIQUES PAR PROCEDE DE LIT DE POUDRE [0ool] Le sujet de l'invention est un racleur, qui peut être appliqué notamment au transport de poudres pour fabriquer des pièces métalliques par fabrication additive par procédé de lit de poudre. [0002] Un procédé que l'invention peut perfectionner est décrit dans le document FR 2980380 Al. On décrit la fabrication d'une pièce métallique par dépôt et agglomération de couches successives d'une poudre. L'installation comprend un bac d'alimentation de la poudre, un plateau de fabrication, un bac de récupération de poudre en excès, ces trois postes étant alignés et contigus, avec le plateau entre les deux bacs ; et elle comprend encore un racleur apte à passer au-dessus de ces trois postes afin de déplacer la poudre du bac d'alimentation au bac de récupération tout en déposant une couche de poudre sur le plateau de fabrication. Le racleur peut prendre des aspects divers dans l'art, mais il comprend toujours une face principale dirigée dans une direction d'avance, dans laquelle le racleur est déplacé pour transporter la poudre, c'est-à-dire une face s'étendant au moins essentiellement perpendiculairement à cette direction d'avance, et sur laquelle la poudre transportée s'accumule. [0003] Le plateau est mobile verticalement sous l'effet d'un vérin réglable, et le fond du bac d'alimentation en poudre est lui aussi mobile sous l'effet d'un autre vélin réglable, indépendant du précédent. Il est également possible que le fond du bac de récupération de la poudre soit aussi mobile sous l'effet d'un autre vérin. En effet, dans certaines configurations, et afin d'optimiser la consommation de poudre, le bac d'alimentation peut devenir bac de récupération et vice-versa. Le racleur change alors de sens de déplacement. [0004] Le vérin du bac d'alimentation est périodiquement déployé pour soulever la poudre qui y est contenue et en faire sortir une petite partie au-dessus d'un bord supérieur du bac. Le racleur peut alors être déplacé, et il intercepte au moins une partie de cette quantité de poudre et la déplace pour la laisser s'écouler et se répartir sur la surface du plateau ; la poudre restant éventuellement en excès sur le racleur tombe dans le bac de récupération. [0005] Ces opérations sont répétées de manière à déposer la poudre en couches successives et empilées sur le plateau. Dès qu'une couche est déposée, elle peut être fondue par parcelles successives, par un laser par exemple, qui donnent peu à peu une couche agglomérée en se solidifiant, puis le racleur est ramené à sa position d'origine, le vérin du 2 bac d'alimentation est soulevé pour faire sortir une nouvelle quantité de poudre et le vérin du plateau est descendu pour permettre à la matière de la couche suivante de se déposer. Une pièce peut ainsi être fabriquée couche par couche, après des passes successives du racleur. De tels procédés comprennent ceux qui sont dénommés LBM (Laser Beam Melting ou fusion par faisceau laser) ou EBM (Electron Bcam Melting ou fusion par faisceau d'électrons). Les racleurs connus sont de différents types : en rouleau ou en lame, en acier, silicone, brosse, etc. [0006] La rigidité des racleurs peut devenir problématique sur certaines pièces. Des racleurs en matériaux durs ont une bonne résistance à l'usure, niais ils sont normalement très rigides, et ils peuvent déformer certaines pièces minces en passant sur elles. Les racleurs en matériaux plus souple ont les inconvénients inverses d'être sujets à une usure rapide et d'être très sensibles à des variations de hauteur de la pièce. Enfin, les brosses composées de poils flexibles sont souples elles aussi, avec les inconvénients supplémentaires de pouvoir perdre des poils au cours du raclage, ce qui pollue le lit de poudre, et de risquer de perturber le lit de poudre dans le cas d'un arrêt du déplacement. Des défauts de fabrication peuvent s'ensuivre dans tous les cas. Le moindre mal serait un racleur juste assez souple pour ne pas déformer la pièce à fabriquer, selon la flexibilité de celle-ci. Mais le choix d'un racleur bien approprié à une pièce à fabriquer reste problématique si elle a une forme complexe présentant à la fois des portions rigides et flexibles, tous les racleurs se révélant alors mal adaptés à au moins certaines de ces portions. [0007] L'invention a été conçue pour diminuer ces inconvénients en évitant ou réduisant l'emploi de racleurs trop rigides ou au contraire trop souples. Sous une forme générale, elle concerne un racleur pour une machine de fabrication additive de pièces métalliques par transport de poudre, comprenant un support conçu pour être mobile dans une direction d'avance pendant ladite fabrication, caractérisé en ce que le support porte une pluralité d'éléments de raclage en regard de la poudre, les éléments de raclage étant alignés dans la direction d'avance avec des faces principales dirigées dans la direction d'avance (c'est-à-dire ayant une normale dirigée, au moins essentiellement, dans cette direction), déplaçables indépendamment les uns des autres dans une direction verticale (au moins essentiellement perpendiculairement à la direction d'avance, qui et normalement horizontale) et dotés de rigidités différentes. [0008] Les indications telles qu' « horizontal », « vertical », « haut », « bas », « supérieur », « inférieur », etc. données dans ce texte font référence à une orientation normale de l'appareillage pendant les procédés de fabrication. [0009] Il devient alors possible de choisir, pour chaque passe ou chaque portion de passe, l'élément de raclage qui est le plus adapté en fonction de la rigidité locale de la pièce à fabriquer, en associant par exemple les racleurs les plus rigides aux parties de la pièce 3 les plus rigides, et réciproquement les racleurs les moins rigides aux parties de la pièce les moins rigides. [0010] Dans un mode de réalisation plausible, les éléments de raclage sont chacun dé- plaçables dans la direction verticale entre une position rétractée vers le support et une position active, ledit élément de raclage s'étendant plus bas que les autres éléments de raclage sc trouvent dans la position rétractée, la position rétractée de chaque élément de raclage étant une position supérieure et la position active, associée au transport de poudre, une position inférieure. [0011] Selon un mode de réalisations préféré de l'invention, les éléments de raclage peuvent être construits en matériaux différents, l'un au moins pouvant par exemple être métallique, l'autre ou les autres pouvant être en polymère, tel que du silicone, en brosse composée de poils, etc. [0012] Les rigidités considérées ici sont relatives à la faculté qu'a l'élément de raclage de céder dans la direction verticale quand un effort de frottement sur une pièce à fabriquer lui est appliqué au cours d'une passe dans la direction d'avance. Dans le cas d'un racleur en forme de lame ou de plaque, la déformation peut résulter principalement d'une flexion vers l'arrière du support ; dans le cas d'un rouleau, elle peut consister principalement en une compression du rouleau dans sa direction radiale. [0013] Un des éléments de raclage peut être métallique, l'autre ou les autres non mé- talliques. [0014] Un autre aspect de l'invention est une installation de raclage comprenant un plateau de support d'une pièce à fabriquer, un bac d'alimentation en poudre contigu au plateau, et un racleur de transport de la poudre du bac d'alimentation au plateau, caractérisée en ce que le racleur est conforme à ce qui précède. [0015] Un autre aspect encore est un procédé de fabrication d'une pièce au moyen du racleur ou de l'installation conforme à ce qui précède, le procédé comprenant des dépôts de couches empilées de poudre, associés à des passes successives où le racleur apporte la poudre de chaque couche, et d'agglomération (ou de frittage) de chaque couche entre le dépôt de ladite couche et le dépôt de la couche suivante, caractérisé en ce qu' à chaque instant desdites passes successives, un seul des éléments de raclage de la rangée est abaissé pour transporter la poudre, l'autre ou les autres éléments de raclage étant levés au-dessus de la pièce. [0016] Dans une réalisation particulièrement appréciée, le procédé comprend des per- mutations de l'élément de raclage qui est abaissé, certains éléments de raclage, plus rigides que d'autres des éléments, étant abaissés sur des parties de la pièce relativement rigides, les autres des éléments étant abaissés sur des parties de la pièce relativement peu rigides. [0017] Les différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention seront maintenant décrits au moyen des figures suivantes, qui en représentent certains modes de réalisations détaillés et donnés à titre purement illustratif [0018] [fig.1] illustre une installation de fabrication d'une pièce métallique à partir d'une poudre comprenant un racleur conforme à l'invention ; [0019] [fig.2] et [0020] [fig.3] illustrent le racleur selon l'invention en coupe longitudinale et coupe transversale ; [0021] [fig.4] et [0022] [fig.5] illustrent des pièces métalliques particulièrement adaptées à l'application de l' invention ; et [0023] [fig.6] est une variante de réalisation. [0024] L'invention représente schématiquement une installation de fabrication d'une pièce à partir de poudre, comprenant un bac d'alimentation 1, un plateau 2, un bac de récupération 3 et un racleur 4. Le bac d'alimentation 1, le plateau 2 et le bac de récupération 3 sont alignés dans une direction horizontale Y dite direction d'avance. Un premier vérin 5 permet d'ajuster la hauteur du plateau 2, qui est disposé entre les bacs 1 et 3 et un second vérin 6 permet d'ajuster la hauteur d'un fond 7 du bac d'alimentation 1 et donc la profondeur de ce bac. Le plateau 2 est orienté en X-Y, c'est-à-dire horizontal plan. Un laser 8 le surplombe, qui peut être déplacé dans les mêmes directions X et Y par un mécanisme non représenté, de manière que son faisceau puisse être dirigé vers tout point du plateau 2. Le bac d'alimentation 1 est empli de poudre 9 jusqu'à son bord supérieur 10, et son sommet est ouvert. Le racleur 4 peut être déplacé le long de rails 11 s'étendant dans la direction horizontale d'avance Y. Au cours de la fabrication d'une pièce 27 dans l'installation, il passe successivement au-dessus du bord supérieur 10 du bac d'alimentation 1, du plateau 2 et du bord supérieur 12 du bac de récupération 3. Le fond 7 ayant été soulevé pour faire dépasser une quantité de poudre 9 du bord supérieur 10, cette quantité est au moins en partie interceptée par le racleur 4 et transportée sur le plateau 2, où elle se dépose en formant une couche 13. Le laser 8 est ensuite mis en action pour chauffer au moins une portion 14 de la couche 13 et la fondre, après quoi elle est laissée à se solidifier. La coalescence des grains de poudre dans les portions 14 solidifiées des couches 13 successivement déposées produit peu à peu une pièce 27 de poudre agglomérée. La poudre en excès de chaque couche 13 aboutit au bac de récupération 3 quand le racleur 4 l'atteint. Le plateau 2 est descendu avant chaque passage du racleur 4 pour permettre le dépôt de la couche suivante, dont la surface est habituellement limitée par le bord inférieur du racleur 4. [0025] Le racleur 4 est décrit plus en détail au moyen de la figure 2. Il comporte un support 17 coulissant sur les rails 11 et des éléments de raclage 18 s'étendant sous le support 17 et dont chacun est retenu par une armature 19 fixée à la face inférieure du support 17. Les éléments de raclage 18 coulissent dans une direction verticale Z dans des fentes 20 des armatures 19 qui s'ouvrent vers le bas, le long de glissières 21 verticales, et leur position verticale peut être assurée par un élément de levage quelconque, par exemple des vis sans fin 22 tournées par des moteurs 23 installés sur le support 17, ces moteurs 23 étant commandés par un système général 24 sensibles à des capteurs de position, non représentés, associés à chaque élément de raclage 18. Leurs hauteurs peuvent être réglées indépendamment les unes des autres par le système général 24 de commande. Leurs faces principales, de plus grande superficie, sont dirigées dans la direction d'avance Y. [0026] Il est conforme à l'invention de disposer une pluralité des éléments de raclage 18 alignés en une rangée dans la direction d'avance Y du racleur 4. De plus, il est prévu que les éléments de raclage 18 ont des largeurs semblables dans la direction transversale X horizontale et perpendiculaire à la direction d'avance Y, mais qu'ils soient de rigidités différentes, ce qui peut être assuré soit par des différences de structure, soit par des différences de matériaux. Si par exemple on a trois éléments de raclage 18, notés 18A, 18B et 18C comme à la figure 2, l'un d'entre eux 18A pourra être construit sous forme d'une lame métallique, en acier par exemple, un autre 18B sous forme d'une lame en polymère, en silicone par exemple, et le troisième 18C sous forme d'une lame ou d'un bloc parallélépipédique de poils de brosse. Pendant la fabrication de la pièce, un seul des éléments de raclage 18 (18A à la figure 2) est abaissé sur la surface libre 25 de la pièce 27 à fabriquer, alors que les autres sont levés au-dessus de celle-ci, rentrés dans les armatures 19. [0027] En effet, les éléments de raclage 18A, B et C du racleur 4 sont tous aptes à parcourir une même bande 26 de la pièce 27 quand le racleur 4 est déplacé. On choisit toutefois, pour établir le contact avec la surface libre 25, l'élément de raclage 18 qui a la rigidité localement adaptée à celle de la pièce 27. En effet, un élément de raclage 18 trop rigide pourrait déformer la pièce 27 si elle est localement souple, de faible épaisseur par exemple, alors qu'un élément de raclage 18 souple aurait l'inconvénient de subir une usure plus rapide et d'être sensible à des variations de hauteur de la surface libre 25. Des irrégularités de dépôt des couches de poudre et de fabrication pourraient ainsi apparaître. C'est pourquoi on conseille de choisir, pour chaque portion de la pièce 27 à fabriquer, celui des éléments de raclage 18 qui est le plus adapté, juste assez souple pour ne pas déformer excessivement la pièce 27. [0028] La souplesse considérée ici pour les éléments de raclage 18 peut être corrélée à la composante de déformation AZ en direction verticale qu'ils présentent dans une situation concrète de déplacement sur une bande 26 déterminée, indépendamment de leur mode de déformation d'ensemble de flexion ou de compression, dans leur position 6 abaissée sur la surface libre 25, à une hauteur déterminée par le système général 24 d'après le réglage de la machine. On s'intéressera plutôt, en pratique, à l'ordre des souplesses, ou des rigidités, des éléments de raclage 18 de la rangée. [0029] Les différences de rigidité seront produites, dans les modes de réalisation préférés de l'invention, par des matériaux différents pour les éléments de raclage 18, mais sans exclure d'autres facteurs, comme des différences d'épaisseur ou de forme des éléments de raclage 18. [0030] Les éléments de raclage 18 ne sont pas limités à des lames niais peuvent prendre d'autres formes, comme des rouleaux 28 cylindriques, comme le représente la figure 6. Ils tournent librement autour d'un axe 29 horizontal monté sur une tringleric 30 coulissant dans des canons de perçage 31 verticaux du support 17. Comme précédemment, un moteur 23 fait tourner une vis sans fin 22, qui s'engage sur une douille taraudée 32 au sommet de la tringleric 30 pour commander la hauteur de celle-ci. Le reste de la réalisation sera identique à celle de la figure 2 : on retrouvera en particulier d'autres éléments de raclage alignés sur le support 17 en une rangée dans la direction d'avance Y, et un système de commande identique, permettent d'abaisser un des éléments de raclage sur la pièce 27, tandis que les autres sont levés, de manière à choisir l'élément de raclage le mieux adapté à la pièce 27. La souplesse du rouleau 28 est corrélée à la compression radiale AZ qu'il subit à sa génératrice inférieure. [0031] Une pièce pour laquelle on peut recommander l'emploi de l'invention est une aube 33 de turbomachine représentée à la figure 4 et composée de trois parties principales : un aubage 34 long et mince entre un pied d'aube 35 et une plate-forme supérieure 36, tous deux, surtout le premier, plus massifs et rigides. La grande différence de rigidité entre ces trois parties peut justifier leur fabrication par des éléments de raclage différents quant à la rigidité, par exemple l'élément de raclage le plus souple pour la fabrication de l'aubage 34 et un autre élément de raclage, plus rigide, pour le pied d'aube 35 et la plate-foime supérieure 36 ; ou bien un élément de raclage plus rigide pour le pied d'aube 35 et un élément de raclage de rigidité intermédiaire par la plate-forme supérieure 36. D'autres choix sont possibles au cas par cas. Chaque parcelle de l'aube 33 pourra donc être construite avec un élément de raclage approprié et éventuellement différent d'une parcelle voisine. De plus, les éléments de raclage prévus pour tout endroit de l'aube 33 peuvent être remplacés par d'autres, lors de passages du racleur par les mêmes endroits pour le dépôt de couches ultérieures, quand certaines épaisseurs déterminées de l'ébauche de l'aube 33 ont été atteintes au cours de la fabrication. [0032] Un autre genre de pièce intéressant pour l'invention, représenté à la figure 5, est une virole, ou un secteur de virole cylindrique ou conique, tel qu'une paroi de chambre de combustion 37 de turbomachine, mince mais limitée par une bride épaisse 38 et rigide 7 à au moins une extrémité. Les mêmes commentaires que précédemment s'appliquent. 8