Brevet FR3089579A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : ECROU A FENTE POUR appareil de fa- brication additive sélective DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR [0001] La présente invention concerne le domaine général (le la fabrication additive sélective. [0002] 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 couche par couche, par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec une source de puissance. [0003] Le matériau pulvérulent ou poudre peut. être transporté depuis le réservoir de poudre vers la zone de fabrication en utilisant une réglette adaptée pour coulisser au sein d'un tiroir. 100041 Une partie de la poudre peut passer en suspension dans l'atmosphère environnante, de sorte que le milieu de travail peut être agressif vis-à-vis des pièces mécaniques de l'appareil. C'est notamment le cas pour les pièces impliquées dans la transmission d'un mouvement, comme le mouvement de la réglette au sein du tiroir. 100051 On connaît dans l'art antérieur l'utilisation d'un système vis-écrou pour la mise en mouvement de la réglette. Les interstices entre la vis et l'écrou sont obstrués par le matériau en suspension dans l'environnement. Ces dépôts de poudre réduisent puis suppriment le jeu mécanique dans le système vis-écrou. Un changement fréquent de pièces est nécessaire. 100061 11 existe donc un besoin pour un système de mise en mouvement de la réglette présentant une durée de vie plus importante lorsqu'il fonctionne dans un environnement contenant une poudre de matériau en suspension. PRÉSENTAtION GÉNÉRALE DE L'INVENTION 100071 Un but général de l'invention est de pallier les limitations de l'art antérieur. 100081 Notamment on cherche à proposer un système de mise en mouvement d'une réglette qui présente une durée de vie plus importante lorsqu'il fonctionne dans un environnement contenant une poudre de matériau en suspension. 100091 A cet effet notamment, l'invention propose un écrou pour le déplacement d'une réglette de transport de poudre dans un appareil de fabrication additive sélective comportant un trou taraudé s'étendant selon un premier axe, caractérisé en ce qu'il comprend une fente qui traverse l'épaisseur de l'écrou d'une surface externe de l'écrou 2 à la surface interne du trou taraudé et qui s'étend selon un plan passant par le premier axe sur au moins un pas de filetage du trou taraudé. [0010] Un tel écrou est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - la fente s'étend selon le premier axe depuis une extrémité de l'écrou perpendiculaire au premier axe ; - deux fentes s'étendent selon le premier axe chacune depuis une extrémité de l'écrou ; - la fente présente une largeur selon un troisième axe perpendiculaire au premier axe et au deuxième axe au minimum trois fois plus importante qu'une taille maximum de grain en suspension dans l'environnement de fonctionnement ; - la fente présente une largeur selon le troisième axe comprise entre 500 micromètres et 10 000 micromètres ; - la fente présente une largeur selon le troisième axe comprise entre 1 000 micromètres et 2 000 micromètres. - la surface externe de l'écrou est un cylindre s'allongeant selon le premier axe ; - la surface externe de l'écrou est un cylindre comportant en outre deux rainures s'allongeant selon le premier axe, chaque rainure étant formée d'un premier rectangle parallèle au deuxième axe et d'un deuxième rectangle parallèle au troisième axe, les deux rainures étant placées dans une zone diamétralement opposée à la fente. [0011] L'invention porte également sur un système de mise en mouvement d'une réglette pour un appareil de fabrication additive sélective comprenant un écrou tel qu'on l'a décrit plus haut, une réglette à laquelle est fixé l'écrou de sorte que l'écrou est bloqué en rotation par rapport à la réglette, le système de mise en mouvement comprenant en outre une vis comprenant un filetage engagé dans le trou taraudé de l'écrou, la fente de l'écrou étant située dans la zone diamétralement opposée à la réglette par rapport au premier axe. [0012] Un tel système de mie en mouvement est avantageusement complété par les dif- férentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - une goupille adaptée pour se loger dans la fente de l'écrou de sorte à bloquer l'écrou en rotation autour du premier axe par rapport à la réglette ; - la réglette comprend dans sa partie inférieure une gorge adaptée pour recevoir la partie de l'écrou située entre les deux rainures ; - une demi-coquille adaptée pour être rigidement fixée à la réglette et pour envelopper l'écrou avec un jeu mécanique suffisant pour permettre un auto-ajustement de l'écrou lorsque ledit écrou est engagé sur la vis. [0013] L'invention porte également sur un appareil de fabrication additive sélective d'objet tridimensionnel comportant un système de mise en mouvement tel qu'on vient de le 3 décrire. Brève description des dessins [0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la des- cription qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : [0015] [fig.1] [0016] - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de système de dis- tribution de matériau pulvérulent dans un appareil de fabrication additive ; [0017] [fig.2A] [0018] [fig.213] [0019] [fig.2C] [0020] [fig.2D] [0021] - les figures 2A, 2B, 2C, 2D représentent différentes vues d'un écrou pour un appareil de fabrication additive sélective selon un aspect de l'invention ; [0022] [fig.3] ]0023] - la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de système de mise en mouvement d'une réglette pour un appareil de fabrication additive sélective selon un aspect de l'invention ; ]0024] [fig.4] ]0025] - la figure 4 est une représentation schématique d'un appareil de fabrication additive comportant un système de mise en mouvement d'une réglette conforme à un mode de réalisation possible de l'invention. ]0026] DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE et DE rÉalisation ]0027] Système de mise en mouvement d'une réglette ]0028] On a représenté sur la figure 1 un exemple d'un système de mise en mouvement 26 d'une réglette 33. ]0029] Lc système 26 comprend un doseur 31 commandé pour débiter une quantité de poudre à travers une buse 36. ]0030] Une réglette 33 peut se déplacer au sein d'un tiroir 32 sous l'effet d'une vis 35. La réglette 33 est commandée en translation dans la direction de la vis 35. La rotation de la vis 35 entraîne la translation de la réglette 33 au sein du tiroir 32 grâce à un système de mise en mouvement de la réglette 30 qui comprend notamment un écrou. [0031] Le tiroir 32 se situe près de la zone de fabrication et s'étend entre le doseur 31 et une extrémité 37 qui limite la course en translation de la réglette. [0032] Lors d'une phase de chargement, la réglette 33 est déplacée sous la buse 36. Au fur et à mesure que la buse 36 délivre une quantité de poudre, la réglette 33 est déplacée en direction de l'extrémité 37 dc sorte qu'une couche de poudre est déposée sur la réglette 33. [0033] Lorsque la poudre a été déposée sur l'ensemble de la réglette 33 prévu à cet effet, la réglette est déplacée en butée contre l'extrémité 37. Dans cette position la couche dc poudre couvrant la réglette 33 se trouve face à la zone de fabrication et à l'objet en cours de fabrication et peut être étalée sur la dernière couche réalisée de l'objet. [0034] Ecrou pour un appareil de fabrication additive sélective [0035] Les figures 2A, 2B, 2C, 2D représentent différentes vues d'un écrou pour un appareil de fabrication additive sélective. [0036] L'écrou 1 comporte un trou taraudé 2 qui s'étend selon un premier axe A. La figure 2A représente une vue d'une extrémité 7a de l'écrou 1 perpendiculaire à l'axe A. [0037] Un deuxième axe B perpendiculaire au premier axe A est représenté sur la figure 2A, de même qu'un troisième axe C perpendiculaire au deuxième axe B et au premier axe A. [0038] Les deux flèches D de la figure 2A indiquent une coupe de l'écrou 1 selon le deuxième axe B. Cette coupe est représentée à la figure 2B. [0039] La figure 2B représente le premier axe A et le trou taraudé 2 dont le filetage a été re- présenté. La distance 6 entre deux pointes successives dans le filetage représente le pas de filetage 6. [0040] La surface externe 4 de l'écrou 1 est la surface de l'écrou 1 radialement externe par rapport au premier axe A. [0041] La surface interne 5 de l'écrou 1 est la surface de l'écrou 1 radialement interne par rapport au premier axe A, et correspond à la surface définie par le filetage du trou taraudé. [0042] L'écrou 1 comprend une fente 3a, 3b qui s'étend selon le premier axe A sur au moins un pas de filetage 6 du trou taraudé 2, la fente traversant l'écrou selon le deuxième axe B depuis la surface externe 4 à la surface interne 5 de l'écrou 1 définie par le trou taraudé 2. [0043] La fente 3a, 3b fait communiquer l'espace intérieur du trou taraudé 2 et l'espace extérieur de l'écrou 1, selon la direction du deuxième axe B. [0044] 11 est possible de disposer au sein de l'appareil de fabrication additive l'écrou 1 sur une vis 35 de sorte que la fente 3a, 3b se situe dans un plan vertical et vers le bas de l'écrou 1. Des dépôts de matériau pulvérulent, c'est-à-dire des grains de poudre qui obstruent les interstices entre la vis 35 et l'écrou 1 peuvent être entraînés le long de la surface 5 vers la fente 3a, 3b. Les dépôts peuvent alors tomber par gravitation dans la fente 3a, 3b et quitter les interstices. Cela diminue le phénomène de réduction et de suppression du jeu mécanique dans le système vis-écrou. Cela augmente la durée de vie du système vis-écrou dans un environnement contenant de la poudre de fabrication additive en suspension. [0045] Le trou taraudé 2 peut comprendre un ou plusieurs filets. Dans tous les cas la fente 3a, 3h s'étend selon le premier axe A sur au moins un pas de filetage 6 de chaque filet du trou taraudé 2. Cela permet de s'assurer que toutes les trajectoires des grains de poudre qui obstruent les interstices entre la vis et l'écrou et qui sont entraînés le long de la surface 5 passent par la fente 3a, 3h. [0046] La figure 2B représente l'extrémité 7a de l'écrou 1, et en regard de celle-ci une extrémité 7h. La distance qui sépare les deux extrémités 7a 7h correspond à la longueur du trou taraudé 2 et de l'écrou 1. La fente 3a, 3h de l'écrou 1 peut avantageusement s'étendre selon le premier axe A depuis l'extrémité 7a ou depuis l'extrémité 7h de l'écrou 1. Les extrémités 7a et 7h sont toutes deux des surfaces planes perpendiculaires au premier axe A. [0047] Dans cette situation, la fente 3a, 3h apparaît sur l'extrémité 7a ou l'extrémité 7h. La fente 3a, 3h fait communiquer l'espace intérieur du trou taraudé 2 avec l'espace extérieur de l'écrou 1 selon la direction du deuxième axe B, mais aussi selon des directions obliques dans le plan de coupe de la figure 2B. [0048] Cela permet d'augmenter le nombre de dépôts qui peuvent tomber par gravitation dans la fente 3a, 3h si l'écrou 1 est disposé au sein de l'appareil de fabrication additive de sorte que la fente 3a, 3h se situe dans un plan vertical et vers le sol ou le bas de l'appareil de fabrication additive. Les angles par lesquels les dépôts peuvent être évacués vers l'extérieur sont plus nombreux dans cette situation. L'écrou peut avantageusement comprendre deux fentes 3a, 3b qui s'étendent selon le premier axe A chacune depuis une extrémité 7a, 7b de l'écrou 1. [0049] Dans la situation où l'écrou 1 est disposé au sein de l'appareil de fabrication additive pour évacuer des dépôts de poudre accumulés dans les interstices, la présence de deux fentes augmente la surface de la vis depuis laquelle les dépôts peuvent être évacués. Le nombre de dépôts évacués est ainsi augmenté. [0050] Un tel écrou est représenté sur la figure 2B où deux fentes 3a et 3b sont représentées. Entre ces fentes, il reste une épaisseur de matière 8 de l'écrou. Cette épaisseur 8 doit être suffisamment importante pour d'une part que la vis engagée dans le trou taraudé 2 ne déforme pas ou n'ouvre pas davantage l'écrou 1 et pour d'autre part qu'une partie de l'énergie de rotation de la vis soit transformée en une énergie de translation de l'écrou 1. [0051] La figure 2C représente une vue de dessous de l'écrou 1 selon le deuxième axe B du côté des deux fentes 3a, 3b et de l'épaisseur de matière 8. La fente 3a est représentée comme s'étendant depuis l'extrémité 7a, et la fente 3b comme s'étendant depuis l'extrémité 7b. [0052] La figure 2D représente une vue en perspective de l'écrou 1 construite à partir des 6 vues des figures 2A et 2C. [0053] La fente 3a, 3h présente une largeur selon le troisième axe C que l'on peut adapter aux caractéristiques de la poudre présente en suspension dans l'environnement de fonctionnement. [0054] Typiquement, la taille des grains de poudre qui se trouvent en suspension dans l'environnement de l'appareil de fabrication additive et donc dans l'environnement de l'écrou est comprise entre 0 et 200 micromètres. [0055] Il est possible de dimensionner la fente 3a,311 pour que la largeur selon le troisième axe C soit trois fois supérieure à un diamètre maximum des grains de poudre. De cette manière, trois grains présents dans la fente ne peuvent pas se bloquer dans la direction du troisième axe C. A plus forte raison, deux grains présents dans la fente ne peuvent pas non plus se bloquer dans la direction du troisième axe C. Cette caractéristique permet de diminuer la probabilité que la fente ne soit obstruée par les grains de poudre et d'augmenter la capacité de l'écrou 1 à évacuer des grains de poudre accumulés dans les interstices vis-écrou. La largeur selon le troisième axe C peut donc être choisie supérieure à 600 micromètres. [0056] La largeur selon le troisième axe C peut également être choisie égale à une valeur comprise entre 500 micromètres et 10 000 micromètres, et de manière avantageuse à une valeur comprise entre 1 000 micromètres et 2 000 micromètres. [0057] L'écrou 1 peut prendre une forme cylindrique, et dans ce cas la surface externe 4 correspond exactement à un cylindre qui s'allonge selon le premier axe A. [0058] L'écrou 1 peut prendre une autre forme. Par exemple, une forme cylindrique s'allongeant selon le premier axe A et comportant deux rainures 9a, 9b s'allongeant elles aussi selon le premier axe A. Chaque rainure 9a, 9b définit un premier rectangle parallèle au deuxième axe B et un deuxième rectangle parallèle au troisième axe C. Les deux rainures sont placées dans une zone diamétralement opposée à la fente 3a, 3b. Les figures 2A et 2D représentent les deux rainures 9a et 9b. [0059] Ainsi définie, la forme de la surface externe 4 présente une partie 10 située entre les deux rainures 9a, 9b qui est en saillie du reste de la surface externe 4. Cette partie peut par exemple s'insérer dans un logement de la réglette situé sous la réglette. De cette manière, l'écrou prend et conserve une position où la fente 3a, 3b est dirigé dans un plan vertical et vers le sol et le bas de l'appareil de fabrication additive. Par ailleurs, cette forme définissant un volume de l'écrou 1 plus faible permet un montage et un démontage plus aisé de l'écrou au sein de l'appareil de fabrication additive. [0060] Système de mise en mouvement d'une réglette [0061] La figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de système de mise en mouvement d'une réglette pour un appareil de fabrication additive sélective. 7 [0062] Le système de mise en mouvement 30 comprend la réglette 33 et un écrou 1 tel qu'on l'a décrit précédemment. L'écrou est fixé à la réglette de sorte que l'écrou est bloqué en rotation par rapport à la réglette. [0063] Le système de mise en mouvement 30 comprend en outre une vis 35 dont le filetage est engagé dans le trou taraudé 2 de l'écrou 1. [0064] Le système est adapté pour que la fente 3a, 3h de l'écrou se trouve situé dans la zone diamétralement opposée à la réglette 33 par rapport à l'axe de la vis 35. [0065] Le blocage de l'écrou en rotation par rapport à la réglette est nécessaire pour piloter la translation de la réglette par la rotation de la vis. Un tel blocage permet également de maintenir la position de la fente 3a,3h toujours dans la même zone. Il est donc possible de maintenir la fente 3a,3h dans un plan vertical et vers le sol et le bas de l'appareil de fabrication additive tout au long du fonctionnement de l'appareil de fabrication additive. [0066] Une possibilité pour assurer le blocage de l'écrou en rotation par rapport à la réglette est d'utiliser une goupille 11 adaptée pour se loger dans la fente 3a,3h de l'écrou 1. Une extrémité de la goupille est ainsi engagée dans la fente 3a, 3h selon la direction du premier axe A. La goupille peut être choisie suffisamment longue pour que l'autre extrémité fasse saillie de la fente 3a, 3h et puisse venir se loger dans un trou de la réglette 33 ou d'une pièce rigidement fixée à la réglette 33. [0067] L'utilisation d'une goupille cylindrique dont le diamètre est inférieur à la largeur de la fente selon la direction du troisième axe C, permet d'avoir un jeu mécanique entre l'écrou 1 et la goupille. Cela permet un montage et un démontage plus aisé de la structure, tout en garantissant le blocage de la rotation de l'écrou 1. [0068] Une autre possibilité pour assurer le blocage de l'écrou en rotation est de placer la partie 10 de l'écrou 1 située entre les deux rainures 9a, 9b dans une gorge de la réglette. De cette manière, la partie 10 vient en butée contre la gorge, ce qui bloque l'écrou en rotation autour de l'axe A par rapport à la réglette. [0069] Une telle gorge permet de placer facilement l'écrou 1 dans la position d'évacuation des dépôts de poudre. Par ailleurs, il est possible de laisser un jeu mécanique en choisissant une gorge légèrement plus large que la partie 10 de l'écrou 1 située entre les deux rainures 9a, 9b. Cela permet de fixer une position angulaire de l'écrou 1 par rapport à la réglette 33 sans imposer une position stricte selon les directions du premier axe A et du deuxième axe B. [0070] L'écrou est enveloppé par une demi-coquille 12 qui est rigidement fixée à la réglette 33. Les dimensions de l'intérieur de la demi-coquille 12 sont un peu plus larges que les dimensions de l'extérieur de l'écrou 1 et adaptées pour qu'il y ait un jeu mécanique entre l'écrou et la demi-coquille. Le jeu mécanique est suffisant pour permettre un auto-alignement de l'écrou sur la vis 35. 8 [0071] De cette manière, l'écrou est monté flottant et la durée de vie des filets de l'écrou est augmentée. [0072] Les dimensions de l'intérieur de la demi-coquille 12 sont un peu plus larges que les dimensions de l'extérieur de l'écrou 1 dans toutes les directions. En particulier, selon le premier axe A, il y a un jeu mécanique de translation de l'écrou par rapport à la demi-coquille. Lorsque l'écrou est déplacé dans un sens du premier axe A, il vient, en fin de course permise par ce jeu mécanique de translation, en butée contre la demi-coquille et l'écrou se trouve alors bloqué dans son mouvement. Cela permet de mettre en mouvement la réglette 33. [0073] La demi-coquille 12 comprend un évidement 13 adapté pour se situer en regard de la fente 3a,3b de l'écrou 1. Cela permet aux dépôts de grains tombés des fentes 3a, 3h de poursuivre leur chute vers le sol et le bas de l'appareil de fabrication additive. [0074] Appareil de fabrication additive sélective [0075] L'appareil 21 de fabrication additive sélective de la figure 4 comprend : [0076] - un support tel qu'un plateau horizontal 23 sur lequel sont déposées successivement les différentes couches de poudre de fabrication additive (poudre métallique, poudre de céramique, etc.) permettant de fabriquer un objet tridimensionnel (objet 22 en forme de sapin sur la figure), [0077] - un système de distribution de matériau pulvérulent 26 adapté pour apporter la poudre de fabrication au niveau de la raclette ou du rouleau de mise en couche. Le système de distribution 26 comprend un doseur 31, un tiroir 32 et une réglette 33. [0078] - un arrangement 24 pour la distribution de ladite poudre métallique sur le plateau, cet arrangement 24 comportant par exemple une raclette 25 et/ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre (déplacement selon la double flèche A), [0079] - un ensemble 28 comportant une source 211 de puissance, par exemple un faisceau laser et/ou un faisceau d'électrons, pour la fusion (totale ou partielle) des couches fines étalées, l'énergie générée par la source de puissance 211 rentre en contact avec les couches fines étalées dans le plan de poudres. [0080] - une unité de contrôle 29 qui assure le pilotage des différents composants de l'appareil 21 en fonction d'informations pré-mémorisées (mémoire M), [0081] - un mécanisme 210 pour permettre de descendre le support du plateau 23 au fur et à mesure du dépôt des couches (déplacement selon la double flèche B). [0082] Les composants de l'appareil 21 sont agencés à l'intérieur d'une enceinte étanche 217 pouvant être reliée à un circuit de gaz inerte et/ou à au moins une pompe à vide 218 dans le cas de l'utilisation d'un faisceau d'électrons. 9