Brevet FR3096298A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication additive d'une pièce comprenant une étape de fabrication d'un support mixte Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine de la fabrication additive et plus particu- lièrement de la fabrication additive de pièces présentant un retour Technique antérieure [0002] D'une manière connue, la fabrication additive par dépôt de lit de poudre consiste à fabriquer une pièce par superposition successive de couches de poudre qui sont fondues localement. [0003] Plus précisément, la fabrication additive par dépôt de lit de poudre 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 consolidation (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.). [0004] Cette méthode de fabrication permet de réaliser des structures impossibles à fabriquer avec les méthodes traditionnelles (usinage, moulage). [0005] Notamment, la fabrication additive permet la réalisation de pièces présentant des dé- pouilles et contre-dépouilles, c'est-à-dire des pièces présentant des formes géométriques convexes contraires, impossibles à réaliser par moulage et très difficiles à réaliser en usinage. [0006] La fabrication additive permet aussi de réaliser des structures en treillis qui ne peuvent être fabriquées autrement. [0007] En sus, cette méthode de fabrication peut s'avérer rapide et relativement peu onéreuse, ce qui permet de l'utiliser dans le cadre d'un prototypage rapide, à la place par exemple de l'usinage à grande vitesse qui demeure complexe. [0008] En fabrication additive par dépôt de lit de poudre, la pièce est réalisée en empilant. successivement des couches. Or, dans le cas d'une pièce présentant un retour (c'est-à-dire une importante convexité, un déport), il peut être nécessaire de soutenir temporairement la portion de la pièce formant un retour durant sa fabrication. [0009] En conséquence, la présente invention a pour objectif de fournir un procédé de fa- brication additive permettant de fabriquer une pièce présentant un retour, en la soutenant. Exposé de l'invention 2 [0010] Selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de fabrication additive d'une pièce comprenant une étape de fabrication, par fusion d'une couche de poudre, d'un support mixte présentant au moins une surface plane destinée à supporter de la poudre de fabrication additive non fondue et au moins une aiguille présentant une extrémité de soutien permettant dc soutenir une portion de la pièce. L'extrémité de soutien de ladite au moins une aiguille se situe à une altitude supérieure à l'altitude de ladite au moins une surface plane, de sorte que l'espace entre ladite au moins une surface plane et l'extrémité de soutien de ladite au moins une aiguille puisse être comblé par de la poudre non fondue de fabrication additive pour former un tapis supportant partiellement la pièce. [0011] Ainsi, le support mixte combine des aiguilles permettant un soutient d'une portion de la pièce, avec une surface plane destinée à supporter dc la poudre non fondue. Cette disposition permet au support mixte d'offrir à la fois un soutient rigide avec des liaisons ponctuelles (c'est à dire les extrémités de soutien des aiguilles) permettant dc garantir le juste positionnement dc la portion de pièce lors de sa fabrication, avec une ou plusieurs couches de poudre formant des zones d'appui non rigides sous la portion de pièce. Cette double stratégie de supportage permet d'avoir une synergie optimale entre : la dissipation thermique, l'état de surface, le respect de la géométrie de la pièce, la tenue mécanique, et le maintien en position. Ainsi, la portion de pièce est maintenue de manière optimale durant toute la fabrication. Le support mixte selon l'invention permet donc de fournir un procédé de fabrication additive permettant de fabriquer une pièce présentant un retour, en la soutenant. [0012] L'étape de fabrication du support mixte peut comprendre la fabrication d'au moins un élément présentant la surface plane et peut comprendre la fabrication distincte d'au moins une aiguille. [0013] L'étape de fabrication du support mixte peut comprendre la fabrication d'au moins deux éléments espacés l'un de l'autre par un interstice, les surfaces planes des deux éléments pouvant être coplanaires, et au moins une aiguille pouvant être fabriquée dans ledit interstice entre les deux éléments. [0014] Un espace peut être maintenu entre l'aiguille et ledit au moins un élément. [0015] Ladite au moins une aiguille peut présenter une section circulaire dont le diamètre peut être compris entre 0,05 millimètre et 1,50 millimètre. [0016] La différence d'altitude entre ladite au moins une extrémité de soutien et l'au moins une surface plane peut-être supérieure à une granulométrie de la poudre de fabrication additive. [0017] La différence d'altitude entre ladite au moins une extrémité de soutien et l'au moins une surface plane peut-être comprise entre 0,1 et 0,8 millimètre. [0018] Le procédé peut comprendre des étapes de fabrication, couche par couche, d'une 3 pièce et d'une portion de cette pièce sur un support mixte, la fabrication du support mixte pouvant être entamée en même temps que la fabrication de la pièce. [0019] La portion de pièce peut présenter une couche fusionnée avec l'extrémité de soutien de ladite au moins une aiguille. [0020] Le procédé peut comprendre une étape de séparation de la pièce ou de la portion de pièce et du support mixte. [0021] Le procédé de fabrication peut être un procédé de fabrication additive par dépôt d'un lit de poudre. Brève description des dessins [0022] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0023] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'une pièce et un support mixte fabriquées selon un procédé objet de l'invention. [0024] [fig.21 La figure 2 est une représentation schématique en perspectives de plusieurs surfaces planes et extrémités de soutien d'un support mixte fabriqué selon un procédé objet dc l'invention. [0025] [fig.3] La figure 3 est une représentation schématique de côté d'un support mixte fabriqué selon un procédé objet de l'invention. [0026] Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation 100271 En référence à la figure 1, selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication additive d'une pièce I. 100281 Par fabrication additive, il est, par exemple, entendu un procédé de fabrication par dépôt de lit de poudre dans lequel on superpose des couches de poudre. Puis, chaque couche de poudre est fondue localement en fonction du plan de la pièce 1 à fabriquer (d'une manière classique la fusion peut être opérée par un faisceau d'électrons ou un laser). La pièce 1 est ainsi fabriquée par incrémentation, c'est-à-dire une superposition, de différentes couches. 100291 Selon une définition admise, la fabrication additive par dépôt de lit de poudre 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 consolidation (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.). 100301 Selon une disposition particulière, la pièce 1 présente un retour 11, c'est-à-dire une convexité importante, rendant délicate la fabrication selon les méthodes connues. En d'autres termes, par retour 11 il est entendu une portion de la pièce 1 ne se situant pas à l'aplomb du reste de la pièce 1 et se situant en porte-à-faux du reste de la pièce, comme par exemple une forme en T qui présente ainsi deux retours 11. Ce type de géométrie nécessite un supportagc complémentaire pour être fabriqué sans risque de défaut. Or selon les méthodes connues, le support est soudé à la pièce et il est difficile de ne pas endommager la pièce lors de la séparation. [0031] Fabrication d'un support mixte [0032] Le procédé comprend une étape de fabrication, par fusion d'une couche de poudre, d'un support mixte 2. Tel que cela sera développé ci-après la fabrication du support mixte 2 est une disposition particulièrement avantageuse de l'invention. La fabrication du support mixte 2 est avantageusement entamée en même temps que la fabrication de la pièce 1. [0033] Le support mixte 2 comprend au moins une surface plane 21 destinée à supporter de la poudre de fabrication additive non fondue et au moins une aiguille 22 présentant une extrémité de soutien 23 permettant de soutenir un retour 11 de la pièce 1.11 s'agit là d'une disposition technique particulièrement avantageuse dont les effets seront détaillés ultérieurement. [0034] Il est notable que l'extrémité de soutien 23 de chaque aiguille 22 se situe à une altitude A supérieure à l'altitude B des surfaces planes 21, de sorte à conserver un espace C entre les extrémités de soutien 23 et les surfaces planes 21. [0035] Ainsi, tel que cela sera développé ci-après, l'espace C entre les surfaces planes 21 et les extrémités de soutien 23 peut être comblé par de la poudre non fondue de fabrication additive. [0036] Il est précisé que par poudre de fabrication additive, il est entendu, une poudre en matériau plastique, métallique, céramique, ou composite, adaptée pour être fondue pour former une pièce 1. [0037] Selon une disposition particulière, l'étape de fabrication d'un support mixte 2 comprend la fabrication d'éléments 25 présentant chacun une surface plane 21. Chaque surface plane 21 est destinée à ne pas venir au contact de la pièce 1. [0038] Selon l'exemple ici présenté, le support mixte 2 est fabriqué avec une pluralité d'éléments 25. Les éléments 25 sont espacés les uns des autres par des interstices D. [0039] En outre, il est notable que les surfaces planes 21 des différents éléments 25 sont sen- siblement coplanaires. On comprend donc que les surfaces planes 21 peuvent être agencées selon une géométrie complexe mais ne forment pas une structure concave ou convexe dans laquelle des surfaces planes seraient inclinées les unes par rapport aux autres. Cette disposition permet avantageusement de garantir un appui constant tout en permettant une fabrication simple. [0040] En référence aux figures 1 à 3, les aiguilles 22 sont fabriquées dans les interstices D. [0041] Les aiguilles 22 présentent une tige 28 et une extrémité dc soutien 23. Chaque extrémité dc soutien 23 permettant de soutenir une portion du retour 11 dc la pièce 1. Chaque extrémité de soutien 23 est au contact de la pièce 1. Chaque extrémité de soutien 23 est solidaire dc la pièce 1 en fin dc fabrication. Chaque extrémité de soutien 23 est facilement détachable de la pièce 1 en raison de la faible section des aiguilles 22. [0042] D'une manière préférentielle, les aiguilles 22 sont cylindriques et présentent une section circulaire dont le diamètre est compris entre 0,05 millimètre et 1,50 millimètre. [0043] Tl est précisé que selon le mode de réalisation ici présenté, les aiguilles présentent une section circulaire. Selon d'autres modes de réalisation, les aiguilles pourraient présenter d'autres sections de formes différentes. [0044] L'espace C correspondant à la différence d'altitude entre les surfaces planes 21 et les extrémités de soutien 23 est par exemple fonction de la granulométrie de la poudre utilisée et du nombre de couche de poudre non fondue que l'on souhaite conserver entre les surfaces planes 21 et le retour 11. Selon un mode de réalisation, la différence d'altitude entre les extrémités de soutien 23 et les surfaces planes 21 est comprise entre 0,1 et 0,8 millimètre. Ainsi, le support mixte 2 soutient le retour 11 à la fois avec des liaisons ponctuelles rigides (c'est-à-dire les extrémités de soutien 23) permettant de garantir le juste positionnement du retour 11 lors de sa fabrication, et avec une ou plusieurs couches de poudre formant des zones d'appui non rigides sous le retour 11. Cette double stratégie de supportage permet d'avoir une synergie optimale entre : la dissipation thermique, l'état de surface, le respect de la géométrie de la pièce, la tenue mécanique, et le maintien en position. Ainsi, le retour 11 est maintenu de manière optimale durant toute la fabrication. [0045] Durant le procédé de fabrication de la pièce 1, il est possible de fabriquer simul- tanément la pièce 1 et le support mixte 2. [0046] Fabrication du retour [0047] Lors de la fabrication du retour 11, la poudre nécessaire à la fabrication du retour 11 est étalée sur les surfaces planes 21. En fonction du dimensionnement de l'espace C, plusieurs couches de poudre peuvent être superposées. Les aiguilles 22 sont fabriquées dans l'espace C ou continuent d'être fabriquées dans l'espace C. Puis, la couche de poudre affleurant les extrémités de soutien 23 des aiguilles 22 est fondue selon les spécificités géométriques du retour 11. Ainsi, la première couche du retour 11 est soudée aux extrémités de soutien 23 et les couches étalées sur les portions planes 21 forment un tapis de soutien souple, c'est-à-dire non rigide comme pourrait l'être une structure monobloc. [0048] 11 est précisé que par fondu, on entend que, sous l'effet d'un apport d'énergie la 6 poudre passe d'une état granulaire à état aggloméré, ce changement d'état pouvant passer par une fusion et/ou une polymérisation. [0049] Le retour 11 est ensuite fabriqué par empilement de couches fondues. Durant la fa- brication du retour 11, d'une manière particulièrement avantageuse, les aiguilles 22 ont un rôle d'étai supportant le retour 11 durant sa fabrication. [0050] A l'issue de la fabrication de la pièce 1, le retour 11 et le support mixte 2 sont séparés. Typiquement cette séparation peut être réalisée en brisant les liaisons entre les extrémités de soutien 23 et le retour 11. D'une manière particulièrement avantageuse, le soutien par des aiguilles de faible section permet de combiner un soutien mécanique fiable tout en facilitant la rupture de la liaison, la faible section des aiguilles permettant de supporter des charges de compression axiale tout en étant fragile à un effort de cisaillement. [0051] Ainsi, il est aisé de séparer la pièce 1 du support mixte 2 après la fabrication. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé dc fabrication additive d'une pièce (1) comprenant une étape de fabrication, par fusion d'une couche de poudre, d'un support mixte présentant au moins une surface plane (21) destinée à supporter de la poudre dc fabrication additive non fondue et au moins une aiguille (22) présentant une extrémité de soutien (23) permettant de soutenir une portion dc la pièce (1), l'extrémité de soutien (23) de ladite au moins une aiguille (22) se situant à une altitude (A) supérieure à l'altitude (B) de ladite au moins une surface plane (21), de sorte que l'espace (C) entre ladite au moins une surface plane (21) et l'extrémité de soutien (23) de ladite au moins une aiguille (22) puisse être comblé par de la poudre non fondue de fabrication additive pour former un tapis supportant partiellement la pièce (1). [Revendication 2] Procédé de fabrication additive selon la revendication 1, dans lequel l'étape de fabrication du support mixte (2) comprend la fabrication d'au moins un élément (25) présentant la surface plane (21) et comprend la fabrication distincte d'au moins une aiguille (22). [Revendication 3] Procédé de fabrication additive selon la revendication 2, dans lequel l'étape de fabrication du support mixte (2) comprend la fabrication d'au moins deux éléments (25) espacés l'un de l'autre par un interstice (D), les surfaces planes (21) des deux éléments étant coplanaires, et au moins une aiguille (22) étant fabriquée dans ledit interstice (D) entre les deux éléments (25). [Revendication 4] Procédé de fabrication additive selon la revendication 3, dans lequel un espace est maintenu entre l'aiguille (22) et chaque élément (25). [Revendication 5] 5. Procédé de fabrication additive selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite au moins une aiguille (22) présente une section circulaire dont le diamètre est commis entre 0,05 millimètre et 1,50 millimètre. [Revendication 6] Procédé de fabrication additive selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, dans lequel la différence d'altitude entre ladite au moins une extrémité de soutien (23) et l'au moins une surface plane (21) est supérieure à une granulométrie de la poudre de fabrication additive. [Revendication 7] Procédé de fabrication additive selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, dans lequel la différence d'altitude entre ladite au moins une extrémité de soutien (23) et l'au moins une surface plane (21) est comprise entre 0,1 et 0,8 millimètre. 8 [Revendication 8] Procédé de fabrication additive selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant des étapes de fabrication, couche par couche, d'une pièce (1) et d'une portion (11) de cette pièce (1) sur un support mixte (2), la fabrication du support mixte (2) étant entamée en même temps que la fabrication de la pièce (1). [Revendication 9] Procédé de fabrication additive selon la revendication 8, dans lequel la portion de pièce (11) présente une couche fusionnée avec l'extrémité de soutien (23) de ladite au moins une aiguille (22). [Revendication 10] Procédé de fabrication additive selon l'une quelconque des reven- dications 8 ou 9 comprenant une étape de séparation de la pièce, ou de la portion de pièce et du support mixte (2). [Revendication 11] Procédé de fabrication additive selon l'une des revendications pré- cédentes, dans lequel le procédé de fabrication est un procédé de fabrication additive par dépôt d'un lit de poudre.