Brevet FR3088573A1 — publié le 20200522

Description Titre de l'invention : MACHINE DE FABRICATION ADDITIVE COMPORTANT UN ORGANE DE DEVIATION D'UN FLUX DE GAZ DOMAINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE 100011 La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive sélective. 100021 Plus particulièrement, elle concerne une machine de fabrication additive. 100031 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 consolidation (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.). [0004] Classiquement, un appareil de fabrication additive comporte dans une chambre de fa- brication fixe: [0005] - un plateau mobile sur lequel sont déposées successivement les différentes couches de poudre de fabrication additive, [0006] - une ou plusieurs sources de faisceaux d'énergie commandées pour balayer sélec- tivement le lit de poudre, [0007] - un réservoir d'alimentation de poudre, [0008] - un outil, tel qu'une raclette ou un rouleau, qui se déplace en translation sur le lit de poudre pour étaler la poudre. [0009] Classiquement, on prévoit au-dessus du plateau mobile un flux de gaz inerte destiné à évacuer les fumées et projections résultant de la fusion des poudres, et qui peuvent diminuer la qualité du faisceau et la qualité de la fusion. Cc flux de gaz inerte évite que les fumées et les projections ne perturbent le faisceau d'énergie. Il contribue en outre à empêcher que ces fumées et projections salissent ou obstruent la vitre par laquelle le faisceau d'énergie pénètre dans la chambre de fabrication. [0010] Les configurations proposées à cc jour pour de tels mécanismes d'évacuation de fumée ne sont néanmoins pas pleinement satisfaisantes. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION [0011] La présente invention a pour objectif de fournir une machine de fabrication additive permettant l'évacuation des fumées et projections résultant de la fusion des poudres. [0012] Dans cc but, l'invention concerne une machine de fabrication additive comprenant un 2 organe de déviation d'un flux de gaz pour l'évacuation des fumées résultant de la fabrication additive d'une pièce, ladite machine comprenant une enceinte , un plateau de fabrication, un conduit d'entrée de gaz, un chariot de dépôt de poudre, caractérisée en ce que ledit organe de déviation est configuré pour diriger un flux de gaz issu du conduit d'entrée de gaz dans un plan sensiblement tangent. à la surface d'une zone de fabrication du plateau de fabrication, et en ce que l'organe de déviation est configuré pour être fixé au chariot. [0013] Cette disposition technique est particulièrement avantageuse. [0014] En effet, elle permet d'évacuer de façon optimale les fumées et projections résultant de la fusion des poudres. [0015] Avantageusement, l'invention peut en outre comprendre les caractéristiques suivantes : [0016] l'organe de déviation comporte dans une section d'entrée au moins une entrée de gaz en regard d'une sortie du conduit d'entrée de gaz, et dans une section de sortie au moins une sortie de gaz en regard du plateau de fabrication, lesdites entrée et sortie de gaz définissant un conduit d'écoulement de gaz ; la longueur de la section d'entrée est sensiblement égale à la longueur de la sortie du conduit d'entrée de gaz ; la largeur de la section d'entrée est sensiblement égale à la largeur de la sortie du conduit d'entrée de gaz ; la sortie de gaz présente au niveau de son ouverture vers l'extérieur, une surface interne inclinée par rapport à l'horizontale, d'un angle d'environ 40° à 45°, préférentiellement d'environ 43°; la longueur de la section de sortie est sensiblement égale à la largeur du plateau de fabrication ; ledit organe de déviation est configuré pour être en regard du conduit d'entrée de gaz quand le chariot est en dehors du plateau de fabrication ; ledit organe de déviation est configuré pour diriger un flux de gaz, issu du conduit d'entrée de gaz, s'écoulant dans une direction orthonormale à la surface du plateau de fabrication ; et ledit organe de déviation comporte des moyens de fixation par clipsage au chariot de dépôt. Brève description des dessins [0017] 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 : [0018] [fig.1] 3 100191 - la figure 1 est une représentation schématique d'une machine de fabrication additive selon l'invention; [0020] [fig.2] [0021] la figure 2 est une représentation schématique d'un organe de déviation de flux de gaz scion l'invention ; [0022] [fig.3] [0023] la figure 3 illustre une vue en perspective avant de l'organe de déviation de flux de gaz scion l'invention ; [0024] [fig.4] [0025] la figure 4 illustre une vue en coupe longitudinale de l'organe de déviation de flux de gaz scion l'invention ; [0026] [fig.5] [0027] la figure 5 est une représentation schématique en transparence de l'organe de déviation de flux de gaz selon l'invention ; et [0028] [fig.6] [0029] la figure 6 illustre une vue en perspective arrière de l'organe de déviation de flux de gaz scion l'invention. Description des modes de réalisation [0030] Disposition générale 10031] En référence à la figure I la machine 10 de fabrication additive comprend une chambre 20 de fabrication. [0032] D'une manière classique, la chambre 20 de fabrication comprend une enceinte 30 et un plan de travail 40. L'enceinte 30 comprend des parois latérales et un capot supérieur. L'enceinte 30 peut par exemple être réalisée en tôle. Le plan de travail 40 est recouvert par ladite enceinte 30 et peut, par exemple, être réalisé en métal ou en céramique. [0033] La chambre de fabrication 20 comporte également un plateau 50 de fabrication. [0034] Le plateau 50 de fabrication est destiné à recevoir les différentes couches de poudre de fabrication additive successives et soutenir une pièce lors de sa fabrication. Pour ce faire le plateau 50 présente des caractéristiques de planéité et d'état de surface adaptées à la fabrication additive. De plus, le plateau 50 présente préférentiellement des caractéristiques de résistance mécanique permettant de soutenir une pièce de plusieurs dizaines voire centaines de kilogrammes. Ainsi, le plateau 50 peut par exemple être réalisé en métal ou en céramique monobloc. [0035] Selon le mode de réalisation ici présenté, le plateau 50 coulisse au travers d'une ouverture du plan de travail 40 dans une chemise de fabrication 41 située sous ledit plan de travail 40. Le plan de travail 40 entoure le bord supérieur de la chemise de fa- brication 41, et la chemise de fabrication 41 permet de conserver une pièce fabriquée et la poudre non solidifiée qui l'entoure sur le plateau 50 dans un volume sensiblement clos. [0036] Cependant, selon un autre mode de réalisation, le plateau 50 pourrait, par exemple, être juxtaposé au plan de travail 40. [0037] Le plateau 50 se situe dans le plan du plan de travail 40 en début de cycle de fa- brication, puis dans un plan sensiblement parallèle au plan du plan de travail 40 au fur et à mesure que le plateau descend dans la chemise. [0038] Le plateau de fabrication 50 peut être de forme circulairerectangulaire, carré tri- angulaire..... [0039] La machine 10 comprend en outre préférentiellement une enceinte close 11 dans laquelle sont positionnés la chambre 20 de fabrication et le plan de travail 40. [0040] L'enceinte close 11 est adaptée pour être sensiblement étanche aux gaz. L'enceinte close 11 peut, par exemple, être constituée de panneaux polymères et/ou de panneaux métalliques. [0041] L'enceinte close 11 peut être remplie d'un gaz inerte tel que l'azote ou un gaz noble (i.e. un gaz pris parmi l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon ou le radon), ou d'un mélange de certains de ces gaz. [0042] En outre, la chambre 20 de fabrication comprend un chariot 60 coulissant au-dessus du plan de travail 40 et du plateau 50. [0043] Le chariot 60 permet de répartir de la poudre sur le plateau 50 ou sur une couche précédente de poudre, en vue de la fabrication d'une pièce. [0044] Le chariot 60 peut, par exemple, comprendre une raclette et/ou un rouleau. [0045] Par ailleurs, la chambre 20 de fabrication comprend un organe d'apport de puissance 70 permettant de fondre une poudre métallique. L'organe d'apport de puissance 70 peut, par exemple, être une source de faisceau laser, de faisceau d'électrons, etc. [0046] Fonctionnement de la machine [0047] En fonctionnement, la machine 10 démarre dans une position dans laquelle le plateau 50 est situé sensiblement dans le même plan que le plan de travail 40. [0048] Dès le lancement du procédé de fabrication, l'enceinte close 11 est fermée de manière étanche. L'oxygène en est chassé pour être remplacé par un gaz inerte. Cette disposition technique permet avantageusement d'améliorer la qualité de la fabrication, en évitant une éventuelle oxydation de la poudre de fabrication additive utilisée pour fabriquer une pièce. De plus, la raréfaction de l'oxygène dans l'enceinte close 11 diminue les risques d'inflammation ou d'explosion, ce qui rend la machine 10 plus sûre. [0049] De la poudre est emmenée ou déposée devant le chariot 60 par une machine de dis- tribution de poudre qui peut être un tiroir ou un injecteur. En variante, le chariot 60 se translate au-dessus d'un bac d'alimentation de poudre prévu dans le plan de travail 40. Ensuite, le chariot 60 répartit de la poudre de fabrication additive, par exemple métallique, sur le plateau 50 et l'organe d'apport de puissance 70 fritte ou fait fondre la poudre, selon des coordonnées planaires choisies, sur une zone 51 de fabrication du plateau 50 de fabrication, pour fabriquer une pièce. [0050] Au fur et à mesure de la fabrication de la pièce, il est nécessaire que le plateau 50 diminue en altitude par rapport au plan de travail 40. En effet, la fabrication additive consiste en un ajout successif de couches de matière d'une pièce. Le plan de la zone 51 de fabrication, de fusion de la poudre, reste inchangé tout au long du processus. [0051] Ainsi, le plan de travail 40 ou le plateau 50 est déplacé pour que seule la couche en cours de fabrication, de la zone 51 de fabrication, se situe dans le plan du plan de travail 40. [0052] Par exemple, de façon classique, le plateau 50 est mobile en translation par rapport à la chambre de fabrication 20, cc qui signifie que dans le référentiel de la chambre 20 le plateau 50 se déplace. [0053] Un actionneur 42 permet le déplacement en translation du plateau 50 dans la chemise. [0054] L'actionneur 42 est préférentiellement configure pour provoquer des translations relatives toutes sensiblement selon une même direction, en l'espèce ladite direction de translation est dans un plan vertical de la chambre 20 de fabrication. [0055] 11 est précisé que, par actionneur, on entend un mécanisme contrôlé électroniquement et/ou pneumatiquement, capable de produire un mouvement de translation relatif entre les deux entités qu'il relie, en particulier un actionneur linéaire capable de créer un mouvement linéaire de compression (on comprendra que l'invention n'est pas limitée à ce type d'actionneurs). Chaque actionneur est ainsi typiquement de type vérin, avec une partie principale fixe, souvent tubulaire (appelée alors cylindre) dans lequel une pièce mobile (appelée tige de piston) est mobile en translation sur commande. Le vérin peut être purement électromécanique (on parle alors d'actionneur linéaire, par exemple à mécanisme vis-écrou), pneumatique, hydraulique ou tout autre type de technologies définies en fonction des caractéristiques d'effort, de vitesse, de course, de forme, de poids, et surtout de fiabilité, propres au domaine de la fabrication additive. [0056] L'homme du métier comprendra que l'invention n'est pas limitée aux vérins, et que le ou les actionneurs pourront utiliser d'autres technologies, et être par exemple des vis à billes ou des vis sans fin. [0057] La chambre 20 de fabrication peut comporter également une fosse 90 destinée à recevoir un excès de poudre et disposée dans la continuité du plateau de fabrication. Ainsi, la poudre en excès est amenée du plateau de fabrication à la fosse 90 au moyen du rouleau 63 du chariot 60 ou d'une lame disposée sur ledit chariot 60. 6 [0058] &camai ion des fumées [0059] Durant le fonctionnement de la machine 10, il résulte de la fusion des poudres de fa- brication additive, des fumées et projections qui doivent être évacuées. En effet, une des raisons est de ne pas perturber le faisceau laser pour ne pas diminuer la qualité de la fusion des poudres. [0060] La machine 10 comprend donc un conduit d'entrée de gaz. Le gaz peut être issu de l'enceinte ou correspondre à un gaz distinct, issu d'une autre source, tel qu'un gaz inerte tel que l'azote ou un gaz noble (i.e. un gaz pris parmi l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon ou le radon), ou d'un mélange de certains de ces gaz. [0061] Le conduit d'entrée de gaz peut être agencé sous la forme d'une canne de soufflage 100. La canne de soufflage est configurée pour conduire un flux gazeux dans un plan sensiblement orthonormal au plateau de fabrication 50. [0062] La machine comprend également un organe 110 de déviation du flux de gaz issu de la canne de soufflage 100. Idéalement, la canne de soufflage est configurée pour que sa sortie de gaz soit disposée en dehors de la zone 51 de fabrication. [0063] L'organe 110 de déviation est ainsi configure pour dévier le flux de gaz issu de la canne de soufflage 100 afin d'obtenir un flux de gaz dans un plan tangent à la surface de la zone 51 de fabrication. [0064] De manière avantageuse, un tel flux dévié permet d'évacuer un maximum des fumées liées à la fusion des poudres, sans pénaliser la bonne tenue des poudres déposées. [0065] Ensuite, au fur et à mesure de son avancée sur le plateau 50 de fabrication, le flux de gaz se mélange aux fumées issues de la fusion des poudres. [0066] La machine comprend également un boitier 80 d'aspiration pouvant être relié à un organe d'aspiration pour l'évacuation de ces fumées. [0067] Pour la suite de la présente description, on pose un premier repère orthogonal XYZ, dans lequel les directions X et Y sont clans le plan de la surface de la zone 51 de fabrication et la direction Z est normale au plan de la surface de la zone 51 de fabrication. [0068] En référence à la figure 2, l'organe 110 de déviation est sous la forme d'un boitier, comprenant un corps principal, et comporte sur une extrémité supérieure, par exemple sa face supérieure, une ou plusieurs entrées 111 de gaz disposées en regard de la sortie de gaz de la canne de soufflage 100. [0069] Préférentiellement, la longueur de l'extrémité supérieure de l'organe 110 de déviation, considérée parallèlement à l'axe X, est égale à la longueur de la sortie de gaz de la canne de soufflage 100, considérée parallèlement à l'axe X. [0070] Également, préférentiellement, la largeur de l'extrémité supérieure de l'organe 110 de déviation, considérée parallèlement à l'axe Y, est sensiblement égale à la largeur de la canne de soufflage 100, considérée parallèlement à l'axe Y. 7 [0071] De manière avantageuse, un tel dimensionnement permet de capter un maximum du flux de gaz émis par la canne de soufflage 100. [0072] Les entrées 111 de gaz sont préférentiellement de forme rectangulaire, circulaire, oblongue... [0073] L'organe 110 de déviation comporte également à son extrémité inférieure, par exemple sur une face avant, opposée au chariot 60 et disposée en regard du plateau de fabrication 50, une ou plusieurs sorties 113 de gaz. [0074] Les sorties 113 de gaz sont préférentiellement de forme rectangulaire, circulaire, oblong... [0075] Préférentiellement, la longueur de l'extrémité inférieure de l'organe 110 de déviation, considérée parallèlement à l'axe X, est environ égale à la largeur du plateau 50 de fabrication, considérée parallèlement à l'axe X. [0076] De manière avantageuse, un tel dimensionnement permet de dévier un maximum du flux de gaz émis par la canne de soufflage 100 vers la surface de la zone 51 de fabrication, et ainsi de maximiser l'évacuation des fumées issues de la fusion des poudres par un flux rasant ladite zone 51. [0077] En référence à la figure 3, les entrées 111 de gaz et les sorties 113 de gaz en regard, définissent au moins un conduit 112 de gaz. [0078] L'organe 110 de déviation comporte un ou plusieurs conduits 112 de gaz traversant le corps principal dudit organe 110. Lesdits conduits 112 sont cloisonnés totalement ou partiellement dans leurs étendues longitudinales. Préférentiellement, la section longitudinale, dans un plan YZ, d'un conduit 112 se rétrécit dans le sens allant d'une entrée de gaz vers une sortie de gaz. [0079] En référence à la figure 4, une sortie 113 de gaz présente au niveau de son ouverture vers l'extérieur, une surface interne inclinée. [0080] Ainsi, la surface interne de la face inférieure d'une sortie 113 de gaz, présente un angle a en référence à un plan horizontal. La valeur dudit angle est par exemple comprise dans une gamme d'environ 400 à environ 45°, préférentiellement égale à environ 430 . [0081] La surface interne de la face supérieure d'une sortie 113 de gaz peut également présenter un tel angle a en référence à un plan horizontal. [0082] Avantageusement, un tel angle a permet de dévier le flux de gaz de manière à ce que le flux soit dans un plan tangent à la surface de la zone 51 de fabrication. [0083] Comme illustré en figure 5, l'organe 110 de déviation peut être configuré pour être fixé au chariot 60. [0084] Ainsi, lorsque le chariot 60 se déplace et se retrouve en bout de course en dehors du plateau de fabrication, il se trouve alors positionné en dessous du flux de gaz issu de la canne de soufflage 100. 8 [0085] Avantageusement, une telle configuration permet de simplifier l'installation d'un dispositif permettant l'évacuation des fumées. [0086] Le chariot 60 peut comporter une lame 61 permettant d'amener de la poudre devant la zone de fabrication 51 et un rouleau 63 permettant d'étaler la poudre sur la zone de fabrication 51. Ladite lame 61 est préférentiellement fixée au moyen de griffes 62 entourant la partie supérieure du chariot 60. [0087] Préférentiellement, l'organe de déviation est fixé au-dessus de la lame 61. [0088] En référence également à la figure 6, l'organe 110 de déviation peut disposer sur sa face arrière, adjacente au chariot 60, d'une pluralité de renfoncements 114, d'un même nombre que de griffes 62. Les renfoncements 114 étant configurés pour permettre la fixation par clipsage desdits renfoncements 114 aux griffes 62 du rouleau. [0089] Préférentiellement, les renfoncements 114 présentent un profil complémentaire d'un profil d'une partie des griffes 62. Ainsi, les renfoncements peuvent présenter une courbure sensiblement concordante à la courbure de la partie des griffes 62 où l'organe 110 de déviation est apposé. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]