Brevet FR3096110A1 — publié le 20201120

Description Titre de l'invention : Structure en treillis Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des structures en treillis pour pièces mé- caniques de transmission d'efforts. Technique antérieure [0002] Dans le domaine de la construction aéronautique, l'optimisation de la masse est un problème constant. [0003] En outre, pour certaines pièces, le gain de masse doit être réalisé en conservant un haut niveau de performances mécaniques. [0004] Il s'agit d'un paradoxe délicat à résoudre puisque le plus souvent le gain de niasse est réalisé en diminuant les performances mécaniques. En effet, on comprend bien que si l'on enlève de la matière à une pièce pour l'alléger, on diminue, le plus souvent, ses performances mécaniques. [0005] Dans ce contexte, il est connu d'utiliser des méthodes d'optimisation paramétrique pour concevoir une pièce conciliant une masse réduite et de bonnes performances mécaniques. [0006] Dans le cas, par exemple, d'un pignon, tel que représenté sur les figures 1 et 2. [0007] La jante, où se trouve la denture, est reliée au moyeu par un voile simple. Les formes du voile et de la jantc, ainsi que leurs épaisseurs et orientation sont issues d'une optimisation afin de satisfaire au mieux les contraintes de conception en termes de déformation sous charge et comportement modal notamment. [0008] Les moyens de fabrication traditionnels ne permettent pas une optimisation complète du volume de conception disponible. [0009] Lc volume de conception disponible peut être assimilé à un disque plein. La matière qui travaille le moins est celle qui se trouve à l' intérieur. Une forme optimale devrait donc être creuse. [0010] Lc maintien de la jante en basculement sous charge, par le voile, est assuré sur une surface réduite [0011] Les porte-à-faux de la jante de part et d'autre du voile peuvent être sujet à des vi- brations [0012] L'épaisseur du voile est fortement conditionnée par la fabricabilité [0013] Un gain de masse peut être fait par ajourage du voile, cependant cela peut s'avérer pénalisant pour le rendement en augmentant les pertes par brassage [0014] Dans ce contexte, il est donc souhaitable de fournir une structure permettant de combiner masse minimale et performances mécaniques maximales. 2 Exposé de l'invention [0015] Selon un premier aspect, l'invention propose une structure en treillis pour une pièce mécanique de transmission d'efforts, adaptée pour être réalisée par fabrication additive. La structure présente un treillis présentant des évidements et comprenant une pluralité de structures élémentaires, chaque structure élémentaire comprenant plusieurs poutres reliées pour former un polyèdre, les poutres de chaque structure élémentaire étant inclinées par rapport à un plan de référence dit plan de fabrication. [0016] Chaque structure élémentaire peut comprendre un premier sous-ensemble de deux poutres reliées chacune à l'une de leurs extrémités en un point de jonction. [0017] Chaque structure élémentaire peut comprendre un deuxième sous-ensemble de deux poutres reliées chacune à l'une de leurs extrémités audit point de jonction. [0018] Ledit point de jonction peut être sensiblement au centre de chaque structure élé- mentai re. [0019] Les poutres du premier sous-ensemble peuvent appartenir à un premier plan et les poutres du deuxième sous-ensemble peuvent appartenir à un deuxième plan, sécant du premier plan. [0020] Lc premier plan et le deuxième plan peuvent être orientés d'environ 90 degrés l'un par rapport à l'autre. [0021] Chaque poutre peut présenter une section comprise entre 0.2 millimètres et 4 mil- limètres. [0022] Les extrémités non jointes au point de jonction de deux poutres d'un même sous- ensemble peuvent être écartées de 0,5 mm à 4 mm, et les extrémités non jointes au point de jonction de deux poutres de deux sous-ensembles distincts d'une même structure élémentaire, peuvent être écartées de 1 millimètre à 5 millimètres. [0023] Les poutres de chaque structure élémentaire peuvent être inclinées de 40 à 50 degrés par rapport au plan de fabrication. [0024] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne unc pièce de turbomachine réalisée en fabrication additive, comprenant au moins une portion en matériau plein et au moins une structure en treillis selon l'invention. [0025] Selon un troisième aspect, l'invention concerne un aéronef comprenant au moins une pièce de turbomachine selon l'invention. Brève description des dessins 100261 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 : 100271 I fie.1I La figure 1 représente un pignon selon l'art antérieur. 100281 1 fie.2I La figure 2 représente un pignon selon l'art antérieur, en coupe. 3 100291 Ifig.31 La figure 3 est une représentation en perspective d'une structure élémentaire d'une structure en treillis selon l'invention. [0030] [fig.4] La figure 4 est une représentation de face d'une structure élémentaire d'une structure en treillis selon l'invention. [0031] [fig.5] La figure 5 est une représentation de côté d'une structure élémentaire d'une structure en treillis selon l'invention. [0032] [fig.6] La figure 6 est une représentation en coupe d'un pignon comprenant un treillis selon l'invention. [0033] Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation [0034] Structure en treillis [0035] Selon un premier aspect, l'invention concerne une structure en treillis 1 adaptée pour être réalisée par fabrication additive. [0036] Par fabrication additive, il est entendu un procédé de fabrication dans lequel on dépose successivement des couches de poudre qui sont fondues localement par une électrode ou un laser. La fabrication additive est réalisée sur une surface plane sur laquelle sont empilées les couches de matière (i. c. de poudre). Cette surface plane définit un plan de référence, dit plan de fabrication P, pour une pièce 100 ainsi fabriquée. [0037] Tel que cela sera détaillé ci-après, la structure en treillis 1 est adaptée pour faire partie d'une pièce 100 mécanique de transmission d'efforts. Typiquement, tel que cela sera détaillé ci-après, la transmission d'efforts peut être un effort en rotation. Selon d'autres exemples, la transmission d'effort peut être un mouvement de translation, ou un mouvement combiné. En outre, la pièce peut, par exemple, supporter des efforts de compression, de cisaillement et/ ou de traction [0038] Tel que cela sera décrit, la pièce 100 est préférentiellement réalisée en fabrication additive de sorte à former un ensemble monobloc cohérent avec des portions pleines et la structure en treillis 1. [0039] La structure en treillis 1 présente un treillis présentant des évidements 11 et comprenant une pluralité de motifs élémentaires 12. [0040] Chaque motif élémentaire 12 comprend plusieurs poutres 14 reliées pour former un polyèdre. [0041] Selon une disposition particulièrement avantageuse, les poutres 14 de chaque structure élémentaire 12 sont inclinées par rapport au plan fabrication P. D'une manière préférentielle, les poutres 14 sont inclinées de 40 à 50 degrés par rapport au plan de fabrication P. D'une manière encore plus préférentielle, les poutres 14 sont inclinées de 45 degrés par rapport au plan de fabrication P. Cette disposition permet aux structures élémentaires 12, et donc à la structure en treillis 1, d'être particulièrement résistantes aux efforts de compression. [0042] Selon une disposition particulière, représentée sur les figures 3 à 5, chaque structure élémentaire 12 comprend un premier sous-ensemble 121 de deux poutres 14 reliées chacune à l'une de leurs extrémités 141 en un point de jonction 15. De plus, chaque structure élémentaire 12 comprend un deuxième sous-ensemble 122 de deux poutres 14 reliées chacune à l'une de leurs extrémités 141 audit point de jonction 15. [0043] Préférentiellement, le point de jonction 15 est sensiblement au centre de chaque structure élémentaire 12. [0044] En outre, les poutres 14 du premier sous-ensemble 121 appartiennent à un premier plan P1 et les poutres 14 du deuxième sous-ensemble 122 appartiennent à un deuxième plan P2, sécant du premier plan. D'une manière préférentielle, le premier plan P1 et le deuxième plan P2 sont orientés d'environ 90 degrés l'un par rapport à l'autre. [0045] Selon une disposition particulière, chaque poutre 14 présente une section comprise entre 0.2 millimètres et 4 millimètres. Préférentiellement, chaque poutre 14 peut, par exemple, présenter une section de 0.4 millimètre ou de 1 millimètre. [0046] En sus, les extrémités 142 non jointes au point de jonction 15 de deux poutres 14 d'un même sous-ensemble 121, 122 peuvent être écartées de 0,5 millimètres à 4 millimètres (préférentiellement de 1 ou 2.5 millimètres). De plus, les extrémités non jointes 142 au point de jonction 15 de deux poutres 14 de deux sous-ensembles distincts 121, 122 d'une même structure élémentaire 12, peuvent être écartées de 1 millimètre à 5 millimètres (préférentiellement de 1.6 ou 4 millimètres). [0047] On comprendra que ces valeurs ne sont données qu'à titre d'exemple, toute autre valeur pourrait être envisagée en respectant un rapport homothétique. [0048] En outre, une modification de la densité et/ou de la forme de structure en treillis 1, permet d'adapter au mieux la structure en treillis 1 aux efforts mécaniques appliqués (résistance à la traction, compression et cisaillement) [0049] Pièce de turbomachine [0050] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une pièce 100 de turbomachine réalisée en fabrication additive. La pièce 100 comprend au moins une portion en matériau plein 101 et au moins une structure en treillis 1 selon l'invention. [0051] Typiquement, selon l'exemple donné sur la figure 6, la pièce 100 peut, par exemple, être un pignon. La structure en treillis 1 permet en l'espèce de renforcer le voile 103. Cette disposition permet d'avoir un voile 103 creux enveloppant la structure en treillis 1. La structure en treillis 1 combine les avantages de présenter une masse réduite (présence de très nombreux évidements 11) et d'être particulièrement résistance aux efforts mécanique du fait de la géométrie et de l'orientation de chaque structure élémentaire 12. Dans le cas présent, les efforts mécaniques sont des efforts de ci- saillements liés à la transmission d'un effort de rotation par le pignon. De plus, les efforts, sont aussi des efforts de compression liés aux charges appliquées au pignon. [0052] En outre, dans certaines configurations géométriques de pièces, des voiles 103 minces peuvent présenter des résonnances qui ne seraient pas acceptable. La raideur apportée par la structure en treillis 1 permet d'écarter ces résonnances. De plus, des voiles 103 minces pourraient être trop souples et engendrer une déformation sous charge trop importante. D'une manière particulièrement avantageuse, la raideur apportée par la structure en treillis 1 permet de réduire fortement ces déformations. De même, des voiles 103 minces pourraient présenter des niveaux de contraintes trop élevées, la tenue apportée par la structure en treillis 1 permet de mieux redistribuer les efforts dans la structure et donc de réduire les contraintes dans la pièce 100. [0053] En sus, d'une manière particulièrement avantageuse, la structure en treillis 1 permet aussi de réduire les portes à faux, par exemple d'une jante dans le cadre d'un pignon. [0054] On comprendra que la structure en treillis 1 peut être utilisée dans une pluralité d'autres pièces 100 d'une turbomachine, par exemple, pour réaliser des aubes de soufflante, pour des bielles de transmission, des carters de réducteurs, des carters de groupes hydrauliques, des supports de paliers, des arbres de transmission, etc. [0055] Aéronef [0056] Selon un troisième aspect, l'invention concerne un aéronef (non représenté) qui comprend une turbomachine intégrant une pièce 100. [0057] L'aéronef comprend, en sus, l'ensemble des caractéristiques habituelles. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Structure en treillis (1) pour unc pièce (100) mécanique de transmission d'efforts, adaptée pour être réalisée par fabrication additive, caractérisée en cc qu'elle présente un treillis présentant des évidements (1 1 ) et comprenant unc pluralité de structures élémentaires (12), chaque structure élémentaire (12) comprenant plusieurs poutres (14) reliées pour former un polyèdre, les poutres (14) de chaque structure élémentaire (12) étant inclinées par rapport à un plan de référence dit plan de fabrication (P). [Revendication 2] Structure en treillis (1) dans laquelle chaque structure élémentaire (12) comprend un premier sous-ensemble (121) de deux poutres (14) reliées chacune à l'une de leurs extrémités (141) en un point de jonction (15). [Revendication 3] Structure en treillis (1) selon la revendication 2, dans laquelle chaque structure élémentaire (12) comprend un deuxième sous-ensemble (122) de deux poutres (14) reliées chacune à l'une de leurs extrémités (141) audit point de jonction (15). [Revendication 4] Structure en treillis (1) selon la revendication 3, dans laquelle ledit point de jonction (15) est sensiblement au centre de chaque structure élémentaire (12). [Revendication 5] Structure en treillis (1) selon la revendication 4 dans laquelle les poutres (14) du premier sous-ensemble (121) appartiennent à un premier plan (P1) et les poutres (14) du deuxième sous-ensemble (122) appartiennent à un deuxième plan (P2), sécant du premier plan (P1). [Revendication 6] Structure en treillis (1) selon la revendication 5, dans laquelle le premier plan (P1) et le deuxième plan (P2) sont orientés d'environ 90 degrés l'un par rapport à l' autre. [Revendication 7] Structure en treillis (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle chaque poutre (14) présente une section comprise entre 0.2 millimètres et 4 millimètres. [Revendication 8] Structure en treillis (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les extrémités (142) non jointes au point de jonction (15) de deux poutres (14) d'un même sous-ensemble (121,122) sont écartées de 0,5 mm à 4 mm, et les extrémités (142) non jointes au point de jonction (15) de deux poutres (14) de deux sous-ensembles distincts (121, 122) d'une même structure élémentaire (12), sont écartées de 1 millimètre à 5 millimètres. [Revendication 9] Structure en treillis (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 7 [Revendication 10] dans laquelle les poutres (14) de chaque structure élémentaire (12) sont inclinées de 40 à 50 degrés par rapport au plan de fabrication (P). Pièce (100) de turbomachine réalisée en fabrication additive, comprenant au moins une portion en matériau plein et au moins une structure en treillis (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. Aéronef comprenant au moins une pièce (100) de turbomachine selon la revendication 10. [Revendication 11]