Brevet FR3089832A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Dispositif pour la fabrication générative d'une pièce tridimensionnelle en métal fondu contenant de l'aluminium Domaine de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un dispositif de fabrication générative d'une pièce tridimensionnelle à partir de métal fondu contenant de l'aluminium, notamment un bain d'aluminium. [0002] La fabrication générative comprend notamment les procédés d'impression 3D par lesquels un matériau liquide ou solide est composé couche par couche pour former une pièce tridimensionnelle. Les matériaux liquides sont appliqués sous la forme de gouttelettes simples sur un support de pièce. Les matières solides, par exemple, sous la forme de poudre, sont fondues localement. La présente invention concerne un dispositif d'impression 3D utilisant exclusivement des matériaux liquides. Etat de la technique [0003] Le document DE 10 2015 206 813 Al décrit, par exemple, un dispositif pour appliquer un fluide sur un support de pièce, pour générer une pièce, ayant un réservoir contenant du fluide ainsi qu'une installation de sortie pour distribuer le fluide. Le dispositif comprend en outre un actionneur qui permet de réduire le volume du réservoir pour générer une onde de pression. L'onde de pression généralement émise par une partie du fluide contenu dans le réservoir par l'intermédiaire de l'installation d'émission est appliquée surie support de pièce. L'installation d'actionneur comporte à cet effet une membnne réalisée dans une paroi extérieure du réservoir ou comme l'une de ces parois et peut se déformer élastiquement. En outre, l'installation d'actionneur comporte un piston mobile dont la déformation élastique de la membrane est produite par un actionneur à courant tournant ou un aimant. [0004] Le document DE 1020 1622 4047 Al décrit une tête d'impression d'une imprimante 3D, notamment d'une imprimante à métal, comprenant un boîtier, un dispositif pour l'alimentation en métal, un piston, un réservoir avec un orifice de sortie et un dispositif d'actionneur pour entraîner le piston. [0005] Cette installation se caractérise en ce que le réservoir a une zone de fusion et une chambre de refoulement pour la phase liquide du métal ; la zone de fusion adjacente à une atmosphère inerte est reliée à la chambre de refoulement pour que le mouvement du piston fasse sortir la phase liquide de métal par l'orifice de sortie. L'orifice de sortie est réalisé pour expulser des gouttes de la phase liquide du métal ; l'orifice de sortie a la forme d'une buse reliée solidairement au creuset ou montée de manière interchangeable pour que le changement de pièce permette d'utiliser des géométries de buse 2 différentes. La description ne sera pas plus détaillée pour la fixation de l'insert ou la mise en place de la tête d'impression. [0006] Les alternances de l'utilisation développent une surface de contact. Des défauts d'étanchéité à cet endroit de l'insert interchangeable peuvent créer des difficultés. Comme pour l'utilisation, on a des températures de l'ordre de 600°C, on ne peut envisager que peu de joints. La solution la plus simple est de réaliser les deux surfaces en contact de manière aussi planes que possible pour avoir un très faible intervalle dans lequel le métal fondu ne peut que difficilement pénétrer. On aura des fuites au niveau du joint d'étanchéité, si des pressions trop élevées sont développées dans la chambre de compression par ractionnement ou si pour vider la tête d'impression l'évacuation de la pression, on développe une surpression statique sur le disque métallique sur une longue période avec poussée dans l'intervalle. [0007] La matière de la buse est en général réalisée de manière aluphobe pour avoir un faible angle de contact pour le bain. Cela semble être utile pour remplir le perçage de buse de manière permanente. Toutefois, il en résulte un effet de fuite favorisé par les forces capillaires, ce qui se répercute de manière contreproductive sur l'étanchéité. [0008] La présente invention a pour but de développer une tête d'impression pour une im- primante 3D ou un corps de busc permettant d'éviter une telle fuite. Souvent les joints ne résistent pas à la température et se décomposent à cause du bain fortement réactif [0009] Exposé et avantages de l'invention [0010] A cet effet, pour résoudre ces problèmes, l'invention a pour objet un dispositif pour la fabrication générative d'une pièce tridimensionnelle avec un métal fondu contenant de l'aluminium, notamment d'un bain d'aluminium, comprenant une chambre de compression recevant le bain d'aluminium, cette chambre étant délimitée par un piston effectuant un mouvement de va et vient et par un corps de buse ayant un perçage pour la distribution goutte à goutte du bain métallique, le corps de buse ayant une plaque de buse et un cylindre creux pour délimiter radialement la chambre de compression, ce dispositif étant caractérisé en ce que la plaque de buse a une zone tournée vers la chambre de compression, ayant un comportement métallophobe notamment aluphobe ou est réalisée en un matériau métallophobe ou comporte un revêtement avec un matériau métallophobe et une zone de contact entre la plaque de buse et le cylindre creux, dans laquelle la plaque de buse et/ou le cylindre creux ont un comportement métallophobe, notamment aluphobe ou sont réalisés en un matériau aluphobe ou encore la plaque de buse et/ou le cylindre creux ont un revêtement en un matériau aluphobe. [0011] Le néologisme entre "métallophobe" signifie que l'angle de contact entre le métal fondu et la surface supérieure réalisée en un matériau aluphobe est comparativement petit. Cela améliore la mouillabilité de la surface pour le métal fondu. Cela a au moins l'avantage que la goutte ne décroche qu'à l'extrémité du perçage de buse et non à 3 l'intérieur de ce perçage. On évite ainsi un décrochage prématuré des gouttes. De plus, cela garantit qu'après avoir formé une goutte, le perçage de buse reste rempli du métal fondu de sorte que la goutte suivante peut immédiatement se développer. Le procédé est ainsi fortement dynamique, en particulier la fréquence des gouttelettes pourra augmenter. A titre d'exemple, on peut avoir une fréquence de gouttelettes comprise entre 500-1000 Hz sans rencontrer les inconvénients cités en préambule. [0012] La réalisation selon l'invention développe avantageusement une surface d'étanchéité optimisée car l'angle de contact entre le corps de busc et le métal fondu est augmenté en cc qu'un comportement aluphobe se réalise avec un revêtement supplémentaire. Cela permet de neutraliser l'influence des forces capillaires. Dans ces conditions, l'aluminium liquide qui tente dc pénétrer est pratiquement expulsé. [0013] Selon un développement préférentiel de l'invention, le matériau aluphobe est du nitrure de silicium. Pour la plage d'utilisation prévue, le nitrure dc silicium présente les propriétés optimales par rapport au bain de métal contenant de l'aluminium. En particulier, on réduit l'angle de contact entre le bain dc métal contenant de l'aluminium et la surface supérieure en nitrure de silicium. [0014] Le matériau aluphobe est, par exemple, un matériau céramique, notamment de l'oxyde d'aluminium, du nitrure de bore et du niobium ou des matières analogues constituant le revêtement métallique. Le revêtement de la surface de contact avec, par exemple, de l'oxyde de niobium ou du nitrure de bore est avantageusement appliqué sur la plaque de buse et/ou dans le cylindre creux qui forme un manchon de distribution. Le revêtement peut être appliqué avantageusement par pulvérisation ou au pinceau, mais uniquement dans la zone de contact du manchon de guidage et de la plaque de buse. [0015] En variante, on utilise un revêtement en céramique solide aluphobe tel que, par exemple, de l'oxyde d'aluminium A1203 sur une plaque de buse SI3N4 à tendance aluphobe. [0016] Dans la mesure où le corps de buse est réalisé en un matériau aluphobe, la zone aluphobe peut être revêtue d'un matériau aluphobe. Inversement, le corps de buse peut également être fabriqué en un matériau aluphobe et la zone tournée vers la chambre de combustion peut avoir un revêtement en un matériau aluphobe. [0017] En outre, par une transformation du réseau cristallin on peut développer des propriétés de surface aluphobe ou aluphobe. [0018] De façon préférentielle, le corps de buse a des segments ayant des diamètres de perçage de tailles différentes et de préférence le diamètre de perçage diminue vers l'extrémité du perçage de buse. Le diamètre du perçage qui va en diminuant, favorise le développement de gouttes et leur décrochage à l'extrémité du perçage de buse. Pour optimiser le flux dans le perçage de buse, on relie les segments ayant un diamètre de perçage différent, par un segment de forme conique. [0019] Le corps de busc est réalisé en plusieurs pièces et comprend une plaque de buse et un cylindre creux. Ces éléments sont, de préférence, réunis par un écrou de serrage de buse. Cet écrou de buse permet de serrer les deux parties l'une contre l'autre. Le serrage des deux parties du corps de buse permet d'avoir des forces d'étanchéité importantes. [0020] Suivant une autre caractéristique, le piston à mouvements alternatifs du dispositif coopère avec un actionneur, de préférence un actionneur électromagnétique ou piézoélectrique. L'actionneur entraîne le piston suivant un mouvement alternatif De façon préférentielle, on utilise un actionneur piézoélectrique car celui-ci permet des mouvements rapides pour générer des impulsions de pression, qui se suivent rapidement. Présentation des dessins [0021] La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l'aide de l'unique figure annexée à savoir : [0022] [fig.11 coupe longitudinale schématique du dispositif [0023] Description détaillée du mode de réalisation de l'invention [0024] Le dispositif selon l'invention représenté à la figure 1 pour la fabrication par régé- nération d'une pièce tridimensionnelle en un métal fondu contenant de l'aluminium comprend un corps de buse 4 réalisé en plusieurs parties avec une partie en forme de plaque ou plaque de buse 12. La plaque de busc 12 est reliée par un écrou 10 à un cylindre creux 9 c'est-à-dire que la plaque est serrée axialcment ; le cylindre reçoit un piston 3 mobile selon un mouvement alternatif Le piston 3, le cylindre creux 9 et la plaque de buse 12 délimitent une chambre de compression 2 remplie de métal fondu 1. [0025] Le dispositif comporte en outre un actionneur (non représenté) qui assure l'entraînement du piston 3 selon un mouvement alternatif. Le piston 3 pénètre dans la chambre de compression 2 et s'en extrait ce qui permet de générer des ondes de pression ou impulsions de pression poussant le métal fondu 1 dans le perçage de busc 5 de la plaque 12 ; ainsi le métal sort du perçage de buse 5 sous la forme de gouttelettes séparées. [0026] Pour s'assurer que les gouttelettes se décrochent seulement à l'extrémité du perçage de buse 5 et non à l'intérieur du perçage de buse 5, la plaque de buse 12 a un comportement métallophobe, notamment aluphobe dans la zone du perçage de buse 5. Cela se réalise, par exemple, avec un revêtement 6 en un matériau métallophobe, notamment aluphobe. Le comportement aluphobe, c'est-à-dire le matériau aluphobe améliore l'aptitude au mouillage de la surface délimitant le perçage de buse 5 avec le métal fondu 1 contenant de l'aluminium. Le métal fondu 1 a ainsi moins tendance à se rétracter une fois qu'une goutte a été générée dans la chambre de compression 2 ; ainsi le perçage de buse 5 reste toujours rempli par le métal fondu 1 et permet la formation immédiate de la goutte suivante. [0027] Dans la région de la surface superficielle 7 adjacente au perçage de buse 5, et qui est réalisée sur le côté de la plaque de busc 12 à l'opposé de celui de la chambre de compression 2, on a, par exemple, un revêtement en un matériau aluphobe. Ce revêtement favorise le décrochage des gouttes à l'extrémité du perçage de busc 5 dans la direction de passage du métal fondu 1. [0028] Le décrochage, côté extrémité, des gouttes est favorisé en outre dans le cas du dispositif représenté à la figure 1 en ce que le perçage de buse 5 réalisé dans la plaque de busc 12 comporte des segments 5.1,5.2 ayant des diamètres de perçage de tailles différentes ; ces diamètres sont reliés par un segment 5.3 de forme conique. De cette manière, on réalise un perçage de buse 5 qui va en diminuant vers l'extrémité selon le sens de passage et ce perçage favorise le décrochage unilatéral des gouttes. [0029] Le dispositif représenté à la figure 1, développe ainsi des gouttes à partir du métal fondu 1 contenant de l'aluminium ; ces gouttes ont une taille définie et peuvent être positionnées exactement car après leur décrochage, elles ne sont pas déviées mais tombent directement à la verticale. [0030] La plaque de buse 12 comporte en outre la zone 6 tournée vers la chambre de com- pression 2 et qui a un comportement métallophobc et en particulier aluphobe ou encore, par exemple, est réalisé sur un matériau aluphobe ou comporte un revêtement 6 en un matériau aluphobe. En outre, entre la plaque de buses 12 et le cylindre creux 9, on a réalisé une zone de contact 8. Dans cette zone 8, la plaque de buse 12 et/ou le cylindre creux 9 sont réalisés en un matériau aluphobe ou encore la plaque de buse 12 et/ou le cylindre creux 9 sont munis d'un revêtement 8 en un matériau aluphobe. [0031] Cela permet de repousser l'influence des forces capillaires dans cette zone 8 et l'aluminium 1 qui arrive, est en quelque sorte expulsé. [0032] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0033] 1 Métal fondu/bain de métal [0034] 2 Chambre de compression [0035] 3 Piston à mouvement alternatif [0036] 4 Corps de buse [0037] 5 Perçage de buse [0038] 5.1, 5.2, 5.3 Segments du perçage de buse [0039] 5.3 Segment de forme conique [0040] 6 Revêtement en un matériau métallophobe notamment aluphobe [0041] 7 Surface superficielle [0042] 8 Zone de contact/revêtement [0043] 9 Cylindre creux [0044] 10 Ecrou de serrage de la buse [0045] 12 Plaque de busc 6 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]