Brevet FR3102375A1 — publié le 20210430

L’invention concerne un dispositif de séparation de particules pour fabrication additive sélective et un appareil de fabrication additive sélective. Les particules sont contenues dans un flux gazeux. Le dispositif comprend au moins un séparateur aéraulique en voie sèche, le séparateur aéraulique en voie sèche comprenant une turbine de séparation dont une vitesse de rotation est ajustable. Le séparateur aéraulique en voie sèche sélectionne les particules comprises dans le flux gazeux, en fonction d’une taille de particules dépendante de la vitesse de rotation de la turbine de séparation. Le dispositif comprend également un dispositif d’extraction des particules comprises dans le flux gazeux. Le séparateur aéraulique en voie sèche et le dispositif d’extraction sont en communication fluidique de sorte qu’un flux gazeux sortant du séparateur aéraulique en voie sèche circule dans le dispositif d’extraction et que le flux gazeux sortant du dispositif d’extraction circule dans le séparateur aéraulique en voie sèche. Le dispositif comprend également un dispositif de circulation du flux gazeux entre le séparateur aéraulique en voie sèche et le dispositif d’extraction. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de séparation de particules pour fabrication additive et appareil de fabrication additive Domaine technique général et art antérieur La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive; plus particulièrement pour la fabrication d’objets, par exemple d’objets métalliques. La fabrication additive sélective consiste à réaliser des objets tridimensionnels par consolidation de zones sélectionnées sur des strates successives de matériau pulvérulent (poudre métallique, céramique par exemple). 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. La poudre, par exemple métallique, est constituée d’un ensemble de particules qui doivent être séparées, en particulier par taille, afin d’obtenir une fabrication optimale. Il est connu, pour réaliser cette séparation de particules d’utiliser un tamis physique dont la maille est fixe. Cette maille est typiquement 63µm (230 US mesh). Les tamis physiques ont le désavantage de ne pas permettre un réglage de la taille des particules à séparer. De plus l’aération des particules sur un tamis est faible. La présente invention vise donc à remédier à ces défauts en proposant un dispositif de séparation de particules pour fabrication additive et un appareil de fabrication additive Présentation générale de l’invention Un but général de l’invention est de pallier aux limitations de l’art antérieur. A cet effet notamment, l’invention propose un dispositif de séparation de particules pour fabrication additive. Les particules sont contenues dans un flux gazeux. Le dispositif comprend au moins un séparateur aéraulique en voie sèche, le séparateur aéraulique en voie sèche comprenant une turbine de séparation dont une vitesse de rotation est ajustable. Le séparateur aéraulique en voie sèche sélectionne les particules comprises dans le flux gazeux, en fonction d’une taille de particules dépendante de la vitesse de rotation de la turbine de séparation. Le dispositif de séparation des particules comprend également un dispositif d’extraction des particules comprises dans le flux gazeux. Le séparateur aéraulique en voie sèche et le dispositif d’extraction sont en communication fluidique de sorte qu’un flux gazeux sortant du séparateur aéraulique en voie sèche circule dans le dispositif d’extraction et que le flux gazeux sortant du dispositif d’extraction circule dans le séparateur aéraulique en voie sèche. Le dispositif de séparation des particules comprend également un dispositif de circulation du flux gazeux entre les séparateur aéraulique et le dispositif d’extraction. L’invention propose également un appareil de fabrication additive qui comprend ou qui est relié à un dispositif de séparation tel que décrit dans le paragraphe précédent. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : la figure 1 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de séparation. la figure 2-a représente une turbine de séparation et la figure 2-b une représentation graphique de la relation entre la vitesse rotation de la turbine de séparation et du diamètre des particules séparées par la turbine. la figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de séparation. la figure 4 illustre un troisième mode de réalisation du dispositif de séparation. la figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation du dispositif de séparation. la figure 6 illustre un cinquième mode de réalisation du dispositif de séparation. les figures 7-a et 7-b représentent deux modes de réalisation d’un appareil de fabrication additive sélective. La figure 8 représente un mode de réalisation d’un appareil de fabrication additive sélective. Description d’un ou plusieurs modes de mise en œuvre et de réalisation La figure 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif de séparation de particules, par exemple des particules métalliques. Les particules sont contenues dans un flux gazeux et sont destinées à être utilisées pour une fabrication additive. Ce dispositif comprend au moins un séparateur aéraulique en voie sèche 101 ; ledit séparateur aéraulique en voie sèche 101 comprenant une turbine de séparation dont une vitesse de rotation est ajustable et sélectionne les particules comprises dans ledit flux gazeux, en fonction d’une taille de particules dépendante de la vitesse de rotation de la turbine de séparation. Le dispositif de séparation comprend aussi un dispositif 102 d’extraction des particules comprises dans ledit flux gazeux. Le séparateur aéraulique en voie sèche 101 et le dispositif 102 d’extraction sont en communication fluidique de sorte que le flux gazeux sortant du séparateur aéraulique en voie sèche 101 circule dans le dispositif 102 d’extraction et que le flux gazeux sortant du dispositif 102 d’extraction circule dans le séparateur aéraulique en voie sèche 101. Ce dispositif de séparation comporte également un dispositif 103 de circulation du flux gazeux entre le séparateur aéraulique 101 et le dispositif 102 d’extraction. Dans ce dispositif de séparation, le séparateur aéraulique en voie sèche 101 sépare les particules plus petites qu’une première taille Dc1 en retirant les particules plus grosses que Dc1 du flux gazeux introduit dans le séparateur. Les particules plus grosses que Dc1 et retirées du flux gazeux seront rejetées par le séparateur aéraulique en voie sèche 101 via une sortie 104. Ainsi en sortie du séparateur aéraulique en voie sèche 101 le flux gazeux ne comprendra quasiment exclusivement que des particules de taille inférieure à Dc1. Ensuite le dispositif 102 d’extraction permettent d’extraire les particules du flux gazeux. Les particules extraites par le dispositif 102 d’extraction ont une taille inférieure à Dc1. Les particules rejetées par le séparateur aéraulique 101 ont une taille supérieure à Dc1. Dans ce mode de réalisation, le chargement en particules, par exemple métalliques, dans le dispositif de séparation peut être réalisé de deux manières différentes. Les deux flèches pleines 105 et 106 représentent ces deux manières, à savoir :105 via le toit du séparateur aéraulique 101, et 106 via la chute 107 du séparateur aéraulique 101. Dans ce séparateur 101 la taille des particules qui seront séparées, dite « taille de coupure », va dépendre de la vitesse de rotation de la turbine de séparation. Cette vitesse rotation est ajustable via un dispositif de commande. Une telle turbine de séparation est présentée en figure 2-a. La figure 2-b présente la relation entre la vitesse rotation de la turbine de séparation et le diamètre des particules séparées par la turbine. Ce dispositif offre l’avantage de pouvoir dynamiquement choisir la taille des particules à extraire. Il permet de plus une meilleure aération, un meilleur séchage et une meilleure décohésion des particules, qu’en utilisant les dispositifs de l’état de la technique, en particulier ceux à base de tamis. Plus particulièrement le séparateur aéraulique en voie sèche offre l’avantage, de pouvoir modifier la taille des particules séparées et de ne pas se boucher comme un tamis classique. Dans un mode de réalisation, le dispositif 103 de circulation du flux gazeux est un ventilateur. Dans un mode de réalisation, le dispositif 102 d’extraction desdites particules comprend un filtre à manches. Il est possible par exemple d’utiliser un filtre à manches avec décolmatage. Le filtre à manches offre l’avantage d’être plus performant que d’autres types de filtres pour l’extraction de particules dans un flux gazeux. Dans un mode de réalisation, représenté en figure 3, le dispositif 102 d’extraction desdites particules comprend un cyclone 301 et un filtre à manches 302. Le cyclone 301 et le filtre à manches 302 sont en communication fluidique de sorte qu’un flux gazeux sortant du cyclone 301 circule dans le filtre à manches 302. Il est possible par exemple d’utiliser un filtre à manches avec décolmatage. Un cyclone est un dispositif imposant une rotation rapide à un flux gazeux afin d'en séparer les fines particules solides qui y sont mélangées. Le cyclone offre l’avantage de réduire les contraintes appliquées sur le filtre à manches. Dans ce mode de réalisation, le chargement en particules, par exemple métalliques, dans le dispositif de séparation peut être réalisé de deux manières différentes. Les deux flèches pleines 105 et 106 représentent ces deux manières, à savoir : 105 via le toit du séparateur aéraulique 101, et 106 via la chute 107 du séparateur aéraulique 101. Dans un mode de réalisation, représenté en figure 4, le dispositif de séparation comporte entre outre un dispositif 401 de purification et/ou de déshumidification et/ou de désoxygénation du flux gazeux. De dispositif 401 de purification et/ou de déshumidification et/ou de désoxygénation permet de limiter la consommation de gaz inerte. Dans ce mode de réalisation, le chargement en particules, par exemple métalliques, dans le dispositif de séparation peut être réalisé de deux manières différentes. Les deux flèches pleines 105 et 106 représentent ces deux manières, à savoir : 105 via le toit du séparateur aéraulique 101,et 106 via la chute 107 du séparateur aéraulique 101. Dans un mode de réalisation, représenté en figure 5, le dispositif de séparation comporte en outre un dispositif 501 permettant de relier sélectivement une sortie du dispositif 102 d’extraction à une entrée 502 du séparateur aéraulique en voie sèche 101 ou à un dispositif 503 de récupération des particules séparées. Cette entrée 502 du séparateur aéraulique en voie sèche 101 est parfois appelée la chute du séparateur aéraulique et permet l’introduction de particules qui se mélangeront avec les particules déjà présentes dans flux gazeux circulant et seront traitées par le séparateur aéraulique en voie sèche 101. La présence de ce dispositif 501, permettant de relier sélectivement une sortie du dispositif 102 d’extraction à une entrée 502 du séparateur aéraulique en voie sèche 101, offre l’avantage de pouvoir assurer une recirculation du flux gazeux et ainsi d’assurer une bonne dispersion des particules, y compris lorsque ces dernières sont humides. Ce dispositif 501, permettant de relier sélectivement une sortie du dispositif 102 d’extraction à une entrée 502 du séparateur aéraulique en voie sèche 101, peut être par exemple un volet. Dans ce mode de réalisation, le chargement en particules, par exemple métalliques, dans le dispositif de séparation peut être réalisé de deux manières différentes. Les deux flèches pleines 105 et 106 représentent ces deux manières, à savoir : 105 via le toit du séparateur aéraulique 101, et 106 via la chute 107 du séparateur aéraulique 101. Dans un mode de réalisation, représenté en figure 6, le dispositif de séparation comporte au moins deux séparateurs aérauliques en voie sèche 101 et 601. Les deux séparateurs aérauliques en voie sèche 101 et 601 sont en communication fluidique entre eux de sorte qu’un flux gazeux sortant d’un des séparateurs aérauliques en voie sèche 101 circule dans l’autre séparateur aéraulique en voie sèche 601. Les séparateurs aérauliques en voie sèche 101 et 601 comprennent chacun une turbine de séparation dont une vitesse de rotation est indépendamment ajustable. Les deux séparateurs aérauliques en voie sèche 101 et 601 sélectionnent chacun les particules comprises dans le flux gazeux, en fonction d’une taille de particules dépendante de la vitesse de rotation de la turbine de séparation. Dans ce mode de réalisation, il est possible d’ajouter de manière optionnelle un dispositif 602 permettant de relier sélectivement une sortie du séparateur aéraulique en voie sèche placé en aval 601 à une entrée du séparateur aéraulique en voie sèche placé en amont 101 ou à un dispositif 603 de récupération des particules séparées. Ce mode de réalisation permet de sélectionner des particules, par exemple métalliques, dont la taille est comprise dans une plage de valeurs. Il permet de rejeter les particules présentant un diamètre supérieur à un premier diamètre prédéterminé, et les particules présentant un diamètre inférieur à un deuxième diamètre prédéterminé. En effet le séparateur aéraulique en voie sèche en amont 101 sélectionne les particules plus petite qu’une première taille Dc1 en séparant les particules plus grosses que Dc1. Ensuite, le séparateur aéraulique en voie sèche en aval 601, dont la vitesse de turbine est réglée pour sélectionner les particules plus petites qu’une deuxième taille Dc2, sélectionne les particules d’une taille inférieure à Dc2. Ainsi et si la taille Dc2 est inférieure à la taille Dc1, les particules rejetées par le séparateur aéraulique en voie sèche en aval 601 auront une taille comprise entre Dc2 et Dc1. De manière optionnelle, il est possible de recirculer ces particules d’une taille comprise entre Dc2 et Dc1 via l’entrée 502 du séparateur aéraulique en voie sèche 101. Cette recirculation permet d’améliorer le séchage. Il est aussi possible de diriger ces particules d’une taille comprise entre Dc2 et Dc1 vers un dispositif 603 de récupération pour utilisation. Les particules extraites par le dispositif 102 d’extraction présentent une taille inférieure à Dc2. Les particules métalliques rejetées par le séparateur aéraulique en voie sèche en amont 101 auront une taille supérieure à Dc1. Dans une application aux poudres de fabrication additive métallique, ce mode de réalisation permet de retirer les particules métalliques de trop petite taille (typiquement 3 microns 5/15) et ainsi de générer moins de fumées et de particules en suspension et d’obtenir une meilleure focalisation de la source d’énergie lors de l’utilisation ultérieure de ces particules métalliques dans la machine de fabrication additive. Dans ce mode de réalisation, le chargement en particules, par exemple métalliques, dans le dispositif de séparation peut être réalisé de deux manières différentes. Les deux flèches pleines 105 et 106 représentent ces deux manières, à savoir : 105 via le toit du séparateur aéraulique 101, et 106 via la chute 107 du séparateur aéraulique 101. Un mode de réalisation de cette invention concerne un appareil de fabrication additive sélective. Cet appareil de fabrication additive sélective comprend ou est relié au dispositif, tel que décrit dans les sections précédentes, de séparation de particules, par exemple métalliques. Dans un mode de réalisation, illustré aux figure 7-a et 7-b, l’appareil de fabrication additive sélective 701 comporte entre outre un système de distribution 702 d’un matériau pulvérulent comprenant des particules, par exemple métalliques, ce système de distribution étant configuré pour recevoir des particules du dispositif de séparation. Dans un mode de réalisation, l’appareil de fabrication additive sélective 701 comporte un dispositif 703 de récupération des particules, par exemple métalliques, non utilisées, le dispositif de récupération étant relié à une entrée du dispositif de séparation des particules, par exemple métalliques. De manière préférentielle, l’entrée choisie sera le toit d’un des séparateurs aérauliques en voie sèche. Dans un mode de réalisation, un dispositif 704 de filtrage est inséré entre le dispositif de récupération 703 et l’entrée du dispositif de séparation 101. Ce dispositif de filtrage est par exemple un tamis de protection avec une taille de maille comprise entre 300µm et 1500 µm et préférentiellement de 500µm. La présence de ce dispositif de filtrage offre l’avantage de retenir les scories grossières qui pourraient endommager le dispositif de séparation 101. La figure 8 représente une illustration d’un tel appareil de fabrication additive. Cet appareil comprend : - un support tel qu’un plateau horizontal 801 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 802 en forme de sapin sur la figure), - un système de distribution de matériau pulvérulent 702 adapté pour apporter la poudre de fabrication au niveau de la raclette ou du rouleau de mise en couche. Le système de distribution 702 comprend un doseur 803, un tiroir 804 et une réglette 805. - un arrangement 806 pour la distribution de ladite poudre, par exemple métallique, sur le plateau, cet arrangement 806 comportant par exemple une raclette 807 et/ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre (déplacement selon la double flèche A), - un ensemble 808 comportant une source 809 de puissance, par exemple une source émettant un faisceau laser et/ou un faisceau d’électrons, pour la fusion (totale ou partielle) des couches fines étalées, - une unité de contrôle 810 qui assure le pilotage des différents composants de l’appareil en fonction d’informations pré-mémorisées (mémoire M), - un mécanisme 811 pour permettre de descendre le support du plateau 801 au fur et à mesure du dépôt des couches (déplacement selon la double flèche B). Les composants de l'appareil sont agencés à l'intérieur d'une enceinte étanche 812 pouvant être reliée à un circuit de gaz inerte et/ou à au moins une pompe à vide 813, par exemple dans le cas de l’utilisation d’un faisceau d’électrons. Dispositif de séparation de particules pour fabrication additive sélective, lesdites particules étant contenues dans un flux gazeux, ledit dispositif comprenant : au moins un séparateur aéraulique en voie sèche (101), ledit séparateur aéraulique en voie sèche (101) comprenant une turbine de séparation dont une vitesse de rotation est ajustable , ledit séparateur aéraulique en voie sèche (101) sélectionnant les particules comprises dans ledit flux gazeux, en fonction d’une taille de particules dépendante de la vitesse de rotation de la turbine de séparation, un dispositif (102) d’extraction desdites particules comprises dans ledit flux gazeux ; le séparateur aéraulique en voie sèche (101) et le dispositif (102) d’extraction étant en communication fluidique de sorte qu’un flux gazeux sortant du séparateur aéraulique en voie sèche (101) circule dans le dispositif (102) d’extraction et que le flux gazeux sortant du dispositif (102) d’extraction circule dans le séparateur aéraulique en voie sèche (101); le dispositif de séparation de particules comprenant également un dispositif (103) de circulation du flux gazeux entre le séparateur aéraulique en voie sèche (101) et le dispositif (102) d’extraction. Dispositif de séparation selon la revendication 1, dans lequel le dispositif (102) d’extraction desdites particules comprend un filtre à manches. Dispositif de séparation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif (102) d’extraction desdites particules comprend un cyclone (301) et un filtre à manches (302). le cyclone (301) et le filtre à manches (302) étant en communication fluidique de sorte qu’un flux gazeux sortant du cyclone (301) circule dans le filtre à manches (302). Dispositif de séparation selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif (401) de purification et/ou de déshumidification et/ou de désoxygénation du flux gazeux. Dispositif de séparation selon l’une des revendications précédentes, comprenant entre outre un dispositif (501) permettant de relier sélectivement une sortie du dispositif (102) d’extraction à une entrée (502) du séparateur aéraulique en voie sèche (101), ou à un dispositif (503) de récupération des particules séparées. Dispositif de séparation selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant au moins deux séparateurs aérauliques en voie sèche (101, 601), les au moins deux séparateurs aérauliques en voie sèche (101, 601) étant en communication fluidique entre eux de sorte qu’un flux gazeux sortant d’un des séparateurs aérauliques en voie sèche placé en amont (101) circule dans l’autre séparateur aéraulique en voie sèche placé en aval (601), lesdits deux séparateurs aérauliques en voie sèche (101, 601) comprenant chacun une turbine de séparation dont une vitesse de rotation est indépendamment ajustable, lesdits deux séparateurs aérauliques en voie sèche (101, 601) sélectionnant chacun les particules comprises dans ledit flux gazeux, en fonction d’une taille de particules dépendante de la vitesse de rotation de la turbine de séparation. Dispositif de séparation selon la revendication 6, comprenant un dispositif (602) permettant de relier sélectivement une sortie séparateur aéraulique en voie sèche placé en aval (601) à une entrée du séparateur aéraulique en voie sèche placé en amont (101) ou à un dispositif (603) de récupération des particules séparées. Appareil de fabrication additive sélective (701) comprenant ou étant relié au dispositif de séparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Appareil de fabrication additive sélective (701) selon la revendication 8, comprenant entre outre un système de distribution de matériau pulvérulent (702), ce système de distribution (702) étant configuré pour recevoir des particules en provenance du dispositif de séparation. Appareil de fabrication additive sélective (701) selon la revendication 8 ou 9, comprenant entre outre un dispositif (703) de récupération des particules non utilisées, le dispositif (703) de récupération étant relié à une entrée du dispositif de séparation des particules. Appareil de fabrication additive sélective selon la revendication 10, comprenant en outre un dispositif (704) de filtrage inséré entre le dispositif (703) de récupération et l’entrée du dispositif de séparation des particules. Appareil de fabrication additive sélective selon la revendication 11, dans lequel le dispositif (704) de filtrages comprend un tamis de protection avec une taille de maille comprise entre 300µm et 1500 µm.