Brevet FR3102706A1 — publié le 20210507

L’invention concerne un procédé de séparation d’une ébauche de pièce (1), réalisée par fabrication additive, d’une embase (8) pour l’ébauche de pièce (1), comprenant le déplacement (106) d’un éjecteur (30) relativement à l’ébauche de pièce (1) à travers l’embase (8) pour séparer l’ébauche (1) de l’embase (8). Figure pour l’abrégé : figure 3 Séparation d’une ébauche de pièce fabriquée par fabrication additive d’une embase par un éjecteur L’invention se rapporte au domaine technique de la fabrication additive sur lit de poudre, également dénommée impression 3D. Elle concerne plus spécifiquement un procédé de séparation d’une ébauche de pièce d’une embase, l’ébauche de pièce étant fabriquée par un dépôt de poudre couche par couche sur l’embase, en partie solidifié par fusion sélective ou frittage sélectif par un faisceau laser ou par un faisceau d’électrons. Les procédés de fusion sélective ou de frittage sélectif sur lit de poudre permettent de réaliser facilement des pièces métalliques ou céramiques telles que des pièces de turbomachine qui sont soumises à des contraintes mécaniques et/ou thermiques importantes. De tels procédés sont notamment connus sous les acronymes SLM (de l’anglais « Selective Laser Melting »), SLS (de l’anglais « Selective Laser Sintering »), DMLS (de l’anglais « Direct Metal Laser Sintering ») et EBM (de l’anglais « Electron Beam Melting »). Ces procédés comprennent généralement une étape de dépôt, à l’aide d’un moyen d’étalement de type rouleau ou racleur, d’une première couche de poudre dans un bac de fabrication dont le fond est formé par un plateau mobile en translation, suivie d’une étape de chauffage par un faisceau laser ou par un faisceau d’électrons d’une zone prédéfinie de la couche de poudre. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale ou le frittage local de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la pièce. Le plateau est ensuite descendu d'une distance correspondant à l'épaisseur d'une couche, puis une seconde couche de poudre est amenée par le moyen d’étalement sur la couche précédente. Par la suite, une seconde couche de la pièce est formée à l'aide du faisceau. Ces étapes sont répétées jusqu’à la fabrication complète de l’ébauche de pièce. Enfin, l’ébauche de pièce est séparée du plateau de fabrication par une étape de découpe par électro usinage qui est longue et donc coûteuse. L’invention vise à réduire le temps de cycle dans certains cas. A cet égard, l’invention a pour objet un procédé de séparation d’une ébauche de pièce, réalisée par fabrication additive, d’une embase pour l’ébauche de pièce. Le procédé de séparation comprend le déplacement d’un éjecteur relativement à l’ébauche à travers l’embase pour séparer l’ébauche de l’embase. Grâce à l’éjecteur selon l’invention, l’ébauche de pièce est séparée plus rapidement de l’embase que par une découpe par électroérosion, ce qui permet d’accroitre la productivité du procédé de fabrication de la pièce, de faciliter la mise en œuvre du procédé de fabrication, et de réduire les coûts de fabrication de la pièce. Il est notamment possible de s’affranchir de l’étape de découpe par électroérosion lors du procédé de fabrication de la pièce. L’invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. Selon une particularité de réalisation, l’embase comprend une plaque à travers laquelle s’étend l’éjecteur. Selon une autre particularité de réalisation, l’embase comprend un logement pour l’éjecteur. L’éjecteur est mobile entre une position rentrée dans laquelle il est situé dans le logement, et une position déployée dans laquelle il est au moins partiellement en saillie du logement pour séparer l’ébauche de l’embase. De préférence, l’éjecteur s’étend longitudinalement dans le logement. Selon une particularité de réalisation, l’éjecteur affleure une surface extérieure de l’embase lorsque l’éjecteur est en position rentrée. La fabrication de l’ébauche de pièce par fabrication additive au-dessus de l’éjecteur sur l’embase est donc possible. De préférence, l’éjecteur affleure deux surfaces extérieures opposées de l’embase lorsque l’éjecteur est en position rentrée. L’éjecteur est plus aisé à déplacer relativement à l’embase, tout en facilitant la fabrication de l’ébauche au-dessus de l’éjecteur. Selon une autre particularité de réalisation, l’éjecteur comprend au moins une tige configuré pour faire saillie de l’embase vers l’ébauche pour séparer l’ébauche de l’embase. La tige est notamment mobile en translation rectiligne relativement à l’ébauche à travers l’embase. L’éjecteur est notamment de structure simple. Selon une particularité de réalisation, l’éjecteur comprend un système d’entrainement de la tige. Le système d’entrainement est mécanique, pneumatique, électrique et/ou hydraulique. Selon une autre particularité de réalisation, l’éjecteur est déplacé par vissage relativement à l’embase. L’éjecteur comprend notamment une vis. Le déplacement de l’éjecteur relativement à l’embase et à l’ébauche de pièce tend à être particulièrement fiable. Selon une particularité de réalisation, un support est situé entre l’embase et l’ébauche. Le support a une résistance mécanique inférieure à la résistance mécanique de l’ébauche de pièce. Le support est notamment configuré pour être arraché de l’embase lors de la séparation de l’ébauche de l’embase. De préférence, le support est un support alvéolaire. Le support facilite la séparation de l’ébauche de pièce de l’embase en limitant les contraintes mécaniques exercées sur l’ébauche de pièce lors de la séparation de l’ébauche de pièce de l’embase. L’ébauche de pièce et le support sont de préférence réalisés par fabrication additive dans un même matériau. Le matériau de l’ébauche de pièce et du support est notamment un matériau métallique. L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’une pièce pour turbomachine, mettant en œuvre un procédé de séparation tel que défini ci-dessus. Le procédé de fabrication comprend une étape d’usinage de l’ébauche pour retirer le support de l’ébauche après la séparation de l’ébauche de l’embase. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : est une représentation schématique partielle d’un outillage de fabrication additive qui est utilisé pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive selon un premier mode de réalisation de l’invention ; est une représentation schématique partielle de l’outillage de fabrication additive après fusion ou frittage du matériau poudreux et avant séparation de l’ébauche de pièce de l’outillage ; illustre le déplacement d’un éjecteur relativement à l’embase pour séparer l’ébauche de pièce de l’embase ; illustre la pièce après usinage de l’ébauche et après séparation du support de l’embase. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre. La figure 1 représente un exemple d’outillage 2 pour la fabrication d’une pièce 1 par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre selon un procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation. La pièce 1 est une pièce pour turbomachine d’aéronef, par exemple une pale, une paroi ou un rebord. Elle est conçue pour résister aux contraintes mécaniques et/ou thermiques particulièrement importantes lors du fonctionnement de la turbomachine. Elle est fabriquée par fabrication additive à partir d’un matériau poudreux 20 qui est typiquement une poudre en matériau métallique pour un usage aéronautique. Elle comprend une extrémité inférieure 1a qui est orientée vers l’outillage 2 lors du procédé de fabrication 100 de la pièce, et une extrémité supérieure 1b qui est opposée à l’extrémité inférieure 1a. L’outillage 2 comporte un bac d’alimentation 3 en matériau poudreux 20, un bac de fabrication 4, dans lequel va être formé l’ébauche de pièce 1, et un troisième bac, qui peut être un bac de récupération 5 du surplus de matériau poudreux ou un deuxième bac d’alimentation. Le fond de chaque bac est formé d’un plateau qui est mobile en translation sur un bras d’actionnement 6 orienté selon un axe vertical des bacs. Chaque plateau comprend une plaque métallique qui forme une embase pour le matériau poudreux 20. Le plateau 7 du bac d’alimentation est configuré pour se déplacer selon un premier axe vertical Z1-Z1 qui est sensiblement parallèle au deuxième axe vertical Z2-Z2 du plateau de fabrication 8. L’actionnement du plateau 7 du bac d’alimentation permet d’amener du matériau poudreux dans le bac de fabrication 4. Le plateau de fabrication 8 du bac de fabrication, en descendant, permet la création des couches 22 successives de l’ébauche de pièce 1. L’outillage 2 comporte également un moyen d'étalement 10, du type rouleau tel que celui qui est représenté à la figure 1 ou bien racleur, qui permet de pousser le matériau poudreux 20 du bac d’alimentation 3 dans le bac de fabrication 4 et d’étaler ce matériau poudreux, dans le bac d’alimentation 3, de manière à former une couche de poudre 22 d’épaisseur déterminée. Pour ce faire, le moyen d’étalement 10 se déplace le long d’un plan de balayage horizontal selon une direction de déplacement représentée par la flèche A allant du bac d’alimentation 3 au bac de récupération 5. Le surplus de poudre peut être récupéré dans le bac de récupération 5. L’outillage 2 comprend en outre un moyen de chauffage 12 configuré pour faire fondre ou pour fritter au moins une partie d'une couche de poudre 22 déposée sur le plateau de fabrication 8, de manière à obtenir, après solidification, une couche 22 de l’ébauche de pièce 1. Le moyen de chauffage 12 comprend par exemple un laser 14 et un ou plusieurs miroirs 15 permettant d’envoyer le faisceau laser vers les zones de la couche de matériau poudreux 20 à fusionner ou à fritter. Le bac de fabrication 4 va ainsi contenir, après le balayage de la couche de matériau poudreux par un faisceau énergétique, la couche de matière solidifiée qui est entourée du matériau poudreux non fusionné ou non fritté. En référence conjointe aux figures 1 à 4, le plateau de fabrication 8 comprend un logement 37 pour un éjecteur 30 qui est configuré pour séparer l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8. Le logement 37 s’étend à travers le plateau de fabrication 8 depuis une surface extérieure inférieure S1 du plateau de fabrication jusqu’à une surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8. La direction de l’axe longitudinal Y-Y du logement 37 est sensiblement orthogonale à la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8 et à la surface extérieure inférieure S1 du plateau de fabrication 8. La direction de l’axe longitudinal Y-Y du logement est sensiblement parallèle au deuxième axe vertical Z2-Z2. Le logement 37 est sensiblement annulaire autour de son axe longitudinal Y-Y. Le logement 37 est délimité par une paroi externe 38. Il comprend une première cavité 37a et une deuxième cavité 37b. La paroi externe 38 comprend un filetage 39 au niveau de la première cavité 37a pour engager mécaniquement par coopération de forme une vis 34 de l’éjecteur 30. La deuxième cavité 37b débouche dans la première cavité 37a et qui présente un diamètre inférieur à celui de la première cavité 37a. La paroi externe 38 com ainsi un épaulement à la jonction de la première cavité 37a et de la deuxième cavité 37b. Cet épaulement sert de butée 38a pour limiter la course de l’éjecteur 30. Dans le présent document et en l’absence de précision contraire, une direction axiale ou longitudinale est une direction parallèle à l’axe longitudinal Y-Y de l’éjecteur 30. Une direction radiale est une direction orthogonale à l’axe longitudinal Y-Y de l’éjecteur et sécante avec cet axe. Une direction circonférentielle est définie comme une direction localement orthogonale à une direction radiale et à la direction de l’axe longitudinal Y-Y de l’éjecteur. L’éjecteur 30 s’étend longitudinalement dans le logement 37. Il est mobile entre une position rentrée qui est représentée à la figure 2 et une position déployée qui est représentée à la figure 3. L’éjecteur 30 comprend un poussoir 32 et une vis 34 qui forme un système d’entrainement du poussoir. Dans le mode de réalisation représenté, le poussoir 32 est configuré pour pousser l’ébauche de pièce 1 par rapport au plateau de fabrication 8 pour la séparer du plateau de fabrication 8. Le poussoir 32 comprend une base 31 et une tige 33 qui s’étend longitudinalement depuis la base 31. La base 31 a une forme évasée vers la vis 34 à l’opposé de la tige 33. Elle sert de pièce d’appui de la tige 33 sur la vis 34, pour déplacer la tige 33 dans le logement 37 lors du vissage de la vis 34 dans le logement 37. La base 31 est configurée pour venir en appui contre la butée 38a lorsque l’éjecteur 30 est en position déployée. La tige 33 est une barre cylindrique pleine dans le mode de réalisation représenté. Elle s’étend depuis la base 31 jusqu’à une tête 33a qui affleure la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8 lorsque l’éjecteur 30 est en position rentrée, pour former une continuité de surface plane avec la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8. Cette continuité de surface plane facilite la fabrication de l’ébauche de pièce 1 par fabrication additive sur le plateau de fabrication 8. La tige 33 est mobile en translation rectiligne dans le logement 37 lorsque l’éjecteur 30 se déplace relativement au plateau de fabrication 8 entre la position rentrée et la position déployée. La tige 33 est entièrement située à l’intérieur du logement 37 en position rentrée et elle est partiellement en saillie à l’extérieur du logement 37 à travers la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8 vers l’ébauche de pièce 1 en position déployée. La vis 34 comprend un corps fileté 35 et une tête 36. La vis 34 est par exemple une vis creuse hexagonale. Le corps fileté 35 est configuré pour engager mécaniquement le filetage 39 de la paroi externe 38 du logement. Le corps fileté 35 est configuré pour être au contact de la base 31 du poussoir 32 et pour déplacer le poussoir 32 relativement au plateau de fabrication 8 lorsque la vis 34 est vissée. Dans le mode de réalisation représenté, la tête 36 ne fait pas saillie du corps fileté 35 selon la direction longitudinale de la vis 34. En position rentrée de l’éjecteur 30, la vis 34 est en position basse. La tête 36 de la vis affleure la surface extérieure inférieure S1 du plateau de fabrication 8, ce qui la rend facile d’accès avec un outil approprié tel qu’un tournevis. En position déployée, la vis 34 est en position haute. La tête 36 de vis 34 est à distance de la surface extérieure inférieure S1. La vis 34 s’est rapprochée de la surface extérieure supérieure S2 du plateau de fabrication 8, tout en restant entièrement située dans le logement 37. Lors de la mise en œuvre du procédé de fabrication 100 de la pièce 1, un support 9 est fabriqué entre le plateau de fabrication 8 et l’ébauche de pièce 1. Dans le mode de réalisation représenté, le support 9 est réalisé dans le même matériau que l’ébauche de pièce 1. Le support 9 est un support alvéolaire. Il comprend des cloisons délimitant des évidements et formant une matrice quadrillée. Il a une densité inférieure à celle de l’ébauche de pièce 1 du fait des évidements. Plus généralement, le support 9 est fabriqué par fabrication additive au moyen de l’outillage 2. Le support 9 est conçu pour avoir une résistance mécanique inférieure à la résistance mécanique de l’ébauche de pièce 1, pour être au moins partiellement arraché par l’éjecteur 30 du plateau de fabrication 8 lors de la séparation de l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8. Le support 9 joue ainsi le rôle de matériau sacrificiel lors de la fabrication de la pièce 1. Le support 9 facilite la séparation de l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8 en limitant les contraintes mécaniques exercées sur l’ébauche de pièce 1 lors de la séparation de l’ébauche de pièce du plateau de fabrication 8. Le procédé de fabrication 100 de la pièce 1 pour turbomachine est décrit plus en détail ci-dessous. Le procédé de fabrication 100 comprend une étape de fabrication additive 101 du support 9 et de l’ébauche de pièce 1 sur le plateau de fabrication 8 au moyen de l’outillage 2. En référence à la figure 2 et suite à l’étape de fabrication additive 101, le support 9 est fixé au plateau de fabrication 8 par son extrémité inférieure 9a qui est au contact mécanique de la surface extérieure supérieure S2 de l’éjecteur et de la tête 33a du poussoir 32. Le support 9 est fixé par son extrémité supérieure 9b à l’extrémité inférieure 1a de l’ébauche de pièce 1. Le procédé de fabrication 100 se poursuit par un chauffage 102 du support 9 et de l’ébauche de pièce 1. Ce chauffage 102 comprend notamment un premier traitement thermique de détentionnement qui vise à réduire les contraintes mécaniques résiduelles qui ont été générées dans l’ébauche de pièce 1 et dans le support 9 lors de l’étape de fabrication additive 101. Ce chauffage 102 peut aussi comprendre un deuxième traitement thermique pour augmenter la solidité et/ou la durée de vie de la pièce 1. Le chauffage 102 a typiquement lieu à une température supérieure à 900°C. Le procédé de fabrication 100 de la pièce 1 comprend ensuite la mise en œuvre d’un procédé de séparation de l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8 au moyen de l’éjecteur 30. L’éjecteur 30 est déplacée relativement au plateau de fabrication 8 depuis sa position rentrée qui est représentée à la figure 2 jusqu’à sa position déployée qui est représentée à la figure 3, lors du déplacement 106 de l’éjecteur 30 relativement à l’ébauche de pièce 1. Lors du déplacement de l’éjecteur 30 par vissage de la vis 34 dans le logement 37, la tête 33a de la tige de l’éjecteur se déplace, notamment à travers le support 9, jusqu’à le rompre sans détériorer l’ébauche de pièce 1. Le déplacement 106 de l’éjecteur de sa position rentrée vers la position déployée provoque la séparation 108 de l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8 par arrachement du support 9 du plateau de fabrication 8 par l’éjecteur 30. Suite au procédé de séparation de l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8, le procédé de fabrication 100 de la pièce 1 comprend un usinage 110 de l’ébauche de pièce 1, notamment pour séparer l’extrémité supérieure 9b du support de l’ébauche de pièce 1. Cet usinage 110 comprend par exemple un usinage par électro érosion. Il peut aussi comprendre un usinage de l’ébauche de la pièce 1, par exemple une rectification de la pièce 1. Grâce à l’éjecteur 30 et au procédé de fabrication 100 selon l’invention, l’ébauche de pièce 1 est séparée plus rapidement du plateau de fabrication 8 que par une découpe par électroérosion, ce qui permet d’accroitre la productivité du procédé de fabrication 100 de la pièce 1, de faciliter la mise en œuvre du procédé de fabrication 100, et de réduire les coûts de fabrication de la pièce 1. Il est possible de s’affranchir d’une étape d’usinage par électroérosion lors du procédé de fabrication 100 de la pièce. En particulier, les éventuels usinages 110, 112 par électro érosion de l’ébauche de pièce 1 et du plateau de fabrication 8 après séparation 108 de l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8 sont moins longs et plus faciles à mettre en œuvre qu’un usinage par électroérosion pour séparer l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8. Grâce à la vis 34 et au poussoir 32, l’éjecteur 30 est de structure simple il est robuste. En étant purement mécanique, son fonctionnement en déplacement entre la position rentrée et la position déployée est particulièrement fiable. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite sans sortir du cadre de l’exposé de l’invention. En particulier, la structure de l’outillage 2, notamment la structure de l’éjecteur 30, la structure du support 9 et celle de la pièce 1 peuvent varier par rapport à celles du procédé de fabrication décrit ci-dessus. La tige 33 peut être monobloc avec la vis 34. Dans ce cas, la tige 33 est par exemple filetée. En variante, le poussoir 32 de l’éjecteur comprend une plaque dévetisseuse. Dans ce cas, les contraintes mécaniques exercées par l’éjecteur 30 sur l’ébauche 1 et/ou sur le support 9 tendent à être réduites. L’éjecteur 30 peut comprendre au moins deux poussoirs 32 pour séparer l’ébauche de pièce 1 du plateau de fabrication 8. Le système d’entrainement de l’éjecteur 30 peut comprendre un moteur électrique. Dans ce cas, le système d’entrainement comprend par exemple un dispositif d’entrainement du poussoir 32, tel qu’un vérin, entre le moteur électrique et le poussoir 32. Le système d’entrainement de l’éjecteur 30 peut comprendre un vérin pneumatique et/ou hydraulique. En variante, le poussoir 32 peut pousser le support 9 pour l’arracher au plateau de fabrication 8, sans s’étendre à travers le support 9. Procédé de séparation d’une ébauche de pièce (1), réalisée par fabrication additive, d’une embase (8) pour l’ébauche de pièce (1), comprenant le déplacement (106) d’un éjecteur (30) relativement à l’ébauche de pièce (1) à travers l’embase (8) pour séparer l’ébauche (1) de l’embase (8). Procédé de séparation selon la revendication précédente, dans lequel l’embase (8) comprend une plaque à travers laquelle s’étend l’éjecteur (30), la plaque étant notamment en matériau métallique. Procédé de séparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’embase (8) comprend un logement (37) pour l’éjecteur (30), l’éjecteur (30) s’étendant de préférence longitudinalement dans le logement (37), l’éjecteur (30) étant mobile entre une position rentrée dans laquelle il est situé dans le logement (37), et une position déployée dans laquelle il est au moins partiellement en saillie du logement (37) pour séparer l’ébauche (1) de l’embase (8). Procédé de séparation selon la revendication précédente, dans lequel l’éjecteur (30) affleure une surface extérieure (S2) de l’embase (8) lorsque l’éjecteur (30) est en position rentrée, l’éjecteur (30) affleurant de préférence deux surfaces extérieures (S1, S2) opposées de l’embase (8) lorsque l’éjecteur (30) est en position rentrée. Procédé de séparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’éjecteur (30) comprend au moins une tige (33) configuré pour faire saillie de l’embase (8) vers l’ébauche (1) pour séparer l’ébauche (1) de l’embase (8), la tige (33) étant notamment mobile en translation rectiligne relativement à l’ébauche (1) à travers l’embase (8). Procédé de séparation selon la revendication précédente, dans lequel l’éjecteur (30) comprend un système d’entrainement (34) de la tige (33), le système d’entrainement étant mécanique, pneumatique, électrique et/ou hydraulique. Procédé de séparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’éjecteur (30) est déplacé par vissage relativement à l’embase (8), l’éjecteur (30) comprenant notamment une vis. Procédé de séparation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un support (9) entre l’embase (8) et l’ébauche (1), le support (9) présentant une résistance mécanique inférieure à la résistance mécanique de l’ébauche de pièce (1), le support (9) étant un support alvéolaire (9), le support (9) étant notamment configuré pour être arraché de l’embase (8) lors de la séparation de l’ébauche (1) de l’embase (8). Procédé de fabrication d’une pièce (1) pour turbomachine, mettant en œuvre un procédé de séparation selon la revendication 8, comprenant une étape d’usinage (110) de l’ébauche (1) pour retirer le support de l’ébauche (1) après la séparation de l’ébauche (1) de l’embase (8).