Brevet FR3103559A1 — publié le 20210528

Est concerné une éprouvette (10, 26) de test en traction, comprenant : - au moins une première partie (11) présentant la forme d’un barreau s’étendant selon un axe longitudinal (L) et comprenant une première (16) et une seconde extrémité (18) opposée l’une à l’autre selon ledit axe longitudinal (L), - au moins une seconde partie (12) massive reliée à la première extrémité (16) et à la seconde extrémité (18) de la première partie (11), ladite seconde partie (12) comportant une première portion (20) en vis-à-vis axial de la première extrémité (16). Figure à publier avec l’abrégé : figure 1 Procédé de mesures de contrainte Domaine technique de l’invention Le présent document concerne le domaine de la réalisation des pièces par fabrication additive et plus particulièrement le domaine de la détermination des contraintes dans les pièces réalisées avec une telle méthode. Etat de la technique antérieure La fabrication d’une pièce par fusion laser sur lit de poudre métallique permet la réalisation de pièces mécaniques complexes en fusionnant de fines couches de poudre les unes après les autres. Une pièce ainsi réalisée doit être liée à un plateau de fabrication pour éviter les déformations et des supports peuvent parfois être ajoutés en complément pour soutenir des portions de la pièce. Une fois les pièces séparées du plateau et des supports, elles peuvent être utilisées en l’état, en fonction du besoin applicatif. Cependant, les multiples opérations de fusion laser réalisées entrainent d’importantes contraintes dans les matériaux qui provoquent des déformations et parfois des ruptures durant la fabrication. En pratique, la mesure des contraintes s’avère difficile à réaliser du fait de plusieurs éléments tels que l’état de surface dégradé des pièces de fabrication additive et l’évolution au cours du temps des contraintes. A l’heure actuelle, les moyens de mesures ne permettent pas de mesurer l’évolution des contraintes au cours de la fabrication et se basent sur différentes analyses parfois destructives réalisées sur la pièce finie. Il existe donc un besoin pour déterminer l’évolution du niveau de contraintes durant la fabrication de la pièce. A cette fin, le présent document propose une éprouvette de test en traction destinée à être fabriquée par fabrication additive par fusion sur lit de poudre, comprenant : - au moins une première partie présentant la forme d’un barreau s’étendant selon un axe longitudinal et comprenant une première et une seconde extrémité opposée l’une à l’autre selon ledit axe longitudinal, - au moins une seconde partie massive reliée à la première extrémité et à la seconde extrémité de la première partie, ladite seconde partie comportant une première portion en vis-à-vis axial de la première extrémité. La présente éprouvette permet de réaliser une évaluation du niveau de contraintes qu’exerce la seconde partie massive sur la première partie lors de la fabrication additive. Cette éprouvette permet de vérifier à partir de quel instant des contraintes internes apparaissent dans la seconde partie puisque la première partie permet de réaliser par le contrôle de sa déformation un contrôle indirect de l’état de la répartition des contraintes de la seconde partie. La forme de l’éprouvette proposée ici permet de remonter à l’historique des contraintes locales vécu par la seconde partie de l’éprouvette au cours de sa fabrication par fusion sur lit de poudre. La fabrication de l’éprouvette par fusion laser sur lit de poudre métallique permet de réaliser un test en traction in situ. La seconde partie massive est une partie qui ne se déforme pas sous la contrainte appliquée à la première partie. Il est ainsi possible de faire varier la hauteur de la première portion ou bien de faire varier le diamètre de la première partie et déterminer à partir de quelle dimension (hauteur ou diamètre) une déformation ou éventuellement une rupture est obtenue pour la première partie. Egalement, la première portion de la seconde partie peut être reliée à une seconde portion de support reliée à la seconde extrémité de la première partie, la première portion et la seconde portion étant reliées l’une à l’autre par une portion intercalaire présentant la forme d’un pilier. La première portion de la seconde partie peut présenter une face incurvée concave dans un premier plan comprenant l’axe longitudinal et passant par la seconde partie, cette face étant en vis-à-vis longitudinal de la seconde portion. Ladite face est incurvée convexe dans un second plan perpendiculaire audit premier plan. La forme de cette face permet d’éviter une concentration de contraintes au niveau de celle-ci. Au moins l’une de la première extrémité et de la seconde extrémité peut présenter une section incurvée concave. Ladite éprouvette peut aussi comprendre deux secondes parties symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan contenant l’axe longitudinal. Les premières portions des secondes parties peuvent être disjointes l’une de l’autre et de préférence séparées l’une de l’autre par une fente. L’éprouvette peut présenter une symétrie de révolution autour de l’axe longitudinal. Brève description des figures et représentent des vues schématiques en perspective d’une pièce formant une éprouvette de test destinée à être réalisée avec le procédé du présent document, est une illustration des différentes pièces réalisées les unes à la suite des autres avec le procédé du présent document, et représentent deux variantes de réalisation selon le présent document. Description détaillée de l’invention La figure 1 représente une éprouvette 10 destinée à être obtenue par fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre. L’éprouvette 10 comprend une première partie 11 présentant la forme d’un barreau lequel s’étend suivant un axe longitudinal. Cet axe L est perpendiculaire à un plateau de fabrication utilisé pour la fusion par laser. La première partie 11 comporte une portion médiane 14 ayant une section constante sur sa hauteur et qui est reliée à une première extrémité 16 et une seconde extrémité 18 opposée l’une à l’autre selon ledit axe longitudinal L. L’éprouvette 10 comprend également une seconde partie 12 massive reliée à la première extrémité 16 et à la seconde extrémité 18 de la première partie 11, ladite seconde partie 12 comportant une première portion 20 en vis-à-vis axial de la première extrémité 16. Comme on le verra au travers de la réalisation de la figure 4, l’éprouvette peut comprendre plusieurs secondes parties de sorte que la présente divulgation n’est pas limitée à une seconde partie (figures 1 et 2) ou à deux parties (figure 4). La première portion 20 de la seconde partie 12 est reliée à une seconde portion 22 de support reliée à la seconde extrémité 18 de la première partie 11, la première portion 20 et la seconde portion 22 étant reliées l’une à l’autre par une portion intercalaire 24 présentant la forme d’un pilier. L’éprouvette 10, ainsi conformée, permet de déduire de la déformation de la première partie 11 ayant la forme d’un barreau, la contrainte qu’engendre la seconde partie 12 et ainsi de pouvoir remonter à une contrainte équivalente. La première extrémité 16 et la seconde extrémité 18 de la première partie 11 comprend des extrémités incurvées concave dans un plan contenant l’axe longitudinal L. Dans l’exemple représenté sur les figures, la surface de chaque extrémité 16, 18 est de révolution autour de l’axe longitudinale. La fonction est d’éviter une concentration de contraintes. Une autre forme permettant d’éviter une concentration des contraintes et donc une déformation en dehors de la première partie pourrait être utilisée. Cela étant une forme présente un rayon présente cette avantage et pourrait être presque toujours utilisée. La première portion 20 de la seconde partie 12 présente une face 25 incurvée concave dans un premier plan comprenant l’axe longitudinal L et passant par la seconde partie 12, cette face 25 étant en vis-à-vis longitudinal de la seconde portion 22. Ladite face 25 est incurvée convexe dans un second plan perpendiculaire audit premier plan. L’éprouvette 10 selon le présent document peut être utilisée de la manière suivante illustrée en figure 3. Sur cette figure, on a fabriqué plusieurs éprouvettes 10 à différentes hauteurs, c’est-à-dire que l’on a augmenté l’épaisseur de la première portion 20 de la seconde partie 12 selon l’axe longitudinal L. Ainsi, on peut déterminer la dimension à partir de laquelle la première portion 20 est suffisante pour déformer la première partie 11 et même la faire rompre. On comprend que dans la géométrie de l’éprouvette 10 proposée, c’est la première portion 20 de la seconde partie 12 qui assure une déformation de la première partie 11 du fait d’une concentration de contraintes dans la seconde partie 12. Les propriétés géométriques de la première partie 11 et de la seconde partie 12 peuvent être modifiées pour répondre aux différents besoins de manière à faire varier le niveau de contrainte que la seconde partie induit sur la première partie. Trois critères principaux peuvent ainsi être utilisées afin d’optimiser ou d’adapter l’éprouvette 10 à un matériau ou une machine donnée : - le diamètre de la première partie 11 qui permet de piloter la résistance de la première partie 11 face à la contrainte générée, - les dimensions de la seconde partie 12 massive, qui permettra de contrôler la contrainte appliquée à la première partie 11, - la hauteur maximum de la première partie 11 qui contrôle la striction et la rupture. La tableau ci-dessous récapitule les variations possibles des caractéristiques dimensionnelles de l’éprouvette. Hauteur de la première partie Hauteur totale de l’éprouvette hauteur de la seconde partie largeur du ou des piliers distance séparant un pilier de la première partie Rapport entre la dimension considérée et le diamètre de la portion médiane 2-16 1-8 5-20 5-20 5-20 Rapport optimal pour le Titane (TA6V) 16 8 16 12 12 On note que l’éprouvette 10 proposée en relation avec la figure 1 peut poser une difficulté en terme de flexion. En effet la contrainte appliquée sur la portion médiane de la première partie n’est pas uni-axiale et engendre du cisaillement qui provoque une rupture anticipée de la partie fine, ce qui nuit à la précision de l’information de contrainte que l’on souhaite déduire. Il est ainsi proposé de réaliser une éprouvette 26 avec deux secondes parties 12 qui sont symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan contenant l’axe longitudinal L. Du fait des deux secondes parties 12 massives venant contraindre une seule première partie 11, la flexion n’est plus permise ce qui entraine une traction principalement longitudinale de la portion médiane14. Cette géométrie est donc très similaire à la précédente et peut être considérée comme une symétrie de la première. Un paramètre important est la présence d’une fente 28 présente dans l’alignement longitudinal de la première partie 11, ce qui permet d’obtenir le phénomène de traction sur la première partie 11. Si cette fente 28 n’est pas réalisée un phénomène de compression peut s’appliquer à la première partie. L’éprouvette peut donc être utilisée dans ces deux versions pour obtenir un essai de traction ou de compression. Les dimensions standards de cette fente varient dans la plage de valeurs 0,1 mm à 5 mm. Ainsi, lorsqu’il y a deux secondes parties ou plus, les premières portions des secondes parties sont disjointes les unes des autres. Une éprouvette multi symétrique pourrait aussi être réalisée et présenter une multitude de secondes parties massives mais toujours une seule première partie 11. Ainsi entre la première géométrie présentée en figure 1 et la seconde réalisation présentée en figure 4, la partie massive a été doublée mais elle pourrait être multipliée 4 fois ou plus. La seconde partie massive 12 pourrait même entourer intégralement la première partie et réaliser une symétrie avec comme axe l’axe longitudinale comme cela est illustré sur la Figure 6. Eprouvette (10, 26) de test en traction, comprenant : - au moins une première partie (11) présentant la forme d’un barreau s’étendant selon un axe longitudinal (L) et comprenant une première (16) et une seconde extrémité (18) opposée l’une à l’autre selon ledit axe longitudinal (L), - au moins une seconde partie (12) massive reliée à la première extrémité (16) et à la seconde extrémité (18) de la première partie (11), ladite seconde partie (12) comportant une première portion (20) en vis-à-vis axial de la première extrémité (16). Eprouvette selon la revendication 1, dans laquelle la première portion (20) de la seconde partie (12) est reliée à une seconde portion (22) de support reliée à la seconde extrémité (18) de la première partie (11), la première portion (20) et la seconde portion (22) étant reliées l’une à l’autre par une portion intercalaire (24) présentant la forme d’un pilier. Eprouvette selon la revendication 2, dans laquelle la première portion (20) de la seconde partie (12) présente une face (25) incurvée concave dans un premier plan comprenant l’axe longitudinal (L) et passant par la seconde partie (12), cette face étant en vis-à-vis longitudinal (L) de la seconde portion (20). Eprouvette selon la revendication 3, dans laquelle ladite face (25) est incurvée convexe dans un second plan perpendiculaire audit premier plan. Eprouvette selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle au moins l’une de la première extrémité (16) et de la seconde extrémité (18) présente une section incurvée concave. Eprouvette selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend deux secondes parties symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan contenant l’axe longitudinal. Eprouvette selon la revendication 6, dans laquelle les premières portions (20) des secondes parties (12) sont disjointes l’une de l’autre et de préférence séparées l’une de l’autre par une fente (28). Eprouvette selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle elle comprend une symétrie de révolution autour de l’axe longitudinal (L).