Brevet FR3118430A1 — publié le 20220701

L’invention concerne une méthode et une installation de fabrication additive pour pouvoir produire des pièces ébauchées (26) aptes à être frittées. Elle comprend les étapes suivantes : a) on superpose une pluralité de couches de particules d’un matériau pulvérulent ; b) on imprime un liant sur chacune des couches de particules dudit matériau pulvérulent de manière à lier entre elles des particules destinées à former lesdites pièces ébauchées (26), tandis que les particules non liées s’agrègent autour des particules liées en formant ensemble un seul bloc stratifié (28) ; et, c) on sépare lesdites particules non liées et lesdites particules liées dudit seul bloc stratifié (28). A l’étape c) on porte ledit seul bloc stratifié (26) en appui sur une grille (38) et en on soumet ledit seul bloc stratifié (26) aux ondes ultrasonores pour pouvoir désagréger lesdites particules non liées. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 5 Méthode et installation de fabrication additive La présente invention se rapporte à une méthode et à une installation de fabrication additive pour produire des pièces ébauchées aptes à être frittées. Un domaine d'application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui de la production de pièces complexes, métalliques ou céramiques, en petites et moyennes séries. Des procédés connus de fabrication additive permettent de produire des pièces ébauchées de particules métalliques aptes à être frittées pour former des pièces finies. Ces pièces ébauchées sont usuellement appelées « pièces à vert ». Pour produire ces pièces ébauchées, on superpose une pluralité de couches de particules d'un matériau métallique pulvérulent et on imprime un liant sur chacune des couches grâce à un dispositif d'impression, dans des zones correspondant à la pièce. De la sorte, on lie entre elles les particules destinées à former la pièce ébauchée. Le liant permet en effet de lier entre elles, non seulement les particules de chaque couche mais aussi, les particules des couches superposées. Grâce au dispositif d'impression, il est possible de projeter le liant de manière très précise et à grande cadence en fonction du nombre de buses d'injection mis en œuvre. Et de la sorte, il est possible de produire simultanément un grand nombre de pièces, de même forme par exemple. Aussi, les particules métalliques non liées s'accumulent et s’agrègent autour des particules métalliques liées aptes à former les pièces. Et les particules métalliques liées et non liées forment ensemble un seul bloc stratifié que l'on porte ensuite dans une enceinte étanche pour pouvoir le débarrasser des particules non liées et dégager l'ébauche des pièces ainsi réalisées. Elles sont ensuite portées dans un four pour procéder au frittage. Si la réalisation des pièces ébauchées peut être faite avec une bonne productivité, l'opération visant à débarrasser les particules non liées des particules liées destinées à former les pièces, est relativement délicate et coûteuse en temps. En effet, les pièces ébauchées de particules métalliques liées sont fragiles, et les particules métalliques sont nocives. Aussi, les particules non liées sont retirées manuellement dans des boîtes étanches à gants au moyen d'un pistolet à air. Partant, cette opération manuelle est relativement longue. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un procédé qui permette de raccourcir et de faciliter cette étape d'extraction des particules non liées du bloc stratifié. Dans le but de résoudre ce problème, et selon un premier objet, il est proposé une méthode de fabrication additive pour pouvoir produire des pièces ébauchées aptes à être frittées, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : a) on fournit un matériau pulvérulent ; b) on superpose une pluralité de couches de particules dudit matériau pulvérulent ; c) on imprime un liant sur chacune des couches de particules dudit matériau pulvérulent de manière à lier entre elles des particules destinées à former lesdites pièces ébauchées, tandis que les particules non liées s’agrègent autour des particules liées en formant ensemble un seul bloc stratifié ; et, d) on sépare lesdites particules non liées et lesdites particules liées dudit seul bloc stratifié pour pouvoir dégager lesdites pièces ébauchées de particules liées. A l’étape d) on porte ledit seul bloc stratifié en appui sur une grille et on soumet ledit seul bloc stratifié aux ondes ultrasonores pour pouvoir désagréger lesdites particules non liées et provoquer la chute des particules non liées désagrégées à travers ladite grille. Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise œuvre d’ondes ultrasonores pour procéder à la désagrégation des particules non liées et à leur écoulement à travers la grille sous l’effet de la gravité. En effet, les ondes ultrasonores, compte tenu de leur fréquence et de leur amplitude, permettent d’opérer la décohésion des particules non liées du bloc stratifié. Ces particules non liées agrégées sont sensiblement damées et les ondes ultrasonores viennent les désagréger, sans pour autant affecter les pièces ébauchées, autrement dites « pièces à vert ». De surcroît, les particules non liées du matériau pulvérulent tendent à absorber les ondes ultrasonores au détriment des particules liées ce qui permet ainsi de préserver ces dernières. Préférentiellement, à l'étape a) on fournit un matériau métallique pulvérulent. De la sorte, on obtient des pièces métalliques, après frittage, présentant un bon état de surface. Selon un autre mode de réalisation, on met en œuvre des matériaux pulvérulents non métalliques et/ou inorganiques, tels des oxydes, des carbures, des nitrures ou encore des borures, pour former des pièces en céramique. En outre, selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, à l’étape d) on soumet ledit seul bloc stratifié aux ondes ultrasonores par l’intermédiaire de ladite grille. De la sorte, les ondes ultrasonores sont transmises aux particules agrégées par l'intermédiaire de la grille et de l'air environnant. Partant, on obtient une désagrégation plus complète des particules non liées agrégées autour des particules liées aptes à former la pièce. Aussi, ladite grille présente, avantageusement, des mailles calibrées de manière à former tamis. De la sorte, les particules non liées du matériau pulvérulent s'écoulent, tel un fluide, à travers la grille laquelle, permet de retenir le cas échéant, les agrégats ou les impuretés qu'elles contiendraient. On obtient de la sorte en dessous de la grille, un matériau pulvérulent apte à être réutilisé directement pour former à nouveau des couches de particules. Préférentiellement, à l’étape d), on projette un gaz sous pression contre ledit bloc stratifié. On projette par exemple de l'air de manière à contribuer à désagréger les particules non liées à les entraîner à travers la grille. De la sorte, on accroît sensiblement la productivité de l'opération. En outre, selon une variante d'exécution de l'invention particulièrement avantageuse, à l’étape b), on superpose une pluralité de couches de particules dudit matériau pulvérulent d’une première couche jusqu’à une dernière couche, et à l’étape d), on applique ladite grille sur ladite dernière couche pour pouvoir retourner ledit bloc stratifié et le porter à l’envers en appui sur ladite grille. En effet, cette dernière couche de matériau pulvérulent est alors libre et il est aisé de venir appliquer une grille ou un tamis, pour renverser l'ensemble, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description. Préférentiellement, à l’étape d), on soumet ledit seul bloc stratifié à des ondes ultrasonores d’une fréquence comprises entre 30 kHz et 60 kHz. Dans cette gamme de fréquence, on vient précisément déstructurer les particules non liées agrégées du matériau pulvérulent en n'affectant pas les particules liées destinées à constituer la pièce « à vert », ou pièce ébauchée. Avantageusement, les ondes ultrasonores générées sont comprises entre 35 kHz et 40 kHz. En outre, et selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, on soumet le bloc stratifié à des ondes ultrasonores dont l'amplitude est comprise entre 50 µm et 100 µm. De la sorte, les particules liées par le liant adapté ne sont pas affectées par les ultrasons. Selon un autre objet, il est proposé une installation de fabrication additive pour pouvoir produire des pièces ébauchées aptes à être frittées, ladite installation comprenant : un dispositif de stratification pour superposer une pluralité de couches de particules d’un matériau pulvérulent ; un dispositif d’impression pour imprimer un liant sur chacune des couches de particules dudit matériau pulvérulent de manière à lier entre elles des particules destinées à former lesdites pièces ébauchées, tandis que les particules non liées s’agrègent autour des particules liées en formant ensemble un seul bloc stratifié ; et, un dispositif de séparation pour séparer lesdites particules non liées et lesdites particules liées dudit seul bloc stratifié pour pouvoir dégager lesdites pièces ébauchées de particules liées. Ledit dispositif de séparation comprend : une grille d’appui pour pouvoir porter ledit seul bloc stratifié en appui sur ladite grille ; et, un générateur d’ondes ultrasonores pour pouvoir soumettre ledit seul bloc stratifié aux ondes ultrasonores de manière à pouvoir désagréger lesdites particules non liées et provoquer la chute des particules non liées désagrégées à travers ladite grille d’appui. Une telle installation permet de mettre en œuvre le procédé décrit ci-dessus et d'obtenir tous les avantages y relatifs. Aussi, la grille présente des mailles calibrées permettant de former un tamis. Au surplus, et de manière préférentielle, le générateur d'ondes ultrasonores et la grille sont reliés ensemble par une sonotrode. De la sorte, la grille est soumise directement aux ondes ultrasonores produites par le générateur. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique d’une première partie d’une installation de fabrication additive conforme à l’invention permettant de mettre en œuvre des premières étapes du procédé selon l’invention ; est une vue schématique d’une deuxième partie de l’installation de fabrication additive conforme à l’invention permettant de mettre en œuvre une première sous-étape des deuxièmes étapes du procédé selon l’invention ; est une vue schématique de la deuxième partie de l’installation de fabrication additive conforme à l’invention selon une deuxième sous-étape des deuxièmes étapes du procédé selon l’invention ; est une vue schématique de la deuxième partie de l’installation de fabrication additive conforme à l’invention selon une troisième sous-étape des deuxièmes étapes du procédé selon l’invention ; est une vue schématique de la deuxième partie de l’installation de fabrication additive conforme à l’invention selon une quatrième sous-étape des deuxièmes étapes du procédé selon l’invention ; et, est une vue schématique de la deuxième partie de l’installation de fabrication additive conforme à l’invention selon une cinquième sous-étape des deuxièmes étapes du procédé selon l’invention. La illustre de manière schématique une première partie de l’installation de fabrication additive 10 de pièces métalliques. Elle comprend un dispositif de stratification 12 et un dispositif d'impression 14. Ces deux dispositifs sont mobiles en translation selon un plan sensiblement horizontal et ils sont commandés grâce a un boîtier de commande 16. À l'aplomb des deux dispositifs précités 12, 14, figure un plateau de réception 18, mobile en translation selon une direction verticale entre deux parois opposées 17, 19. Les deux parois opposées 17, 19 sont maintenues ensemble en position fixe à distance l’une de l’autre. Elles présentent respectivement deux extrémités supérieures 15, 21. Et le plateau de réception 18 est apte à coulisser entre les deux parois. De surcroît, deux autres parois opposées et non représentées rejoignent respectivement lesdites parois opposées 17, 19 pour former un réceptacle à l'intérieur duquel vient coulisser le plateau de réception 18. L'ensemble est alors installé dans une enceinte étanche pour des raisons que l'on évoquera ci-après. Ainsi, le dispositif de stratification 12 permet de déposer, sur le plateau de réception 18, une couche régulière de particules d'un matériau métallique pulvérulent, par exemple un acier inoxydable 316L. Aussi, le dispositif de stratification 12 présente un réservoir de particules métalliques 20 équipé d'un rouleau égalisateur 22 permettant non seulement d'uniformiser l'épaisseur de la couche de particules métalliques mais aussi, de procéder à un tassement sensible de la couche. La couche est alors sensiblement damée. Après que la couche de particules métalliques a été déposée, le dispositif de stratification est écartée latéralement du plateau de réception 18, et le dispositif d'impression 14 est alors mis en œuvre par l'intermédiaire du boîtier de commande 16. Ce boîtier de commande 16 comprend une mémoire dans laquelle sont chargées par exemple les coordonnées spatiales d'une pluralité de pièces à réaliser. Les pièces à réaliser sont ici toutes identiques. Il pourrait bien évidemment en être autrement. Aussi, le dispositif d'impression 14 comprend une tête d'impression 24 équipée d'une pluralité de buses permettant de déposer sur la couche de particules métalliques un liant, et plus précisément un composé de polymères réactifs par exemple. La tête d'impression 24 va alo26rs déposer sur la couche de particules métalliques, le liant dans les zones pleines des futures pièces. Le liant ainsi déposé va alors se raffermir et durcir pour maintenir et lier ensemble les particules métalliques 25 aptes à constituer les pièces. Les particules métalliques non imprégnées de liant 23 demeurent alors libres comparativement. En effet, les couches étant sensiblement damées, les particules de matériau sont agrégées. Le liant se solidifie soit à l'air dès qu'il est projeté sur les particules métalliques, ou bien il peut nécessiter de l'énergie thermique qui peut être fournie simultanément. Après que la première couche de particules métalliques a été imprimée du liant précité, le dispositif d'impression 14 est à son tour écarté latéralement du plateau de réception 18, tandis que le plateau de réception 18 est abaissé d'une distance correspondant à l'épaisseur d'une couche de particules métalliques. Ensuite, le dispositif de stratification 12 est à nouveau mis en œuvre pour pouvoir déposer une seconde couche de particules métalliques sur la première déjà imprimée. Le dispositif de stratification 12 laisse sa place au dispositif d'impression 14 qui va imprimer une nouvelle fois dans les zones pleines des futures pièces, une couche de liant. On comprend que le liant diffuse alors, selon une composante verticale, à travers la couche de particules métalliques, y compris à l'interface entre les deux couches de particules métalliques dans les zones des particules métalliques liées de la couche de dessous. De la sorte, on relie ensemble non seulement les particules métalliques de la couche dernièrement déposée selon un plan horizontal, mais aussi les particules métalliques liées de la couche du dessous, selon une direction verticale. De la sorte, les dispositifs de stratification 12 et d'impression 14 mis en œuvre successivement, élaborent en trois dimensions une pluralité de pièces ébauchées 26 faites de particules métalliques liées entre elles par ledit liant. Sur la , les pièces en cours de réalisation 26 sont des ellipsoïdes pour simplifier la représentation. Toutefois, l'installation de fabrication additive est ici destinée à réaliser des pièces complexes en petites et moyennes séries, et que l'on ne peut réaliser en une seule pièce par des moyens traditionnels. Ces pièces ébauchées 26 sont communément dénommées pièces « à vert ». Elles sont alors noyées dans un lit de particules métalliques non liées qui par accrétion forment ensemble, un seul bloc stratifié 28 que l’on retrouve sur la entre les deux parois opposées 17, 19. Il convient à présent d'extraire les particules métalliques non liées, ou libres, du bloc stratifié en préservant les pièces « à vert », avant de procéder à un frittage que l'on décrira dans la suite de la description. On se référera donc à présent à la , sur laquelle on retrouve également le plateau de réception 18, coulissé entre les deux parois opposées 17, 19, tandis que les pièces ébauchées 26 de particules liées ont été réalisées. Autour des pièces ébauchées 26 les particules métalliques non imprégnées de liant 23, autrement dit, les particules métalliques non liées, sont agrégées. En outre, la illustre une deuxième partie de l'installation 30, laquelle permet d'entraîner à l'inverse le plateau de réception 18 à coulissement entre les deux parois opposées 17, 19 et partant, d'entraîner en translation le bloc stratifié 28. Ainsi, pour ce faire, la deuxième partie de l'installation 30 comporte une plate-forme 32 supportée par une entretoise 34 et s'étendant horizontalement au-delà de l'entretoise 34. La plate-forme présente une cale 36 dont la largeur est inférieure à l'écartement entre les deux parois opposées 17, 19. De la sorte, lorsque l'on vient appuyer le plateau de réception 18 sur la cale 36, celui-ci est entraîné en translation entre les deux parois opposées 17, 19 jusqu'à ce que, ces deux dernières viennent en appui sur la plateforme 32 comme illustré sur la . Partant, le bloc stratifié 28 est également entraîné en translation et en l'espèce, sensiblement au-delà des extrémités supérieures 15, 21 des deux parois 17, 19. Aussi, comme illustré sur la on vient recouvrir le bloc stratifié 28 d'une grille 38 destinée à former tamis. La grille 38 est maintenue en appui sur les extrémités supérieures 15, 21 par l'intermédiaire de cales d'appui 40, 42. Ensuite, comme l'illustre la on vient brider l'ensemble, plateforme 32, parois opposées 17, 19, plateau de réception 18, grille 38 et bloc stratifié 28, au moyen de deux brides opposées 44, 46. Ces dernières présentent une extrémité inférieure 48 en prise sous la plateforme 32 et à l'opposé, une extrémité supérieure 50 en prise sur la grille 38. Tous les éléments de l'ensemble sont ainsi maintenus en position fixe. Puis dans une étape suivante, comme illustrée sur la , on vient renverser l'ensemble précité au-dessus d'un bac de réception 52, constituant une troisième partie de l’installation, en portant la grille 38 en appui sur les bords du bac de réception 52. Partant, le bloc stratifié 28 repose à l’envers sur la grille 38 au-dessus du bac de réception 52. On libère alors le bloc stratifié 28 en retirant d’abord les brides 46, 44, puis en soulevant ensemble les deux parois opposées 17, 19 et le plateau de réception 18 avec la cale 36, et la plateforme 32. De la sorte, seule la grille 38 supporte le bloc stratifié 28 au-dessus du bac de réception 52. Les opérations des étapes précitées sont avantageusement automatisées grâce à des robots. La illustre une telle situation, où l’on retrouve la grille 38, reposant sur les bords du bac de réception 52, et le seul bloc stratifié 18 qu’elle supporte. On vient rapporter alors une quatrième partie de l’installation, un générateur ultrasonore 54, que l’on relie mécaniquement à la grille 38 au moyen d’une sonotrode non représentée. Grâce au générateur ultrasonore 54 on génère des ondes ultrasonores d'une fréquence comprise entre 30 kHz et 60 kHz, par exemple, entre 30 et 50 kHz. Avantageusement, les ondes ultrasonores générées sont comprises entre 35 kHz et 40 kHz. Aussi, les ondes ultrasonores générées présentent avantageusement une amplitude comprise entre 50 µm et 100 µm, par exemple entre 60 µm et 90 µm. De la sorte, les vibrations engendrées dans le bloc stratifié 28 à la fois grâce à grille 38 et à l'air environnant vont assurer la décohésion et la désagrégation des particules non liées du matériau pulvérulent sans désagréger les particules liées aptes à former la pièce finale. Aussi, les particules non liées du matériau pulvérulent désagrégées vont alors s'écouler par gravité, tel un fluide, le long des pièces ébauchées 26 et traverser la grille 38 pour échoir dans le fond du bac de réception 52. De la sorte, on obtient dans le bac de réception 52, les particules du matériau pulvérulent prêtes à être réutilisées pour autant que la grille 38 présente des mailles calibrées. Aussi, l'énergie fournie par les ondes ultrasonores au bloc stratifié 28 est essentiellement absorbée par les particules non liées du matériau pulvérulent, car elles sont plus mobiles. Partant, les particules liées de la pièce ébauchée 26 sont beaucoup moins sollicitées, et les pièces ébauchées 26 demeurent intactes. Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, et dans le but de préserver plus encore les pièces ébauchées 26 lors de la désagrégation des particules non liées du matériau pulvérulent, on génère durant l'impression du liant, des cloisons permettant de séparer les pièces ébauchées 26 entre elles et de les maintenir à distance les unes des autres lors de la mise en œuvre des ondes ultrasonores et de la désagrégation des particules non liées. Pour ce faire, on imprime sur chacune des couches de particules du matériau pulvérulent, des lignes de liant autour des pièces en cours d’ébauche. Après que les particules de poudre non liées ont été désagrégées et qu'elles se sont écoulées dans le bac de réception 52, on peut aisément porter la grille 38 supportant les pièces ébauchées 26 dans un four pour procéder au frittage et obtenir ainsi des pièces finies. Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention, une grille est installée sur le plateau de réception. Aussi, on élabore les pièces ébauchées directement sur la grille et sur le plateau de réception. Et ensuite, on vient porter la grille supportant le bloc stratifié en la désolidarisant du plateau de réception et en l'appuyant sur les bords du bac de réception sans qu'il soit nécessaire de retourner l'ensemble. Ainsi, grâce aux ondes ultrasonores, on sépare aisément des particules non liées du matériau pulvérulent des particules liées pour libérer les pièces ébauchées, sans intervention humaine. Partant, on augmente considérablement la productivité de fabrication additive de pièces complexes. Méthode de fabrication additive pour pouvoir produire des pièces ébauchées (26) aptes à être frittées, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : a) on fournit un matériau pulvérulent ; b) on superpose une pluralité de couches de particules dudit matériau pulvérulent ; c) on imprime un liant sur chacune des couches de particules dudit matériau pulvérulent de manière à lier entre elles des particules destinées à former lesdites pièces ébauchées (26), tandis que les particules non liées s’agrègent autour des particules liées en formant ensemble un seul bloc stratifié (28) ; et, d) on sépare lesdites particules non liées et lesdites particules liées dudit seul bloc stratifié (28) pour pouvoir dégager lesdites pièces ébauchées (26) de particules liées ; caractérisée en ce qu’à l’étape d) on porte ledit seul bloc stratifié (26) en appui sur une grille (38) et en ce qu’on soumet ledit seul bloc stratifié (26) aux ondes ultrasonores pour pouvoir désagréger lesdites particules non liées et provoquer la chute des particules non liées désagrégées à travers ladite grille (38). Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’à l’étape a) on fournit un matériau métallique pulvérulent. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’à l’étape d) on soumet ledit seul bloc stratifié (28) aux ondes ultrasonores par l’intermédiaire de ladite grille (38). Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite grille (38) présente des mailles calibrées de manière à former tamis. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’en outre, à l’étape d), on projette un gaz sous pression contre ledit bloc stratifié. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisée en ce qu’à l’étape b) on superpose une pluralité de couches de particules dudit matériau pulvérulent d’une première couche jusqu’à une dernière couche, et en ce qu’à l’étape d) on applique ladite grille (38) sur ladite dernière couche pour pouvoir retourner ledit bloc stratifié (28) et le porter à l’envers en appui sur ladite grille. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’à l’étape d), on soumet ledit seul bloc stratifié (28) à des ondes ultrasonores d’une fréquence comprises entre 30 kHz et 60 kHz. Installation de fabrication additive pour pouvoir produire des pièces ébauchées aptes à être frittées, ladite installation comprenant : - un dispositif de stratification (12) pour superposer une pluralité de couches de particules d’un matériau pulvérulent ; - un dispositif d’impression (14) pour imprimer un liant sur chacune des couches de particules dudit matériau pulvérulent de manière à lier entre elles des particules destinées à former lesdites pièces ébauchées (26), tandis que les particules non liées s’agrègent autour des particules liées en formant ensemble un seul bloc stratifié ; et, - un dispositif de séparation pour séparer lesdites particules non liées et lesdites particules liées dudit seul bloc stratifié (38) pour pouvoir dégager lesdites pièces ébauchées (26) de particules liées ; caractérisée en ce que ledit dispositif de séparation comprend : - une grille d’appui (38) pour pouvoir porter ledit seul bloc stratifié (28) en appui sur ladite grille (38); et, - un générateur d’ondes ultrasonores (54) pour pouvoir soumettre ledit seul bloc stratifié (28) aux ondes ultrasonores de manière à pouvoir désagréger lesdites particules non liées et provoquer la chute des particules non liées désagrégées à travers ladite grille d’appui (38). Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite grille (38) présente des mailles calibrées de manière à former tamis. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce ladite grille (38) et ledit générateur d’ondes ultrasonores (54) sont reliés ensemble par une sonotrode.