Brevet FR3116453A1 — publié le 20220527

PIECE CREUSE OBTENUE PAR FABRICATION ADDITIVE Un des aspects de l’invention concerne une pièce creuse (1) obtenue par fabrication additive, qui comprend au moins deux parois (11, 12) en vis-à-vis et une ouverture (13), elle est caractérisée en ce qu’au moins un support (4) est disposé entre les deux parois (11, 12), que le support (4) est relié à chaque paroi (11, 12) par une zone sacrificielle (5) de plus faible épaisseur que le support (4) et que le support (4) et/ou la zone sacrificielle (5) comprend des perforations (6). Le support (4) disposé à l’intérieur même du profil creux, relie les deux parois (11, 12), et peut ensuite être retiré en supprimant la zone sacrificielle (5). Les perforations (6) sont réparties sur le support (4) et/ou la zone sacrificielle (5) afin de permettre une bonne circulation des fluides tout en assurant une bonne tenue mécanique de la pièce. La solution permet de maintenir le profil de la pièce pendant la fabrication additive et le traitement thermique et d’assurer une continuité au fil des couches pendant la fabrication additive tout en atténuant très fortement, voire en supprimant, les ressauts. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 PIECE CREUSE OBTENUE PAR FABRICATION ADDITIVE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des pièces creuses réalisées par fabrication additive et plus particulièrement celles dont les parois sont fines, comme par exemple les pièces de veine de l’aéronautique notamment les pièces comportant des pales, ou des bras avec un profil aérodynamique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Aujourd’hui, la fabrication additive permet de réaliser, sans outillages particuliers ou noyaux, des pièces creuses présentant une ouverture: par exemple des pales creuses, ou des bras creux. Généralement, le fait de réaliser ce type de pièces en fabrication additive plutôt qu’en fonderie permet : de réaliser des pièces avec des épaisseurs plus fines, ce qui permet un gain de masse, de rajouter des fonctions sur ces pièces (instrumentation, autre…), de réaliser des petites séries, notamment pour les pièces de rechange. La fabrication additive d’une pièce creuse, en particulier par fusion laser sur lit de poudre, aussi appelée aussi LBM (Laser Beam Melting), peut être réalisée : soit à la verticale, c’est-à-dire que l’axe d’empilage est perpendiculaire à l’ouverture : ainsi on fabrique à chaque couche une section de profil fermée, ce qui supprime les problèmes de type « ressaut » pendant la fabrication. Cependant, cela n’est pas possible dans le cas où la pièce comporte des portions de viroles, et encore moins dans le cas où la pièce comporte plusieurs profils (par exemple, une aube, un bras ou un secteur de carter d’échappement non faisable « sur la tranche ») et cela n’empêche pas les problèmes de défaut de forme (les sections de profils se déforment tout de même) ; soit à l’horizontale, c’est-à-dire parallèle à l’ouverture : ainsi on fabrique à chaque couche une section de profilé ouverte, mais sans supports internes car il est impossible de les retirer après fabrication. On observe des déformations de type « ressaut » pendant la fabrication, en particulier à la couche de fermeture de la cavité. Il est possible d’épaissir les parois, mais cela pénalise voire annule les gains de masse et ne résout pas complètement le problème non plus mais l’atténue. D’autre part, ce type de pièces est souvent soumis à un traitement thermique qui aggrave ces défauts de forme. Ceci est encore aggravé pour les pièces de très grandes dimensions. Ces défauts ne sont pas admissibles sur des surfaces aéronautiques, en particulier sur l’intrados et l’extrados d’une aile ou d’une pale, et ne sont pas possible à rattraper par usinage ou par un autre procédé sur un profil creux, car il y a un risque de réduire l’épaisseur de la paroi en dessous d’une épaisseur minimum. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de bloquer les déplacements relatifs des parois qui apparaissent sous l’effet des contraintes thermiques au cours de la fabrication additive, ainsi que pendant le traitement thermique. La pièce creuse obtenue par fabrication additive selon l’invention, comprend au moins deux parois en vis-à-vis et une ouverture, elle est caractérisée en ce qu’au moins un support est disposé entre les deux parois, que le support est relié à chaque paroi par une zone sacrificielle de plus faible épaisseur que le support et que le support et/ou la zone sacrificielle comprend des perforations. Le support disposé à l’intérieur même des profils creux, relie les deux parois comme par exemple l’intrados et l’extrados, et peut ensuite être retiré en supprimant la zone sacrificielle. Les perforations sont réparties sur le support et/ou la zone sacrificielle afin de permettre une bonne circulation de fluides tout en assurant une bonne tenue mécanique de la pièce. La solution permet de maintenir le profil de la pièce pendant la fabrication additive et le traitement thermique et d’assurer une continuité au fil des couches pendant la fabrication additive tout en atténuant très fortement, voire en supprimant, les ressauts. On entend par « zone sacrificielle », une zone amincie, plus fragile, qui est destinée à être détruite par dissolution chimique, calcination ou action mécanique. Cette zone faible ou fragile a une épaisseur amoindrie par rapport au support sur au moins une partie, et cette épaisseur peut être variable d’une extrémité à l’autre. La partie épaisse du support assure la tenue mécanique du profil face aux contraintes thermomécaniques. La zone sacrificielle constituant une partie amincie assure la possibilité de détachement du support, par exemple, via une dissolution ou une calcination. Les perforations permettent la circulation du fluide de dissolution (fluide chimique ou fluide gazeux chaud). Avantageusement, le support et la zone sacrificielle sont dans un même matériau. La fabrication additive permet de fabriquer la pièce, le support et la zone sacrificielle en même temps dans un seul et même matériau. Avantageusement, les perforations ont des dimensions comprises entre 0,5mm à 2mm. Des perforations peuvent avoir différentes formes et être disposées indifféremment, car il n’y a pas de contrainte sur la forme, ni de positionnement. Avantageusement, le support a une épaisseur comprise entre 0,5mm et 5mm, de préférence entre 1mm et 3mm. Le support doit être suffisamment épais pour renforcer la pièce mais pas trop de façon à ne pas pénaliser le coût matière. Avantageusement, la zone sacrificielle a une épaisseur comprise entre 0,1mm et 0,5 mm, de préférence entre 0,1mm et 0,25mm. La zone sacrificielle est une partie périphérique très amincie qui vient assurer un contact détachable de la face interne de la paroi. La zone sacrificielle doit être suffisamment fine pour être soluble par dissolution chimique ou fondre par calcination thermique afin que le support puisse se détacher de la paroi. Avantageusement, la zone sacrificielle a une largeur comprise entre 0,3mm et 3mm de préférence entre 0,5mm et 1mm. Cette largeur correspond à la distance entre la paroi et le support. Avantageusement, les perforations disposées dans la zone sacrificielle ont un ratio R = Lc/Lp, avec Lc étant la longueur de contact entre la zone sacrificielle et la paroi ou le support, et Lp étant la longueur de perforation, R étant compris entre 2,5 et 10. Par exemple, pour favoriser une bonne dissolution par voie chimique de la zone sacrificielle, il faut un ratio R tel que Lc de contact du support à 5mm par rapport à Lp de perforation compris entre 0,5mm à 2mm. Avantageusement, le support est fragmenté en au moins deux morceaux. Cela facilite l’évacuation du support après détachement des parois, dans le cas où ce support est trop grand pour passer à travers l’ouverture généralement placée en bout de pièce, par exemple pour une pâle ou un bras aéronautique creux, le support est fragmenté, typiquement en 2 à 4 morceaux liées entre eux par un cordon très aminci. Ce cordon aminci pourra être de même épaisseur que la zone sacrificielle. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce creuse ayant au moins une des caractéristiques précédentes, il est caractérisé en ce que les parois, le support et la zone sacrificielle sont réalisées ensembles par fabrication additive. Le procédé de fabrication permet d’assurer une continuité au fil des couches pendant la fabrication et d’atténuer très fortement voire de supprimer les ressauts Avantageusement, le procédé comprend une deuxième étape de détachement du support des parois. Avantageusement, le détachement est fait par dissolution de la zone sacrificielle. La zone sacrificielle, du fait de sa faible épaisseur, peut être dissoute chimiquement. Cette dissolution est une étape dont le coût peut être valorisé quand la dissolution est déjà utilisée pour traiter d’autres problématiques. En alternative, la zone sacrificielle peut être soluble par calcination thermique. Selon une autre alternative, elle peut être sécable manuellement lorsque l’accès à l’intérieur de la pièce le permet, cela est fait au moyen d’un outil glissé dans une perforation par exemple avec un crochet, par exemple pour des bras de carter dont la section interne est large. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. est une coupe d’une pièce creuse de l’état de la technique ; est une coupe d’une pièce creuse selon l’invention ; montre un ressaut sur une pièce creuse de l’état de la technique et son absence sur une pièce creuse selon l’invention ; est le détail de la zone sacrificielle; est une coupe d’une pièce creuse selon l’invention avec un support fragmenté; est une vue en coupe perpendiculaire de la ou 5 d’une pièce selon l’invention avant la suppression de la zone sacrificielle; est une vue en coupe perpendiculaire de la ou 5 d’une pièce selon l’invention pendant la suppression de la zone sacrificielle; est une vue en coupe perpendiculaire de la ou 5 d’une pièce selon l’invention après la suppression de la zone sacrificielle; est une coupe d’autres profils réalisés selon l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Dans l’état de la technique illustré , une pièce creuse 1, ici une pale, est réalisée par fabrication additive couche par couche à partir d’un plateau de fabrication 2 sur lequel est posé un appui 3. Les couches se superposent dans le sens de la flèche S. Ce sens de fabrication est ici appelé fabrication horizontale. On peut voir que la zone III deux parois 11 et 12 face à face se fabriquent indépendamment jusqu’à une certaine couche où elles se réunissent, un ressaut 10 peut se former (cf. ). La pièce creuse 1 selon l’invention de la , comprend un support 4 relié aux deux parois 11 et 12 par une zone sacrificielle 5. Le support 4 et la zone sacrificielle 5 comprennent des perforations 6 réparties à différents endroits. On peut voir sur la que ces perforations 6 peuvent avoir des formes différentes. La montre qu’avec le support 4 et la zone sacrificielle 5, les parois 11 et 12 se rejoignent sans ressaut 10. La répartition des supports dans les pièces, c’est-à-dire la distance entre deux supports dépend du profil de la pièce creuse 1 à renforcer ainsi que de l’épaisseur de sa ou ses paroi(s) 11, 12. Ainsi, par exemple pour un bras d’habillage avec un profil très fin (épaisseur 1-1,5mm) avec pour seule fonction d’assurer l’aérodynamique, et monté ensuite sur un bras structural de hauteur de 15-20 cm, avec une longueur de corde de 8 à 15cm, comme la pièce est très sujette à déformations (plusieurs millimètres), on espace les supports 4 de 10-15mm maxi. Par contre, pour un bras de carter d’échappement ou de carter intermédiaire avec un profil épais (2,5 à 4mm), avec une hauteur de 8 à 20 cm et une longueur de corde de 8 à 15 cm, la pièce étant rigide avec déformations plus contenues (plusieurs dixièmes de millimètres), on espace les supports de 40-50mm environ. Si le support 4 est trop gros par rapport à l’ouverture de la pièce 1, le support 4 est factionné en plusieurs morceaux 41 reliés par des cordons amincis 40 comme on peut le voir à la . Ces cordons amincis 40 pourront être de la même épaisseur que la zone sacrificielle 5. La zone sacrificielle 5, détaillée à la , présente une longueur Lc de contact avec la paroi 11 et des perforations 6 avec une longueur Lp du côté de la paroi 11. Lc doit toujours être supérieure ou égale à Lp. La zone sacrificielle 5 doit en effet être suffisamment solide pour maintenir le support 4 dans la pièce creuse 1. Lp pourra par exemple être égale à 0,5mm et au maximum de 2mm. De la même façon, la zone sacrificielle 5 est en contact avec le support 4 sur une longueur supérieure ou égale à la longueur de la perforation 6. Nous allons maintenant décrire le détachement et l’extraction du support 4 de la pièce creuse 1 et illustré aux figures 6 à 8. Les parois 11 et 12 en vis-à-vis sont reliés par plusieurs zones sacrificielles 5 à des supports 4 uniformément répartis. Un gaz chaud ou un fluide de dissolution 7 des zones périphériques circule à travers les perforations 6, soit pour dissoudre les zones sacrificielles 5, soit pour les calciner. Alternativement, un cassage manuel des zones sacrificielles 5, est possible si elles sont accessibles. Ce cassage est réalisé au moyen d’un outil glissé dans une perforation, par exemple un crochet. Typiquement cela est possible pour des bras de carter dont la section interne est large. Une fois les zones sacrificielles 5 supprimées, les supports 4 sont libres et peuvent être retirés par l’ouverture 13. Dans l’exemple de la , les cordons amincis 40 sont dissous ou calcinés en même temps que la zone sacrificielle 5 afin de pouvoir extraire les morceaux 41 tout de suite après. Le cassage manuel est également possible. La dissolution chimique pourra être faite avec un acide sélectionné par rapport au matériau utilisé pour la pièce, y compris ses supports, dans un bain brassé et activé avec chauffage. Une circulation forcée dans la pièce peut être envisagé pour favoriser le temps de dissolution mais cela pourrait dans certains cas, favoriser une attaque de la pièce hétérogène. Pour la calcination, on place la pièce dans une enceinte remplie de gaz hautement inflammable et sous haute pression, puis une inflammation instantanée est déclenchée (flash) afin d’élever très fortement la température sur une durée très courte. De cette manière, seules les parties les moins massives, soit les parties amincies des supports (zone sacrificielle 5 et cordons amincis 40) ont le temps de s’échauffer et de se calciner. Cette calcination est particulièrement adaptée pour des parties amincies d’épaisseur inférieure ou égale à 0,15mm. Après suppression de la zone sacrificielle il peut rester des résidus sur les parois ce qui se traduit par une très légère surépaisseur (approximativement égale à l’épaisseur de la partie périphérique amincie, donc typiquement entre 0,1 et 0,25mm), cette surépaisseur est assimilable à une nervure de très faible section qui n’a pas d’impact sur la raideur. Dans le cas d’une dissolution chimique de la zone soluble : l’opération va attaquer l’ensemble de la pièce et des supports, on ajoute alors à la pièce une surépaisseur équivalente à l’épaisseur minimale de la zone sacrificielle soluble. De cette manière, une dissolution de cette épaisseur consommera la surépaisseur, et dissoudra totalement la zone soluble, libérant ainsi les supports. Comme on peut le voir à la , il est également possible de réaliser des pièces creuses 1 de grand volume avec des parois fines 11, 12 ou encore des pièces avec des parties massives 14 se fabriquant à partir puis en face d’une paroi mince 15. En effet, ces deux cas peuvent généralement provoquer un blocage de la fabrication par contact entre le système d’étalement de poudre et la pièce entrainant des vibrations/déformations des parois puis l’arrêt total de la fabrication selon l’état de la technique. En effet, des tests de fabrication sans supports ont été réalisés et montrent des déformations de plusieurs millimètres, au contraire grâce aux supports de l’invention, les parois restent stables et la fabrication n’est pas perturbée. Pièce creuse (1) obtenue par fabrication additive comprenant au moins deux parois (11, 12) en vis-à-vis et une ouverture (13), caractérisée en ce qu’au moins un support (4) est disposé entre les deux parois (11, 12), que le support (4) est relié à chaque paroi (11, 12) par une zone sacrificielle (5) de plus faible épaisseur que le support (4) et que le support (4) et/ou la zone sacrificielle (5) comprend des perforations (6). Pièce creuse (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (11, 12), le support (4) et la zone sacrificielle (5) sont dans un même matériau. Pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les perforations (6) ont des dimensions comprises entre 0,5mm à 2mm. Pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support (4) a une épaisseur comprise entre 0,5mm et 5mm, de préférence entre 1mm et 3mm. Pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone sacrificielle (5) a une épaisseur comprise entre 0,1mm et 0,5 mm, de préférence entre 0,1mm et 0,25mm. Pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone sacrificielle (5) a une largeur comprise entre 0,3mm et 3mm de préférence entre 0,5mm et 1mm. Pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les perforations (6) disposées dans la zone sacrificielle (5) ont un ratio R = Lc/Lp, avec Lc étant la longueur de contact entre la zone sacrificielle et la paroi ou le support, et Lp étant la longueur de perforation, R étant compris entre 2,5 et 10. Pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support (4) est fragmenté en au moins deux morceaux (41). Procédé de fabrication d’une pièce creuse (1) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois (11, 12), le support (4) et la zone sacrificielle (5) sont réalisées ensembles par fabrication additive. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième étape de détachement du support (4) des parois (11, 12). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le détachement est fait par dissolution de la zone sacrificielle.