Brevet FR3114037A1 — publié le 20220318

Réalisation d’une structure pour turbomachine par fabrication additive, comprenant les étapes suivantes : a) prévoir un élément de pièce doté d’au moins une région rugueuse (16) localisée et en particulier réalisée par usinage, b) déposer par fabrication additive en particulier par fusion sur lit de poudre, une couche de matériau issue de ladite fusion sur ledit élément (figure 2A). FABRICATION ADDITIVE SUR EBAUCHE DE PIECE DE TURBOMACHINE COMPORTANT UNE ZONE RUGUEUSE La présente demande se rapporte au domaine de la fabrication additive, et en particulier celui utilisant la technique de fusion laser sur lit de poudre. Elle concerne plus spécifiquement la réalisation additive de pièces pour turbomachines. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les procédés de fusion sélective ou de frittage sélectif sur lit de poudre permettent de réaliser des pièces métalliques ou céramiques de formes complexes et qui sont soumises à des contraintes mécaniques et/ou thermiques importantes telles que des pièces de turbomachine. De tels procédés sont notamment connus sous les acronymes SLM (de l’anglais « Selective Laser Melting »), SLS (pour « Selective Laser Sintering »), DMLS (qui signifie « Direct Metal Laser Sintering ») et EBM (pour « Electron Beam Melting »). Ces procédés comprennent généralement une étape de dépôt d’une couche de poudre, 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 couche de la pièce. De telles techniques impliquent que chaque couche soit soutenue par la précédente. C’est pourquoi la réalisation de pièces présentant des porte-à-faux importants pose problème. Pour réaliser une pièce avec un porte à faux important, en particulier lorsqu’une zone de la pièce réalise un angle inférieur à 45° par rapport à un plateau de fabrication sur laquelle elle repose, une solution connue consiste à soutenir cette zone par le biais d’un support, qui peut être temporaire et retiré une fois que l’ensemble des couches a été formé. Dans l’exemple illustré sur la , une ébauche 2 d’une pièce que l’on souhaite réaliser par fabrication additive comporte une région 2A réalisant un angle par exemple de l’ordre de 30° avec un plan parallèle à un plan principal d’un plateau 8 sur lequel cet élément se situe. Sur la , un support 4 temporaire est ici placé sur une zone 2B horizontale disposée en regard de la région 2A en porte à faux. Le support 4 peut également servir à dissiper la chaleur et prévenir des déformations intempestives de la pièce 2. Dans certains cas, si le support 4 n’est pas maintenu de manière stable lors de la fabrication, une rupture de support peut se produire. Il peut arriver en particulier que la connexion entre le pied 4A du support et la peau de la pièce sur laquelle le support s’appuie rompe lors la fabrication. Cela peut rendre la poursuite de la fabrication de la pièce impossible. Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de fabrication additive, en particulier pour la réalisation de turbo-machines, et qui soit amélioré vis-à-vis d’inconvénient(s) mentionné(s) ci-dessus. Selon un aspect, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un élément de pièce ou de structure, encore appelé « ébauche », pour la fabrication additive d’une pièce ou d’une structure, ledit élément ou ladite ébauche étant doté(e) d’au moins une région rugueuse localisée. La région rugueuse localisée peut permettre d’améliorer l’accroche d’un support servant de soutien mécanique lors du procédé de fabrication additive. La région rugueuse peut également permettre de limiter une quantité d’énergie réfléchie de rayonnement laser sur d’autres portions de la pièce ou de la structure lors du procédé de fabrication additive. La région rugueuse peut être avantageusement formée d’une succession de dents et/ou de protubérances et/ou de rainures. La répartition de motifs formant la région rugueuse peut être régulière, par exemple selon un moletage droit ou croisé ou selon des lignes concentriques. La région rugueuse localisée peut être réalisée par usinage ou par apport de matière. Selon une possibilité de mise en œuvre, la région rugueuse localisée est formée ou située dans une portion de matériau céramique ou d’alliage métallique dudit élément, en particulier à base de Titane ou de Nickel. Plusieurs régions rugueuses localisées distinctes peuvent être prévues sur un même élément ou ébauche de pièce ou de structure. Selon un mode de réalisation particulier, l’ébauche peut faire partie ou être destiné à faire partie d’une pièce de turbomachine d’aéronef ou d’une structure pour turbomachine d’aéronef, par exemple un secteur de stator ou de distributeur basse pression. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un dispositif de fabrication additive d’une pièce de turbomachine ou d’une structure pour turbomachine comprenant : - un élément de pièce ou de structure tel que défini plus haut, - un support de fabrication, ledit support de fabrication étant disposé sur et en contact de ladite région rugueuse. L’élément de pièce ou de structure et le support peuvent être agencés sur un plateau, ledit support de fabrication étant disposé sous et en contact d’une portion dudit élément réalisant en particulier un angle inférieur à 45° par rapport à un plan parallèle au plan principal dudit plateau. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un système de fabrication additive par fusion de lit de poudre comprenant un dispositif tel que défini plus haut. Selon un autre aspect, la présente invention concerne également un procédé de fabrication additive d’une pièce de turbomachine ou d’une structure pour turbomachine, comprenant les étapes suivantes : a) prévoir une ébauche ou un dispositif tel(le) que défini(e) plus haut, b) déposer par fabrication additive en particulier par fusion laser sur lit de poudre, au moins une couche de matériau issue de ladite fusion sur ladite ébauche. Avantageusement, préalablement à l’étape a), le procédé comprend la formation de ladite région rugueuse localisée sur ladite ébauche par usinage. La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels : servent à illustrer une ébauche de pièce ou de structure et un support pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive de ladite pièce ou de ladite structure°; servent à illustrer une ébauche comportant au moins une région rugueuse localisée telle que mise en œuvre suivant l’invention et un support pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication additive de pièce ou de structure sur cette ébauche°; sert à illustrer un premier exemple de région rugueuse comportant des motifs dentelés°; sert à illustrer un deuxième exemple de région rugueuse comportant des motifs pointus pyramidaux°; 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. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Les figures 2A-2B donnent un exemple d’élément 12 encore appelé « ébauche » sur lequel on souhaite réaliser par fabrication additive un apport de matière 22 pour fabriquer une pièce mécanique ou une structure et qui est agencée sur un plateau 108 de fabrication mobile notamment par rapport à une source (non représentée) d’apport de matière. La technique de fabrication additive visée peut être en particulier une technique de fusion sur lit de poudre où l’on utilise un laser pour faire fondre sélectivement des particules de poudre, en particulier métalliques, en les liants ensemble pour construire la pièce mécanique couche par couche. L’élément 12 de pièce a ici la particularité d’une portion 12B dotée d’au moins une première région rugueuse 16 localisée. Cette région rugueuse 16 localisée est ici destinée à être en contact avec un support 104 ou est dotée d’une zone destinée à recevoir un support 104 configuré pour soutenir, lors de la fabrication de la pièce ou de la structure, une autre portion 12A ayant un agencement en porte à faux. Le support 104 peut être en particulier un support alvéolaire, c’est-à-dire doté de cavités. La rugosité de la région 16 a de préférence été formée volontairement et peut prendre par exemple la forme d’une ondulation ou d’un profil irrégulier prédéterminé prévu lors de la conception de l’élément 12. La région rugueuse 16 peut permettre d’obtenir une meilleure accroche du support 104 et d’assurer un maintien en position de celui-ci lors de l’ajout de couches par fabrication additive. La portion 12B sur laquelle se trouve la région d’accueil du support 104 peut être en particulier une portion « horizontale » 104A sur laquelle on dispose le support 104. Par « portion horizontale » on entend une portion parallèle à un plan principal du plateau 108, le plan principal du plateau 108 étant un plan passant par ce dernier et parallèle au plan [O ; x ; y] donné sur les figures 2A-2B. Dans cette configuration particulière où le support 104 ne repose pas directement sur le plateau 108 mais sur une portion 12B de l’ébauche 12 elle-même, le fait de prévoir un plateau de fabrication rugueux n’est pas suffisant pour permettre un maintien stable du support 104. La région rugueuse 16 de l’élément 12 a en particulier un paramètre d’ondulation moyenne arithmétique Wa correspondant à l’ondulation moyenne arithmétique de son profil ou un paramètre de rugosité moyenne arithmétique Ra correspondant à la rugosité moyenne arithmétique de son profil qui est supérieur au reste de la portion 12B ou au moins à d’autres zones 13, 14 de la pièce. La région 16 rugueuse a typiquement un paramètre Ra ou Wa supérieur à 100 microns, tandis que les autres zones 13, 14 autour de cette région rugueuse 16 ont une rugosité moyenne ou un paramètre d’ondulation plus faible, et qui peut être compris(e) entre 1 et 30 microns. La rugosité de la région 16 peut être une signature d’un type d'usinage. Diverses techniques peuvent être employées pour réaliser cette rugosité. Une méthode de projection utilisant des éléments abrasifs, tels que des billes projetées à grande vitesse, peut être éventuellement utilisée. En variante, on peut effectuer une structuration par le biais à l’aide d’au moins un outil pointu ou de découpe ou par pressage. Toutefois, de préférence, on réalise la rugosité de la région 16 par ajout de matière. La rugosité peut prendre différentes formes. Selon un exemple de réalisation, la rugosité peut être prévue avec des motifs réguliers tels que des sillons, éventuellement répartis selon une périodicité donnée. Un moletage droit ou croisé ou selon des lignes courbes concentriques peut être également mis en œuvre. On peut privilégier la réalisation d’une rugosité nécessitant d’ajouter un faible volume de matière. Un moletage répond typiquement à un tel critère. Selon une possibilité de mise en œuvre, la région rugueuse est formée de stries ou de sillons ou d’une succession de faces d’inclinaisons différentes. Elle peut en variante prendre l’aspect de protubérances répétées et en particulier pointues par exemple de forme conique. La rugosité peut être en particulier formée de motifs (stries ou pointes) agencés de manière régulière, par exemple en rangées parallèles ou en lignes courbes parallèles, ou selon une matrice de motifs espacés selon un pas déterminé. On prévoit de préférence pour réaliser la rugosité, des motifs permettant de réduire la surface d’appui en pied 104A du support 104 afin de moins polluer la pièce et de réduire le volume de support. Les motifs peuvent avoir une dimension maximale D M (dimension qui n’est ni l’épaisseur ni la hauteur) de l’ordre de un ou plusieurs millimètres, typiquement entre 1 et 10 mm, de préférence entre 2 et 4 mm. Par exemple, dans le cas de motifs en forme de pointes coniques, la dimension maximale D M correspond au diamètre de la base du cône. Selon un autre exemple, dans le cas de motifs en forme de pyramides, la dimension maximale D M correspond au côté de la base de la pyramide. Dans le cas de motifs en forme de protubérances, en particulier de protubérances pointues telles que des cônes ou des pyramides, ces protubérances peuvent avoir une hauteur H de l’ordre d’un ou plusieurs millimètres, typiquement entre 0.5 mm et 5 mm, de préférence entre 1 mm et 2 mm. Un élément de pièce ou de structure tel que mis en œuvre suivant l’invention peut comporter plusieurs régions rugueuses localisées distinctes. Par exemple, l’ébauche 12 peut comporter une autre région rugueuse au niveau de la portion 12A. Différents exemples de motifs permettant de réaliser la région rugueuse 16 sont donnés sur les figures 3A-3B et 4A-4B. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur les figures 3A-3B, la région rugueuse 16 est sous forme d’une surface dentelée formée une succession de dents 161, par exemple de forme triangulaire, qui sont parallèles et séparées entre elles par des rainures 162. Un autre exemple de région rugueuse est donné sur les figures 4A-4B, avec cette fois une surface rugueuse formée d’un maillage de micro-pointes 164 de forme pyramidale. L’ébauche 12 ainsi que la pièce ou structure que l’on souhaite fabriquer peut être prévue en un matériau céramique ou en alliage métallique tel que par exemple un alliage TiAl ou, selon un autre exemple, un superalliage à base de Nickel et d’un ou plusieurs des éléments suivants : Cr, Co, Mo, W, AI, Ti, Ta, Hf, Re, Ru. La région rugueuse 16, en particulier lorsqu’elle comporte une partie dévoilée lors de l’exposition au laser peut également permettre de limiter un phénomène de réflexion du laser qui peut être à l’origine de surchauffe et rendre certaines parties de la pièce fragiles. Ainsi, en variante de l’exemple de réalisation précédemment décrit, on peut vouloir effectuer l’apport de matière directement sur une région rugueuse localisée de l’ébauche, en particulier d’une ébauche pouvant servant d’élément de support à une autre partie d’une structure ou d’une pièce que l’on réalise par fabrication additive sur cette ébauche. Selon une application particulière, on prévoit au moins une région rugueuse localisée du type de celle décrite précédemment sur un élément de pièce ou de structure pour la fabrication additive d’une pièce de turbomachine ou d’une structure pour turbomachine. La région rugueuse peut être en particulier formée par exemple sur le support d’un secteur de stator ou de distributeur ou encore sur un pied de support d’un secteur de châssis. D’autres structures que des châssis ou des distributeurs ou des secteurs d’aubes peuvent être réalisés au moyen d’une ébauche rugueuse telle que mise en œuvre suivant l’invention et la présente invention trouve ainsi de nombreuses applications. Elément de pièce (12) ou de structure pour la fabrication additive d’une pièce de turbomachine ou d’une structure pour turbomachine, ledit élément étant doté d’au moins une région rugueuse (16) localisée. Elément (12) selon la revendication 1, ladite région rugueuse (16) localisée étant formée d’une succession de dents et/ou de protubérances et/ou de rainures et/ou d’ondulations. Elément (12) selon l’une des revendications 1 ou 2, ladite région rugueuse (16) localisée étant formée dans une portion d’alliage métallique dudit élément, en particulier un alliage à base de Titane ou de Nickel. Structure de turbomachine d’aéronef comprenant un élément selon l’une des revendications 1 à 3. Dispositif pour la fabrication additive d’une pièce de turbomachine ou d’une structure pour turbomachine, comprenant : - un élément (12) de pièce selon la revendication 1, - un support (104) de fabrication, ledit support (104) de fabrication étant disposé sur et en contact de ladite région rugueuse (16). Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit élément (12) et ledit support (104) sont agencés sur un plateau (8), ledit support (104) de fabrication étant disposé sous et en contact d’une portion (12A) dudit élément, en particulier une portion (12A) réalisant un angle inférieur à 45° par rapport à un plan parallèle au plan principal dudit plateau (8). Système de fabrication additive par fusion de lit de poudre comprenant un dispositif selon l’une des revendications 5 ou 6. Procédé de fabrication additive d’une pièce de turbomachine ou d’une structure pour turbomachine, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) prévoir un élément selon l’une des revendications 1 à 3 ou un dispositif selon l’une des revendications 5 ou 6, b) déposer par fabrication additive en particulier par fusion sur lit de poudre, une couche de matériau issue de ladite fusion sur ledit élément. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre, préalablement à l’étape a), la formation de ladite région rugueuse localisée sur ledit élément par usinage.