Brevet FR3125447A1 — publié le 20230127

La présente invention concerne un procédé de renforcement d’une pièce (1) de tôlerie par apport local d’une matière de renfort sur au moins une face (1a) de cette pièce et sous forme d’une surépaisseur (2) de rigidification réalisée par impression 3D, caractérisé en ce qu’on réalise la surépaisseur (2) avec un profil au moins partiellement discontinu dans lequel sont ménagés des interstices (20), ainsi que la pièce renforcée obtenue. Figure de l’abrégé : Fig. 1 Procédé de renforcement de pièces de tôlerie par impression 3D et pièce ainsi obtenue L’invention s’applique au domaine général du renforcement de pièces mécaniques préalablement réalisées et mises en forme et destinées à être ultérieurement renforcées par fabrication additive et, en particulier, par une technique d’impression 3D. Plus précisément, l’invention concerne un perfectionnement du procédé consistant à apporter localement sur une pièce de faible épaisseur, telle qu’une tôle, une quantité de matière destinée à assurer une fonction complémentaire de renfort. Il existe aujourd’hui différentes méthodes permettant de renforcer, a posteriori, une pièce préalablement réalisée et mise en forme (emboutissage, pliage …) et, il est connu, notamment, de souder ou d’apporter par impression 3D, un élément de renfort sur une zone particulière de la pièce. Cette méthode, dite de fabrication additive, permet de renforcer une pièce dite pièce support tout en optimisant la masse de matière ajoutée dans le cadre d’une recherche globale de l’allègement des pièces mécaniques et, plus généralement, des véhicules automobiles. Une telle méthode est mise en œuvre en faisant fondre, par exemple, une poudre de métal ou un fil métallique au moyen de la technique dite du DED qui utilise un laser, ou de la technique dite WAAM (pour « Wire Arc Additive Manufacturing ») qui utilise, quant à elle, un arc électrique. L’apport de la matière de renfort conduit généralement à réaliser des surépaisseurs locales, par exemple sous forme de nervures, s’étendant de façon continue sur des zones de la pièce choisies sélectivement en fonction de la position et du niveau des contraintes attendues à absorber ou des scénarios de chocs les plus probables. Toutefois, la méthode de renfort par impression 3D s’accompagne d’une élévation très importante de la température sur la pièce support et cet apport d’énergie calorifique, qui est inévitable et inhérent au choix de la méthode utilisée, est généralement proportionnel à la quantité de matière délivrée par l’impression 3D. Or, cet échauffement est d’autant plus problématique que l’épaisseur de la pièce support est faible et que les éléments de renfort s’étendent de façon longue et continue sur la pièce car il engendre des déformations préjudiciables à la fois aux opérations d’assemblage de cette pièce avec les pièces environnantes et au comportement mécanique ultérieur de la pièce renforcée. En outre, lorsque la pièce support, une fois renforcée par des nervures continues, est ensuite destinée à effectuer un passage en atelier de peinture, sa surface doit alors subir un traitement par cataphorèse. Or, le liquide de protection anti-corrosion déposé sur la pièce a alors tendance à s’accumuler le long des nervures de renfort, qui font alors barrage, au lieu de se répartir de façon uniforme sur la pièce. Par conséquent, la rétention locale du produit anti-corrosion prive des zones adjacentes de toute protection. En particulier, ce problème devient crucial lorsque les nervures se trouvent à proximité d’interstices situées sur la pièce renforcée. Par ailleurs, les surfaces de contact de la pièce avec l’air qui sont limitées, peuvent mettre en péril le choix d’une solution de renfort avec des éléments de profil continu. Enfin, la solution consistant à réaliser des éléments de renfort de profil continu doit être écartée dans le cas où l’on souhaite de grandes cadences, tant pour des raisons de surcharge que d’allongement de la durée des temps de cycle. Une méthode destinée à renforcer une pièce support par un procédé de fabrication additive du type WAAM est décrite, notamment, dans la demande de brevet EP3766604A1. Cependant, cette dernière méthode n’est pas adaptée à la réalisation de zones de renfort sur des pièces support de faible épaisseur (de quelques mm), telles que des pièces de tôlerie, qui sont très sensibles aux température élevées situées dans les plages inhérentes aux techniques d’impression 3D. En outre, ce document ne propose, ni ne suggère, aucune solution pour préserver le revêtement de protection anti-corrosion de la pièce support. Dans ce contexte, l’invention vise à surmonter les problèmes techniques posés par les méthodes précédemment utilisées en intégrant des interruptions dans les surépaisseurs de renfort de la pièce support. Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un procédé de renforcement d’une pièce de tôlerie par apport local d’une matière de renfort sur au moins une face de cette pièce et sous forme d’une surépaisseur de rigidification réalisée par impression 3D, caractérisé en ce qu’on réalise la surépaisseur avec un profil au moins partiellement discontinu dans lequel sont ménagés des interstices. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l’invention, on adapte la géométrie, les dimensions et la position de la surépaisseur et des interstices en fonction des chocs attendus sur la pièce de façon à définir des zones de déformation sélective. Selon une première variante de mise en œuvre du procédé de l’invention, on réalise les interstices de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres dans le plan de la face renforcée de la pièce. Selon une autre variante de mise en œuvre du procédé, on réalise les interstices de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres au-dessus du plan de la face renforcée de la pièce. De préférence, on réalise la surépaisseur de telle sorte que sa base soit continue et solidaire de la face renforcée de la pièce et sa partie supérieure soit discontinue en étant pourvue des interstices. Selon encore une autre variante, la partie supérieure de la surépaisseur comporte au moins une rangée de pontets délimitant les interstices. Selon encore d’autres variantes de mise en œuvre, la surépaisseur est sous forme de nervures ou sous forme de points de chaînette. Un autre objet de l’invention est une pièce de tôlerie pour véhicules automobiles renforcée en utilisant le procédé défini ci-dessus. Encore un autre objet de l’invention est un véhicule automobile comprenant des pièces de tôlerie renforcées au moyen du procédé présentant les caractéristiques définies ci-dessus. Le procédé de l’invention permet de renforcer, de façon optimale, des pièces mécaniques de faible épaisseur, et notamment des pièces de tôlerie, par fabrication additive, en diminuant de façon significative les conséquences préjudiciables de l’élévation de température qui accompagne l’apport de matière par l’impression 3D. En particulier, le procédé de l’invention permet de limiter les énergies de soudage linéique et, par voie de conséquence, de réduire la surface de la zone de la pièce support affectée thermiquement (dite ZAT) et donc de mieux gérer et maîtriser les éventuelles déformations qui en résultent. Grâce au procédé de l’invention et à la réalisation de nervures de rigidification discontinues avec leur maillage d’interstices, il devient possible de résoudre la problématique de rétention du liquide anti-corrosion issu de la cataphorèse, en évitant notamment les coulures. Cette configuration spécifique préserve ainsi les surfaces revêtues et améliore la protection de la tôle. Cet avantage est d’autant plus important lorsque l’impression 3D est effectuée à proximité d’orifices pratiqués dans la tôle ou de zones de liaison avec d’autres pièces de tôlerie où la corrosion a tendance à se manifester de façon plus intense. Ce perfectionnement du procédé de renforcement permet aussi d’optimiser la circulation de l’air et des fluides et de limiter les zones de rétention de l’humidité. En outre, le procédé de l’invention conduit également à réduire la quantité de matière apportée sur la pièce et participe ainsi aux efforts d’allègement du véhicule tout en rendant le processus d’impression 3D plus rapide et mieux ajusté au seul besoin de renforcement local. Enfin, le procédé de l’invention permet de s’affranchir d’outils d’emboutissage pour réaliser les éléments de renfort et de moyens logistiques pour les transporter tout en offrant un gain de diversité pour les références de pièce. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés et détaillés ci-après. est une vue schématique partielle d’une pièce support renforcée au moyen d’un premier mode de mise en œuvre du procédé de l’invention. est une vue schématique partielle d’une pièce support renforcée au moyen d’un second mode de mise en œuvre du procédé de l’invention. est une vue schématique partielle d’une pièce support renforcée au moyen d’un troisième mode de mise en œuvre du procédé de l’invention Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques dans la description et sur les figures. Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. L’invention concerne le domaine du renforcement de pièces mécaniques embouties et de faible épaisseur telles que les pièces de tôlerie. Plus précisément, l’invention s’intéresse à un perfectionnement du procédé traditionnel qui consiste à apporter localement, sur au moins une face d’une pièce support, une quantité déterminée de matière de renfort. Cette opération est réalisée par une méthode de fabrication dite additive utilisant l’impression 3D. Une telle méthode est mise en œuvre en faisant fondre, par exemple, une poudre de métal ou un fil métallique au moyen de la technique dite du DED qui utilise un laser, ou de la technique dite WAAM (pour « Wire Arc Additive Manufacturing ») qui utilise, quant à elle, un arc électrique. Les figures 1, 2 et 3 représentent, de façon schématique, des exemples d’une pièce mécanique constituée d’une plaque mince 1 de tôle (par exemple en acier), présentant deux faces 1a, 1b et dont l’épaisseur est de quelques millimètres. Cette pièce 1 est préalablement mise en forme par emboutissage ou pliage et est susceptible de présenter, lorsqu’elle est en fonction, des contraintes de fatigue nécessitant l’apport local d’éléments de renfort. Ces éléments de renfort sont traditionnellement constitués de surépaisseurs 2 de matière déposées in situ sur la pièce support 1 pour former, par exemple, des nervures qui s’étendent de façon longitudinale et continue sur la face 1a (ici la face de dessus) de la pièce 1. Les dimensions et la position de ces nervures sont adaptées en fonction des contraintes de fatigue ou des chocs attendus sur le corps de la pièce support 1. Par cette méthode, il est ainsi possible d’ajouter de la matière seulement dans les zones où il s’avère nécessaire de renforcer la pièce 1 de façon à diminuer les contraintes et les risques de rupture associés sans l’alourdir de manière préjudiciable. Toutefois, cette méthode, bien qu’avantageuse, s’accompagne nécessairement d’une élévation très importante de la température de la pièce qui génère, par la suite, des déformations rémanentes et préjudiciables tant pour le comportement mécanique attendu que pour la qualité d’accostage de la pièce renforcée avec les autres pièces. En outre, du fait de leur profil linéaire et continu, les nervures de renfort font obstacle au libre écoulement du produit liquide anti-corrosion issu de l’opération de cataphorèse et empêche ainsi sa répartition homogène et uniforme sur la pièce support. Le perfectionnement selon l’invention du procédé de renforcement traditionnel consiste à réaliser la surépaisseur 2 de renfort avec un profil au moins partiellement discontinu dans lequel sont ménagés des interstices 20. La géométrie, les dimensions et la position de cette surépaisseur 2 et des interstices 20 sont adaptées en fonction des chocs attendus sur la pièce 1 et de façon à définir des zones de déformation sélective. Dans la variante de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrée par la , les interstices 20 sont ménagés de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres dans le plan de la face renforcée 1a de la pièce 1. L’écoulement du produit anti-corrosion s’effectue donc directement sur la face 1a, via les interstices 20 entre les surépaisseurs 2 équivalentes ici à des points de soudure en chaînette. Dans la variante de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrée par la , les interstices 20 sont ménagés de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres cette fois au-dessus du plan de la face renforcée 1a de la pièce 1. Plus précisément, la base 2a de la surépaisseur 2 est continue et solidaire de la face renforcée 1a de la pièce 1 tandis que sa partie supérieure 2b est discontinue en étant pourvue des interstices 20. Les interstices 20 sont délimités par au moins une rangée, et dans le mode de réalisation représenté ici par la , deux rangées de pontets 21 superposés. L’écoulement du produit anti-corrosion s’effectue alors sur la face 1a, au travers des interstices 20 entre les pontets 21 et à un niveau légèrement supérieur à celui des interstices 20 de la , mais suffisamment bas pour autoriser une répartition uniforme sur la pièce 1. Dans la variante de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrée par la , les interstices 20 sont ménagés de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres toujours au-dessus du plan de la face renforcée 1a de la pièce 1 mais sous forme de seuils bas 22 entre les surépaisseurs 2 ici équivalentes à de courtes nervures. De manière générale, le procédé de l’invention permet d’ajuster, de façon très précise et en fonction des seuls besoins, la quantité de matière apportée en renfort sur la pièce support puisque, en raison de la présence des interstices, les surépaisseurs sont de dimensions plus faibles que les nervures linéaires continues réalisées auparavant dans les solutions de renfort traditionnelles. Procédé de renforcement d’une pièce (1) de tôlerie par apport local d’une matière de renfort sur au moins une face (1a) de cette pièce et sous forme d’une surépaisseur (2) de rigidification réalisée par impression 3D, caractérisé en ce qu’on réalise la surépaisseur (2) avec un profil au moins partiellement discontinu dans lequel sont ménagés des interstices (20). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on adapte la géométrie, les dimensions et la position de la surépaisseur (2) et des interstices (20) sur ladite pièce (1) en fonction des chocs attendus sur la pièce et de façon à définir des zones de déformation sélective. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on réalise lesdits interstices (20) de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres dans le plan de la face renforcée (1a) de la pièce (1). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on réalise lesdits interstices (20) de telle sorte qu’ils délimitent des passages libres au-dessus du plan de la face renforcée (1a) de la pièce (1). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on réalise ladite surépaisseur (2) de telle sorte que sa base (2a) soit continue et solidaire de la face renforcée (1a) de la pièce (1) et sa partie supérieure (2b) soit discontinue en étant pourvue des interstices (20). Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie supérieure de ladite surépaisseur (2) comporte au moins une rangée de pontets (21) délimitant les interstices (20). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surépaisseur (2) est sous forme de nervures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite surépaisseur (2) est sous forme de points de chaînette. Pièce de tôlerie pour véhicules automobiles renforcée en utilisant le procédé selon l’une des revendications précédentes. Véhicule automobile comprenant des pièces de tôlerie renforcées au moyen du procédé selon l’une des revendications 1 à 8.