Brevet FR3126332A1 — publié le 20230303

La présente invention concerne un dispositif de fabrication additive (1) de matière comprenant une tête d’application (3) monté mobile selon 3 axes (x, y, z), ladite tête d’application comprenant une buse (30) par laquelle la matière, ayant une viscosité donnée, est extrudé, avec un débit donnée, sur une surface de fabrication, le déplacement de la tête d’application, à une vitesse donnée, est contrôlé par une unité de commande, caractérisé en ce que ladite tête d’application est muni de moyens de mesure de distance (4) agencés pour mesurer la distance entre la buse de tête d’application et la surface de fabrication et envoyer cette mesure de la distance entre la buse et la surface de fabrication vers ladite unité de commande pour détecter un tassement de la matière déposée et générer une commande permettant de compenser ce tassement. Fig 1 contrôle d’impression 3D La présente invention concerne le domaine de la fabrication additive à base de mortier ou de béton. Art antérieur. La fabrication additive regroupe les procédés de fabrication de pièces en volume par ajout de matière en couches successives depuis une modélisation 3D. Cette fabrication additive utilise, à l’origine, la résine comme matières ajoutés en couches successives. La palette de matériaux utilisables s’est ensuite élargie aux plastiques aux métaux alors que l’utilisation s’est également élargie pour permettre la fabrication d’objet de plus en plus gros. Naturellement, cette technique de fabrication additive a été utilisée pour la fabrication de bâtiment, des mortiers ou béton étant utilisées comme matières extrudées par ladite buse. La matière comme le béton ou le mortier est extrudée d’une buse guidée selon trois axes x, y, z pour permettre la fabrication d’objets. La réalisation des différentes couches étant réalisées par translation, en hauteur / selon l’axe z, ou rotation de la tête d’impression et donc de la buse. Cette translation selon l’axe Z d’une distance définie permet à chaque incrément de déposer la quantité et l’épaisseur de matière adéquat. Or, il a été constaté qu’avec un matériau du type mortier ou béton, il y a le risque d’apparition d’un phénomène de squeezing aussi appelé tassement. En effet, à partir d’une certaine hauteur, la matière se tasse sous l’effet de sa propre masse à cause de la matière elle-même. Or, si la matière se tasse, alors la distance entre la buse par laquelle la matière est extrudée et la surface sur laquelle la matière doit être déposée varie. En effet, comme l’incrément en hauteur est fixe alors le tassement augmente cette distance. Si cette augmentation est trop importante alors le dépôt de matière pour la fabrication additive n’est plus optimal. La fabrication additive perd en qualité car les couches ont moins d’adhésion les unes par rapport aux autres pouvant mener à l’effondrement de la construction . L’invention cherche à résoudre le problème de l’art antérieur en fournissant un dispositif de fabrication additive qui permet de compenser le tassement du matériau précédemment déposé. A cet effet, la présente invention consiste en un dispositif de fabrication additive de matière comprenant une tête d’application monté mobile selon trois axes (x, y, z), ladite tête d’application comprenant une buse par laquelle la matière, ayant une viscosité donnée, est extrudé, avec un débit donnée, sur une surface de fabrication, le déplacement de la tête d’application, à une vitesse donnée, est contrôlé par une unité de commande, caractérisé en ce que ladite tête d’application est muni de moyens de mesure de distance agencés pour mesurer la distance entre la buse de tête d’application et la surface de fabrication et envoyer cette mesure de la distance entre la buse et la surface de fabrication vers ladite unité de commande pour détecter un tassement de la matière déposée et générer une commande permettant de compenser ce tassement. Selon un exemple, la commande permettant de compenser le tassement modifie la vitesse de déplacement. Selon un exemple, la commande permettant de compenser le tassement modifie la viscosité du mortier. Selon un exemple, la commande permettant de compenser le tassement modifie le débit avec lequel la matière est extrudée. Selon un exemple, la commande permettant de compenser le tassement modifie la distance entre la tête d’application et la surface de fabrication. Selon un exemple, les moyens de mesure de distance comprenant au moins un capteur de mesure de distance. Selon un exemple, ledit au moins un capteur de mesure de distance est agencé pour que sa distance avec la surface de fabrication soit égale à la distance entre la buse et la surface de fabrication. Selon un exemple, ledit au moins un capteur de mesure de distance est agencé pour que sa distance avec la surface de fabrication diffère de la distance entre la buse et la surface de fabrication. Selon un exemple, une valeur de distance entre le capteur de distance et la buse est mémorisée dans l’unité de calcul, cette valeur de distance entre le capteur de distance et la buse permettant à ladite unité de calcul de calculer la mesure de la distance entre la buse et la surface de fabrication à partir de la distance mesurée par le capteur. Selon un exemple, ledit au moins un capteur de mesure de distance utilise la technologie infrarouge ou la technologie ultrason ou la technologie laser. Selon un exemple, la distance mesurée entre la buse et la surface de fabrication est comparée à une valeur de référence et en ce que la commande permettant de modifier la position de la tête d’application dépend de cette comparaison. Selon un exemple, le dispositif de fabrication additive comprend en outre une structure sur laquelle la tête d’application est montée, ladite structure rendant ladite tète d’application mobile. L’invention concerne en outre un procédé de compensation d’une fabrication additive de matière, ladite fabrication additive de matière étant opérée par un dispositif de fabrication additive de matière selon l’une des revendications précédentes, ledit procédé consistant, après le dépôt de chaque couche de matière, à faire une mesure de distance et à envoyer cette mesure de distance à l’unité de calcul afin d’en extraire la distance entre la buse et la surface de fabrication, cette distance mesurée entre la buse et la surface de fabrication étant comparée à une valeur de référence afin de générer une commande compensant cette distance mesurée. L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un élément de construction ou d’une construction utilisant le dispositif de fabrication additive selon l’invention avec un matériau de construction. Description des figures D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1 à 2 représentent un dispositif de fabrication additive pour la présente invention ; - la représente un dispositif de fabrication additive fabriquant un objet; - la représente une vue en coupe d’un dispositif de fabrication additive fabriquant déposant une couche d’un objet; - les figures 5 à 7 représentent un dispositif de fabrication additive selon la présente invention; - la représente une vue en coupe des diverses couches de matériau déposées; Description de l’invention Aux figures 1 et 2, un dispositif de fabrication additive 1 est représenté. Ce dispositif de fabrication additive est utilisé pour la fabrication additive de matière. Cette matière est un ou des matériaux de construction sous forme de pâte tel qu’un plâtre ou un matériau cimentaire du type mortier, béton. Le dispositif de fabrication additive peut aussi être utilisé avec un matériau du type résine. . Le dispositif de fabrication additive 1 comprend un châssis ou structure 2 sur lequel une tête d’application 3 est montée. Cette tête d’application 3 est montée mobile sur le châssis. On comprend que la structure 2 comprend un bras ou des portiques permettant à la tête d’application 3 de se déplacer selon au moins trois axes X, Y, Z. ce déplacement selon au moins trois axes permet d’utiliser les axes X et Y pour suivre le contour de l’objet à fabriquer alors que l’axe Z permet de régler en hauteur la tête d’application 3 pour superposer les couches C comme visible à la . La tête d’application 3 comprend une buse 30 par laquelle la matière, ici le mortier, est extrudée. Cette tête d’application est reliée à une pompe et un réservoir de matière. Le dispositif de fabrication additive 1 comprend en outre une unité de commande (non représentée). Cette unité de commande est connectée à la structure 2 pour commander le déplacement de la tête d’application selon trois axes. L’unité de commande est également connectée à la tête d’application 3 et à l’ensemble pompe contenant afin de commander la pompe pour qu’elle puisse envoyer la matière, comme le matériau de construction, du réservoir vers la tête d’application 3. Ainsi, l’unité de commande gère le déplacement de la structure 2 et l’extrusion de matière afin que la matière puisse être extrudée à un endroit précis, avec une quantité précise. Astucieusement selon l’invention, la tête d’application 3 comprend en outre des moyens de mesure de distance 4. Ces moyens de mesure de distance 4 sont agencés pour permettre de compenser le tassement du matériau déposé par le dispositif de fabrication additive. Pour cela, les moyens de mesure de distance 4 sont agencés pour mesure la distance entre la tête d’application et la surface sur laquelle le matériau doit être déposé appelée aussi surface de fabrication. Les moyens de mesure de distance 4 comprennent au moins un capteur de distance 40 comme visible aux figures 5 et 6. Ce capteur de distance 40 est un capteur utilisant la technologie laser ou ultrasons ou toutes autres technologies pouvant être utiles comme infrarouge. Ce capteur de distance 40 est connecté à l’unité de commande du dispositif de fabrication additive 1. Ce capteur de distance 40 comprend ou est associé, optionnellement, à une unité de calcul permettant notamment une conversion analogique / numérique. Dans ce cas, l’unité de calcul est agencée entre ledit capteur de distance 40 et l’unité de commande. La donnée représentative de la distance mesurée par le capteur de distance 40 est envoyée, optionnellement après avoir transiter par l’unité de calcul, à l’unité de commande qui traite cette donnée représentative de la distance mesurée. Le traitement de cette donnée représentative de la distance mesurée permet de générer une commande. Plus particulièrement, le traitement de la donnée représentative de la distance mesurée par le capteur de distance 40 dépend de sa configuration. On entend par là que cela dépend du positionnement dudit capteur de distance 40 sur la tête d’application 3. L’objectif des moyens de mesure de distance 4 est, en particulier, de mesurer la distance entre la sortie de la buse par laquelle le matériau est extrudé et la surface sur laquelle ledit matériau est déposé. Cette distance appelée distance de travail Dw est une distance qui est définie au préalable et qui correspond à l’épaisseur E de matériau déposé comme visible à la . Ainsi, en théorie, après un premier tour le long du contour de l’objet à fabriquer, une épaisseur E de matériau est déposée et donc la tête d’application est translatée selon l’axe Z d’une distance Dw, égale à l’épaisseur E de sorte que la même épaisseur E de matériau puisse ensuite être de nouveau déposée. Or, suivant le positionnement du capteur de distance 40, la distance mesurée Dm par le capteur n’est pas forcement ladite distance Dw. Le capteur de distance 40 est positionné pour que la mesure soit faite à l’orthogonale de la surface de fabrication. En effet, sur la , on peut voir une première configuration de position du capteur de distance. Cette configuration est idéale en ce que la distance mesurée Dm par ledit capteur de distance 40 est égale à la distance entre la sortie de la buse 30 et la surface sur laquelle le matériau est déposé. Or, sur la , il est représenté une configuration dans laquelle la distance mesurée Dm par ledit capteur de distance 40 n’est pas égale à la distance entre la sortie de la buse 30 et la surface sur laquelle le matériau est déposé. En effet, le capteur de distance 40 est positionné en « retrait » de sorte que la distance mesurée Dm est égale à la distance entre la sortie de la buse et la surface sur laquelle le matériau est déposé additionnée de la distance Dc entre le capteur de distance 40 et la sortie de la buse 30. Cette configuration de la nécessite alors une étape de calcul dans laquelle la distance mesurée Dm par le capteur de distance 40 est amputée de la valeur de la distance entre le capteur de distance et la sortie de la buse. Cette valeur étant fixe, elle est préalablement calculée et mise en mémoire dans l’unité de commande. La distance mesurée Dm par le capteur de distance 40 est alors comparée à la valeur de la distance de travail Dw souhaitée. Cette comparaison permet de déterminer la présence d’un tassement. Si la valeur mesurée par le capteur de distance 40 est égale à la distance de travail Dw souhaitée alors l’unité de commande considère qu’il n’y a pas tassement et aucune mesure correctrice n’est engagée. Si la valeur mesurée par le capteur de distance 40 est différente de la distance de travail Dw souhaitée alors l’unité de commande considère qu’il y a tassement et une mesure correctrice est engagée. Cette mesure correctrice consiste à calculer le tassement en faisant la soustraction de la valeur mesurée par le capteur de distance 40 avec la valeur Dw souhaitée. Comme le tassement à tendance à augmenter la distance entre la buse et la surface alors la valeur mesurée devrait être supérieure à la valeur Dw souhaitée. De cette soustraction, il en résulte une valeur de tassement Dt comme visible à la . Cette montre en A, le dépôt de 3 couche, théoriques, avec une épaisseur sans tassement. En B, on peut voir le dépôt de 3 couches avec un tassement Dt. Cette valeur de tassement Dt est utilisée pour générer une commande de correction à la structure supportant la tête d’application. Dans une première exécution, la commande de correction consiste en une commande de translation de la tête d’application selon l’axe Z. Cette translation de la tête d’application selon l’axe Z est telle qu’elle permet à ladite tête d’application de se déplace d’une distance Dt en direction de la surface de fabrication. On comprend alors que la tête d’application descend. En effet, comme le tassement signifie que la surface de fabrication est moins haute que prévu, alors il faut descendre la tête d’application pour compenser. Une fois que la position de la tête d’application 3 par rapport à la surface de fabrication a été corrigée, le dépôt de matière peut être opérée c’est-à-dire que la matière avec être déposée alors que la tête d’application se déplace le long du contour de l’objet à fabriquer. Une fois la matière déposée le long de ce contour, une nouvelle translation selon l’axe Z de la valeur Dw est opérée et une nouvelle mesure de distance est faite afin de déterminer un éventuel tassement. Selon une seconde exécution, le signal de commande de correction opère sur d’autres paramètres que la position selon l’axe Z. En effet, le dépôt de la matière par la tête d’application dépend de plusieurs paramètres comme la vitesse de déplacement de la tête d’application 3, la viscosité de la matière à déposer et du débit avec lequel ladite matière est extrudée. Ainsi, le dépôt de la matière par la tête d’application 3 est réalisé avec une vitesse donnée, un débit donné et une viscosité donnée. Dans cette seconde exécution, le signal de commande est tel qu’il permet à l’unité de commande d’agir sur la vitesse de déplacement de la tête d’application, et/ou sur la viscosité de la matière à déposer et/ou sur le débit de la matière. L’action sur un ou plusieurs de ces paramètres permet ainsi de compenser le tassement. Par exemple, dans le cas de la vitesse, l’unité de commande va agir pour augmenter cette vitesse. A débit constant, une augmentation de la vitesse entraine moins de matière déposée et donc moins de poids. Comme le poids conditionne en partie le tassement, une diminution du poids entraine une diminution du tassement. Le raisonnement concernant le débit est similaire. En jouant sur le débit, on peut modifier la quantité de matière Concernant la viscosité, la compensation du tassement se fait en augmentant la viscosité. En effet, en étant plus visqueuse, la matière s’affaisse moins. Ce réglage de la viscosité peut être fait en ajoutant un agent chimique qui augmente cette viscosité. Ainsi, le capteur de distance selon l’invention permet avantageusement de corriger tout tassement de sorte à obtenir une fabrication additive optimale. Dans une première variante, les moyens de mesure de distance comprennent deux capteurs de distance 40 comme visible à la . Ces capteurs capteur de distance permettent d’avoir deux mesures de distance Dm1, Dm2 et ainsi d’augmenter la fiabilité de la mesure en cas d’un problème sur un capteur. Ces deux capteurs peuvent être positionnées de sorte que les distances entre ledit capteur et la surface de fabrication de chacun soient identiques. Mais il est possible de les positionner pour que les distances entre ledit capteur et la surface de fabrication de chacun soient différentes. Dans une seconde variante, les moyens de mesure de distance 4 sont utilisés pour, en outre, permettre de contrôle si le tassement est constant. En effet, il est possible que, selon le contour de la pièce à fabriquer, le tassement puisse être variable le long dudit contour de la pièce à fabriquer. Ainsi, la mesure de la distance peut se faire en différent points du contour, la tête d’application se déplaçant entre chaque mesure, ou sur la totalité dudit contour. Dans ce dernier cas, la mesure de distance est opérée en continue lors du déplacement de la tête d’application n avec une fréquence de mesure appropriée. Etant donné que le contour de la pièce à fabriquer consiste en une série de coordonnées (x, y), il est possible de lier les mesures de distance opérées par ledit capteur de distance 40 afin des coordonnées. Cela permet ensuite, à l’unité de commande, de générer une commande de correction qui lie, pour lesdites coordonnées, une translation selon l’axe z adéquate. Ainsi, après l’étape de dépôt de la matière le long du contour, la tête d’application est de nouveau déplacer le long dudit contour pour faire les mesures de distance. Dans une autre variante, le capteur de distance 40 est utilisé pour le positionnement préalable de la tête d’application. En effet, la première couche de matière est déposée sur le sol ou la surface de base sur laquelle ledit objet est fabriqué. Cette surface de base étant stable, un tassement n’est pas possible mais l’utilisation du capteur de distance 40 peut être utile pour la calibration du dispositif de fabrication additive 1. Cette calibration permet de comparer la distance entre la sortie de la buse et la surface de base après le positionnement de la tête d’application par la structure et l’unité de commande et la distance mesurée par le capteur de distance. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art. Dispositif de fabrication additive (1) de matière comprenant une tête d’application (3) monté mobile selon 3 axes (x, y, z), ladite tête d’application comprenant une buse (30) par laquelle la matière, ayant une viscosité donnée, est extrudé, avec un débit donnée, sur une surface de fabrication, le déplacement de la tête d’application, à une vitesse donnée, est contrôlé par une unité de commande, caractérisé en ce que ladite tête d’application est muni de moyens de mesure de distance (4) agencés pour mesurer la distance entre la buse de tête d’application et la surface de fabrication et envoyer cette mesure de la distance entre la buse et la surface de fabrication vers ladite unité de commande pour détecter un tassement de la matière déposée et générer une commande permettant de compenser ce tassement. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la commande permettant de compenser le tassement modifie la vitesse de déplacement. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la commande permettant de compenser le tassement modifie la viscosité du mortier. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la commande permettant de compenser le tassement modifie le débit avec lequel la matière est extrudée. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la commande permettant de compenser le tassement modifie la distance entre la tete d’application et la surface de fabrication. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de mesure de distance comprenant au moins un capteur de mesure de distance (40). Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un capteur de mesure de distance est agencé pour que sa distance avec la surface de fabrication soit égale à la distance entre la buse et la surface de fabrication. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit au moins un capteur de mesure de distance est agencé pour que sa distance avec la surface de fabrication diffère de la distance entre la buse et la surface de fabrication. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel une valeur de distance entre le capteur de distance et la buse est mémorisée dans l’unité de calcul, cette valeur de distance entre le capteur de distance et la buse permettant à ladite unité de calcul de calculer la mesure de la distance entre la buse et la surface de fabrication à partir de la distance mesurée par le capteur. Dispositif selon l’une des revendications 6 à 9, dans lequel ledit au moins un capteur de mesure de distance utilise la technologie infrarouge ou la technologie ultrason ou la technologie laser. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la distance mesurée entre la buse et la surface de fabrication est comparée à une valeur de référence et en ce que la commande permettant de modifier la position de la tête d’application dépend de cette comparaison. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre une structure (2) sur laquelle la tête d’application (3) est montée, ladite structure (2) rendant ladite tète d’application mobile. Procédé de compensation d’une fabrication additive de matière, ladite fabrication additive de matière étant opérée par un dispositif de fabrication additive de matière selon l’une des revendications précédentes, ledit procédé consistant, après le dépôt de chaque couche de matière, à faire une mesure de distance et à envoyer cette mesure de distance à l’unité de calcul afin d’en extraire la distance entre la buse et la surface de fabrication, cette distance mesurée entre la buse et la surface de fabrication étant comparée à une valeur de référence afin de générer une commande compensant cette distance mesurée. Procédé de fabrication d’un élément de construction ou d’une construction utilisant le dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications 1 à 12 avec un matériau de construction.