Brevet FR3129026A1 — publié le 20230512

Procédé de fabrication d’un inducteur et inducteur associé Procédé de fabrication d’un inducteur (25) pour le traitement de surface d’une pièce (1) mécanique, comprenant des étapes de : - réalisation d’une préforme (9) adaptée pour suivre un contour externe (3) de la pièce (1), selon une méthode par fabrication additive, présentant une surface interne (11) faisant face au contour externe (3), - dépôt sur la préforme (9) d’une couche mince (13) d’un premier métal, selon une méthode par réduction chimique via aspersion, - dépôt d’une première couche (15) d’un deuxième métal, par-dessus la couche mince, selon une méthode électrolytique, - mise en place d’au moins un premier capteur allongé (17) s’étendant sur la première couche (15), face à la surface interne (11) de la préforme (9), - dépôt d’une deuxième couche (19) du deuxième métal, par-dessus la première couche (15), et - destruction de la préforme (9) et obtention de l’inducteur (25). Figure à publier avec l’abrégé : 7 Procédé de fabrication d’un inducteur et inducteur associé Domaine technique de l’invention L’invention concerne un procédé de fabrication d’un inducteur pour le traitement thermique d’une pièce mécanique. L’invention concerne également un inducteur obtenu en mettant en œuvre ce procédé de fabrication. Etat de la technique antérieure Les pièces de transmission de puissance de type engrenage sont souvent traitées thermiquement afin d’en durcir la surface, notamment pour répondre aux exigences dimensionnelles. Le recours au traitement thermique par induction au lieu des traitements thermochimiques représente plusieurs avantages : rapidité d’exécution, répétabilité, bonne performance en fatigue des pièces traitées, et un meilleur respect des exigences environnementales. Un tel procédé est mis en œuvre en mettant en place une structure conductrice, appelée inducteur, en contact avec la pièce, et en générant dans la pièce un champ magnétique au moyen dudit inducteur connecté à un générateur. Cependant, le chauffage par induction des pièces à géométrie complexe de type engrenage révèle d’autres problèmes, comme la maitrise des profils de chauffe et l’homogénéité de traitement dans les zones fonctionnelles de la pièce. La conformité de traitement est liée directement à l’interaction entre le champ magnétique généré par l’inducteur et la pièce. Par conséquent, en plus de l’optimisation des paramètres électriques, la conception de la bonne forme pour l’inducteur par rapport au besoin et la possibilité de le fabriquer constituent des points clés pour la mise au point du procédé. Ainsi, il est souhaitable de pouvoir fabriquer des inducteurs qui épousent de manière précise les contours des pièces, dans le but d' améliorer l’homogénéité du traitement sur les surfaces desdites pièces. De tels inducteurs sont parfois difficiles à réaliser, et nécessitent des points de soudure ou de brasure, qui constituent des zones de faiblesse de l’inducteur et engendrent des pertes significatives de performance et de rendement. D’un point de vue industriel, le contrôle de la reproductibilité du traitement d’une pièce à l’autre dans des conditions identiques (paramètres de procédé identiques) est rendu plus compliqué par l’usure de l’inducteur, la variation de l’efficacité du refroidissement au cours du temps, et les variations faibles de positionnement relatif de l’inducteur et de la pièce qui peuvent entraîner des variations significatives de champ magnétique. De plus le contrôle de la conformité est fait sur les pièces à un état avancé du processus de fabrication et les dérives ne sont détectées qu’après la production d’une quantité importante de pièces non conformes. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une méthode de préparation d’un inducteur adapté au traitement thermique de pièces de géométrie complexe sans pour autant présenter de zone de faiblesse. L’inducteur obtenu permet également un meilleur contrôle du processus de durcissement de la pièce. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un inducteur pour le traitement thermique d’une pièce mécanique, le procédé comprenant des étapes de : - réalisation d’une préforme adaptée pour suivre un contour externe de la pièce, selon une méthode par fabrication additive, la préforme présentant une surface interne faisant face au contour externe de la pièce, - dépôt sur la préforme d’une couche mince d’un premier métal, selon une méthode par réduction chimique via aspersion, - dépôt d’une première couche d’un deuxième métal, par-dessus la couche mince, selon une méthode électrolytique, - mise en place d’au moins un premier capteur allongé s’étendant sur la première couche, face à la surface interne de la préforme, - dépôt d’une deuxième couche du deuxième métal, par-dessus la première couche et au moins une partie du premier capteur allongé, et - destruction de la préforme et obtention de l’inducteur. Un tel procédé permet de fabriquer un inducteur de forme complexe sans point de faiblesse, grâce à la combinaison de la fabrication additive et de l’électroformage. Il permet de plus d’intégrer de façon simple au moins un capteur allongé permettant de mettre en œuvre un contrôle continu et localisé des variations de température de l’inducteur et de la pièce traitée. Le premier capteur est notamment agencé pour contrôler l’efficacité du refroidissement pendant l’utilisation de l’inducteur. Le procédé peut comprendre, après l’étape de dépôt de la deuxième couche du deuxième métal, des étapes de : - mise en place d’au moins un second capteur allongé sur la deuxième couche, face à la surface interne de la préforme, et - dépôt d’une troisième couche du deuxième métal, par-dessus la deuxième couche et au moins une partie du second capteur allongé. Le second capteur allongé est agencé pour mesurer la température de traitement de la pièce via la chaleur irradiée par la pièce et perçue par l’inducteur. La première couche et la troisième couche peuvent présenter des épaisseurs respectives inférieures ou égales à 50 micromètres, notamment inférieures ou égales à 20 micromètres, et dans lequel la deuxième couche présente une épaisseur supérieure ou égale à 200 micromètres, notamment supérieure ou égale à 500 micromètres. Cette caractéristique permet d’avoir le premier capteur allongé proche de la surface interne de l’inducteur et donc du contour externe de la pièce pendant l’utilisation de l’inducteur et le second capteur plus éloigné de la pièce et voisin du fluide de refroidissement. Chaque capteur allongé peut comprendre une fibre optique, et en particulier est un capteur à fibre optique à réseau de Bragg ou un capteur à fibre optique à rétro-diffusion de Rayleigh. Une telle caractéristique permet de suivre la température sur une pluralité de points avec un seul capteur allongé, le long de son étendue. Chaque capteur allongé peut comprendre un capillaire en cuivre entourant radialement la fibre optique. Une telle caractéristique permet de protéger mécaniquement la fibre optique, ce qui empêche l’apparition de signaux parasites dus aux contraintes mécaniques, et également de faciliter son intégration dans la couche métallique électro-formée. Chaque fibre optique peut présenter un diamètre externe inférieur ou égal à 100 micromètres et présente un profil adapté pour que la fibre puisse atteindre un rayon de courbure inférieur ou égal à 5 millimètres. Une telle caractéristique permet un meilleur suivi du contour externe de la pièce par la fibre optique. La préforme peut être réalisée en matériau polymère, la préforme étant détruite par dissolution chimique ou thermique. Une telle préforme est facile et rapide à fabriquer et peut être retirée simplement, sans avoir à conserver un orifice dans l’inducteur permettant son passage. Le premier métal peut être l’argent et le deuxième métal peut être le cuivre. L’invention concerne également un inducteur comprenant une structure creuse, réalisée en un deuxième métal, définissant un conduit interne, l’inducteur présentant une surface interne conformée pour suivre un contour externe d’une pièce mécanique, l’inducteur comprenant au moins un capteur allongé noyé dans la structure et s’étendant entre le conduit interne et la surface interne, parallèlement à ladite surface interne. L’inducteur peut comprendre au moins un module de commande relié à chaque capteur allongé, chaque module de commande étant configuré pour collecter des informations fournies par ledit au moins un capteur pendant le fonctionnement de l’inducteur. Brève description des figures La est une vue en perspective d’une pièce pouvant être durcie par induction, la est une vue en perspective d’une première étape de fabrication d’un inducteur selon l’invention adapté à la pièce de la , la est une vue de détail de la première étape représentée sur la , la est une vue en coupe schématique d’une deuxième étape et d’une troisième étape du procédé de fabrication. la est une vue en coupe schématique d’une quatrième étape et d’une cinquième étape du procédé de fabrication, la est une vue en coupe schématique d’une sixième étape et d’une septième étape du procédé de fabrication, la est une vue en coupe schématique de l’inducteur obtenu parle procédé de fabrication selon l’invention. Procédé de fabrication d’un inducteur (25) pour le traitement de surface d’une pièce (1) mécanique, le procédé comprenant des étapes de : - réalisation d’une préforme (9) adaptée pour suivre un contour externe (3) de la pièce (1), selon une méthode par fabrication additive, la préforme (9) présentant une surface interne (11) faisant face au contour externe (3) de la pièce (1), - dépôt sur la préforme (9) d’une couche mince (13) d’un premier métal, selon une méthode par réduction chimique via aspersion, - dépôt d’une première couche (15) d’un deuxième métal, par-dessus la couche mince, selon une méthode électrolytique, - mise en place d’au moins un premier capteur allongé (17) s’étendant sur la première couche (15), face à la surface interne (11) de la préforme (9), - dépôt d’une deuxième couche (19) du deuxième métal, par-dessus la première couche (15) et au moins une partie du premier capteur allongé (17), et - destruction de la préforme (9) et obtention de l’inducteur (25). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le procédé comprend, après l’étape de dépôt de la deuxième couche (19) du deuxième métal, des étapes de : - mise en place d’au moins un second capteur allongé (21) sur la deuxième couche (19), face à la surface interne (11) de la préforme (9), et - dépôt d’une troisième couche (23) du deuxième métal, par-dessus la deuxième couche (19) et au moins une partie du second capteur allongé (23). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la première couche (15) et la troisième couche (23) présentent des épaisseurs relatives (e1, e3) inférieures ou égales à 50 micromètres, notamment inférieures ou égales à 20 micromètres, et dans lequel la deuxième couche (19) présente une épaisseur (e2) supérieure ou égale à 200 micromètres, notamment supérieure ou égale à 500 micromètres. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque capteur allongé (17, 21) comprend une fibre optique, et en particulier est un capteur à fibre optique à réseau de Bragg ou un capteur à fibre optique à rétro-diffusion de Rayleigh. Procédé selon la revendication précédente, dans laquelle chaque capteur allongé (17, 21) comprend un capillaire en cuivre entourant radialement la fibre optique. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel chaque fibre optique présente un diamètre externe (D) inférieur ou égal à 100 micromètres et présente un profil adapté pour que la fibre puisse atteindre un rayon de courbure inférieur ou égal à 5 millimètres. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la préforme (9) est réalisée en matériau polymère, la préforme (9) étant détruite par dissolution chimique ou thermique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier métal est l’argent et le deuxième métal est le cuivre. Inducteur (25) comprenant une structure creuse, réalisée en un deuxième métal, définissant un conduit interne (27), l’inducteur (25) présentant une surface interne (35) conformée pour suivre un contour externe (3) d’une pièce mécanique (1), l’inducteur (25) comprenant au moins un capteur allongé (17, 21) noyé dans la structure et s’étendant entre le conduit interne (27) et la surface interne (35), parallèlement à ladite surface interne (35). Inducteur (25) selon la revendication précédente, dans lequel l’inducteur comprend au moins un module de commande (31, 33) relié à chaque capteur allongé (17, 21), chaque module de commande (31, 33) étant configuré pour collecter des informations fournies par ledit au moins un capteur (17, 21) pendant le fonctionnement de l’inducteur (25).