Brevet FR3128651A1 — publié le 20230505

Procédé de fusion sélective sur lit de poudre d’un alliage à solidification dirigée au moyen d’un faisceau laser, le faisceau laser se déplaçant selon une première direction de balayage dans une couche n et une deuxième direction de balayage dans une couche n+1, la deuxième direction de balayage étant perpendiculaire à la première direction de balayage, dans lequel θ 3 -θ 1 1 et θ 3 étant mesurés dans un plan perpendiculaire à la première direction de balayage, θ 1 étant la valeur maximale de l’angle formé par le gradient thermique et la direction verticale d’un premier cordon m de la couche n (12), à l’intersection du premier cordon m et d’un deuxième cordon m+1, et θ 3 étant la valeur maximale de l’angle formé par le gradient thermique et la direction verticale du premier cordon m de la couche n (12) avec un cordon de la couche n+1 et dans lequel une vitesse de balayage du faisceau laser est supérieure ou égale à 400 mm/s. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 PROCEDE DE FUSION SELECTIVE SUR LIT DE POUDRE D’UN ALLIAGE A SOLIDIFICATION DIRIGEE Le présent exposé concerne la fabrication d’une pièce métallique en alliage métallique présentant une structure à solidification dirigée, par exemple une aube de turbine présentant une structure colonnaire. La fusion laser sélective sur lit de poudre est un procédé de fabrication pressentie pour la fabrication de pièces de moteurs d’avions en superalliages base nickel, soumises à des températures élevées (> 700°C). La fusion laser sélective sur lit de poudre présente certains avantages, comme un temps réduit entre la phase de conception d’une pièce et sa fabrication, ce qui autorise notamment un nombre plus importants d’itérations de prototypage avant la production de pièces optimisées. Cependant, les pièces issues du procédé de fusion sur lit de poudre ont généralement des microstructures fines (taille de dendrites de l’ordre du micron contre 100 microns en fonderie) et des petits grains, ce qui confère au matériau une limite d’élasticité élevée et des propriétés en fatigue pouvant être supérieures à celles de fonderie. En revanche, les propriétés en fluage sont aujourd’hui en dessous de celles des pièces obtenues par le procédé de fonderie à cire perdue (pièces à structure de grain équiaxe, colonnaire, monocristalline), en raison de la petite taille des grains. En effet, contrairement au procédé de fonderie à cire perdue, le contrôle de la structure de grains n’est aujourd’hui pas possible en fabrication additive. Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cet effet, le présent exposé concerne un procédé de fusion sélective sur lit de poudre d’un alliage à solidification dirigée au moyen d’un faisceau laser, le faisceau laser se déplaçant selon une première direction de balayage dans une couche n et une deuxième direction de balayage dans une couche n+1, la deuxième direction de balayage étant perpendiculaire à la première direction de balayage, dans lequel θ 3 -θ 1 1 et θ 3 étant mesurés dans un plan perpendiculaire à la première direction de balayage, θ 1 étant la valeur maximale de l’angle formé par le gradient thermique et la direction verticale d’un premier cordon m de la couche n, à l’intersection du premier cordon m et d’un deuxième cordon m+1, et θ 3 étant la valeur maximale de l’angle formé par le gradient thermique et la direction verticale du premier cordon m de la couche n avec un cordon de la couche n+1 et dans lequel une vitesse de balayage du faisceau laser est supérieure ou égale à 400 mm/s. La structure de grain d’une pièce fabriquée avec ce procédé est le résultat des conditions de solidification des bains de métal liquide formés par l’interaction entre le laser et le lit de poudre. En effet, lors de la fabrication d’une pièce, la structure de grains se construit lors de la fusion puis solidification successives des bains de fusion adjacents, puis des couches de matière successives. Lors de la fabrication d’une pièce, une partie du métal solidifié est ensuite refondue lors de la formation des bains adjacents ou des couches supérieures. Aussi, seulement les zones solidifiées et non refondues par la suite conditionnent la structure de grain finale de la pièce. La croissance épitaxiale des grains permet une continuité de la direction cristallographique entre un cordon et le cordon adjacent. De la même manière, une continuité de la structure cristalline est assurée entre une couche et la couche supérieure. Cependant, cette continuité est rompue lorsque la direction du gradient thermique à la solidification varie trop entre un cordon et le cordon adjacent, ou entre une couche et la couche supérieure. Il est en effet connu que les conditions de solidification sont décrites par le vecteur de la vitesse de solidification et le vecteur du gradient de température. Les directions de croissance des dendrites (direction 001) ont tendance à s’aligner avec le gradient thermique. Aussi, la croissance de grains colonnaires requiert donc un contrôle de la direction du gradient thermique lors de la solidification. Grâce à la vitesse de balayage, le gradient thermique à la solidification a une direction relativement homogène dans toute la pièce, parallèle à la direction de fabrication, c’est-à-dire à la direction verticale. La zone du bain de fusion qui est, après sa solidification, refondue lors de la formation des cordons suivants et/ou des couches suivantes, n’est considérée pas prise en compte, car elle n’a pas ou peu d’impact sur la structure de grain. Dans certains modes de réalisation, la vitesse de balayage du faisceau laser et la puissance du faisceau laser définissent une énergie linéique comprise en 0,05 J/mm et 0,40 J/ mm. Dans certains modes de réalisation, une épaisseur de la couche est comprise entre 5 µm et 60 µm. L’épaisseur de la couche peut être comprise entre 5 µm et 50 µm ou entre 5 µm et 40 µm. Dans certains modes de réalisation, le taux de recouvrement entre deux cordons successif est supérieur ou égal à 0,3. Par exemple, le taux de recouvrement peut être supérieur ou égal à 0,4, ou supérieur ou égal à 0,5, ou supérieur ou égal à 0,6. Dans certains modes de réalisation, la poudre est une poudre métallique de superalliage à base de nickel. D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. La est une vue schématique en coupe de la fusion d’un premier cordon dans une couche n+1. La est une vue schématique en coupe de la fusion d’un cinquième cordon dans une couche n+1. La est une vue en coupe d’un premier cordon dans une couche n+2. La est une vue schématique en coupe de la fusion d’un cinquième cordon dans une couche n+3. La est une vue schématique en coupe de deux cordons de la couche n+1. La est une vue en coupe de la selon le plan de coupe VI-VI. La est une vue schématique en coupe de deux cordons de la couche n+1. La est une vue en coupe de la selon le plan de coupe VIII-VIII. La est une vue schématique montrant le gradient thermique en fonction de la vitesse de balayage. La est une vue schématique montrant le gradient thermique en fonction de la vitesse de balayage, la vitesse de balayage de la étant supérieure à la vitesse de balayage de la . La est un graphique représentant en Y le taux de recouvrement et en X l’énergie linéique et les courbes iso-niveau représentent des valeurs de θ 3 -θ 1 . La représente une structure de grains équiaxe. La représente une structure de grains colonnaire. Sur l’ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Procédé de fusion sélective sur lit de poudre d’un alliage à solidification dirigée au moyen d’un faisceau laser (10), le faisceau laser (10) se déplaçant selon une première direction de balayage dans une couche n (12) et une deuxième direction de balayage dans une couche n+1 (14), la deuxième direction de balayage étant perpendiculaire à la première direction de balayage, dans lequel θ 3 -θ 1 1 et θ 3 étant mesurés dans un plan perpendiculaire à la première direction de balayage, θ 1 étant la valeur maximale de l’angle formé par le gradient thermique (G) et la direction verticale d’un premier cordon m (12-1) de la couche n (12), à l’intersection du premier cordon m (12-1) et d’un deuxième cordon m+1 (12-2), et θ 3 étant la valeur maximale de l’angle formé par le gradient thermique (G) et la direction verticale du premier cordon m (12-1) de la couche n (12) avec un cordon de la couche n+1 (14) et dans lequel une vitesse de balayage du faisceau laser est supérieure ou égale à 400 mm/s. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vitesse de balayage du faisceau laser et la puissance du faisceau laser définissent une énergie linéique comprise en 0,05 J/mm et 0,40 J/ mm. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une épaisseur de la couche est comprise entre 5 µm et 60 µm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le taux de recouvrement entre deux cordons successif est supérieur ou égal à 0,3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la poudre est une poudre métallique de superalliage à base de nickel.