Brevet FR3132449A1 — publié le 20230811

Ensemble intermédiaire pour fabrication additive Ensemble intermédiaire (34) de fabrication comprenant une pièce (21), la pièce (21) comprenant une partie en surplomb (30), l’ensemble intermédiaire (34) comprenant de plus une structure de support (36) de la partie en surplomb (30), la structure de support (36) comprenant : - une partie de liaison (38) poreuse fusible, s’étendant depuis la partie en surplomb (30), - une semelle (40) s’étendant depuis la partie de liaison (38) et définissant une pluralité de canaux (48), et - au moins une colonne (42) portant la semelle (40). Figure à publier avec l’abrégé : 3 Ensemble intermédiaire pour fabrication additive Domaine technique de l’invention L’invention concerne un ensemble intermédiaire de fabrication d’une pièce mécanique selon un procédé par fabrication additive. L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une pièce mettant en œuvre un tel ensemble intermédiaire. Etat de la technique antérieure On connaît dans la technique une méthode qui consiste à fabriquer au moins une pièce, notamment une ou plusieurs pièce(s) métallique(s), par fusion de couches successives de poudre au moyen d'un faisceau laser commandé par un système de traitement de l'information dans lequel on a enregistré les coordonnées tridimensionnelles des points des couches successives à réaliser pour former lesdites pièces. La illustre un dispositif de fabrication 1 destiné à mettre en œuvre une telle méthode. Le dispositif de fabrication 1 comprend un réservoir 3 contenant une poudre métallique 5 et dont le fond 7 est mobile, déplaçable en translation verticalement par une tige 9 d'un vérin, et une cuve 11 voisine, sensiblement parallélépipédique, dont le fond est constitué par un plateau 13 mobile, déplaçable en translation verticalement par une tige 15 d'un second vérin. Le dispositif de fabrication 1 comporte en outre un racleur 17 permettant d'amener de la poudre du réservoir 3 vers la cuve 11, le racleur 17 étant mobile en translation le long d’un plan horizontal A sensiblement parallèle au plateau 13. Le dispositif de fabrication 1 comprend en outre des moyens de génération 18 d'un faisceau laser 19, couplés à un dispositif de déplacement 20 dudit faisceau laser 19 permettant de l'orienter et/ou de le déplacer pour atteindre n’importe quel point de la cuve 11. Pour fabriquer une ou plusieurs pièces 21, une première couche de poudre est disposée dans la cuve 11, sensiblement dans le plan horizontal A, à l’aide du racleur 17. La couche présente alors une surface inférieure correspondant à la surface du plateau 13 et une surface supérieure sur laquelle est dirigé et déplacé le faisceau laser 19. L'énergie apportée par ce faisceau provoque la fusion locale de la poudre qui, en se solidifiant, forme une première couche de la ou de chaque pièce 21. Après formation de cette première couche, le plateau 13 est descendu d’une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche de poudre, tandis que le fond 7 du réservoir 3 est remonté d'une hauteur correspondante, pour qu'une certaine quantité de poudre 22 soit située au-dessus du plan horizontal A. Puis, cette quantité de poudre 22 est amenée par une lame 23 du racleur 17, depuis le réservoir 3 jusque dans la cuve 11, pour former une deuxième couche par-dessus la couche précédente. De la même manière que précédemment, une seconde couche de chaque pièce 21 est formée à l’aide du faisceau laser 19. La quantité de poudre et les positions du fond 7 et du plateau 13 sont déterminées de façon à former des couches de poudre d'une épaisseur choisie et constante. Ces opérations sont répétées de manière à empiler les couches de poudre selon une direction verticale Z, perpendiculaire au plan horizontal A, et à fondre des parties ciblées de ces couches au moyen du faisceau laser 19, jusqu’à fabrication complète des pièces 21. Cette méthode permet de fabriquer des pièces complexes rapidement et de manière entièrement automatisée, ce qui permet des économies importantes de temps et de ressources. Cependant, elle présente des contraintes qui limitent les possibilités lors de la conception des pièces. Notamment, les surfaces inférieures en surplomb des pièces 21 ne peuvent pas former des angles supérieurs à environ 45° avec la direction verticale Z pour être fabricables selon une telle méthode. Des surfaces inférieures plus inclinées ne sont pas suffisamment soutenues au cours de l’empilement de couches de poudre, et leur fabrication nécessite l’ajout de parties de support au modèle de conception de la pièce 21. Ces parties de support doivent être retirées manuellement après l’étape de fabrication additive, ce qui nécessite un travail d’usinage long et spécifique. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant une méthode de fabrication additive d’une pièce métallique comprenant des surfaces en surplomb, sans requérir d’étapes d’usinage postérieures à la fabrication additive. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble intermédiaire de fabrication comprenant une pièce, la pièce comprenant une partie en surplomb, l’ensemble intermédiaire comprenant de plus une structure de support de la partie en surplomb, la structure de support comprenant : - une partie de liaison poreuse fusible, s’étendant depuis la partie en surplomb, - une semelle s’étendant depuis la partie de liaison et définissant une pluralité de canaux, et - au moins une colonne portant la semelle. Un tel ensemble intermédiaire permet la fabrication d’une pièce comprenant des parties en surplomb grâce à la structure de support, cette partie de support étant aisément retirable a posteriori en profitant de l’étape de traitement de surface par dissolution chimique. L’ensemble intermédiaire et la pièce sont constitués d’un matériau métallique. La partie en surplomb comprend au moins une surface inférieure formant avec une direction verticale un angle strictement supérieur à 45°. La partie de liaison peut présenter une porosité supérieure ou égale à 50%. On rappelle que la porosité d’un milieu comprenant une partie solide et une partie interstitielle est définie comme le rapport du volume de la partie interstitielle sur le volume total. La partie de liaison peut présenter une porosité supérieure ou égale à 70%. La porosité de la partie de liaison peut par exemple être sensiblement égale à 75%. De telles valeurs de porosité permettent une fragilisation importante de la partie de liaison au cours d’une étape de traitement de surface par dissolution chimique. La semelle comprend une pluralité de piliers définissant entre eux les canaux, les canaux débouchant en regard de la partie de liaison. Chaque pilier peut comprendre une surface supérieure portant la partie de liaison, un écart séparant les surfaces supérieures des piliers les unes des autres étant inférieur à 1 millimètre. Les surfaces supérieures des piliers peuvent présenter par exemple une forme hexagonale, ou une forme carrée. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce métallique, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fabrication d’un ensemble intermédiaire comme plus haut selon une méthode par fabrication additive par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre métallique, - immersion de l’ensemble intermédiaire dans une solution de dissolution et dissolution d’une surface externe de l’ensemble intermédiaire, et - retrait de la structure de support par rupture mécanique de la partie de liaison. La rupture mécanique de la partie de liaison peut être mise en œuvre par application d’une force transversale sur une extrémité distale de la colonne. La force transversale est orientée sensiblement perpendiculairement à la direction d’extension principale de la colonne. Une telle méthode de retrait est rendue possible par la géométrie de la structure de support et permet un retrait facilité de la structure de support, notamment de manière manuelle. La dissolution de la surface externe peut avoir lieu sur une épaisseur comprise entre 0,05 millimètre et 0,2 millimètre. La dissolution de la surface externe peut réduire une résistance mécanique de la partie de liaison d’au moins 90%. Une telle caractéristique permet un retrait facilité de la structure de support, notamment de manière manuelle. La résistance mécanique est ici définie comme la valeur de contrainte mécanique devant être exercée sur la partie de liaison pour atteindre sa rupture complète. La solution de dissolution chimique est notamment une solution acide, capable de « ronger » les matériaux métalliques. Une telle solution permet une dissolution de surface sur une faible épaisseur, qui améliore l’état de surface de la pièce et fragilise la partie de liaison, sans retirer trop de matière sur la pièce. Brève description des figures la est une vue schématique d’un dispositif de fabrication additive, la est vue de face d’une pièce comprenant une partie en surplomb, la est une vue de face d’un ensemble intermédiaire selon l’invention, destiné à la fabrication de la pièce de la , et la est une vue de détail d’une structure de support de l’ensemble intermédiaire de la . Ensemble intermédiaire (34) de fabrication comprenant une pièce (21), la pièce (21) comprenant une partie en surplomb (30), l’ensemble intermédiaire (34) comprenant de plus une structure de support (36) de la partie en surplomb (30), la structure de support (36) comprenant : - une partie de liaison (38) poreuse fusible, s’étendant depuis la partie en surplomb (30), - une semelle (40) s’étendant depuis la partie de liaison (38) et définissant une pluralité de canaux (48), et - au moins une colonne (42) portant la semelle (40). Ensemble intermédiaire (34) selon la revendication précédente, dans lequel la partie de liaison (38) présente une porosité supérieure ou égale à 50%. Ensemble intermédiaire (34) selon la revendication précédente, dans lequel la partie de liaison (38) présente une porosité supérieure ou égale à 70%. Ensemble intermédiaire (34) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la semelle (40) comprend une pluralité de piliers (46) définissant entre eux les canaux (48), les canaux (48) débouchant en regard de la partie de liaison (38). Ensemble intermédiaire (34) selon la revendication précédente, dans lequel chaque pilier (46) comprend une extrémité supérieure (50) portant la partie de liaison (38), un écart (E) séparant les extrémités supérieures (50) des piliers (46) les unes des autres étant inférieur à 1 millimètre. Procédé de fabrication d’une pièce (21) métallique, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fabrication d’un ensemble intermédiaire (34) selon l’une des revendications précédentes, selon une méthode par fabrication additive par fusion sélective ou frittage sélectif sur lit de poudre métallique, - immersion de l’ensemble intermédiaire (34) dans une solution de dissolution et dissolution d’une surface externe de l’ensemble intermédiaire (34), et - retrait de la structure de support (36) par rupture mécanique de la partie de liaison (38). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la rupture mécanique de la partie de liaison (38) est mise en œuvre par application d’une force transversale sur une extrémité distale (44) de la colonne (42). Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la dissolution de la surface externe a lieu sur une épaisseur comprise entre 0,05 millimètre et 0,2 millimètre. Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel la dissolution de la surface externe réduit une résistance mécanique de la partie de liaison (38) d’au moins 90%.