Brevet FR3135001A1 — publié le 20231103

Dispositif de fabrication additive comprenant : - un plateau (13) de fabrication, destiné à recevoir au moins une poudre, - un racleur comprenant une lame (23) s’étendant dans un plan horizontal sensiblement parallèle au plateau (13), la lame (23) étant mobile par rapport au plateau selon une direction de raclage (X) sensiblement parallèle au plateau. Est adjoint un patin (27) de nettoyage de la lame : - mobile avec la lame, selon la direction de raclage (X), et - mobile par rapport à la lame, selon une direction de frottement selon laquelle le patin de nettoyage de la lame peut frotter contre la lame. Figure à publier avec l’abrégé : 4 Dispositif de fabrication additive et procédé de fabrication associé Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine de la fabrication additive, et en particulier la fabrication additive par fusion laser sélective sur lit de poudre, également connue sous le nom anglais Selective Laser Sintering (SLS). Plus précisément, l’invention concerne un dispositif de fabrication additive, ainsi qu’un procédé de fabrication d’au moins une pièce, mettant en œuvre ce dispositif. Etat de la technique antérieure On connaît dans la technique une méthode qui consiste à fabriquer au moins une pièce métallique, par fusion de couches successives de poudre métallique 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 la ou lesdites pièces. Lors de cette fabrication, un racleur, précisément une lame de ce racleur, mobile en translation suivant un mouvement de va-et-vient et selon une direction de raclage, passe sur la matière fusionnée à la fin de chaque couche. Son rôle est de déposer une couche homogène de poudre sur tout le plateau de fabrication, où se constitue chaque pièce métallique au fur à mesure des couches, mais également de venir usiner la matière qui pourrait dépasser de la couche. Ce surplus qui dépasse peut être dû à une mauvaise fusion ou au relèvement d’une dite pièce en cours de fabrication, sous l’effet des contraintes. La lame du racleur est donc là pour couper ou araser ce surplus de matière. Un problème est toutefois que des morceaux de matière usinée peuvent se coller à la lame et donc altérer le lit de poudre sur plusieurs couches. Ces morceaux peuvent également se coincer entre la lame et une dite pièce en cours de fabrication, sous le lit de poudre lors du passage du racleur et donc détériorer la pièce ou bien causer un blocage du racleur. Lorsque les pièces présentent des bords qui s’étendent perpendiculairement à la direction de raclage, ce qui correspond à un agencement maximisant le nombre de pièces sur le plateau de fabrication, une zone de contact entre le bord de la lame et la pièce considérée peut présenter une étendue importante, ce qui augmente les contraintes existantes. En outre, est ici visé un gain en termes de matière première lié à l’utilisation d’une fabrication additive maitrisée et non pas d’un procédé plus traditionnel de fabrication. A ce sujet, il est fait observer que la Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions. Les procédés de fabrication additive contribuent à la réduction de l’impact environnemental en assurant une optimisation du ratio « buy to fly » ou quantité de matière produite par rapport à la quantité réellement utilisée pouvant aller jusqu’à 80% grâce notamment au recyclage et à la réutilisation des poudres non utilisées. Présentation de l’invention L’invention a pour objectif les avantages précités et vise à remédier à ces inconvénients. À ce titre la présente divulgation se rapporte à un dispositif de fabrication additive comprenant : - un plateau de fabrication destiné à recevoir au moins une poudre métallique, - un racleur comprenant une lame de raclage de la poudre métallique, la lame s’étendant dans un plan horizontal sensiblement parallèle au plateau de fabrication et étant mobile par rapport au plateau de fabrication, selon une direction de raclage (X ci-après) sensiblement parallèle au plateau de fabrication, - un patin de nettoyage de la lame : -- mobile avec la lame, selon la direction de raclage, et -- mobile par rapport à la lame, selon une direction (X3 ci-après) de frottement selon laquelle le patin de nettoyage de la lame peut frotter contre la lame. Ainsi, on pourra le moment venu nettoyer la lame par frottement contre elle du patin, la mobilité du patin avec la lame permettant de choisir le moment et l’endroit les plus opportuns. Pour favoriser à la fois la qualité de dépôt de la poudre et le nettoyage de la lame, il est par ailleurs proposé : - que la lame présente une arête pouvant venir en contact avec la poudre métallique, et/ou - que le patin de nettoyage de la lame se présente comme une contreforme de nettoyage de la lame présentant une surface de contact à l’endroit d’un congé du patin ayant une concavité dans laquelle l’arête peut s’engager et venir frotter contre la surface de contact. Il est rappelé qu’un congé se définit comme un raccordement concave de deux surfaces. De préférence, le congé de la contreforme présentera une forme complémentaire de celle de la lame à l’endroit de l’arête. Avec une contreforme passant en frottant sous la lame, le congé de la contreforme étant orienté vers le haut et recevant l’arête de la lame orientée vers le bas, ce congé formera une sorte de cuvette limitant des dispersions de poudre hors de la zone où l’on souhaite la récupérer. Pour limiter la taille du patin et adapter au mieux sa définition à celle de la lame, il est par ailleurs proposé : - que la lame soit allongée suivant une direction d’allongement (X2 ci-après), et - que ladite mobilité du patin de nettoyage de la lame par rapport à la lame soit parallèle à ladite direction (X2) d’allongement de la lame. Aux mêmes fins, il est proposé que ladite mobilité du patin par rapport à la lame soit une translation suivant ladite direction (X3) de frottement. On pourra choisir que la lame comprenne au moins une portion s’étendant localement selon une direction d’étendue locale formant un angle non droit avec la direction de raclage dans le plan horizontal. Ceci permettra de réduire la largeur d’une zone de contact entre le bord de la lame et les bords des pièces orientés perpendiculairement à la direction de raclage, et ainsi de limiter les contraintes mécaniques lors du déplacement du racleur. Autre possibilité : que la lame soit allongée suivant une direction d’allongement (X2) perpendiculaire à la direction de raclage (X). Pour optimiser la performance de fabrication des pièces, avec un dépôt de poudre bien maîtrisé suivant des passes successives de la lame au-dessus du plateau de fabrication, il est par ailleurs proposé que le dispositif comprenne en outre, selon la direction de raclage (X) : - d’un côté du plateau de fabrication, un bac de chargement de poudre, où le racleur prélève de ladite poudre métallique, et - du côté opposé, un bac de récupération où le racleur libère de la poudre métallique en excès. Avec une telle construction, on va notamment pouvoir prévoir que la lame ayant deux extrémités opposées, le patin de nettoyage de la lame soit, selon la direction (X3) de frottement, mobile par rapport à la lame, entre : - une position (sous la lame) intermédiaire entre lesdites deux extrémités opposées de la lame, alors que la lame est au-dessus du bac de récupération, et - une position à une des deux extrémités opposées de la lame, alors que la lame est à l’écart du bac de récupération. Ainsi, le patin pourra être maintenu à l’écart du dessus du plateau de fabrication, précisément : - à l’écart de la surface du plateau de fabrication où le dépôt de poudre utile à la fabrication des pièces est effectué, et/ou, décalé latéralement à l’écart de la zone de dépôt, sur un bord du plateau de fabrication, voire au-delà, le patin pouvant ainsi suivre le mouvement de la lame sans gêner ni le dépôt de poudre ni son rechargement. Outre le dispositif de fabrication additive précité, est ici aussi concerné un procédé de fabrication d’au moins une pièce métallique, mettant en œuvre ce dispositif, avec tout ou partie de ses caractéristiques, le procédé comprenant les étapes suivantes : - déplacement de la lame du racleur au-dessus d’une surface de dépôt de poudre du plateau de fabrication, le long de la direction de raclage (X), dépôt de poudre sur ladite surface du plateau de fabrication, et formation d’une couche de poudre métallique sur ladite surface, - fusion partielle d’une partie de la couche de poudre métallique au moyen d’un faisceau laser et formation partielle de la ou de chaque pièce métallique, et - déplacement de la lame du racleur selon la direction de raclage (X) et formation d’une nouvelle couche de poudre au-dessus de la ou de chaque pièce partiellement formée, et en outre : - pendant que la lame se déplace au-dessus du plateau de fabrication et que la poudre est déposée, maintien du patin de nettoyage de la lame à l’écart de ladite surface de dépôt de poudre, et - quand la lame s’est déplacée au-delà du plateau de fabrication, déplacement du patin de nettoyage de la lame, le long de la lame, en le faisant frotter contre la lame. La qualité de dépôt de la poudre et l’intégrité de la surface de dépôt seront ainsi améliorées, limitant ainsi le rebus de pièce pour non-conformité. Par ailleurs, les résidus seront alors d’autant plus faciles à récupérer si on fait frotter l’un contre l’autre la lame et le patin de nettoyage au-dessus le bac de récupération (uniquement). Une pluralité de pièces peut être fabriquée simultanément, les pièces étant agencées alignées avec des bords latéraux des pièces perpendiculaires à la direction de raclage. Brève description des figures la est une vue schématique de côté d’un dispositif de fabrication additive de l’état de la technique, la est une vue schématique de dessus d’un dispositif de fabrication additive selon un premier mode de réalisation de la lame du racleur permettant d'amener la poudre, la est une vue schématique de dessus d’un dispositif de fabrication additive selon un deuxième mode de réalisation de la lame, la est une vue schématique de dessus du dispositif de la avec adjonction d’un bac de récupération de la poudre, la est une vue schématique en coupe verticale agrandie de la lame de raclage sous laquelle est disposée son patin de nettoyage mobile (ligne V–V de la ), la est une vue schématique en perspective du patin de nettoyage de la lame dans une situation de coulissement, alors que la lame est fixe au-dessus du bac de récupération, la est une vue schématique en perspective du patin de nettoyage de la lame arrivé en bout de lame, dans la rainure où il coulisse lorsqu’il est inopérant et que la lame va elle-même pouvoir de nouveau coulisser, la est une vue schématique en perspective du patin de nettoyage de la lame bloqué en bout de lame, dans la rainure où il coulisse alors que la lame coulisse elle-même entre les bacs de chargement et de récupération. Dispositif (1) de fabrication additive comprenant : - un plateau de fabrication (13), destiné à recevoir au moins une poudre métallique (5), - un racleur (17) comprenant une lame (23) de raclage de la poudre métallique (5), la lame (23) s’étendant dans un plan horizontal (A) sensiblement parallèle au plateau de fabrication (13) et étant mobile par rapport au plateau de fabrication (13), selon une direction de raclage (X) sensiblement parallèle au plateau de fabrication (13), le dispositif (1) de fabrication additive étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre un patin (27) de nettoyage de la lame : - mobile avec la lame, selon la direction de raclage (X), et - mobile par rapport à la lame, selon une direction (X3) de frottement selon laquelle le patin (27) de nettoyage de la lame peut frotter contre la lame (23). Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel : - la lame (23) présente une arête (230) pouvant venir en contact avec la poudre métallique (5), et - le patin (27) de nettoyage de la lame se présente comme une contreforme (272) de nettoyage de la lame présentant une surface de contact (271) à l’endroit d’un congé ayant une concavité dans laquelle l’arête (230) peut s’engager et venir frotter contre la surface de contact. Dispositif (1) selon la revendication 2 dans lequel le congé de la contreforme (272) présente une forme complémentaire de celle de la lame (23) à l’endroit de l’arête. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel : - la lame (23) est allongée suivant une direction d’allongement (X2), et - ladite mobilité du patin (27) de nettoyage de la lame par rapport à la lame (23) est parallèle à la direction d’allongement de la lame (X2). Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite mobilité du patin (27) de nettoyage de la lame par rapport à la lame (23) est une translation suivant ladite direction (X3) de frottement. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la lame (23) est allongée suivant une direction d’allongement (X2) perpendiculaire à la direction de raclage (X). Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes qui comprend, selon la direction de raclage (X), d’un côté du plateau de fabrication (13), un bac de chargement de poudre, où le racleur (17) prélève de ladite poudre métallique (5), et du côté opposé, un bac de récupération (29) où le racleur (17) libère de la poudre métallique (5) en excès. Dispositif (1) selon la revendication 7, dans lequel le patin (27) de nettoyage de la lame est, selon la direction (X3) de frottement, mobile par rapport à la lame, entre : - une position sous la lame (23), intermédiaire entre les deux extrémités opposées de la lame (23), alors que la lame est au-dessus du bac de récupération (29), et - une position à une des deux extrémités opposées de la lame, alors que la lame est à l’écart du bac de récupération (29). Procédé de fabrication d’au moins une pièce métallique (21), mettant en œuvre un dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, le procédé comprenant les étapes suivantes : - déplacement de la lame (23) du racleur (17) au-dessus d’une surface (130) de dépôt de poudre du plateau de fabrication (13), le long de la direction de raclage (X), dépôt de poudre sur ladite surface (130) du plateau de fabrication (13), et formation d’une couche de poudre métallique sur ladite surface (130), - fusion partielle d’une partie de la couche de poudre métallique au moyen d’un faisceau laser (19) et formation partielle de la ou de chaque pièce métallique (21), et - déplacement de la lame (23) du racleur (17) selon la direction de raclage (X) et formation d’une nouvelle couche de poudre au-dessus de la ou de chaque pièce (21) partiellement formée, caractérisé en ce que : - pendant que la lame (23) se déplace au-dessus du plateau de fabrication (13) et que la poudre est déposée, on maintient le patin (27) de nettoyage de la lame à l’écart de ladite surface (130) de dépôt de poudre, et - quand la lame (23) s’est déplacée au-delà du plateau de fabrication (13), on fait se déplacer le patin (27) de nettoyage de la lame, le long de la lame (23) en le faisant frotter contre la lame. Procédé de fabrication selon la revendication 9 dans lequel, tant que la poudre est déposée sur ladite surface (130) du plateau de fabrication (13), on maintient le patin (27) de nettoyage de la lame fixe par rapport à la lame (23). Procédé de fabrication selon la revendication 9 ou 10 dans lequel, quand la lame (23) s’est déplacée au-delà du plateau de fabrication (13) jusqu’à atteindre le bac de récupération (29), on fait se déplacer le patin (27) de nettoyage de la lame en le faisant frotter contre la lame au-dessus le bac de récupération.