Brevet FR3135915A1 — publié le 20231201

Méthode de contrôle dimensionnel d’une pièce au cours de sa fabrication par fabrication additive Un aspect de l’invention concerne une méthode de contrôle dimensionnel d’au moins une pièce fabriquée au moyen d’une machine de fabrication additive, la fabrication additive étant réalisée par dépôts successifs d’un lit de poudre et par fusion du lit de poudre après chaque dépôt, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : Acquisition d’une image de la pièce en cours de fabrication après au moins une étape de dépôt et de fusion d’un lit de poudre ; Comparaison de ladite image avec une image d’un gabarit de référence ; Vérification de la conformité dimensionnelle de la pièce en fonction de la comparaison. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 Méthode de contrôle dimensionnel d’une pièce au cours de sa fabrication par fabrication additive DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui du contrôle de conformité de pièces fabriquées par fabrication additive. La présente invention concerne une méthode de contrôle dimensionnel d’au moins une pièce fabriquée au moyen d’une machine de fabrication additive. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION La fabrication additive est une technologie d’usinage qui présente l’avantage de permettre la fabrication d’objets de formes complexes. Cette technologie est, entre autres, utilisée en aéronautique, par exemple pour la fabrication de circuits de refroidissement des distributeurs de gaz, de circuits d’air dans des pales ou des circuits carburant dans un bloc carburant. Le principe de la fabrication additive est de fabriquer un objet par ajouts successifs, également appelés passes, d’un ou plusieurs matériaux et d’assembler chaque passe avec une passe précédente. Les machines de fabrication additive reposent sur différentes technologies de dépôt d’une passe et d’assemblage. A titre d’exemple, certaines machines exploitent le principe de fusion et de refroidissement de la matière, souvent sous forme pulvérulente, à l’aide d’un faisceau laser. D’autres machines peuvent se baser sur le frittage ou la polymérisation du matériau. Un inconvénient des technologies de fabrication additive, est que, en règle générale, les pièces ne sont pas accessibles en cours de fabrication, par exemple pour effectuer une inspection afin de contrôler la conformité de la fabrication. En effet, l’accès à l’intérieur de la machine est restreint du fait de la compacité des machines et, également, par l’encombrement de la ou des pièces en cours de fabrication. En outre, l’atmosphère au sein d’une cabine de fabrication additive est très maîtrisée et hermétique pour des questions de sécurité, de fragilité des équipements et pour assurer la qualité de fabrication. En l’occurrence, pour une machine reposant sur une technologie de fusion laser d’un métal pulvérulent, l’atmosphère de la cabine comporte un mélange de gaz, parfois toxiques, et de résidus volatils de la poudre métallique qui représente un risque non-négligeable sur la santé d’un utilisateur, en particulier en cas d’inhalation. De plus, ce genre de technologie requiert que le matériau pulvérulent soit le plus dénué de particules parasites possibles, ce qui n’est pas possible si la cabine n’est pas hermétiquement fermée durant tout le processus de fabrication. Dans un tel cas, il y aurait une forte dégradation de la qualité des pièces fabriquées, qui seraient alors fragilisées, voire non-conformes. Enfin, la fragilité des équipements, tels que les buses et le laser de la machine, ne sont pas compatibles avec une manutention en cours de fabrication pour effectuer un contrôle. En effet la compacité de ces machines est telle qu’il serait difficile de pratiquer le contrôler sans altérer le réglage ou le bon fonctionnement de ces équipements. En conséquence, il est impossible, en pratique, d’évaluer la conformité et la qualité de la fabrication de la pièce mécanique en cours de fabrication. Pourtant, il existe un réel intérêt à contrôler la qualité et l’intégrité d’une pièce au cours de sa fabrication. En effet, bien que les technologies de fabrication additive soient bien maîtrisées, il réside des incertitudes quant à la conformité des pièces finales, par rapport à un cahier des charges. Comme pour tout processus de fabrication, ces incertitudes peuvent être inhérentes au processus de fabrication, à la qualité de la poudre choisie ou à des aléas matériels ou logiciels liés à l’environnement. Être en mesure de contrôler en cours de fabrication l’intégrité et la qualité de la pièce permettrait alors de déceler une non-conformité de façon précoce et non une fois la pièce entièrement fabriquée. Il serait alors possible de modifier le cours de fabrication de la pièce afin de prévenir sa non-conformité. Cet intérêt pour le contrôle en cours de fabrication est d’autant plus marqué pour la fabrication de pièces avec des géométries internes complexes, notamment des cavités, comme pour les pales, ou des renfoncements. En effet, ces géométries internes sous soumises à des contraintes géométriques fortes afin d’être assemblées, in fine , sur une machine adéquate et de remplir correctement leur fonction. Dans le cas des pales, ces pièces doivent respecter des contraintes d’encombrement maximales pour être assemblées sur un aéronef. De plus, la fonction de ces pales est de faire circuler un flux d’air très maîtrisé pour le dégivrage d’une ou plusieurs parties de l’aéronef. Si la géométrie interne d’une telle pale n’est pas conforme au cahier des charges, alors le flux d’air risque d’être trop altéré et la fonction de dégivrage de ce fluide ne sera pas ou défectueusement mise en œuvre. On connaît de l’état de l’art des méthodes de contrôle volumique non-destructif telles que l’imagerie ultrasonore, la radiographie infrarouge, la radiographie par Rayons X, la tomographie par Rayons X, la thermographie, etc. Ces méthodes sont utilisées pour évaluer la conformité des pièces après leur fabrication par une machine de fabrication additive. Cependant ces méthodes nécessitent un équipement dédié qui doit être placé suffisamment proche de la pièce à inspecter pour évaluer avec fiabilité son état de santé interne, ce qui n’est pas toujours compatible avec la géométrie extérieure de la pièce fabriquée. En outre, ces contrôles classiquement connus se révèlent être peu fiables pour des épaisseurs de matériaux importantes, typiquement supérieures à 50 mm, voire moins si les propriétés mécaniques du matériau sont complexes et défavorables pour réaliser un contrôle non-destructif. Par ailleurs, certaines méthodes sont difficilement applicables dans un cadre de production en série de pièces puisqu’elles requièrent des équipements de taille conséquente, qui ne peuvent évaluer la conformité que d’une pièce à la fois et qui sont souvent très coûteux. De plus, dans certains cas, la machine d’inspection ne permet pas de contrôler l’intégralité de la pièce et/ou ne peut être utilisée pour inspecter une pièce dont les dimensions excèdent certains seuils. Une telle méthode est, par exemple, la tomographie infrarouge. On connaît également des méthodes de contrôle destructif, telle que la dissection. Ces méthodes permettent d’inspecter directement la conformité intérieure de la pièce réalisée, au détriment de son utilisation future puisque la pièce sera inutilisable ou détruite. Ce genre de contrôle n’est donc pas envisageable dans un cadre de production en série de pièces par fabrication additive. Dès lors, il existe un besoin d’un moyen de contrôle de la conformité d’une pièce au cours de sa fabrication par technologie de fabrication additive. L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique en proposant une méthode de contrôle dimensionnel d’une pièce mécanique qui puisse être mise en œuvre durant le processus de fabrication d’une pièce. Un premier aspect de l’invention concerne une méthode de contrôle dimensionnel d’au moins une pièce fabriquée au moyen d’une machine de fabrication additive, la fabrication additive étant réalisée par dépôts successifs d’un lit de poudre et par fusion du lit de poudre après chaque dépôt, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : Acquisition d’une image de la pièce en cours de fabrication après au moins une étape de dépôt et de fusion d’un lit de poudre ; Comparaison de ladite image avec une image d’un gabarit de référence ; Vérification de la conformité dimensionnelle de la pièce en fonction de la comparaison. On entend par « conformité dimensionnelle » la conformité de la géométrie interne et/ou externe d’une pièce mécanique par rapport au cahier des charges de fabrication et utilisation de ladite pièce. Grâce à ce premier aspect, il est possible d’évaluer la conformité géométrique de la pièce à tout instant de sa fabrication, par fabrication additive, par l’acquisition d’images après la fusion de chaque passe de poudre déposée sur le lit de poudre. Ceci permet d’anticiper ou de déceler précocement la non-conformité dimensionnelle, aussi bien interne qu’externe, de la pièce en cours de fabrication. L’avantage d’un tel contrôle est qu’il permet, d’une part, de stopper la fabrication de la pièce lorsque la conformité de celle-ci n’est plus vérifiée au cours de sa fabrication ; et d’autre part, dans le cas où la non-conformité est anticipée, de modifier le processus de fabrication de la pièce de sorte à assurer la conformité de la pièce tout au long de sa fabrication. La méthode permet, ainsi, de réduire la quantité de matière perdue par la fabrication de pièces non-conformes. En outre, la méthode est simple à mettre en œuvre et requiert peu d’équipement d’acquisition et de traitement. Avantageusement, la méthode n’est pas restreinte à des technologies de fabrication additive reposant sur la fusion d’un lit de poudre, mais peut être appliquée à d’autres types de technologies de fabrication additive. La méthode selon un premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans un mode de réalisation, l’étape d’acquisition est réalisée au moyen d’une caméra à capteur (CMOS) semiconducteur d’oxyde de métal ou à capteur (CCD) dispositif à couplage de charge agencée à l’intérieur de la machine. Grâce à ce mode de réalisation, la méthode nécessite un équipement minimal et peu encombrant pour être mise en œuvre. Préférentiellement, la caméra utilisée est une caméra CMOS puisqu’elle permet d’avoir un meilleur contraste d’image qu’une caméra CCD. Dans un mode de réalisation, chaque image acquise comporte un contour interne et/ou un contour externe de la pièce en fabrication, le contour interne délimitant un périmètre d’un espace interne de la pièce dans l’image et le contour externe délimitant un périmètre externe de la pièce dans l’image. Dans un mode de réalisation, le gabarit de référence comporte au moins un ensemble d’images d’au moins une pièce de référence et est obtenu après les étapes suivantes : Acquisition d’une image après chaque étape de dépôt et de fusion d’un lit de poudre lors de la fabrication de ladite pièce de référence ; Mesure de dimensions de la pièce de référence après la fabrication de la pièce de référence ; Vérification de la conformité de la pièce de référence par une comparaison entre les dimensions de la pièce et des dimensions prévues par un cahier des charges ; le gabarit comprenant l’ensemble d’images acquises de la pièce de référence dont la conformité est vérifiée. Grâce à ce mode de réalisation, le gabarit de référence qui permet de vérifier conformité dimensionnelle d’une pièce au cours de sa fabrication est représentatif de la fabrication d’une pièce conforme par fabrication additive. En effet, ce gabarit est obtenu à partir d’au moins une pièce de référence dont la conformité est vérifiée après fabrication. Cette conformité est vérifiée par rapport au cahier des charges de la pièce qui stipule, entre autres, les dimensions internes et externes de la pièce finale. Ainsi, puisque la conformité de la pièce finale est vérifiée, les images acquises tout au long de sa fabrication sont représentatives de la fabrication d’une pièce conforme. Le gabarit de référence, qui contient l’ensemble de ces images, est donc bien représentatif de la fabrication d’une pièce conforme par fabrication additive. Avantageusement, le gabarit permet de prendre en compte les phénomènes de dilatation et rétractation de la matière liés à l’action de fusion par le laser. En effet, le gabarit comprend des images prises « à chaud », c’est-à-dire durant la fabrication de la pièce de référence, donc lorsque la pièce est soumise à de la dilatation, tandis que la conformité de la pièce de référence est validée « à froid », c’est-à-dire une fois que la pièce est fabriquée, donc lorsque la matière de la pièce s’est rétractée. Le gabarit permet donc d’avoir une vérification de la conformité de la pièce qui soit robuste vis-à-vis d’un processus de fabrication additive. Dans un mode de réalisation, la mesure des dimensions de la pièce de référence après la fabrication de la pièce de référence est obtenue par rayons X ou dissection. Dans un mode de réalisation, le gabarit de référence est obtenu à partir d’une pluralité de pièces de référence, chaque pièce de référence dont la conformité avec un cahier des charges est vérifiée étant associée à un ensemble d’images acquises de ladite pièce, le gabarit de référence comportant les ensembles d’images acquises. Grâce à ce mode de réalisation, le gabarit de référence est obtenu par une étude statistique sur la pluralité de pièces. Ce qui permet de rendre le gabarit plus robuste pour vérifier la conformité de la pièce en cours de fabrication. Dans un mode de réalisation, le gabarit de référence est obtenu à partir d’au moins deux pièces de référence correspondant respectivement à un premier et un deuxième ensemble d’images acquises, les images acquises du premier ensemble comportant un contour interne minimal et/ou un contour externe minimal et les images acquises du deuxième ensemble comportant un contour interne maximal et/ou un contour externe maximal. Grâce à ce mode de réalisation, la méthode permet de définir, dans le gabarit, des limites géométriques internes et/ou externes des contours de la pièce, en particulier concernant une cavité intérieure, sur lesquelles la conformité dimensionnelle de la pièce est établie. Le gabarit est donc un outil de vérification de la conformité simple à utiliser. Dans un mode de réalisation, le gabarit de référence est obtenu à partir d’une moyenne entre les contours de la pluralité d’ensemble d’images pour chaque pièce de référence. Dans un mode de réalisation, le gabarit de référence comporte au moins un ensemble d’images d’au moins une pièce de référence, et la méthode comprend en outre, après chaque étape d’acquisition d’image, une étape de superposition d’une image du gabarit de référence sur l’image acquise Grâce à ce mode de réalisation, la vérification de la conformité de la pièce, grâce au gabarit, est simple et rapide à mettre en œuvre. Dans un mode de réalisation, la méthode comporte une étape d’arrêt de la fabrication et/ou de modification des paramètres de la machine de fabrication additive, en cas de non-conformité dimensionnelle de la pièce en cours de fabrication. Grâce à ce mode de réalisation, il est possible d’arrêter la fabrication d’une pièce non-conforme, et donc de ne pas utiliser plus de matière pour sa fabrication, sachant qu’elle serait mise au rebut après sa fabrication. De plus, ceci permet d’écourter les temps de production de la pièce, notamment dans le cas d’une production en série. Par ailleurs, ce mode de réalisation permet de corriger une non-conformité anticipée de la pièce. En effet, puisqu’on connaît l’historique de fabrication d’une ou plusieurs pièces de référence grâce à l’ensemble des images acquises à chaud, il est possible de détecter une déviation lors de la fabrication par rapport à cet historique de fabrication de la pièce de référence. Ceci permet donc de modifier à la volée, en cours de fabrication, le fonctionnement de la machine de fabrication additive de façon à prévenir d’une éventuelle non-conformité de la pièce. Ce mode réalisation permet donc de réduire le nombre de pièces non-conformes fabriquées et de réduire la quantité de matière perdue par la fabrication d’une pièce qui se révèle être non-conforme. Un autre aspect de l’invention concerne un produit-programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, quand le programme est exécuté sur un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes de la méthode selon l’invention. Un dernier aspect de l’invention concerne un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes de la méthode selon l’invention. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La est une illustration de l’intérieur d’une machine de fabrication additive. La est un schéma synoptique illustrant l’enchaînement des étapes d’une méthode selon l’invention. La est une représentation de contours internes et externes minimaux et maximaux obtenus durant l’une des étapes de la méthode selon l’invention. Méthode (100) de contrôle dimensionnel d’au moins une pièce fabriquée au moyen d’une machine (10) de fabrication additive, la fabrication additive étant réalisée par dépôts successifs d’un lit de poudre (16) et par fusion du lit de poudre (16) après chaque dépôt, ladite méthode (100) comprenant les étapes suivantes : Acquisition (105) d’une image de la pièce en cours de fabrication après au moins une étape de dépôt et de fusion d’un lit de poudre (16) ; Comparaison (106) de ladite image avec une image d’un gabarit de référence ; Vérification (107) de la conformité dimensionnelle de la pièce en fonction de la comparaison. Méthode (100) selon la revendication précédente dans laquelle l’étape d’acquisition (105) est réalisée au moyen d’une caméra à capteur (CMOS) semiconducteur d’oxyde de métal ou à capteur (CCD) dispositif à couplage de charge agencée à l’intérieur de la machine (10). Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque image acquise comporte un contour interne (301) et/ou un contour externe (302) de la pièce en fabrication, le contour interne (301) délimitant un périmètre d’un espace interne de la pièce dans l’image et le contour externe (302) délimitant un périmètre externe de la pièce dans l’image. Méthode (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le gabarit de référence comporte au moins un ensemble d’images d’au moins une pièce de référence et est obtenu après les étapes suivantes : Acquisition (101) d’une image après chaque étape de dépôt et de fusion d’un lit de poudre (16) lors de la fabrication de ladite pièce de référence ; Mesure (102) de dimensions de la pièce de référence après la fabrication de la pièce de référence ; Vérification (103) de la conformité de la pièce de référence par une comparaison entre les dimensions de la pièce et des dimensions prévues par un cahier des charges ; le gabarit de référence comprenant l’ensemble d’images acquises de la pièce de référence dont la conformité est vérifiée. Méthode (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la mesure des dimensions de la pièce de référence après la fabrication de la pièce de référence est obtenue par rayons X ou dissection. Méthode (100) selon la revendication précédente, dans laquelle le gabarit de référence est obtenu à partir d’une pluralité de pièces de référence, chaque pièce de référence dont la conformité avec un cahier des charges est vérifiée étant associée à un ensemble d’images acquises de ladite pièce, le gabarit de référence comportant les ensembles d’images acquises. Méthode (100) selon la revendication précédente, dans laquelle le gabarit de référence est obtenu à partir d’au moins deux pièces de référence correspondant respectivement à un premier et un deuxième ensemble d’images acquises, les images acquises du premier ensemble comportant un contour interne minimal (301a) et/ou un contour externe minimal (302a) et les images acquises du deuxième ensemble comportant un contour interne maximal (301b) et/ou un contour externe maximal (302b). Méthode (100) selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle le gabarit de référence est obtenu à partir d’une moyenne entre les contours (301,302) de la pluralité d’ensemble d’images pour chaque pièce de référence. Méthode (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que le gabarit de référence comporte au moins un ensemble d’images d’au moins une pièce de référence, la méthode (100) comprenant en outre, après chaque étape d’acquisition (150) d’image, une étape de superposition d’une image du gabarit de référence sur l’image acquise. Méthode (100) selon l’une des revendications précédentes comportant une étape (108) d’arrêt de la fabrication et/ou de modification des paramètres de la machine de fabrication additive, en cas de non-conformité dimensionnelle de la pièce en cours de fabrication.