Brevet FR3131229A1 — publié le 20230630

Dispositif de régulation (6) du dosage de matériau pulvérisé d’un flux chargé, ce flux chargé comportant un tel matériau pulvérisé porté par un flux gazeux, comportant : – un conduit d’entrée (11) pour le flux chargé ; – un diviseur de flux adapté à séparer le flux chargé en une pluralité de flux secondaires ; – une pluralité de conduits secondaires adaptés à canaliser les flux secondaires, chaque conduit secondaire débouchant sur une fenêtre de sortie, les fenêtres de sortie étant alignées suivant une ligne de distribution ; – un collecteur (8) comportant une chambre de collecte adaptée à être positionnée en vis-à-vis d’une pluralité de fenêtres de sortie, et délimité par un élément séparateur mobile le long de la ligne de distribution ; – une sortie de flux chargé (9) reliée à la chambre de collecte. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Dispositif de régulation du dosage d’un matériau pulvérisé dans un flux gazeux L’invention concerne le domaine du dosage des matériaux pulvérisés et la distribution d’un matériau pulvérisé dans un flux gazeux, notamment dans le domaine de la fabrication additive. Certains procédés de fabrication additive parmi les plus récents sont adaptés à employer, comme matériau d’apport pour la réalisation d’une pièce, un matériau pulvérisé qui est porté par un flux gazeux et qui est traité par un dispositif d’impression capable de mettre ce matériau pulvérisé en fusion et de former une pièce par fabrication additive. L’ensemble du flux gazeux et du matériau pulvérisé porté par ce dernier est dénommé « flux chargé ». Le dosage du matériau pulvérisé au sein du flux chargé est un paramètre essentiel à maîtriser dans ce type de procédé de fabrication additive. Ces procédés de fabrication additive, mettant en œuvre un matériau pulvérisé comme matériau d’apport, incluent les traitements de surface par dépôt de matière (« laser cladding », en anglais) qui concernent le rechargement, la réparation ou la transformation de surface par dépôt d’un revêtement métallique fonctionnel (par exemple anti-corrosion ou pour améliorer les propriétés en usure et frottement). Les domaines du médical, de la métallurgie, ou encore d’autres domaines techniques, peuvent également mettre en œuvre des procédés où le dosage d’un matériau pulvérisé au sein d’un flux chargé doit être maitrisé. ART ANTÉRIEUR Pour ce qui est des procédés de fabrication additive, ils se regroupent généralement en trois familles : les procédés par dépôt de matière ; les procédés par consolidation sélective ; et les procédés par projection de liant sur poudre. Les procédés par dépôt de matière et les procédés par consolidation sélective peuvent mettre en œuvre des matériaux pulvérisés telles que des poudres grâce à un flux chargé. Dans les procédés par dépôt de matière, le matériau imprimé est un matériau d’apport, qui peut être fourni sous forme de poudre, qui est projeté ou déposé couche par couche. Il s’agit par exemple des procédés par modelage à jets multiples (MJP pour « Multi Jet Printing », en anglais), ou des procédés de dépôt sous énergie concentrée (DED pour « Directed Energy Deposition », en anglais). Dans les procédés par consolidation sélective, le matériau imprimé est placé dans un réservoir, notamment sous forme de poudre, et un moyen d’apport d’énergie tel qu’un laser balaye ce matériau, couche par couche, successivement. Le matériau imprimé est lui-même éventuellement distribué par couches successives dans le réservoir avant le passage du moyen d’apport d’énergie. Le matériau imprimé contenu dans le réservoir se solidifie uniquement aux endroits précis où le moyen d’apport d’énergie est passé. Au terme des opérations, une portion sélective du matériau contenu initialement dans le réservoir constituera la pièce finie. Des exemples de procédés par consolidation sélective pouvant mettre en œuvre des poudres sont donnés par la fusion sélective par laser (SLM, « Selective Laser Melting » en anglais), le frittage sélectif par laser (SLS, « Selective Laser Sintering », en anglais), ou encore la fusion par faisceau d'électrons (EBM, « Electron Beam Melting »). Ces procédés sont applicables à différentes familles de matériaux telles que les métaux, les céramiques ou les polymères, notamment sous forme de poudres solides. Dans le cadre de ces procédés, il est courant d’employer un distributeur de poudre adapté à régler le débit massique d’une poudre dans un flux gazeux selon une plage de débit déterminée par la construction et la configuration du distributeur de poudre. Ainsi, les distributeurs de poudres sont généralement adaptés : – soit à une large plage de fonctionnement (par exemple une plage de débit massique de poudre dans le flux gazeux allant de quelques grammes par minute à quelques dizaines de grammes par minute), et ils ne permettent alors pas un réglage fin du débit de poudre, et ne permettent pas d’obtenir un débit de poudre très faible ; – soit à un réglage fin du débit de poudre, ou un débit de poudre très faible, et ces distributeurs souffrent alors d’une plage d’utilisation restreinte. L’invention a pour but d’améliorer les dispositifs de régulation du dosage de matériau pulvérisé d’un flux chargé de l’art antérieur. À cet effet, l’invention vise un dispositif de régulation du dosage de matériau pulvérisé d’un flux chargé, ce flux chargé comportant un tel matériau pulvérisé porté par un flux gazeux. Ce dispositif comporte : – un conduit d’entrée pour le flux chargé ; – un diviseur de flux relié au conduit d’entrée, ce diviseur de flux étant adapté à séparer le flux chargé en une pluralité de flux secondaires ; – une pluralité de conduits secondaires adaptés à canaliser les flux secondaires, chaque conduit secondaire débouchant sur une fenêtre de sortie, les fenêtres de sortie étant alignées suivant une ligne de distribution ; – un collecteur comportant une chambre de collecte qui est adaptée à être positionnée en vis-à-vis d’une pluralité de fenêtres de sortie, et qui est délimitée par un élément séparateur mobile le long de la ligne de distribution ; – une sortie de flux chargé reliée à la chambre de collecte. Selon un autre objet, l’invention vise une source de flux chargé comportant un distributeur adapté à produire un flux chargé et un régulateur de flux chargé tel que décrit ci-dessus. Selon un autre objet, l’invention vise une machine de production comportant une pluralité de sources de flux chargé telles que décrites ci-dessus. Le dispositif selon l’invention combine les avantages d’une possibilité de réglage extrêmement fin du débit de matériau pulvérisé au sein d’un flux gazeux (ou la possibilité de fournir un débit de matériau pulvérisé extrêmement faible) avec la possibilité de présenter une large plage de régulation du dosage de matériau pulvérisé. Le réglage fin est possible grâce : à la mise en forme de la distribution du flux de poudre de manière homogène sur un cadre de sortie étalé (et formé des multiples fenêtres de sortie), selon un premier étage de réglage ; et à la mobilité relative entre ce cadre et le collecteur permettant un partitionnement continu du flux de poudre d’entrée par l’élément séparateur, selon un deuxième étage de réglage. L’étalement du flux de poudre suivant une distribution homogène le long d’un cadre étalé est assuré par une séparation en fenêtres. La plage de dosage qui est permise au dispositif dans son ensemble est déterminée par le nombre de fenêtres de sortie prévues. Ainsi, les caractéristiques de finesse du dosage et de plage de travail du dosage sont structurellement indépendantes et peuvent être maximisées chacune de leur côté. Selon un mode de réalisation, le dispositif de régulation selon l’invention peut compléter l’action d’un dispositif de dosage préexistant, en étant monté en aval de ce dispositif préexistant. Il est ainsi possible de faire évoluer une machine existante avec peu de modifications structurelles et en lui apportant les avantages de l’invention (large plage de dosage et possibilité de réglage très fin ou de dosage très faible) sans autre modification que l’ajout d’un dispositif selon l’invention, mis en série à la sortie du dispositif de dosage préexistant. L’invention est particulièrement avantageuse dans le cas des équipements industriels (de fabrication additive ou autre) qui associent différents matériaux pulvérisés selon des proportions variables. Ces équipements mettent en œuvre une pluralité de dispositifs de dosage délivrant chacun un flux chargé de l’un des matériaux pulvérisés, les différents flux chargés étant ensuite mélangés selon des proportions données, pour aboutir à un matériau final (un alliage métallique, par exemple) formé d’un mélange des matériaux pulvérisés initiaux. Pour ces équipements, l’invention permet une régulation fine du dosage de matériau pulvérisé pour tous les dispositifs de dosage, qu’ils concernent un matériau pulvérisé présent en forte proportion du matériau final, ou en faible proportion du matériau final. L’invention permet de plus une meilleure homogénéisation du matériau pulvérisé au sein du flux chargé, en mettant en œuvres des étapes de division et de recomposition du flux chargé. Le dispositif selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison : – le dispositif comporte : un corps principal qui comprend le conduit d’entrée, les conduits secondaires, et les fenêtres de sortie ; et un collecteur qui comprend la chambre de collecte ; le corps principal et le collecteur étant mobiles l’un par rapport à l’autre de sorte que l’élément séparateur est mobile le long de la ligne de distribution des fenêtres de sortie ; – le corps principal comporte une face de sortie plane sur laquelle sont formées les fenêtres de sortie ; – le collecteur est en contact plan sur plan avec la face de sortie du corps principal ; – le corps principal et le collecteur sont mobiles en rotation l’un par rapport à l’autre, la ligne de distribution étant semi-circulaire ; – les conduits secondaires sont pratiqués dans le corps principal ; – les fenêtres de sortie sont juxtaposées le long de la ligne de distribution ; – le dispositif comporte de plus une chambre de déviation également délimitée par l’élément séparateur, la chambres de collecte et la chambre de déviation étant disposées de part et d’autre de l’élément séparateur, la chambre de déviation étant reliée à une sortie de déviation ; – la chambre de collecte et la chambre de déviation sont formées d’une rainure dans laquelle est inséré l’élément séparateur ; – ladite rainure est refermée sur elle-même, un élément de compartimentage prenant place dans cette rainure, la chambre de collecte et la chambre de déviation étant toute deux délimitées par l’élément séparateur et par l’élément de compartimentage ; – le dispositif comporte en outre un filtre connecté à la sortie de déviation, le filtre étant adapté à retenir le matériau pulvérisé et à délivrer le flux gazeux par une sortie, cette sortie rejoignant la sortie de flux chargé ; – le diviseur de flux est un élément de cloisonnement inséré dans le conduit d’entrée et définissant des secteurs qui sont reliés chacun à l’un des conduits secondaires ; – le diviseur de flux forme une pointe tournée vers l’entrée du conduit d’entrée ; – les conduits secondaires ont tous la même longueur. PRÉSENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels : – la illustre de manière schématique une machine de production par fabrication additive associée à des dispositifs de régulation selon l’invention ; – la illustre un dispositif de régulation selon l’invention en vue éclatée ; – la représente en perspective le collecteur d’un dispositif de régulation selon l’invention ; – la représente le collecteur vu de dessous ; – la représente le collecteur vu en coupe ; – la représente le collecteur en vue de dessus ; – la et la représentent le corps principal du dispositif de régulation, vu en perspective ; – la illustre le diviseur de flux du corps principal ; – la illustre le corps principal, en vue de dessous ; – la est une vue superposant schématiquement le corps principal et le collecteur du dispositif selon l’invention, selon une première position angulaire mutuelle extrême ; – la est une vue similaire à la pour une deuxième position angulaire mutuelle extrême du corps principal et du collecteur ; – la est une vue similaire à la pour une première position angulaire mutuelle intermédiaire du corps principal et du collecteur ; – la est une vue similaire à la pour une deuxième position angulaire mutuelle intermédiaire du corps principal et du collecteur ; – la est une vue schématique illustrant l’architecture du dispositif de régulation selon l’invention. Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures. Dispositif de régulation (6) du dosage de matériau pulvérisé d’un flux chargé, ce flux chargé comportant un tel matériau pulvérisé porté par un flux gazeux ; ce dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte : – un conduit d’entrée (11) pour le flux chargé ; – un diviseur de flux (30) relié au conduit d’entrée (11), ce diviseur de flux (30) étant adapté à séparer le flux chargé en une pluralité de flux secondaires ; – une pluralité de conduits secondaires (34) adaptés à canaliser les flux secondaires, chaque conduit secondaire (34) débouchant sur une fenêtre de sortie (35), les fenêtres de sortie (35) étant alignées suivant une ligne de distribution (36) ; – un collecteur (8) comportant une chambre de collecte (15) qui est adaptée à être positionnée en vis-à-vis d’une pluralité de fenêtres de sortie (35), et qui est délimitée par un élément séparateur (24) mobile le long de la ligne de distribution (36) ; – une sortie de flux chargé (9) reliée à la chambre de collecte (15). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte : un corps principal (10) qui comprend le conduit d’entrée (11), les conduits secondaires (34), et les fenêtres de sortie (35) ; et un collecteur (8) qui comprend la chambre de collecte (15) ; le corps principal (10) et le collecteur (8) étant mobiles l’un par rapport à l’autre de sorte que l’élément séparateur (24) est mobile le long de la ligne de distribution (36) des fenêtres de sortie (35). Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps principal (10) comporte une face de sortie (33) plane sur laquelle sont formées les fenêtres de sortie (35). Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le collecteur (8) est en contact plan sur plan avec la face de sortie (33) du corps principal (10). Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le corps principal (10) et le collecteur (8) sont mobiles en rotation l’un par rapport à l’autre, la ligne de distribution (36) étant semi-circulaire. Dispositif selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les conduits secondaires (34) sont pratiqués dans le corps principal (10). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fenêtres de sortie (35) sont juxtaposées le long de la ligne de distribution (36). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte de plus une chambre de déviation (16) également délimitée par l’élément séparateur (24), la chambres de collecte (15) et la chambre de déviation (16) étant disposées de part et d’autre de l’élément séparateur (24), la chambre de déviation (16) étant reliée à une sortie de déviation (17). Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre de collecte (15) et la chambre de déviation (16) sont formées d’une rainure dans laquelle est inséré l’élément séparateur (24). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite rainure est refermée sur elle-même, un élément de compartimentage (23) prenant place dans cette rainure, la chambre de collecte (15) et la chambre de déviation (16) étant toute deux délimitées par l’élément séparateur (24) et par l’élément de compartimentage (23). Dispositif selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un filtre (41) connecté à la sortie de déviation (17), le filtre (41) étant adapté à retenir le matériau pulvérisé et à délivrer le flux gazeux par une sortie, cette sortie rejoignant la sortie de flux chargé (9). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diviseur de flux (30) est un élément de cloisonnement inséré dans le conduit d’entrée (11) et définissant des secteurs qui sont reliés chacun à l’un des conduits secondaires (34). Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le diviseur de flux (30) forme une pointe (32) tournée vers l’entrée du conduit d’entrée (11). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits secondaires (34) ont tous la même longueur. Source de flux chargé (4) comportant un distributeur (5) adapté à produire un flux chargé et un régulateur de flux chargé (6) conforme aux revendications 1 à 14. Machine de production comportant une pluralité de sources de flux chargé (4) conformes à la revendication 15.