Brevet FR3126895A1 — publié le 20230317

L’invention concerne un procédé de nettoyage d’au moins une pièce (10) de turbomachine obtenue au préalable par fusion laser sur lit de poudre, le procédé comportant des étapes suivantes mises en œuvre par au moins un outillage de nettoyage (2, 3) : - la réception de la pièce (10) par au moins un organe de réception (20, 30) de l’outillage (2, 3), - le nettoyage de la pièce (10) par injection d’au moins un fluide de nettoyage (4) à travers au moins une entrée (42) de l’outillage (2, 3), - l’évacuation des particules résiduelles à travers au moins une sortie (44) de l’outillage (2, 3), dans lequel le fluide (4) circule entre l’entrée (42) et la sortie (44) en venant au contact de la pièce (10), de sorte que le fluide (4) décolle les particules résiduelles d’au moins une des parois interne (102) et externe (104) de la pièce (10). Figure pour l’abrégé : Figure 5 PROCEDE DE NETTOYAGE D’UNE PIECE DE TURBOMACHINE REALISEE PAR FUSION LASER SUR LIT DE POUDRE ET OUTILLAGE POUR SA MISE EN OEUVRE Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des équipements industriels pour le nettoyage de pièces mécaniques réalisées par fabrication additive et en particulier, des pièces de turbomachines d’aéronef réalisées par fusion laser sur lit de poudre. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de nettoyage, et notamment d’amélioration de l’état de surface, de la pièce de turbomachine, ainsi qu’un outillage de nettoyage pour la mise en œuvre de ce procédé. Arrière-plan technique Il est connu de réaliser une pièce mécanique, en particulier de turbomachine d’aéronef, par fabrication additive. Il existe plusieurs technologies de fabrication additive et la présente demande concerne la fabrication additive par fusion sur lit de poudre (technologie SLM, acronyme anglo-saxon de Selective Laser Melting ). La poudre est fondue au moyen d’un faisceau de haute énergie tel qu’un faisceau laser. En pratique, un lit de poudre est déposé sur un plateau support et est balayé par le faisceau laser pour fabriquer la pièce couche par couche, une troisième couche de poudre fusionnée étant disposée au-dessus d’une deuxième couche qui est elle-même disposée au-dessus d’une première couche. La fabrication additive de type SLM permet notamment de fabriquer des pièces aux structures internes et/ou externes difficiles à obtenir par les méthodes conventionnelles, et dont le dimensionnement spécifique leur confère des fonctionnalités optimales pour le fonctionnement des turbomachines. Cependant, une telle méthode de fabrication SLM peut présenter plusieurs inconvénients. Un des inconvénients, est la nécessité d’éliminer les résidus de poudre utilisée dans le cadre de cette fabrication. En effet, un nettoyage spécifique et approprié peut être requis pour éliminer le maximum de résidus de poudre des pièces réalisées et présentant des géométries complexes avec notamment des cavités internes. Dans le cas des pales de turbomachine réalisées par fabrication SLM, il est connu de faire circuler un flux d’air comprimé durant quelques secondes dans les pales, afin de diminuer la rétention de particules de poudre non fusionnées dans les cavités internes des pales. L’inconvénient de cette technique est qu’elle ne permet pas d’évacuer efficacement, tout du moins totalement, les particules de poudre emprisonnées dans les cavités internes de ces pales du fait de la faible ouverture des évents de la pale. De plus, il est même observé dans certains cas, un relargage post-fabrication de ces particules de poudre résiduelle de faible granulométrie emprisonnées dans les cavités internes des pales. Ainsi, les opérateurs qui usinent ultérieurement ces pales peuvent alors être exposés à ces particules de poudre très volatiles qui peuvent être dangereuses pour la santé des opérateurs. Par ailleurs, un autre inconvénient de la méthode de fabrication SLM est que les états de surface de la pièce obtenue en fin de fabrication sont directement liés aux paramètres de fabrication imposés prioritairement (tels que le temps de fabrication, les caractéristiques du matériau utilisé, etc.). De ce fait, les états de surface de la pièce ne peuvent pas être pilotés pour être améliorés au mieux durant la fabrication. Ainsi, les pièces réalisées peuvent présenter des aspérités sur la ou les surfaces interne et/ou externe de la pièce qui peuvent impacter le bon fonctionnement de la pièce, notamment la circulation laminaire de fluide à la surface des pièces. Ainsi, il existe un besoin de réduire la rétention de particules résiduelles dans les parois interne et/ou externe des pièces de turbomachine (notamment à géométrie complexe), et de réduire le risque d’exposition des opérateurs à ces particules volatiles, tout en permettant une amélioration fonctionnelle des pièces. La présente invention propose une solution permettant de remédier au moins à une partie des inconvénients précités. A cet effet, l’invention concerne un procédé de nettoyage d’au moins une pièce de turbomachine, en particulier d’aéronef, obtenue au préalable par fusion laser sur lit de poudre, ladite pièce à nettoyer comportant des particules résiduelles sur au moins une des parois interne et externe de ladite pièce à nettoyer le procédé comportant des étapes suivantes mises en œuvre par au moins un outillage de nettoyage : - la réception de ladite pièce à nettoyer par au moins un organe de réception de l’outillage, - le nettoyage de ladite pièce à nettoyer par injection d’au moins un fluide de nettoyage à travers au moins une entrée de l’outillage, et - l’évacuation des particules résiduelles à travers au moins une sortie de l’outillage, dans lequel ledit au moins un fluide de nettoyage circule entre ladite entrée et ladite sortie en venant au contact de ladite pièce, de sorte que ledit fluide décolle lesdites particules résiduelles d’au moins une des parois interne et externe de ladite pièce. L’outillage mettant en œuvre le procédé de nettoyage de l’invention permet de former un circuit de nettoyage dans lequel le fluide de nettoyage circule en venant au contact de la pièce à nettoyer. Ce circuit de nettoyage dynamique permet de provoquer le décollement total des particules résiduelles de la et/ou des parois interne et externe de la pièce à nettoyer. Ainsi, le procédé selon l’invention permet d’évacuer les particules résiduelles difficilement atteignables par la méthode de nettoyage classique (telles que des zones de la pièce ayant des cavités internes, des surfaces interne ou externe de plus petites sections, etc.). Ceci permet de résoudre les problèmes de rétention de particules de poudres ou de grains (dans les cavités internes et/ou les surfaces externes de la pièce) et de limiter l’exposition des opérateurs aux particules résiduelles. De plus, le passage du fluide de nettoyage dans les parois interne et externe de la pièce à nettoyer, permet de réduire significativement la rugosité des états de surface interne et externe de la pièce. Tel que décrit précédemment, un meilleur état de surface permet d’améliorer la fonctionnalité de la pièce. A titre d’exemple, une surface externe des pales de turbomachine plus lisse permet d’obtenir une meilleure veine d’air pour un fonctionnement optimal des pales dans la turbomachine. De manière similaire, une surface interne des cavités des pales plus lisses permet également d’améliorer la circulation du fluide de refroidissement à l’intérieur de ces cavités des pales en fonctionnement. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - lesdites entrée et sortie sont en communication fluidique de manière à former un circuit de nettoyage, ledit au moins un organe de réception comprend un logement de forme complémentaire avec au moins une partie de la paroi externe de la pièce à nettoyer, - ladite entrée de l’outillage comprenant un orifice d’admission connecté avec ledit logement, - ledit au moins un organe de réception est un socle de support, dans lequel ladite au moins une partie de la paroi externe de la pièce à nettoyer est montée dans un premier logement du socle qui est relié à un premier orifice d’admission, - ledit au moins un organe de réception est une coque externe ou deux demi-coques apte à envelopper entièrement la paroi externe de la pièce à nettoyer, dans lequel la pièce à nettoyer est dans un second logement qui est relié à un second orifice d’admission et un troisième orifice de sortie, - ledit fluide de nettoyage est injecté à un débit compris entre 1 et 5 L/min, par exemple le débit est de 2 L/min, - ledit fluide de nettoyage est choisi parmi l’acide sulfochromique, l’acide nitrique et l’eau -- le nettoyage par injection est réalisé préférentiellement pendant 2 à 15 minutes, notamment par l’orifice d’admission, en particulier, pour les aspects polissage (amélioration de l’état de surface), la durée de nettoyage peut être conditionnée par les états de surface recherchés, - le procédé comprend, après l’étape de nettoyage, une étape de rinçage réalisée par un fluide de rinçage dans laquelle le fluide de rinçage est choisi parmi le n-Heptane et l’eau, - le procédé comprend, après l’étape de de rinçage, une étape de filtration des particules résiduelles par un dispositif de filtration relié à la sortie de l’outillage, - le rinçage est réalisé avec un volume compris entre 1000 à 2000 mL de n-Heptane à une pression compris entre 2 et 5 bar et les particules résiduelles sont filtrées à une taille comprise entre 0,1 et 0,5 μm, -- le rinçage est réalisé avec un volume d’environ 1500 mL de n-Heptane à une pression d’environ 3 bar et les particules résiduelles sont filtrées à environ 0,2 μm, - le procédé comprend, entre les étapes de nettoyage (S2) et de rinçage (S5), une étape de brossage (S4) d’au moins une des parois interne (102) et externe (104) de la pièce (10) à nettoyer , -- la pièce à nettoyer est creuse, -- la pièce à nettoyer est une pale de turbomachine. La présente invention concerne encore un outillage de nettoyage pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des particularités de l’invention, l’outillage comportant : - la pièce de turbomachine à nettoyer, - au moins un organe de réception de ladite pièce à nettoyer, - au moins une entrée d’au moins un fluide de nettoyage, - au moins une sortie dudit fluide de nettoyage, dans lequel lesdites entrée et sortie étant en communication fluidique de manière à former un circuit de nettoyage dans lequel ledit fluide de nettoyage circule en venant au contact de la pièce à nettoyer, de sorte qu’il décolle des particules résiduelles d’au moins une des parois interne et externe de la pièce à nettoyer, ledit au moins un organe de réception comprend un logement de forme complémentaire avec au moins une partie de la paroi externe de la pièce à nettoyer, ladite entrée de l’outillage comprenant un orifice d’admission connecté avec ledit logement. L’outillage selon l’invention est adapté pour épouser au moins une partie de la forme de la pièce à nettoyer pour une injection et une circulation du fluide de nettoyage directement sur la ou les parois interne et externe de la pièce, afin d’évacuer totalement les particules résiduelles. En effet, la complémentarité de forme du logement de l’outillage et la paroi externe de la pièce permet de réduire les sections de passage du fluide de nettoyage en regard des différentes zones de la paroi de la pièce. Ceci permet de générer des flux différents, à plus grande vitesse, permettant de décoller les particules résiduelles et d’obtenir un effet de « polissage » de la et/ou des parois de la pièce plus rapidement et plus efficacement. Par conséquent, l’outillage de l’invention permet une amélioration de la fonctionnalité des pièces et une réduction des opérateurs à une exposition aux particules résiduelles de la fabrication SLM. L’invention présente ainsi l’avantage de proposer une conception simple et écologique, offrant une très grande fiabilité et peu pénalisante en termes de coûts et d’encombrement. Selon un premier exemple, ledit au moins un organe de réception peut être un socle de support, dans lequel ladite au moins une partie de la paroi externe de la pièce à nettoyer est montée dans un premier logement du socle qui est relié à un premier orifice d’admission. Selon un second exemple, ledit au moins un organe de réception est une coque externe ou deux demi-coques apte à envelopper entièrement la paroi externe de la pièce à nettoyer, dans lequel la pièce a nettoyer est dans un second logement qui est relié à un second orifice d’admission et un troisième orifice de sortie. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la représente une vue schématique en perspective et d’un côté d’une pale de turbomachine réalisée par fabrication additive ; la représente une vue schématique en perspective d’un outillage de nettoyage selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la représente une vue schématique en perspective de la pale de la fixée à l’outillage de la ; la représente une vue schématique en coupe d’un outillage de nettoyage selon un second mode de réalisation de l’invention, enveloppant la pale de la ; la représente une vue schématique la pale de la assemblée avec les outillages de la et de la selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; la représente un diagramme des étapes du procédé de nettoyage selon un mode de réalisation de l’invention ; la représente un état de surface rugueux de la pièce de la réalisée par fabrication additive ; la représente un état de surface amélioré de la pièce de la après nettoyage par le procédé mettant en œuvre l’outillage de l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Procédé de nettoyage d’au moins une pièce (10) de turbomachine, en particulier d’aéronef, obtenue au préalable par fusion laser sur lit de poudre, ladite pièce (10) à nettoyer comportant des particules résiduelles sur au moins une des parois interne (102) et externe (104) de ladite pièce (10) à nettoyer, le procédé comportant des étapes suivantes mises en œuvre par au moins un outillage de nettoyage (2, 3) : - (S1) la réception de ladite pièce (10) à nettoyer par au moins un organe de réception (20, 30) de l’outillage (2, 3), - (S2) le nettoyage de ladite pièce (10) à nettoyer par injection d’au moins un fluide de nettoyage (4) à travers au moins une entrée (42) de l’outillage (2, 3), - (S3) l’évacuation des particules résiduelles à travers au moins une sortie (44) de l’outillage (2, 3), dans lequel ledit au moins un fluide de nettoyage (4) circule entre ladite entrée (42) et ladite sortie (44) en venant au contact de ladite pièce (10), de sorte que ledit fluide (4) décolle lesdites particules résiduelles d’au moins une des parois interne (102) et externe (104) de ladite pièce (10). Procédé de nettoyage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites entrée (42) et sortie (44) sont en communication fluidique de manière à former un circuit de nettoyage, ledit au moins un organe de réception (20, 30) comprend un logement (26, 36) de forme complémentaire avec au moins une partie de la paroi externe (104) de la pièce à nettoyer, ladite entrée (42) de l’outillage (2, 3) comprenant un orifice d’admission (22, 32) connecté avec ledit logement (26, 36). Procédé de nettoyage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de réception (20) est un socle de support (200), dans lequel ladite au moins une partie de la paroi externe (104) de la pièce (10) à nettoyer est montée dans un premier logement (26) du socle (200) qui est relié à un premier orifice d’admission (22). Procédé de nettoyage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de réception (30) est une coque externe (300) ou deux demi-coques apte à envelopper entièrement la paroi externe (104) de la pièce (10) à nettoyer, dans lequel la pièce (10) à nettoyer est dans un second logement (36) qui est relié à un second orifice d’admission (32) et un troisième orifice de sortie (34). Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide de nettoyage (4) est injecté à un débit compris entre 1 et 5 L/min, par exemple le débit est de 2 L/min. Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide de nettoyage (4) est choisi parmi l’acide sulfochromique, l’acide nitrique et l’eau. Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape (S2) de nettoyage, une étape (S5) de rinçage réalisée par un fluide de rinçage dans laquelle le fluide de rinçage est choisi parmi le n-Heptane et l’eau. Procédé de nettoyage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape de de rinçage (S5), une étape de filtration (S6) des particules résiduelles par un dispositif de filtration (6) relié à la sortie (44) de l’outillage (2, 3). Procédé de nettoyage selon la combinaison des revendications 7 et 8, caractérisé en ce le rinçage est réalisé avec un volume compris entre 1000 à 2000 mL de n-Heptane à une pression compris entre 2 et 5 bar et les particules résiduelles sont filtrées à une taille comprise entre 0,1 et 0,5 μm. Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend, entre les étapes de nettoyage (S2) et de rinçage (S5), une étape de brossage (S4) d’au moins une des parois interne (102) et externe (104) de la pièce (10) à nettoyer . Outillage de nettoyage (2, 3) pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’outillage (2, 3) comportant : - la pièce (10) de turbomachine à nettoyer, - au moins un organe de réception (20, 30) de ladite pièce (10) à nettoyer, - au moins une entrée (42) d’au moins un fluide de nettoyage (4), - au moins une sortie (44) dudit fluide de nettoyage (4), dans lequel lesdites entrée (42) et sortie (44) étant en communication fluidique de manière à former un circuit de nettoyage dans lequel ledit fluide de nettoyage (4) circule en venant au contact de la pièce (10) à nettoyer, de sorte qu’il décolle des particules résiduelles d’au moins une des parois interne (102) et externe (104) de la pièce (10) à nettoyer, ledit au moins un organe de réception (20, 30) comprend un logement (26, 36) de forme complémentaire avec au moins une partie de la paroi externe (104) de la pièce (10) à nettoyer, ladite entrée (42) de l’outillage (2, 3) comprenant un orifice d’admission (22, 32) connecté avec ledit logement (26, 36). Outillage de nettoyage selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de réception (20) est un socle de support (200), dans lequel ladite au moins une partie de la paroi externe (104) de la pièce (10) à nettoyer est montée dans un premier logement (26) du socle (200) qui est relié à un premier orifice d’admission (22). Outillage de nettoyage selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de réception (30) est une coque externe (300) ou deux demi-coques apte à envelopper entièrement la paroi externe (104) de la pièce (10) à nettoyer, dans lequel la pièce (10) a nettoyer est dans un second logement (36) qui est relié à un second orifice d’admission (32) et un troisième orifice de sortie (34).