Brevet FR3135908A1 — publié le 20231201

Noyau soluble pour la fabrication de pièces creuses. L’invention concerne un procédé de fabrication d’un noyau soluble comprenant les étapes suivantes : le mélange (E1) de trois poudres à une température comprise entre 315°C et 325°C, le mélange comprenant : une poudre de nitrate de sodium (NaNO 3 ) pour une teneur massique de 13,3% ; une poudre de silicate de zirconium (SiO 4 Zr) pour une teneur massique de 33,3 % ; et une poudre de nitrate de potassium (KNO 3 ) pour une teneur massique de 53,4 %, les teneurs massiques étant données par rapport au poids total de la composition ; le coulage par gravité (E2) du mélange obtenu dans un moule à la géométrie souhaitée pour le noyau soluble, le moule étant chauffé à une température comprise entre 100°C et 200°C ; le refroidissement (E3) du noyau dans le moule pendant une durée de 1 à 3 minutes ; puis le démoulage (E4) du noyau. Noyau soluble pour la fabrication de pièces creuses L’invention concerne les procédés de fabrication de pièces creuses, par exemple les procédés d’injection, de thermocompression ou de fabrication additive. Les procédés de fabrication permettant d’obtenir directement des pièces à la forme souhaitée sont particulièrement avantageux d’un point de vue industriel. En effet, ils permettent généralement une meilleure cadence de production. De telles pièces sont obtenues grâce à des moules ayant la forme de la pièce souhaitée. Néanmoins, toutes les pièces ne sont pas compatibles de tels procédés. Si les procédés de moulage ont été largement développés et sont utilisables pour une très grande variété de matériaux différents, la géométrie des pièces souhaitée est encore bien souvent limitative. Par exemple, dès lors que la géométrie finale comprend des cavités il n’est pas possible d’obtenir directement la pièce par moulage. Des solutions existent néanmoins pour la préparation de pièces présentant des cavités, comme par exemple la disposition dans le moule de noyaux, qui sont retirés ou éliminés une fois la pièce obtenue. Toutefois, le retrait du noyau une fois la pièce finie complexifie le procédé de moulage ou nécessite de faire appel à un outillage particulier. Egalement, pour le retrait du noyau, il est nécessaire de ménager des ouvertures de tailles importantes entre la cavité et l’extérieur de la pièce et certaines géométries de pièces ne sont pas accessibles via cette technologie. Dans le cas d’un noyau soluble, le noyau peut être dissous une fois la pièce souhaitée obtenue. Des noyaux ont ainsi été proposés et la géométrie des pièces accessibles est alors limitée par les contraintes dans la fabrication du noyau. Pour la fabrication des noyaux, les solutions proposées dans l’art antérieur ont toutes des défauts, par exemple, sur la taille minimale des noyaux qui peuvent être obtenus ou la complexité du procédé de fabrication du noyau. Egalement, les procédés de dissolution du noyau peuvent être complexes ou faire appel à des composés toxiques. Il demeure un besoin d’amélioration dans les procédés de fabrication des pièces creuses par des procédés de moulage. L’invention vise précisément à répondre à ce besoin. Pour cela, l’invention concerne selon un premier de ses aspects un procédé de fabrication d’un noyau soluble comprenant les étapes suivantes : le mélange de trois poudres à une température comprise entre 315°C et 325°C, le mélange comprenant : une poudre de nitrate de sodium (NaNO 3 ) pour une teneur massique de 13,3% ; une poudre de silicate de zirconium (SiO 4 Zr) pour une teneur massique de 33,3 % ; et une poudre de nitrate de potassium (KNO 3 ) pour une teneur massique de 53,4 %, les teneurs massiques étant données par rapport au poids total de la composition ; le coulage par gravité du mélange obtenu dans un moule à la géométrie souhaitée pour le noyau soluble, le moule étant chauffé à une température comprise entre 100°C et 200°C ; le refroidissement du noyau soluble dans le moule pendant une durée de 1 à 3 minutes ; puis le démoulage du noyau soluble. Ce procédé de fabrication est particulièrement avantageux car il permet la fabrication d’un noyau soluble au moyen d’un procédé simple et la dissolution du noyau obtenu est aisée par comparaison aux noyaux de l’art antérieur. Ce procédé permet en outre l’obtention de noyaux solubles dont les dimensions peuvent être soit très réduites, par exemple inférieure ou égale à 2 mm, soit très grandes, par exemple supérieure ou égale à des dizaines de centimètres. Enfin, le noyau est obtenu directement aux dimensions souhaitées, sans nécessiter d’usinage ultérieur. De tels avantages sont permis par le choix d’un procédé de coulage par gravité pour l’obtention du noyau qui est particulièrement simple à mettre en place et qui ne nécessite pas de pression d’injection ou de compactage. Il ne requiert pas non plus d’équipements complexes pour sa réalisation. Egalement, la composition des poudres permet d’obtenir un noyau obtenu qui peut être dissout dans de l’eau. Il en résulte un procédé de dissolution très simple, qui offre une très grande diversité d’applications, puisqu’il peut être utilisé dans des procédés de moulage de n’importe quel type de pièces, pourvu que ces dernières ne soient pas dégradées par l’eau. Enfin, le choix d’un noyau qui peut être dissout par l’eau permet d’avoir des pièces dont les ouvertures d’extraction, qui permettent l’élimination du noyau, sont plus petites que pour des solutions de l’art antérieur, notamment inférieures à 5 millimètres voire inférieures à 4 millimètres. Dans un mode de réalisation, la durée du mélange peut être supérieure ou égale à trois heures. Un mélange de cette durée permet d’assurer que le mélange est homogène ce qui permet d’assurer une homogénéité optimale du noyau. De préférence, le mélange est réalisé dans un mélangeur, voir un mélangeur chauffant. Dans un mode de réalisation, l’étape de mélange peut comprendre les sous-étapes suivantes : introduire les trois poudres dans le mélangeur ; mélanger les trois poudres jusqu’à obtenir un mélange liquide pendant une durée supérieure ou égale à trois heures ; laisser la matière reposer pendant une durée supérieure ou égale à huit heures. De préférence, et en particulier si la matière est laissée à reposer plus longtemps que huit heures, le procédé peut comprendre une étape d’homogénéisation avant le coulage par gravité. Cette homogénéisation permet d’obtenir un noyau soluble plus homogène. Dans un mode de réalisation, l’étape d’homogénéisation est elle-même suivie d’une courte étape de repos avant le coulage. Cette courte étape de repos doit permettre la libération des bulles contenue dans le mélange, et évite ainsi que le coulage ne comprenne ces-dites bulles qui ne sont pas souhaitées dans le noyau final. Pendant l’étape de coulage, le moule est chauffé à une température comprise entre 100°C et 200°C. Ces températures sont particulièrement préférées car un moule trop chaud peut causer une casse lors du démoulage, car la matière n’a pas le temps de figer totalement, tandis qu’un moule trop froid peut causer des enfoncements et/ou des manques matières, car la matière se figeant trop rapidement au contact du moule. Dans un mode de réalisation, le coulage par gravité peut être réalisé dans un moule à une température comprise entre 180°C et 190°C. Un mélange réalisé à une telle température permet d’éviter les deux désavantages mentionnés. Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne également un noyau soluble pour la fabrication de pièces creuses comprenant : du nitrate de sodium (NaNO 3 ) pour une teneur massique de 13,3% ; du silicate de zirconium (SiO 4 Zr) pour une teneur massique de 33,3 % ; et du nitrate de potassium (KNO 3 ) pour une teneur massique de 53,4 %, les teneurs massiques étant données par rapport au poids total de la composition. Un tel noyau est avantageusement obtenu par le procédé décrit plus haut et permet d’obtenir les avantages techniques décrits plus haut. Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce creuse comprenant au moins : une étape de disposition d’un précurseur de la pièce creuse ; une étape de disposition d’un noyau soluble dans le précurseur de la pièce creuse, le noyau soluble étant obtenu par un procédé ci-dessus, le noyau soluble ayant la géométrie souhaitée pour la cavité de la pièce creuse, et le noyau soluble étant disposé dans le précurseur à l’endroit souhaité pour la cavité ; une étape de transformation du précurseur de la pièce creuse pour former la pièce creuse comprenant le noyau soluble ; et une étape d’élimination du noyau soluble. Un tel procédé est par exemple préféré lorsque le précurseur de la pièce creuse est un tissu pré-imprégné, permettant l’obtention d’une pièce finale en matériau composite. Dans ce mode de réalisation, il n’est pas nécessaire d’utiliser un moule, pourvu que les tissus pré-imprégnés soient disposés dans une configuration correspondant à la géométrie de la pièce finale. Dans un autre mode de réalisation, le procédé peut avantageusement permettre d’obtenir la pièce creuse souhaitée dans un moule. Dans un mode de réalisation, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce creuse comprenant au moins : une première étape de remplissage d’un moule avec un précurseur de la pièce creuse, une partie du moule restant vacante à l’issue de la première étape de remplissage ; une étape de disposition d’un noyau soluble obtenu par un procédé ci-dessus dans le moule rempli, le noyau ayant la géométrie souhaitée pour la cavité de la pièce creuse ; une deuxième étape de remplissage du moule, après disposition du noyau soluble, avec un précurseur de la pièce creuse de sorte que le moule soit suffisamment rempli du précurseur pour permettre l’obtention de la pièce ; une étape de transformation du précurseur de la pièce creuse pour former la pièce creuse comprenant le noyau soluble ; une étape de démoulage de la pièce creuse comprenant le noyau soluble ; et une étape d’élimination du noyau soluble. Un tel procédé permet d’obtenir une pièce creuse par un procédé simplifié comparativement aux procédés de l’art antérieur. En effet, l’utilisation d’un noyau soluble tel que décrit auparavant assure que l’étape d’élimination puisse être réalisée par exposition du noyau à de l’eau. Il s’ensuit un procédé simplifié et moins coûteux que les procédés de l’art antérieur qui nécessitent pour certains des solutions complexes pour dissoudre le noyau. Au sens de l’invention, une pièce creuse est une pièce présentant une cavité. Bien entendu, pour que le noyau soluble puisse être éliminé, il est nécessaire que cette cavité soit accessible, c’est-à-dire qu’il existe un chemin permettant de parvenir de l’extérieur de la pièce à l’intérieur de la cavité. Dans un mode de réalisation, l’étape d’élimination du noyau soluble peut être réalisée au moyen d’eau dont la température est comprise entre 40°C et 90°C. Dans un mode de réalisation préféré, l’étape d’élimination du noyau soluble est réalisée avec de l’eau dont la température est comprise entre 80°C et 90°C. Ces températures plus élevées permettent une élimination plus rapide du noyau sans risque de laisser des résidus non dissouts. Dans un mode de réalisation, l’étape d’élimination du noyau soluble est réalisée au moyen d’eau pressurisée, par exemple à une pression supérieure ou égale à 40 bars. L’utilisation d’eau chaude sous pression permet d’assurer une élimination du noyau en un passage, sans résidus sur la pièce. La composition du noyau permet donc une élimination simplifiée du noyau, qui ne nécessite aucun système complexe. Le procédé de fabrication de la pièce s’en trouve simplifié. Dans un mode de réalisation, le procédé de fabrication d’une pièce décrit plus haut peut être choisi parmi un procédé de moulage d’une pièce creuse ou un procédé de fabrication additive d’une pièce creuse. Dans le cas d’un procédé de moulage d’une pièce creuse en matériau composite, le précurseur de la pièce creuse peut être une préforme fibreuse, imprégnée ou non par une matrice, et l’étape de transformation du précurseur de la pièce creuse en matériau constitutif de la pièce creuse peut être une étape de cuisson. Dans ce mode de réalisation, le procédé peut en outre comprendre avant l’étape de transformation du précurseur de la pièce creuse, une étape d’injection de matrice dans le moule comprenant le noyau soluble et la préforme fibreuse. Dans certains modes de réalisation, le matériau constitutif de la pièce peut être un matériau composite à matrice composite, thermoplastique ou thermodurcissable. Dans un mode de réalisation, le procédé est un procédé de fabrication additive d’une pièce creuse, le précurseur de la pièce creuse peut alors être une poudre et l’étape de transformation du précurseur de la pièce creuse peut être une étape de frittage. Dans encore d’autres modes de réalisation, le procédé de fabrication peut être un procédé d’injection ou de thermocompression. Dans un mode de réalisation alternatif, le noyau soluble peut être utilisé dans un procédé de fabrication additive. La est un ordinogramme représentant très schématiquement un procédé de préparation d’un noyau soluble selon l’invention. La est un ordinogramme représentant très schématiquement un procédé de préparation d’une pièce creuse par un procédé utilisant un noyau soluble. Procédé de fabrication d’un noyau soluble comprenant les étapes suivantes : le mélange (E1) de trois poudres à une température comprise entre 315°C et 325°C, le mélange comprenant : une poudre de nitrate de sodium (NaNO 3 ) pour une teneur massique de 13,3% ; une poudre de silicate de zirconium (SiO 4 Zr) pour une teneur massique de 33,3 % ; et une poudre de nitrate de potassium (KNO 3 ) pour une teneur massique de 53,4 %, les teneurs massiques étant données par rapport au poids total de la composition ; le coulage par gravité (E2) du mélange obtenu dans un moule à la géométrie souhaitée pour le noyau soluble, le moule étant chauffé à une température comprise entre 100°C et 200°C ; le refroidissement (E3) du noyau dans le moule pendant une durée de 1 à 3 minutes ; puis le démoulage (E4) du noyau. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel le coulage par gravité (E2) est réalisé dans un moule à une température comprise entre 180°C et 190°C. Procédé de fabrication d’une pièce creuse comprenant au moins : une étape (E21) de disposition d’un précurseur de la pièce creuse; une étape (E22) de disposition d’un noyau soluble dans le précurseur de la pièce creuse, le noyau soluble étant obtenu par un procédé ci-dessus, le noyau soluble ayant la géométrie souhaitée pour la cavité de la pièce creuse, et le noyau soluble étant disposé dans le précurseur à l’endroit souhaité pour la cavité ; une étape de transformation (E24) du précurseur de la pièce creuse pour former la pièce creuse comprenant le noyau soluble ; une étape d’élimination (E26) du noyau soluble. Procédé de fabrication selon la revendication 3 comprenant les étapes suivantes : une première étape (E21) de remplissage d’un moule avec un précurseur de la pièce creuse, une partie du moule restant vacante à l’issue de la première étape de remplissage ; une étape (E22) de disposition d’un noyau soluble obtenu selon un procédé des revendications 1 à 3 dans le moule rempli, le noyau ayant la géométrie souhaitée pour la cavité de la pièce creuse ; une deuxième étape (E23) de remplissage du moule, après disposition du noyau soluble, avec un précurseur de la pièce creuse de sorte que le moule soit suffisamment rempli du précurseur pour permettre l’obtention de la pièce ; une étape de transformation (E24) du précurseur de la pièce creuse pour former la pièce creuse comprenant le noyau soluble ; une étape de démoulage (E25) de la pièce creuse comprenant le noyau soluble ; et une étape d’élimination (E26) du noyau soluble. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’étape d’élimination (E26) du noyau soluble est réalisée par exposition du noyau soluble à de l’eau à une température supérieure ou égale à 40°C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l’étape d’élimination (E26) du noyau soluble est réalisée par exposition du noyau soluble à de l’eau à une pression supérieure ou égale à 40 bars. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, le procédé de fabrication étant un procédé de fabrication additive d’une pièce creuse, le précurseur de la pièce creuse étant une poudre et l’étape de transformation (E24) du précurseur de la pièce creuse étant une étape de frittage. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le procédé de fabrication est un procédé de moulage d’une pièce en matériau composite, le précurseur de la pièce étant une préforme fibreuse, et l’étape de transformation (E24) du précurseur de la pièce creuse étant une étape de cuisson. Procédé selon la revendication 8, lequel comprend en outre, avant l’étape de transformation (E24) du précurseur de la pièce creuse, une étape d’injection de matrice dans le moule comprenant le noyau soluble et la préforme fibreuse. Noyau soluble pour la fabrication de pièces creuses comprenant : du nitrate de sodium (NaNO 3 ) pour une teneur massique de 13,3% ; du silicate de zirconium (SiO 4 Zr) pour une teneur massique de 33,3 % ; et du nitrate de potassium (KNO 3 ) pour une teneur massique de 53,4 %, les teneurs massiques étant données par rapport au poids total de la composition.