Brevet FR3145884A1 — publié le 20240823

Cet ensemble de supports pour la fabrication de pièces (33, 38) par fusion laser sélective sur lit de poudre par une machine (1) de fabrication additive, comprend au moins un support superposable (34, 39) comprenant un plateau (37, 41) plan et plusieurs éléments de support (36, 40) dudit plateau (37, 41). Ledit plateau (37, 41) plan supporte au moins une partie des pièces (33, 38), lesdits éléments de support (36) d’un premier support superposable (34) situé au niveau le plus bas prennent appui sur un plateau (35) de support de la machine (1) et lesdits éléments de support (40) de chaque support superposable (39) situé au-dessus du premier support superposable (34) prennent appui sur le plateau (37) d’un support superposable (34) immédiatement inférieur. Figure pour l’abrégé : Fig.5 Ensemble de supports pour fabrication additive et procédé de fabrication additive mettant en œuvre un tel ensemble La présente invention concerne le domaine de la fabrication additive. Elle se rapporte à un ensemble de supports ainsi qu’à un procédé de fabrication additive mettant en œuvre un tel ensemble de supports. Techniques antérieures La technologie de fabrication additive LBM (acronyme de « Laser Beam Melting » en langue anglaise), consiste à agréger par fusion sélective dans une enceinte sous gaz neutre les particules d’un lit de poudre à l’aide d’un faisceau laser qui balaie la surface et fait fondre la poudre dans les zones balayées. Après solidification de la couche, la plateforme de construction est abaissée pour pouvoir étaler une nouvelle couche de poudre d’épaisseur prédéterminée. Le laser balaie à nouveau la surface de la poudre pour créer une section additionnelle superposée à la couche précédente. Par ce procédé de fabrication, une pièce tridimensionnelle est obtenue par un empilement de strates planes bidimensionnelles. La Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Généralement, une optimisation est possible lorsque plusieurs pièces peuvent être réalisées dans le même cycle de fabrication. Dans le cas des machines de fabrication additive de type LBM, cette optimisation de cycle de fabrication consiste classiquement à répartir plusieurs pièces 3D sur la surface de la plateforme de construction. Cependant, l’utilisation du volume de l’enceinte d’une machine de fabrication additive de type LBM n’est pas toujours optimale, notamment lorsque la hauteur des pièces à réaliser est relativement réduite par rapport à la hauteur de l’enceinte. L’invention propose une solution permettant d’optimiser le cycle de production d’une machine de fabrication additive. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble de supports pour la fabrication de pièces par fusion laser sélective sur lit de poudre par une machine de fabrication additive, comprenant au moins un support superposable comprenant un plateau plan et plusieurs éléments de support dudit plateau. Selon une caractéristique générale, ledit plateau plan de chaque support superposable supporte au moins une partie des pièces à fabriquer. Selon une autre caractéristique générale, lesdits éléments de support d’un premier support superposable situé au niveau le plus bas prennent appui sur un plateau de support de la machine. Selon une autre caractéristique générale, lesdits éléments de support de chaque support superposable situé au-dessus du premier support superposable prennent appui sur le plateau d’un support superposable immédiatement inférieur. En augmentant la quantité de pièces réalisées par cycle de fabrication, l’invention permet d’accroître la productivité et de réduire l’impact environnemental en optimisant le ratio de la quantité de matière produite par rapport à la quantité de matières premières utilisée. De préférence, lesdits plateaux plans sont horizontaux. Par exemple, la poudre est métallique. Par exemple, la poudre est un polymère. Selon une caractéristique avantageuse, les supports superposables ont une forme optimisée topologiquement optimisant leur volume, afin de minimiser les quantités de poudre et d’énergie laser nécessaires à leur fabrication. Selon une autre caractéristique avantageuse, la forme optimisée des supports superposables respecte des critères prédéfinis de planéité, de rigidité, de résistance structurelle et d’encombrement. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces par fusion laser sélective sur lit de poudre par une machine de fabrication additive, mettant en œuvre un ensemble de supports tel que décrit ci-dessus et dans lequel au moins une partie de chaque support superposable est fabriquée dans une même couche de poudre utilisée pour fabriquer des pièces. Le procédé comprend des étapes de : génération d’un modèle numérique de fabrication représentatif des instructions de fabrication d’objets destinées à la machine de fabrication additive; fabrication conjointe des pièces et d’au moins un support superposable selon les instructions de fabrication issues du modèle numérique de fabrication; fabrication des pièces du dernier niveau selon les instructions de fabrication issues du modèle numérique de fabrication ; et post-traitement des pièces fabriquées. Avantageusement, le modèle numérique de fabrication est bâti d’une part, en fonction de la géométrie et du nombre de pièces à fabriquer, et d’autre part en fonction de l’espace de production spécifique à chaque machine de fabrication additive. De préférence, le procédé comprend à l’étape de génération une étape supplémentaire d’optimisation topologique des supports superposables. Avantageusement, l’étape d’optimisation topologique vise à optimiser le volume des supports superposables, afin de minimiser les quantités de poudre et d’énergie laser nécessaires à leur fabrication. Avantageusement, l’étape d’optimisation topologique respecte des critères prédéfinis de planéité, de rigidité, de résistance structurelle et d’encombrement. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique d’une machine de fabrication additive sur lit de poudre selon l’état de la technique ; illustre un organigramme général d’un procédé de fabrication additive selon l’invention ; est une vue en perspective d’un support superposable selon l’invention ; est une vue en perspective de pièces et d’un support superposable fabriqués selon l’invention ; et est une vue en perspective de pièces et de deux supports superposables fabriqués selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation La machine 1 représentée dans la est utilisée dans l’art antérieur pour la fabrication additive d’une pièce 2 dans une enceinte 3 sous gaz inerte par l’agrégation par fusion sélective de particules d’une couche de poudre par un faisceau 4 laser. La machine 1 comprend un bac d’alimentation 5 contenant une poudre, un rouleau 6 pour transverser cette poudre depuis le bac 5 et étaler une première couche 7 de cette poudre sur un plateau 8 de support de construction. De préférence, la poudre est métallique. En variante, la poudre est un polymère, et peut contenir des particules de renfort de la matrice polymère. La machine 1 comprend également un bac de recyclage (non représenté) principalement pour la récupération de la poudre en excès, après l’étalement de la couche de poudre sur le plateau 8 de support. La machine 1 comprend également un système laser 9 permettant de générer et de diriger et balayer le faisceau de laser 4 sur n’importe quelle région du plateau 8 de support sur lequel est déposée la couche de poudre. Le rouleau 6 peut être remplacé par un autre système de dépose approprié, tel qu’un dévidoir (ou trémie) associé à une lame de raclage, à un couteau ou à une brosse, apte à transvaser et étaler la poudre en couche. La machine 1 fonctionne classiquement de la manière suivante. On dépose à l’aide du rouleau 6 une première couche 14 de poudre d’un matériau sur le plateau 8 de support, cette poudre étant transvasée depuis le bac d’alimentation 5 lors d’un mouvement aller du rouleau 6 puis raclée, et éventuellement légèrement compactée, lors d’un ou de plusieurs mouvements de retour du rouleau 6. L’excédent de poudre est récupéré dans le bac de recyclage. On porte ensuite une région de cette première couche 7 de poudre, par balayage avec le faisceau de laser 4, à une température supérieure à la température de fusion de cette poudre (température de liquidus). Le lasage (i.e. la trajectoire, la vitesse de déplacement et la puissance du faisceau de laser 4) est commandé selon des informations contenues dans une base de données d’un outil informatique utilisé pour la conception et la fabrication assistés par ordinateur de la pièce à fabriquer. Ainsi, les particules de poudre 10 de cette région de la première couche 7 sont fondues et forment un premier cordon 11 d’un seul tenant, solidaire avec le plateau 8 de support. A ce stade, on peut également balayer avec le faisceau de laser 4 plusieurs régions indépendantes de cette première couche pour former, après fusion et solidification de la matière, plusieurs premiers cordons 11 disjoints les uns des autres. On abaisse le plateau 8 de support d’une hauteur correspondant à l’épaisseur déjà définie de la première couche (entre 20 et 100 μm et en général de 30 à 50 μm).) On dépose ensuite une deuxième couche 12 de poudre sur la première couche 7 et sur ce premier cordon 11, puis on chauffe par exposition au faisceau de laser 4 une région de la deuxième couche 12 qui est située partiellement ou complétement au-dessus de ce premier cordon 11, de telle sorte que les particules de poudre de cette région de la deuxième couche 12 sont fondues, avec au moins une partie du premier cordon 11, et forment un deuxième cordon 13 d’un seul tenant ou consolidé, l’ensemble de ces deux cordons 11 et 13 formant ainsi un bloc. A cet effet, le deuxième cordon 13 est avantageusement déjà entièrement lié dès qu’une partie de ce deuxième cordon 13 se lie au premier cordon 11. On comprend que selon le profil de la pièce à construire, et notamment dans le cas de surface en porte-à-faux, il se peut que la région précitée de la première couche 7 ne se trouve pas directement en dessous de la région précitée de la deuxième couche 12 Dans ce cas, il peut être nécessaire de construire des supports d’édification, la poudre n’étant pas totalement autoporteuse. On poursuit ensuite le processus de construction de la pièce couche par couche en ajoutant des couches supplémentaires de poudre sur l’ensemble déjà formé. Le balayage avec le faisceau de laser 4 permet de construire chaque couche en lui donnant une forme en accord avec la géométrie de la pièce à réaliser. On va maintenant décrire en référence aux figures 2 à 5 un procédé de fabrication additive selon l’invention. Afin d’accroître la productivité du cycle de fabrication, l’invention propose un procédé de fabrication additive visant à augmenter le nombre de pièces pouvant être réalisées dans un même cycle de fabrication. Cette optimisation du cycle de fabrication est rendue possible par l’utilisation de supports superposables permettant d’optimiser l’espace de production, c’est-à-dire le volume de l’enceinte d’une machine de fabrication additive tel que décrite précédemment. Le cycle de fabrication correspond aux étapes de fabrication depuis la préparation de l’espace de production jusqu’au post-traitement des pièces fabriquées. Le procédé comprend une étape 20 préalable de préparation de l’espace de production d’une machine de fabrication additive. Généralement, durant cette étape, un opérateur prépare la machine de fabrication additive en vue de la fabrication. Par exemple des opérations courantes de préparation peuvent comprendre le réglage du plateau de support de la machine ou la mise de l’enceinte de la machine sous atmosphère protectrice de gaz inerte. Le procédé comprend également une étape 21 de génération d’un modèle numérique de fabrication. Ce modèle numérique est bâti d’une part, en fonction de la géométrie et du nombre de pièces à fabriquer, et d’autre part en fonction de l’espace de production spécifique à chaque machine de fabrication additive, afin d’accroître la productivité des cycles de fabrication. Le modèle numérique est représentatif des instructions de lasage nécessaires à la fabrication d’objets par une machine 1 de fabrication additive. Le modèle numérique est représentatif de la géométrie des pièces à fabriquer ainsi que de la géométrie des supports superposables selon l’invention. Un exemple de support superposable est illustré en . Chaque support superposable 30 comprend un ensemble d’éléments de support 31 d’un plateau 32 plan et de préférence horizontal. Comme indiqué précédemment, ce procédé de fabrication nécessite la construction de supports d’édification pour certaines pièces comportant des surfaces en porte-à-faux, car la poudre n’est pas totalement autoporteuse. Ainsi, la fabrication du plateau 32 nécessite la fabrication préalable de supports d’édification comprenant les éléments de support 31. Pour faciliter la compréhension, certains éléments de support 31 supportant le plateau 32 n’ont pas été représentés sur la . De préférence, l’étape 21 comprend une étape 21a d’optimisation topologique des supports superposables. L’optimisation topologique des supports superposables a pour objectif l’optimisation du volume des supports superposables afin de minimiser les quantités de poudre et d’énergie laser nécessaires à leur fabrication. De préférence, l’optimisation respecte des critères prédéfinis dont notamment des critères de planéité, de rigidité, de résistance structurelle et d’encombrement desdits supports superposables. L’optimisation topologique est réalisée avec des programmes informatiques d’optimisation topologique permettant la prise en compte desdits critères prédéfinis. Il est possible de rajouter d’autres critères aux critères prédéfinis déjà mentionnés. Par exemple, il est envisageable d’ajouter un critère supplémentaire relatif aux résidus de poudre que peuvent contenir les supports superposables et qui sont susceptibles d’être libérés à l’extérieur de l’enceinte de la machine 1 après la fin du cycle de production. Ce critère supplémentaire est représentatif des risques que ces résidus de poudre peuvent porter à la santé des opérateurs. Lors de l’étape 22 suivante de fabrication conjointe des pièces et des supports superposables, pour chaque niveau k, la machine 1 réalise des pièces et au moins un support superposable, supportés par au moins un support existant au niveau k-1 et situé immédiatement en dessous du niveau k. Par exemple, pour un premier niveau illustré à la , les pièces 33 et le support superposable 34 du premier niveau sont fabriqués sur le support existant immédiatement inférieur et qui est ici constitué par le plateau 35 de support de la machine 1. Les éléments de support 36 du support superposable 34 prennent appui sur le plateau 35 et supportent le plateau 37. Par exemple, pour un deuxième niveau illustré en , les pièces 38 et le support superposable 39 du deuxième niveau sont fabriqués sur le support superposable 34 existant au premier niveau et situé immédiatement en dessous du deuxième niveau. Les éléments de support 40 du support superposable 39 prennent appui sur le plateau 37 et supportent le plateau 41. Il est à noter qu’au moins une partie de chaque support superposable est fabriquée dans une même couche de poudre utilisée pour fabriquer des pièces. Il est à noter que les instructions de lasage peuvent être adaptées en fonction de la nature des pièces à réaliser. Ainsi, la fabrication des pièces 33, 38 et des supports superposables 34, 39 peut obéir à des stratégies de lasage différentes, notamment en termes de puissance du rayon laser. Par exemple, la puissance du rayon laser peut être diminuée dans les zones de fabrication des supports superposables 34, 39 par rapport aux zones de fabrication des pièces 33, 38, car les supports superposables 34, 39 n’étant pas destinés à avoir une longue durée de vie ils ne nécessitent pas d’être fondus à un degré garantissant les mêmes caractéristiques mécaniques que celles des pièces 33, 38. Après une étape 23 de passage au niveau supérieur dans laquelle le niveau courant k est incrémenté d’une unité, le procédé se poursuit par une étape 24 de vérification du dernier niveau à fabriquer. Si le niveau courant k n’est pas le dernier niveau à fabriquer, le procédé reprend à l’étape 22 de fabrication des pièces et d’au moins un support superposable. Au contraire, si le niveau courant k est le dernier niveau à fabriquer, le procédé passe à l’étape 25 de fabrication des pièces du dernier niveau. Lors de l’étape 26 de post-traitement suivante, la poudre est aspirée et les pièces fabriquées sont nettoyées et découpées de leur supports. De préférence, la poudre aspirée et les supports superposables sont récupérés pour être recyclés. Ensemble de supports pour la fabrication de pièces (33, 38) par fusion laser sélective sur lit de poudre par une machine (1) de fabrication additive, comprenant au moins un support superposable (30, 34, 39) comprenant un plateau (32, 37, 41) plan et plusieurs éléments de support (31, 36, 40) dudit plateau (32, 37, 41), caractérisé en ce que ledit plateau (32, 37, 41) plan supporte au moins une partie des pièces (33, 38) lors de la fabrication, lesdits éléments de support (36) d’un premier support superposable (34) situé au niveau le plus bas prenant appui sur un plateau (35) de support de la machine (1) et lesdits éléments de support (31, 40) de chaque support superposable (30, 39) situé au-dessus du premier support superposable (34) prenant appui sur le plateau (32, 37, 41) d’un support superposable (30, 34, 39) immédiatement inférieur. Ensemble de supports selon la revendication 1, dans lequel lesdits plateaux (32, 37, 41) plans sont horizontaux. Ensemble de supports selon la revendication 1, dans lequel la poudre est métallique. Ensemble de supports selon la revendication 1, dans lequel la poudre est un polymère. Ensemble de supports selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, dans lequel les supports superposables (30, 34, 39) ont une forme optimisée topologiquement optimisant leur volume, afin de minimiser les quantités de poudre et d’énergie laser nécessaires à leur fabrication. Ensemble de supports selon la revendication 5, dans lequel la forme optimisée des supports superposables (30, 34, 39) respecte des critères prédéfinis de planéité, de rigidité, de résistance structurelle et d’encombrement. Procédé (20’) de fabrication de pièces (33, 38) par fusion laser sélective sur lit de poudre par une machine (1) de fabrication additive, mettant en œuvre un ensemble de supports comprenant au moins un support superposable (30, 34, 39), selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et dans lequel au moins une partie de chaque support superposable (30, 34, 39) est fabriquée dans une même couche de poudre utilisée pour fabriquer des pièces (33, 38), caractérisé en ce qu’il comprend des étapes de : génération d’un modèle numérique de fabrication représentatif des instructions de fabrication d’objets destinées à la machine (1) de fabrication additive; fabrication conjointe des pièces et d’au moins un support superposable selon les instructions de fabrication issues du modèle numérique de fabrication; fabrication des pièces du dernier niveau selon les instructions de fabrication issues du modèle numérique de fabrication ; et post-traitement des pièces (33, 38) fabriquées. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le modèle numérique de fabrication est bâti d’une part, en fonction de la géométrie et du nombre de pièces (33, 38) à fabriquer, et d’autre part en fonction de l’espace de production spécifique à chaque machine de fabrication additive. Procédé selon l’une quelconque des revendication 7 ou 8 comprenant à l’étape de génération une étape supplémentaire d’optimisation topologique des supports superposables (30, 34, 39). Procédé selon la revendication 9 dans lequel l’étape d’optimisation topologique vise à optimiser le volume des supports superposables (30, 34, 39), afin de minimiser les quantités de poudre et d’énergie laser nécessaires à leur fabrication. Procédé selon la revendication 10 dans lequel l’étape d’optimisation topologique respecte des critères prédéfinis de planéité, de rigidité, de résistance structurelle et d’encombrement.