Brevet FR3155157A1 — publié le 20250516

Intégration d'une signature magnétique dans un objet ferromagnétique fabriqué par fabrication additive Procédé de fabrication additive d'un premier objet (9) ferromagnétique, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de variation d'au moins un paramètre du procédé de fabrication pour modifier localement une perméabilité magnétique dudit premier objet, pour intégrer une signature magnétique audit premier objet. Figure pour l’abrégé : figure 1 Intégration d'une signature magnétique dans un objet ferromagnétique fabriqué par fabrication additive Domaine Technique de l'invention L’invention concerne un procédé de fabrication additive d'un objet ferromagnétique. L’invention porte aussi sur un objet ferromagnétique obtenu par un tel procédé de fabrication. L’invention porte encore sur un procédé d'identification d'un tel objet. Etat de la technique antérieure La fabrication additive a révolutionné le paradigme de la fabrication ces dernières années en offrant la possibilité de créer des pièces de formes très complexes voire impossibles à obtenir par les procédés conventionnels, sans outillages et dans des délais très courts. Parmi les différentes techniques de fabrication additive, on trouve les technologies arc-fil métallique ou WAAM (d'après l'anglicisme "Wire Arc Additive Manufacturing") qui appartient à la famille du dépôt d’énergie direct (DED). Selon la norme ASTM F 279-12A (Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies), ces procédés sont définis comme la combinaison d’un arc électrique utilisé comme source de chaleur et d’un fil utilisé comme apport de matières première. Les objets fabriqués par fabrication additive peuvent être utilisés dans tout type d'industrie. Comme la fabrication de ces objets ne requiert pas d'outillage spécifique particulier, ils sont relativement faciles à reproduire par tout fabriquant disposant d'un dispositif de fabrication additive. Néanmoins, la qualité des objets fabriqués par fabrication additive peut être très variable. Celle-ci dépend notamment de la maitrise du fabriquant des différents paramètres et de la qualité des matériaux utilisés. Dans ce contexte, il apparait souhaitable de garantir l'origine et d'améliorer la traçabilité des objets fabriqués par fabrication additive. A cet effet, un fabriquant peut graver un numéro d'identification sur la pièce. Ce moyen d'identification est néanmoins trop facilement falsifiable. De plus, l'intégration d'un numéro d'identification sur l'objet requiert des opérations spécifiques, ainsi qu'une surface libre sur laquelle apposer ce numéro, ce qui n'est pas toujours possible. Présentation de l'invention Le but de l’invention est de fournir un procédé de fabrication additive et un objet ferromagnétique obtenu par un tel procédé remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les procédés et objets fabriqués par fabrication additive connus de l’art antérieur. Le but de l’invention est notamment de fournir un procédé de fabrication additive d'un objet permettant d'obtenir une identification et une authentification fiable dudit objet. L'invention se rapporte à un procédé de fabrication additive d'un premier objet ferromagnétique, le procédé comprenant une étape de variation d'au moins un paramètre du procédé de fabrication pour modifier localement une perméabilité magnétique dudit premier objet, pour intégrer une signature magnétique audit premier objet. Ledit procédé de fabrication additive peut être de type arc-fil. Lesdites variations d'au moins un paramètre peuvent comprendre : - une variation de température de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - une variation de vitesse de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - une variation de débit de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - une variation de trajectoire de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - la projection d'un fluide de refroidissement. Le procédé de fabrication peut comprendre une variation de vitesse de dépôt et une variation de débit de dépôt d'un matériau ferromagnétique, la vitesse de dépôt et le débit de dépôt étant à chaque instant synchronisé de sorte à obtenir une quantité de dépôt constante. Ledit premier objet peut être fabriqué par fabrication additive sur un support comprenant une première zone et une deuxième zone, la première zone présentant des propriétés thermiques différentes de la deuxième zone. Le procédé de fabrication peut comprendre ensuite une étape de lissage d'une face dudit premier objet, ladite face comprenant des zones présentant des perméabilités magnétiques différentes. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication additive d'un ensemble d'objets comprenant un premier objet et au moins un deuxième objet, chaque objet de l'ensemble d'objets étant fabriqué par un procédé de fabrication tel que défini précédemment, chaque objet de l'ensemble d'objets comprenant une forme géométrique identique, au moins un paramètre du procédé de fabrication du deuxième objet étant différent d'un paramètre de fabrication du premier objet de sorte que la signature magnétique du deuxième objet soit différente de la signature magnétique du premier objet. L'invention se rapporte également à un objet ferromagnétique fabriqué par un procédé de fabrication additive tel que défini précédemment, ledit objet comprenant des variations locales de perméabilité magnétique formant une signature magnétique dudit objet. L'invention se rapporte également à un ensemble d'objets fabriqués par un procédé de fabrication additive tel que défini précédemment, chaque objet de l'ensemble d'objets comprenant une signature magnétique différente. L'invention se rapporte également à un procédé d'identification d'un objet fabriqué par fabrication additive tel que défini précédemment, le procédé d'identification comprenant la détection de variations locales de perméabilité magnétique formant la signature magnétique de l'objet au moyen d'une sonde. Le procédé d'identification peut comprendre le calcul d'une fonction établissant un lien entre une variation de phase d'une impédance de la sonde en fonction d'une fréquence d'excitation. Ladite sonde peut comprendre une bobine pourvue d'un noyau magnétique. Ladite sonde peut comprendre en outre un aimant accolé à la bobine. L'invention se rapporte également à un procédé d'authentification d'un objet comprenant : - la fabrication par un fabriquant dudit objet par un procédé de fabrication additive tel que défini précédemment, ledit objet comprenant des variations locales de perméabilité magnétique formant une signature magnétique de l'objet, et - la communication d'un emplacement de la signature magnétique sur ledit objet et/ou d'une procédure de lecture de la signature magnétique de la première personne à une deuxième personne, puis - la mise en œuvre du procédé d'identification dudit objet tel que défini précédemment. Présentation des figures Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La FIG. 1 est une vue schématique d'un dispositif de fabrication additive selon un mode de réalisation de l'invention. La FIG. 2 est une vue schématique d'un objet fabriqué par fabrication additive selon un mode de réalisation de l'invention et d'une sonde configurée pour identifier ledit objet. La FIG. 3 est un synoptique de fabrication d'un objet selon un mode de réalisation de l'invention. La FIG. 4 est une vue d'un schéma électrique équivalent dudit objet et de ladite sonde. La FIG. 5 est une vue schématique d'un deuxième objet fabriqué par fabrication additive selon un mode de réalisation de l'invention, une signature magnétique du deuxième objet étant différente de la signature magnétique de l'objet de la FIG. 2 . La FIG. 6 est un synoptique d'identification d'un objet selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée La FIG. 1 illustre un dispositif 1 de fabrication additive par dépôt d’énergie direct (DED). Le dispositif 1 comprend d'une part un moyen d'apport d'un matériau ferromagnétique, notamment sous forme d'un fil de matériau ferromagnétique, et d'autre part une source d'énergie apte à faire fondre le matériau ferromagnétique, pour le déposer progressivement sur un support. Le matériau ferromagnétique destiné à former un objet peut être à base de fer, notamment en acier. Alternativement, le matériau ferromagnétique pourrait également être à base de nickel et/ou de cobalt. Plus précisément, le dispositif 1 est un dispositif de fabrication additive de type arc-fil. Le dispositif 1 comprend un robot 2 muni d’une torche 3 permettant la fabrication additive sur un support 4. Le support 4 est disposé sur un moyen de déplacement 5 permettant de contrôler la position du support 4 dans l'espace. Le robot 2 est relié à un générateur 6, qui est lui-même connecté à un réservoir de gaz 7. Enfin, le dispositif 1 comprend une unité de contrôle 8 configurée pour contrôler la torche 3 et le moyen de déplacement 5. L'unité de contrôle 8 permet ainsi de contrôler différents paramètres du procédé de fabrication parmi lesquels : - la température de dépôt , ou autrement dit la température à laquelle le fil en matériau ferromagnétique est porté pour le faire fondre, et/ou - le débit de dépôt, c’est-à-dire la quantité de matériau ferromagnétique déposé par unité de temps, et/ou - la trajectoire de dépôt, c'est-à-dire la direction dans laquelle le support 4 se déplace grâce au moyen de déplacement 5, et/ou - la vitesse de dépôt, c'est à dire la vitesse de déplacement du support 4 relativement à la torche 3. En complément, le dispositif 1 peut également comprendre un moyen de projection d'un fluide de refroidissement tel que de l'air ou de l'huile pour refroidir la température du matériau après que celui-ci ait été déposé sur l'objet en cours de fabrication. Avantageusement, l'unité de contrôle permet également de contrôler le moyen de projection de fluide. Selon l'invention, on fait varier au moins un paramètre du procédé de fabrication de manière à créer une signature magnétique intégrée à l'objet fabriqué. En effet, il a été découvert que la modification de certains paramètres du procédé de fabrication, notamment le ou les paramètres qui impactent la température du matériau ferromagnétique à l'instant où il est déposé sur l'objet fabriqué, conduisait à une modification de la microstructure du matériau, et donc à une modification locale de la perméabilité magnétique (exprimée en Henry par mètre) dudit objet. On peut ainsi fabriquer un objet comprenant différentes zones comprenant chaque une perméabilité magnétique donnée. Ces différentes zones forment ainsi un code invisible qui permet d'identifier l'objet. Ces différentes zones peuvent être réparties le long d'une direction donnée de l'objet, formant ainsi un code unidirectionnel, tel qu'un code barre. Ces différentes zones peuvent aussi être réparties sur une surface donnée de l'objet formant ainsi un code matriciel. On obtient ainsi une signature magnétique intégrée à l'objet qui est totalement invisible. Cette signature magnétique peut être ensuite détectée par une sonde adaptée, de manière à décoder le code intégré à l'objet. L'objet comprend ainsi au moins une zone dont la perméabilité magnétique est modifiée grâce à l'utilisation de paramètres de fabrication spécifiques. De préférence, l'objet comprend au moins deux telles zones distinctes, voire même un nombre de zones encore plus important. La modification locale de la perméabilité magnétique du matériau est obtenue sans insertion d'un élément ou d'un composant spécifiquement prévu à cet effet. Ainsi, le procédé de fabrication demeure simple. La résistance et/ou les dimensions de l'objet ainsi produit ne sont pas significativement impactées. Ces zones peuvent être regroupées sur une même face ou une même région de l'objet. On pourra choisir de regrouper ces zones dans une région facile d'accès et/ou dans une région destinée à supporter de moindres contraintes mécaniques. En effet, les contraintes mécaniques éventuellement supportées par l'objet sont susceptibles de modifier, voire d'effacer, sa signature mécanique. Les différentes zones de l'objet dans lesquelles la perméabilité magnétique est modifiée peuvent aussi être tenues secrètes de manière à rendre encore plus difficile toute tentative de reproduction de la signature magnétique. Avantageusement, lors du procédé de fabrication, on peut faire varier simultanément la vitesse de dépôt (exprimée en unité de distance par unité de temps) et le débit de dépôt (exprimé en masse déposée par unité de temps) de manière à obtenir une masse déposée par unité de distance constante. Ainsi, les variations du procédé n'induisent aucune modification géométrique de l'objet, c'est-à-dire que les variations du procédé de fabrication ne perturbent pas les dimensions de l'objet fabriqué. Selon un mode de réalisation, on peut également parvenir à modifier et/ou à accentuer la signature magnétique de l'objet en adaptant le support 4 sur lequel l'objet est formé. On peut notamment prévoir un support présentant différentes portions avec des propriétés thermiques différentes. Les propriétés thermiques peuvent être par exemple une température, une conductivité thermique ou encore une inertie thermique. Le support 4 peut ainsi présenter localement des épaisseurs différentes et/ou des moyens de chauffage et/ou des matériaux différents. Ces propriétés thermiques du support 4 impactent la cinématique de refroidissement locale du matériau ferromagnétique après que celui-ci ait été déposé, ce qui modifie également sa perméabilité magnétique. Par exemple, une première portion du support peut présenter une température plus importante et une deuxième portion du support peut présenter une température plus faible. Les zones de l'objet fabriquées au-dessus de la première portion et au-dessus de la deuxième portion présenteront ainsi une perméabilité magnétique différente. On peut éventuellement prévoir différents supports pour fabriquer des objets d'apparence identiques, afin que ceux-ci présentent des signatures magnétiques différentes. Selon un autre aspect de l'invention, on peut aussi prévoir une étape de lissage d'une face de l'objet après que celui-ci-ci ait été synthétisé au moyen du dispositif 1. Cette face comprend alors différentes zones présentant chacune des perméabilités magnétiques spécifiques. Ce lissage peut être par exemple obtenu par fraisage d'une face de l'objet. La sonde est destinée à être appliquée contre cette face pour détecter les différences locales de perméabilité magnétique de l'objet. L'avantage de lisser une face de l'objet est que la sonde peut plus facilement être mise en contact avec l'objet pour lire la signature magnétique. On s'affranchit ainsi de l'effet d'air et des perturbations liées à un état de surface potentiellement dégradé de l'objet, notamment lié à la superposition de différents cordons. La FIG. 2 illustre, a type d'exemple, un objet 9 de géométrie simple fabriqué par un procédé de fabrication additive selon l'invention. Lors de la fabrication de cet objet 9, différents cordons 10A, 10B, 10C ont été déposés successivement tout en faisant varier des paramètres du procédé comme indiqué ci-dessus. Chaque cordon forme une zone de l'objet 9 présentant une perméabilité magnétique donnée. Par exemple, des pauses de quelques secondes lors desquelles le débit de matériau ferromagnétiques était nul, ont été planifiées lors de la fabrication de l'objet 9. La FIG. 3 illustre à titre d'exemple un synoptique de fabrication de l'objet 9 selon un mode de réalisation de l'invention. Dans une première étape E11, on définit un code destiné à former une signature magnétique d'un objet. Ensuite, dans une deuxième étape E12, on convertit ledit code en paramètres de procédé pour chaque zone z1, z2, ... zn de l'objet. Ensuite, dans une troisième étape E13, on fabrique l'objet par fabrication additive au moyen du dispositif 1 précédemment décrit en appliquant les paramètres de procédé définis lors de l'étape E12. L'étape E13 comprend un nombre n de sous étapes E13.1 E13.2, ...E13.n correspondant chacune à la fabrication d'une zone z1, z2, ... zn avec les paramètres de procédé préalablement définis. Ensuite, dans une quatrième étape E14 on peut lisser une partie de l'objet comprenant les n zones z1, z2, ... zn pour faciliter la lecture du code par une sonde. Une sonde 11 est destinée à détecter la perméabilité magnétique locale de l'objet 9. La sonde 11 comprend une bobine 12 à l'intérieur de laquelle est agencé un noyau 13 magnétique. Avantageusement, la bobine 12 et le noyau 13 sont intégrées dans une tête de mesure de petite dimension, de l'ordre de quelques millimètres de diamètre, pour réaliser une mesure de perméabilité magnétique avec une forte résolution spatiale, par exemple une résolution spatiale de l'ordre de 1mm. La sonde 11 peut en outre comprendre un aimant 14 accolé à la bobine 12 pour améliorer encore la résolution spatiale. La FIG. 4 illustre un schéma électrique équivalent correspondant au couple formé par l'objet 9 et la sonde 11. La sonde 11 peut être modélisée par trois branches montées en parallèle. Une première branche comprend une première capacité C1. Une deuxième branche comprend une deuxième capacité C2. Une troisième branche comprend une première impédance Z1 et une première bobine L1 assemblées en série. Un tel montage électrique est destiné à résonner pour une fréquence d'excitation donnée. Chaque zone de l'objet 9 peut être modélisée comme un montage électrique comprenant une deuxième bobine L2 et une deuxième impédance Z2 montées en parallèle. Pour identifier l'objet 9 au moyen de la sonde 11, on peut déplacer la sonde 11 à la surface de l'objet. Le cas échéant, on peut déplacer la sonde 11 le long de la surface lissée de manière éviter un effet d'air. Ensuite, pour chaque zone de l'objet, par exemple pour chaque cordon de l'objet, on peut déterminer au moyen de la sonde 11 une perméabilité magnétique donnée. La détermination de la perméabilité magnétique peut comprendre le calcul d'une fonction établissant un lien entre une variation de phase de l'impédance Z2 de la sonde 11 en fonction d'une fréquence d'excitation. La sonde 11 permet ainsi de reconstruire un code magnétique intégré à la pièce, et invisible à l'œil nu. Une fois la pièce identifiée, celle-ci peut être authentifiée et tracée. Alternativement ou en complément, la sonde 11 peut aussi être utilisée à d'autres fins que l'identification de l'objet 9. En particulier, la sonde 11 peut être utilisée afin de contrôler la qualité de l'objet 9. En effet, comme des variations du procédé de fabrication induisent des modifications locales de la perméabilité magnétique de l'objet, on peut aussi utiliser ladite sonde 11 pour vérifier que la perméabilité magnétique de l'objet est bien homogène, et donc que l'objet a été fabriqué sans variation significative des paramètres du procédé, notamment sans interruption. Ce contrôle qualité peut éventuellement être limité aux zones de l'objet les plus sensibles, par exemple aux zones de l'objet destinées à subir les contraintes mécaniques les plus importantes. Ensuite, après identification de l'objet, il peut être souhaitable d'effacer la signature magnétique intégrée à l'objet. Ceci peut être réalisé par exemple en plaçant ledit objet 9 dans un champ magnétique suffisamment puissant, et/ou en chauffant ledit objet 9, et/ou en mettant ledit objet sous contrainte mécanique. L'invention permet donc également de fournir un objet dont le code d'identification est effaçable simplement. La FIG. 5 illustre un deuxième objet 9' de forme géométrique identique à la forme géométrique de l'objet 9 précédemment décrit, dit premier objet 9, et représenté schématiquement sur la FIG. 2 . Le deuxième objet 9' a également été fabriqué par fabrication additive en utilisant le même dispositif 1 de fabrication additive que le premier objet 9. Les deux objets 9 et 9' sont donc indiscernables l'un de l'autre à l'œil nu. Toutefois, l'objet 9' a été fabriqué en appliquant des paramètres de fabrication différents de ceux qui ont été utilisé pour la fabrication du premier objet 9. Par exemple, les cordons 10A', 10B', et 10C' présentent des perméabilités magnétiques différentes des cordons 10A, 10B, 10C de l'objet 9. Il résulte que la signature magnétique du deuxième objet 9' est différente de la signature magnétique du premier objet 9. Chacun des deux objets peut ainsi être discerné de l'autre objet en identifiant la signature magnétique au moyen de la sonde 11. La FIG. 6 illustre à titre d'exemple un synoptique d'authentification de l'objet 9 selon un mode de réalisation de l'invention. Dans une première étape E21, l'objet 9 est fabriqué par un fabriquant selon le procédé préalablement décrit de sorte à intégrer dans l'objet 9 une signature magnétique. Dans une deuxième étape E22, le fabriquant communique un code de référence ainsi que l'emplacement et/ou une procédure de lecture de la signature magnétique de l'objet 9 à un destinataire. Cette communication peut être réalisée avant, après, ou en parallèle de la première étape E21. De préférence, cette communication est effectuée indépendamment de l'expédition dudit objet 9 du fabricant au destinataire. Dans une troisième étape E23, le destinataire identifie l'objet 9 en déterminant sa signature magnétique. Cette troisième étape comprend un nombre n de sous-étape E23.1, E23.2, ... E23.n correspondant chacune à la mesure de la perméabilité magnétique d'une zone z1, z2, ... zn. Lors de chaque sous étape, la sonde 11 est positionnée contre l'objet 9 en vis-à-vis de la zone considérée en se basant sur l'emplacement et/ou la procédure de lecture communiqués par le fabriquant. Ensuite, dans une quatrième étape E24, on convertit les valeurs de perméabilité magnétique précédemment mesurées en un code. Ce code correspond à l'identification de l'objet. Ensuite, dans une cinquième étape E25, le code détecté peut être comparé au code de référence fourni par le fabriquant de l'objet pour confirmer l'authenticité de l'objet. Procédé de fabrication additive d'un premier objet (9) ferromagnétique, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de variation d'au moins un paramètre du procédé de fabrication pour modifier localement une perméabilité magnétique dudit premier objet, pour intégrer une signature magnétique audit premier objet. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication additive est de type arc-fil. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que lesdites variations d'au moins un paramètre comprennent : - une variation de température de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - une variation de vitesse de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - une variation de débit de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - une variation de trajectoire de dépôt d'un matériau ferromagnétique, et/ou - la projection d'un fluide de refroidissement. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'il comprend une variation de vitesse de dépôt et une variation de débit de dépôt d'un matériau ferromagnétique, la vitesse de dépôt et le débit de dépôt étant à chaque instant synchronisé de sorte à obtenir une quantité de dépôt constante. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier objet (9) est fabriqué par fabrication additive sur un support (4) comprenant une première zone (10A) et une deuxième zone (10B), la première zone présentant des propriétés thermiques différentes de la deuxième zone. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'il comprend ensuite une étape de lissage d'une face dudit premier objet, ladite face comprenant des zones présentant des perméabilités magnétiques différentes. Procédé de fabrication additive d'un ensemble d'objets comprenant un premier objet et au moins un deuxième objet, chaque objet de l'ensemble d'objets étant fabriqué par un procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, chaque objet de l'ensemble d'objets comprenant une forme géométrique identique, au moins un paramètre du procédé de fabrication du deuxième objet étant différent d'un paramètre de fabrication du premier objet de sorte que la signature magnétique du deuxième objet soit différente de la signature magnétique du premier objet. Objet (9) ferromagnétique fabriqué par un procédé de fabrication additive selon l'une des revendications 1 à 6, ledit objet comprenant des variations locales de perméabilité magnétique formant une signature magnétique dudit objet. Ensemble d'objets fabriqués par un procédé de fabrication additive selon la revendication 7, chaque objet de l'ensemble d'objets comprenant une signature magnétique différente. Procédé d'identification d'un objet (9) fabriqué par fabrication additive selon la revendication 8, le procédé d'identification comprenant la détection de variations locales de perméabilité magnétique formant la signature magnétique de l'objet au moyen d'une sonde. Procédé d'identification selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend le calcul d'une fonction établissant un lien entre une variation de phase d'une impédance de la sonde en fonction d'une fréquence d'excitation. Procédé d'identification selon l'une des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que ladite sonde (11) comprend une bobine (12) pourvue d'un noyau (13) magnétique. Procédé d'identification selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite sonde (11) comprend en outre un aimant (14) accolé à la bobine (12). Procédé d'authentification d'un objet (9) comprenant : - la fabrication par un fabriquant dudit objet par un procédé de fabrication additive selon l'une des revendications 1 à 6, ledit objet comprenant des variations locales de perméabilité magnétique formant une signature magnétique de l'objet, et - la communication d'un emplacement de la signature magnétique sur ledit objet et/ou d'une procédure de lecture de la signature magnétique de la première personne à une deuxième personne, puis - la mise en œuvre du procédé d'identification dudit objet selon l'une des revendications 10 à 13.