Brevet FR3159338A1 — publié le 20250822

Procédé de fabrication d’une pièce en alliage à base d’Aluminium ou de Magnésium, comportant la fabrication additive de la pièce par fusion de l’alliage et formation d’un bain de fusion (18) grâce à l’énergie apportée par un faisceau laser (10) émis selon un premier axe (A), caractérisé en ce que le bain de fusion (18) est soumis à des ultrasons (22) au moyen d’un transducteur (24) qui émet les ultrasons (22) selon un second axe (B) incliné d’un angle (α) compris entre 10 et 80° par rapport audit premier axe (A). Figure pour l'abrégé : Figure 1 PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PIECE EN ALLIAGE A BASE D’ALUMINIUM OU DE MAGNESIUM, COMPORTANT LA FABRICATION ADDITIVE DE LA PIECE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en alliage à base d’Aluminium ou de Magnésium, comportant la fabrication additive de la pièce. Arrière-plan technique Il est connu de réaliser une pièce en alliage métallique par un procédé de fabrication additive. La fabrication additive consiste à réaliser une pièce couche par couche, à partir d’un matériau d’apport qui peut se présenter sous différentes formes (poudre, baguette, fil, etc.). Le matériau d’apport est fondu ce qui permet de réaliser un bain de fusion. Après solidification, il se forme alors un cordon de matière qui est formé sur un cordon de matière préalablement formé et qui est destiné à recevoir un autre cordon de matière afin de construire la pièce couche par couche. La fusion du matériau d’apport est en général obtenue par l’énergie apportée par un faisceau laser. Il existe notamment deux types de fabrication additive par laser. Selon un premier type appelé SLM qui est l’acronyme de Selective Laser Melting , la fabrication est réalisée sur lit de poudre par fusion sélective de couches de poudre. Selon un second type appelé LMD qui est l’acronyme de Laser Metal Deposition ou DED qui est l’acronyme de Directed Energy Deposition , le matériau à fondre est apporté sous forme de poudre par un flux de gaz, ou sous forme d’une baguette ou fil. Dans le domaine de la fonderie, il est également connu un procédé appelé USP ( Ultrasonic Melting Processing ) qui consiste à soumettre un bain de métal en fusion à des ondes ultrasonores. Cependant, cette technologie est difficile à industrialiser du fait de la complexité de sa mise en place à l’échelle des bains de fonderie industriels. Les principales problématiques rencontrées en fabrication additive se concentrent essentiellement sur la microstructure anisotrope résultante ainsi que sur les défauts générés à l’échelle locale lors de la fabrication d’une pièce. La présente invention s’intéresse plus particulièrement à l’amélioration des propriétés des pièces réalisées par fabrication additive en alliages « légers », en particulier des alliages à base d’Aluminium ou de Magnésium. La présente invention a pour but d’améliorer la fabrication additive de ce type de pièce, notamment en améliorant la qualité et l’homogénéité de la zone fondue et en affinant la microstructure de la pièce. L'invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en alliage à base d’Aluminium ou de Magnésium, comportant la fabrication additive de la pièce par fusion de l’alliage et formation d’un bain de fusion grâce à l’énergie apportée par un faisceau laser émis selon un premier axe, caractérisé en ce que le bain de fusion est soumis à des ultrasons au moyen d’un transducteur qui émet les ultrasons selon un second axe incliné d’un angle compris entre 10° et 80° par rapport audit premier axe. Les ultrasons ou ondes ultrasonores permettent d’agir directement sur la microstructure résultante lors de la solidification de l’alliage. Les ultrasons permettent en particulier de désagglomérer les phases, de dégazer la matière fondue et d’affiner la microstructure. Les ondes ultrasonores ont en effet un effet direct sur la germination des différentes phases et des microcavités d’air emprisonnées dans le bain de fusion via des phénomènes de cavitation. La mise en œuvre des ondes ultrasonores pour la fabrication additive des pièces est fortement plus pratique et efficace que pour un bain de fonderie au global. En effet, la localisation contrôlée de la zone de fusion générée par un procédé de fabrication additive est un atout primordial pour l’intégration d’un transducteur associé par exemple à une sonotrode. Le procédé selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises seules ou en combinaison les unes avec les autres : l’angle est compris entre 10° et 45°, et de préférence entre 30° et 45° ; l’angle est compris entre 45° et 80°, et de préférence entre 60° et 80° ; l’angle est compris entre 30° et 60°, et est de préférence de 45° à +/-20% ; le transducteur est équipé d’une sonotrode qui comprend une extrémité libre d’émission des ultrasons qui est située à au plus 5 cm du bain de fusion, de préférence au plus 1 cm du bain de fusion et encore plus préférentiellement moins de 1 cm du bain de fusion ; le laser pour la mise en fusion a une puissance comprise entre 100W et 1000W, et de préférence de 400W à +/- 10% ; les ultrasons sont émis à une fréquence comprise entre 10KHz et 50KHz, et de préférence de 20KHz à +/-10% ; l’alliage comprend plus de 50% en poids d’Aluminium ou de Magnésium, et de préférence plus de 80% en poids d’Aluminium ou de Magnésium ; la fabrication additive est du type SLM et réalisée sur un lit de poudres ; la fabrication additive est du type LMD ou DED et réalisée par fusion d’une poudre apportée par un flux de gaz ou d’un fil ou d’une baguette d’apport ; le flux de gaz est projeté(e) selon un troisième axe, ou le fil ou la baguette d’apport est alimenté selon un troisième axe, le troisième axe étant incliné d’un angle compris entre 10° et 80° par rapport audit second axe ; les premier, second et troisième axes sont coplanaires ; -- le troisième axe est incliné d’un angle compris entre 10° et 45° par rapport au premier axe, et par exemple entre 20° et 30° ; -- le premier axe est intercalé entre les second et troisième axes ; -- le troisième axe est incliné d’un angle compris entre 60° et 80° par rapport au premier axe ; -- le second axe est intercalé entre les premier et troisième axes. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique d’une installation du type LMD ou DED pour la fabrication additive d’une pièce, et illustre un mode de réalisation d’un procédé selon l’invention, FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique d’une autre installation du type LMD ou DED pour la fabrication additive d’une pièce, et illustre un autre mode de réalisation d’un procédé selon l’invention, FIG. 3 les figures 3a et 3b sont des vues schématiques d’une installation du type SLM pour la fabrication additive d’une pièce, et illustrent un autre mode de réalisation d’un procédé selon l’invention. Description détaillée de l'invention L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en alliage à base d’Aluminium ou de Magnésium. L’alliage peut comprendre plus de 50% en poids d’Aluminium ou de Magnésium, et de préférence plus de 80% en poids d’Aluminium ou de Magnésium. Le procédé comporte la fabrication additive de la pièce par fusion de l’alliage et formation d’un bain de fusion grâce à l’énergie apportée par laser. La FIG. 1 illustre un premier mode de réalisation du procédé dans lequel le laser émet un faisceau laser 10 selon un premier axe A. La FIG. 1 illustre la fabrication additive du type LMD ou DED dans laquelle le matériau d’apport est apporté sous forme d’une poudre dispersée dans un flux de gaz 12 projeté par une buse 14. La poudre est projetée sur un support 16 et fondue par le faisceau laser 10 qui forme un bain de fusion 18. Dans le cas d’un alliage précité à base d’Aluminium ou de Magnésium, la température de fusion de l’alliage est supérieure ou égale à 620 °C. Après solidification, il se forme un cordon de matière 20 et la réalisation de plusieurs cordons de matière successifs et superposés permet de fabriquer la pièce couche par couche. Selon l’invention, le bain de fusion 18 est soumis à des ultrasons 22 ou ondes ultrasonores au moyen d’un transducteur 24 qui émet les ultrasons 22 selon un second axe B incliné d’un angle α compris entre 10 et 80° par rapport au premier axe A. Dans l’exemple représenté, cet angle α est compris entre 30° et 80° et de préférence entre 30° et 60°. Il est par exemple de 45° à +/-20%. Le flux de gaz 12 peut être projeté selon un troisième axe C qui est incliné d’un angle β compris entre 10° et 80° par rapport au premier axe A, de préférence entre 10° et 45°, et par exemple entre 20° et 30°. Dans l’exemple représenté, les axes A, B et C sont coplanaires. L’axe A est intercalé entre les axes B et C, et l’angle γ formé par les axes B et C est compris entre 10° et 80°. L’angle γ est égal à la somme des angles α et β. Le transducteur 24 est de préférence équipé d’une sonotrode 26. La sonotrode 26 a une forme allongée et comprend une extrémité reliée à une sortie du transducteur 24 et une extrémité 28 opposée qui est libre. Les ultrasons 22 sont émis à partir de cette extrémité libre 28 qui est située à au plus 5 cm du bain de fusion 18, de préférence au plus 1 cm du bain de fusion 18 et encore plus préférentiellement moins de 1 cm du bain de fusion 18. La FIG. 2 illustre la fabrication additive du type LMD ou DED dans laquelle le matériau d’apport est apporté sous forme d’une baguette ou d’un fil 30. Le principe de cette fabrication additive est similaire à celui de la FIG. 1 . La description de la FIG. 1 s’applique donc pour l’essentiel à cette FIG. 2 . Le bain de fusion 18 est soumis à des ultrasons 22 au moyen d’un transducteur 24 qui émet les ultrasons 22 selon un second axe B incliné d’un angle α compris entre 10° et 80° par rapport au premier axe A. Dans l’exemple représenté, cet angle α est compris entre 10° et 45°, et de préférence entre 30° et 45°. Le matériau d’apport s’étend selon un troisième axe C qui est incliné d’un angle β compris entre 60° et 80° par rapport au premier axe A. Dans l’exemple représenté, les axes A, B et C sont coplanaires. L’axe B est intercalé entre les axes A et C. L’angle γ formé par les axes B et C est compris entre 10° et 80°, et est par exemple inférieur à 45°. Les figures 3a et 3b illustrent la fabrication additive du type SLM dans laquelle un lit de poudre 32 est déposé sur un plateau support 34 et est balayé par le faisceau laser 10 pour fabriquer la pièce 36 couche par couche. L’installation de fabrication additive comprend en plus du plateau support 34 un racleur 38 qui permet d’étaler la poudre 32 sur le plateau support 34. Comme évoqué précédemment, le bain de fusion 18 est soumis à des ultrasons 22 au moyen d’un transducteur 24 qui émet les ultrasons 22 selon un second axe B incliné d’un angle α compris entre 10 et 80° par rapport au premier axe A. Dans l’exemple représenté, cet angle α est compris entre 10° et 60° et de préférence entre 30° et 60°. Il est par exemple de 45° à +/-20%. Avantageusement : - le laser pour la mise en fusion a une puissance comprise entre 100W et 500W, et de préférence de 400W à +/- 10%, et/ou - les ultrasons sont émis à une fréquence comprise entre 10KHz et 50KHz, et de préférence de 20KHz à +/-10%. Appliquée à des alliages légers durcis par précipitation, l’invention est particulièrement avantageuse car fonctionnalise l’opération de lasage, elle permet notamment la cavitation des porosités, l’affinage de la microstructure et la fragmentation des intermétalliques générés à la solidification. Les propriétés de l’alliage résultant peuvent être améliorés via l’emploi des ultrasons par : une réduction de l’anisotropie du module d’Young à partir de 2%, une augmentation de la nanodureté d’au moins 5%, une diminution de l'anisotropie de la microdureté pouvant aller jusque 30%. Procédé de fabrication d’une pièce en alliage à base d’Aluminium ou de Magnésium, comportant la fabrication additive de la pièce par fusion de l’alliage et formation d’un bain de fusion (18) grâce à l’énergie apportée par un faisceau laser (10) émis selon un premier axe (A), caractérisé en ce que le bain de fusion (18) est soumis à des ultrasons (22) au moyen d’un transducteur (24) qui émet les ultrasons (22) selon un second axe (B) incliné d’un angle (α) compris entre 10° et 80° par rapport audit premier axe (A). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’angle (α) est compris entre 10° et 45°, et de préférence entre 30° et 45°. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’angle (α) est compris entre 45° et 80°, et de préférence entre 60° et 80°. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’angle (α) est compris entre 30° et 60°, et est de préférence de 45° à +/-20%. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le transducteur (24) est équipé d’une sonotrode (26) qui comprend une extrémité libre d’émission des ultrasons (22) qui est située à au plus 5 cm du bain de fusion (18), de préférence au plus 1 cm du bain de fusion (18) et encore plus préférentiellement moins de 1 cm du bain de fusion (18). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le faisceau laser (10) a une puissance comprise entre 100W et 500W, et de préférence de 400W à +/- 10%. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les ultrasons (22) sont émis à une fréquence comprise entre 10KHz et 50KHz, et de préférence de 20KHz à +/-10%. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’alliage comprend plus de 50% en poids d’Aluminium ou de Magnésium, et de préférence plus de 80% en poids d’Aluminium ou de Magnésium. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la fabrication additive est du type SLM et réalisée sur un lit de poudre. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la fabrication additive est du type LMD ou DED et réalisée par fusion d’une poudre apportée par un flux de gaz (12) ou par fusion d’un fil (30) ou d’une baguette d’apport. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le flux de gaz (12) est projeté(e) selon un troisième axe (C), ou le fil (30) ou la baguette d’apport est alimenté selon un troisième axe (C), le troisième axe (C) étant incliné d’un angle (γ) compris entre 10 et 80° par rapport audit second axe (B). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les premier, second et troisième axes (A, B, C) sont coplanaires.