INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La est une vue schématique en coupe d’un filtre métallique selon un plan de vecteurs directeurs et illustrant l’architecture microstructurée d’un filtre métallique selon un mode de réalisation de la présente invention ;
La est une image d’une architecture microstructurée selon l’art antérieur ;
La est une image d’une architecture microstructurée selon l’invention.
Description détaillée de l’invention En référence à la , l’invention concerne un filtre métallique 1 comprenant une architecture microstructurée définie dans un espace tridimensionnel présentant des axes orthogonaux X, Y et Z.
Le filtre métallique 1 permet la filtration d’un fluide F liquide ou gazeux. Par exemple, si le filtre métallique est destiné à être utilisé comme masque sanitaire, le fluide est l’air expiré et inspiré par un individu. Cet air peut donc être chargé en gouttelettes. Le filtre métallique 1 peut présenter toute forme ; il peut ainsi être parallélépipédique tel qu’illustré sur la mais également prismatique ou encore polyédrique. La forme sera adaptée selon le besoin.
Quelle que soit la forme géométrique choisie, on considérera dans la suite de la présente description que le fluide F se déplace dans le sens de l’épaisseur e du filtre métallique 1. L’épaisseur e du filtre métallique correspond à la dimension la plus faible dudit filtre métallique. En l’espèce, il s’agit donc de la distance comprise entre une première face principale 3 et une deuxième face principale 4 du filtre métallique 1. Dans l’exemple de réalisation illustré sur la , l’épaisseur e est donc définie dans une direction d’axe longitudinal, cet axe (axe X) étant orthogonal aux faces principales 3,4. Ainsi, lorsque le fluide F se déplace dans le sens de l’épaisseur e du filtre métallique 1, cela signifie qu’il traverse en premier lieu la première face principale 3 du filtre métallique, puis pénètre dans le filtre métallique 1 et enfin traverse la deuxième face principale 4 dudit filtre métallique dans cet ordre. Il convient de noter que cela ne définit ni la trajectoire réelle ni la dynamique de déplacement du fluide F à l’extérieur ou à l’intérieur du filtre métallique 1, mais seulement le mouvement global.
Le filtre métallique 1 comprend une architecture 2 microstructurée. L’architecture 2 est dite microstructurée dans la mesure où les principaux éléments formant ladite architecture présentent des dimensions micrométriques, c’est-à-dire des dimensions inférieures à 1000 µm, dans au moins deux dimensions de l’espace. Les principaux éléments de l’architecture microstructurée sont décrits dans la suite. Avant toute chose, précisons que l’architecture 2 microstructurée s’étend de la première face principale 3 à la deuxième face principale 4. On peut également souligner que le filtre métallique peut intégrer une pièce fonctionnelle comprenant une bordure périphérique 32 entourant l’architecture 2 microstructurée. Autrement dit, la pièce fonctionnelle comprend le filtre métallique 1 entourée de la bordure périphérique La bordure périphérique 32 présente une porosité nulle (autrement dit, égale à 0), c’est-à-dire qu’elle est non poreuse. Cela permet de renforcer la tenue mécanique du filtre métallique 1 dans son ensemble et de faciliter son intégration dans un procédé de fabrication de la pièce fonctionnelle.
En référence à la figure 2, l’architecture 2 microstructurée comprend un réseau métallique 10 formé d’une pluralité de brins 12 de liaison s’étendant selon une direction d’axe longitudinal (axe X). Le plan de coupe de l’architecture 2 microstructurée illustré à la figure 2 est orthogonal aux faces principales 3,4 du filtre métallique 1. Ce plan est un sous-espace de l’espace X, Y, Z, précédemment introduit, de vecteurs directeurs et . Il correspond, par exemple, à la surface E en perspective qui est délimitée par des lignes en traits pointillés sur la . Le plan de coupe de la est également illustré par un trait E en pointillés sur la (il est normal à la page). Chaque brin 12 de liaison se présente comme une structure de forme allongée ayant l’aspect d’un filament dont les contours ne sont pas linéaires. Comme cela sera vu plus en détail dans la suite, les brins 12 de liaison sont formés par une fusion localisée par laser des grains d’une poudre métallique. Les brins 12 de liaison sont de dimensions micrométriques dans au moins deux directions de l’espace ce qui implique, en pratique, qu’ils présentent sensiblement la forme d’un disque de diamètre micrométrique dans un plan de coupe transverse à leur longueur.
Le réseau métallique 12 peut avantageusement comprendre des ponts de matière 14 assurant la cohésion des brins 12 métalliques. Les ponts de matière 14 permettent au réseau métallique 10 de former un ensemble solidaire.
L’architecture 2 microstructurée comprend également un réseau 20 de pores 24 délimitant les brins 12 de liaison. Les pores 24 ont le sens usuel qui leur est donné dans l’état de la technique et correspondent aux espaces vides laissés au sein d’un matériau poreux. On rappelle que la est une illustration schématique de l’architecture 2 microstructurée. Ainsi, contrairement à ce qui est illustré, les pores 24 peuvent présenter des formes différenciées les uns par rapport aux autres même si, comme cela sera expliqué dans la suite, leur distribution et leur taille sont contrôlées. En effet, les pores 24 résultent également de la fusion localisée des grains de la poudre métallique, à ceci près qu’ils en sont la conséquence indirecte.
Selon une caractéristique préférentielle, lesdits moyens d’évacuation d’un rivet non enduit ou une fixation temporaire non conformes comprennent des moyens d’évacuation par aspiration.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape d’évacuation d’un rivet ou une fixation temporaire non conformes comprennent des moyens d’évacuation par aspiration.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’évacuation par aspiration d’un rivet non enduit ou une fixation temporaire non conformes comprennent une tubulure d’évacuation et des moyens de génération d’une dépression dans ladite tubulure.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape de génération d’une dépression dans ladite tubulure.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’introduction de fixation temporaire dans ledit module comprennent ladite tubulure.
Selon une caractéristique possible, un dispositif multi-tâches selon l’invention comprend des moyens d’amorçage de ladite évacuation par aspiration comprenant un élément pousseur apte à se positionner au-delà de l’extrémité dudit rivet ou de ladite fixation non conformes, opposée à celle placée du côté de ladite tubulure, ledit élément pousseur étant monté mobile en translation suivant l’axe dudit rivet ou de ladite fixation temporaire.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape d’amorçage de ladite évacuation par aspiration comprenant une étape de positionnement d’un élément pousseur au-delà de l’extrémité dudit rivet ou de ladite fixation non conformes, opposée à celle placée du côté de ladite tubulure, et une étape de déplacement en translation suivant l’axe dudit rivet ou de ladite fixation temporaire en direction dudit rivet ou de ladite fixation temporaire.
Selon une caractéristique possible, un dispositif multi-tâches selon l’invention comprend un poste d’enduction comprenant des moyens de dépose de mastic sur ledit rivet, lesdits moyens de dépose de mastic comprenant une buse d’enduction.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape de dépose de mastic sur ledit rivet au moyen d’une buse d’enduction.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’évacuation gravitaire sont aptes à évacuer un rivet enduit non conforme.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’évacuation par aspiration sont aptes à évacuer un rivet non enduit non conforme ou une fixation temporaire non conforme.
Selon une caractéristique possible, ledit poste d’enduction comprend un palpeur apte à déterminer la longueur d’un rivet solidaire d’un module de support placé audit poste d’enduction.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape de détermination de la longueur d’un rivet solidaire d’un module de support placé audit poste d’enduction au moyen d’un palpeur.
Selon une caractéristique possible, ledit élément pousseur est ledit palpeur.
Selon une variante possible, un dispositif multi-tâches selon l’invention constitue un dispositif multi-tâches comprenant au moins un module de support de rivet et un module de support de fixation temporaire, ledit dispositif poste de travail comprenant une unique broche susceptible d’être entrainée en translation et/ou en rotation selon un même axe, ledit dispositif comprenant des moyens d’amenée de chacun desdits modules de support de rivet et de fixation temporaire individuellement audit poste de travail, ladite broche unique étant susceptible de coopérer avec un module de support de rivet ou de fixation temporaire placé audit poste de travail pour permettre la pose d’un rivet ou d’une fixation temporaire.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape d’entrainement de ladite broche unique en translation et/ou en rotation selon un même axe, une étape d’amenée de chacun desdits modules de support de rivet et de fixation temporaire individuellement audit poste de travail, une étape de mise en coopération de ladite broche unique avec un module de support de rivet ou de fixation temporaire placé audit poste de travail pour permettre la pose d’un rivet ou d’une fixation temporaire.
Selon l’invention, ledit dispositif comprend des moyens de contrôle de la conformité dudit rivet ou de ladite fixation temporaire en fonction d’au moins un critère de conformité prédéterminé, et des moyens d’évacuation vers une zone de rebut d’un rivet ou d’une fixation temporaire identifié comme non conforme par lesdits moyens de contrôle.
Ainsi, selon cet aspect de l’invention, l’invention repose sur la mise en œuvre d’une technique permettant de s’assurer que le rivet ou la fixation temporaire chargée dans le dispositif multi-tâche afin d’être posé est bien en adéquation avec l’opération de pose qu’il est souhaité de réaliser, et dans le cas contraire, permettant d’évacuer vers une zone de rebut le rivet ou la fixation temporaire non conforme.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens de contrôle de la conformité sont aptes à analyser l’aspect visuel dudit rivet ou de ladite fixation temporaire et d’en déduire sa conformité ou non-conformité par rapport à un aspect visuel de référence.
Ils peuvent permettre, lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour réaliser un procédé de réalisation d’une tâche, pour la réalisation d’une étape de contrôle de la conformité sont aptes à analyser l’aspect visuel dudit rivet ou de ladite fixation temporaire et d’en déduire sa conformité ou non-conformité par rapport à un aspect visuel de référence.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens de contrôle de la conformité comprennent au moins une caméra et des moyens de contrôle de ladite caméra et d’analyse des images captées par ladite caméra, lesdits moyens de contrôle et d’analyse étant aptes à comparer les images de rivet ou de fixation temporaire captées par ladite caméra, à les comparer à des images de référence et à en déduire la conformité/non-conformité d’un rivet ou d’une fixation temporaire.
Ils peuvent permettre, lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, la réalisation d’une étape de captation d’images de rivet ou de fixation temporaire au moyen de ladite caméra, d’une étape de comparaison desdits images à des images de référence et d’une étape de déduction de la conformité/non-conformité d’un rivet ou d’une fixation temporaire.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’évacuation d’un rivet ou d’une fixation temporaire non conforme comprennent des moyens d’évacuation gravitaire.
Ils peuvent permettre, lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, la réalisation d’une étape d’évacuation gravitaire d’un rivet ou d’une fixation temporaire.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’évacuation d’un rivet non conforme comprennent une pince mobile entre au moins une position de préhension dans laquelle dans laquelle elle est apte à saisir un rivet non conforme solidaire dudit module de support de rivet et une position d’évacuation dans laquelle elle est susceptible de relâcher ledit rivet non conforme vers une zone de rebut, ladite pince pouvant prendre, à chacune de ses positions, un état resserré et un état relâché.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape de déplacement de ladite pince de l’une à l’autre de ses positions de façon à mettre en œuvre une étape de préhension au cours de laquelle elle saisit un rivet ou une fixation temporaire un rivet ou une fixation temporaire non conforme solidaire dudit module de support de rivet ou de fixation non conforme, et une étape d’évacuation au cours de laquelle elle relâche ledit rivet ou fixation temporaire non conforme vers une zone de rebut, le procédé comprenant des étapes de resserrement et de relâchement de la pince.
Selon une caractéristique possible, ladite pince est mobile en rotation entre ses positions de préhension et d’évacuation suivant un axe essentiellement parallèle à l’axe dudit module.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape de déplacement en rotation de ladite pince suivant un axe essentiellement parallèle à l’axe dudit module.
Selon une caractéristique possible, ladite pince est montée mobile en translation suivant l’axe de ladite broche entre au moins :
une position rétractée dans laquelle elle s’étend à proximité d’une extrémité de sortie dudit module de support de rivet, et une position de désengagement dans laquelle elle est éloignée de ladite extrémité de sortie dudit module de support de rivet.
Ceci peut permettre de déplacer un rivet maintenu dans un module de support de rivet au moyen d’une bague élastique de sorte à dégager sa tête de cette pince.
Lorsqu’un dispositif selon l’invention est mis en œuvre pour mettre un procédé de réalisation d’une tâche, il peut comprendre une étape de déplacement en translation de ladite pince suivant un axe essentiellement parallèle à l’axe dudit module entre ses positions rétractée et de désengagement.
Le support peut être chauffé à une température strictement supérieure à la température ambiante et inférieure ou égale à 250°C. Avantageusement, le support peut plus précisément être chauffé à une température comprise entre 180°C et 220°C, et encore plus avantageusement entre 190°C et 210°C. Cela permet d’augmenter l’adhérence au support et de stabiliser structurellement la couche ainsi formée. Le produit fini est donc moins fragile.
Une deuxième étape du procédé de fabrication additive selon l’invention consiste à effectuer une fusion localisée par laser des grains métalliques de la poudre, à une température supérieure à la température de fusion du matériau donné, ou de l’alliage de matériaux donné, formant ladite poudre métallique déposée lors de l’étape 110. La fusion par laser effectuée dans ces conditions permet un apport d’énergie localisé sous l’action d’un faisceau laser ce qui permet de faire fondre de manière localisée les grains de la poudre.
Cette fusion localisée, et donc sélective, est exécutée au moyen d’un programme d’ordinateur qui permet de créer un motif M prédéterminé de l’architecture 2 microstructurée à partir d’une base de données informatique préétablie.
La est une image d’une architecture 2 microstructurée selon l’invention. On distingue l’anisotropie des interstices 22 longitudinaux qui sont tous parallèles les uns aux autres selon une direction donnée. Au contraire, dans une architecture microstructurée obtenue par un procédé selon l’art antérieur tel qu’illustrée sur la , les pores sont répartis selon une distribution isotrope.
Il peut être nécessaire de réitérer les étapes 110 et 120 plusieurs fois pour former des brins 12 de liaison aux dimensions adaptées.
À chaque étape de fusion par laser, la trajectoire adoptée par le faisceau laser comprend des vecteurs de déplacement où les vecteurs de déplacement sont décalés spatialement deux à deux suivant une valeur de décalage et le taux de porosité des pores au sein du filtre métallique 1 est ajusté, pour une puissance de faisceau laser donnée et une épaisseur de couche donnée, en adaptant ladite valeur de décalage, le taux de porosité augmentant au fur et à mesure que la valeur de décalage augmente. La valeur de décalage HD, cette valeur ayant une incidence sur le filtre métallique 1 fabriqué.
A cet égard, la densité d’énergie volumique du faisceau laser à chaque passe durant l’étape de fusion par laser, au niveau de l’architecture 2 microstructurée, est comprise entre 30% et 90% d’une valeur de densité d’énergie volumique du faisceau laser nécessaire à l’obtention d’un bloc non poreux à partir de ladite poudre métallique. Pour adapter cette densité d’énergie volumique, on peut par exemple fixer une puissance laser en agissant sur les autres paramètres : HD, V et e C . On pourra se référer à la formule mathématique (F1) ci-après qui définit ces paramètres.
Le programme d’ordinateur, à l’aide de la base de données, pilote le déplacement du faisceau laser par rapport à la poudre métallique déposée au cours de l’étape 110, selon au moins l’un des paramètres choisis parmi:
- une trajectoire relative entre le faisceau laser et la poudre de matériau métallique précédemment déposée,
- une vitesse de déplacement « V » correspondant à une vitesse relative entre le faisceau laser et la poudre de matériau métallique précédemment déposée,
- une puissance du faisceau laser « P »,
- une densité d’énergie volumique du faisceau laser « E ».
La densité d’énergie volumique E du faisceau laser, exprimée en J/mm3, se définit par la formule mathématique (F1) suivante : [Math 1]
Où : P est la puissance de faisceau laser, exprimée en Watt (W), V est la vitesse de déplacement du faisceau laser, exprimée en mm/s, HD est une valeur de décalage entre deux vecteurs adjacents d’application du faisceau laser, exprimé en mm, et e C est l’épaisseur de couche, exprimée en mm, E est la densité d’énergie volumique du faisceau laser.
Cette solution de fabrication additive en trois dimensions par dépôts de couches successives puis fusion par laser selon des trajectoires préétablies et pilotées informatiquement, est connue sous la technologie nommée « SLM » qui est l’acronyme de « Selective Laser Melting » selon la terminologie anglo-saxonne, qui peut donc se traduire, comme on l’aura compris par « fusion localisée par laser ».
Dans une méthode additive SLM, les opérations sont réalisées dans un environnement sous gaz neutre (généralement de l’argon), où notamment une fine couche de poudre métallique est étalée sur un substrat métallique. Le faisceau laser vient alors apporter à la poudre l’énergie nécessaire à la faire fondre et adhérer aux couches inférieures de façon sélective en fonction de la géométrie de la pièce. La répétition de ces actions permet la fabrication de pièces métalliques de géométrie complexe en trois dimensions. Pour ce faire, il est nécessaire de préparer le fichier de type « commande assistée par ordinateur » de la pièce en la découpant en tranches de l’épaisseur de la couche de fabrication souhaitée pour en faire un ensemble de plans en deux dimensions. Il faut en plus lui créer des supports de maintien et lui affecter un jeu de paramètre qui permettra de définir les trajectoires du faisceau laser sur la poudre. L’ensemble de ces opérations permet d’obtenir un fichier qui est transmis et pilote la machine de fabrication.
On a également proposé des filtres de porosité homogène à architecture microstructurée fabriqués par impression 3D ( ). Cependant, de tels filtres ne permettent pas de répondre complètement à la problématique liée à la perte de charge lorsque l’efficacité de la filtration augmente. En effet, s’il est plus simple de trouver un compromis entre la perte de charge et l’efficacité de la filtration, la perte de charge reste néanmoins élevée. Résumé de l’invention
L’invention permet de surmonter les inconvénients précités et propose à cet effet un filtre métallique comprenant une architecture microstructurée définie dans un espace tridimensionnel présentant des axes orthogonaux X, Y, Z, l’architecture microstructurée comprenant un réseau métallique formé d’une pluralité de brins de liaison longitudinaux à savoir s’étendant selon une direction d’axe longitudinal (axe X), et un réseau de pores comprenant une pluralité d’interstices longitudinaux correspondant à des sous-ensembles de pores du réseau de pores localisés le long de brins de liaison, les interstices longitudinaux définissant un axe d’anisotropie de l’architecture microstructurée.
Ainsi, en pratique, au sein du réseau de pores, les pores 24 sont distribués de sorte qu’une anisotropie de l’architecture microstructurée soit obtenue dans la direction d’axe longitudinal X, au regard des deux autres directions Y, Z.
Les pores d’un interstice donné sont généralement parallèles aux pores d’un autre interstice et ainsi de suite pour l’ensemble des interstices. Les interstices du réseau de pores sont donc généralement parallèles les uns aux autres. La porosité est donc contrôlée au sein de l’architecture microstructurée. Le filtre métallique selon l’invention permet ainsi d’avoir une faible perte de charge tout en ayant une efficacité de filtration élevée.
- les pores présentent sensiblement la même taille ;
- la porosité est comprise entre 10% et 70% ;
- les brins de liaison présentent une largeur comprise entre 10 µm et 500 µm, et les interstices longitudinaux présentent une largeur comprise entre 1 µm et 100 µm ;
- le filtre métallique présente une épaisseur définie selon l’axe longitudinal comprise entre 250 µm et 300 mm ;
- le réseau métallique est fait d’un métal choisi parmi l’aluminium, le nickel, le cobalt, le fer, le cuivre, le palladium, le titane, le tungstène, l’argent ou le platine, ou d’un alliage de matériaux comme de l’acier inoxydable, un alliage métallique ou un oxyde métallique ;
- le filtre métallique comprend en outre deux faces principales opposées délimitant l’architecture microstructurée, lesdites faces longitudinales étant respectivement recouvertes d’une couche mince virucide ou bactéricide.
L’invention concerne aussi une pièce fonctionnelle comprenant un filtre métallique selon l’invention et une bordure périphérique de porosité nulle entourant l’architecture microstructurée du filtre métallique.
L’invention concerne en outre un procédé de fabrication additive d’un filtre métallique tel que décrit précédemment, ledit procédé de fabrication additive comprenant les étapes suivantes :
- déposer une couche de poudre métallique d’un matériau donné ou d’un alliage de matériaux sur un support, ladite couche de poudre métallique présentant une épaisseur comprise entre 1 µm et 200 µm ;
- effectuer une fusion localisée par laser des grains métalliques de la poudre, à une température supérieure à la température de fusion du matériau ou de l’alliage de matériaux formant ladite poudre métallique déposée lors de l’étape de dépôt de la couche de poudre métallique et exécuter un programme d’ordinateur de sorte à créer un motif prédéterminé de l’architecture microstructurée.
Le procédé selon l’invention pourra comprendre l’une au moins des étapes suivantes, prise seul ou combinaison :