INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Procédé de fabrication additive d’une pièce métallique Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine de la fabrication additive, en particulier la fabrication additive par fusion laser sélective sur lit de poudre, également dénommée par l’acronyme « SLS » pour « Selective Laser Sintering » en anglais.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce mécanique par fabrication additive.
Alternativement, à partir de la structure illustrée en (D) de la , une étape de polissage mécano-chimique appliquée à la couche ferroélectrique Ferro lay permet d’amincir celle-ci, éventuellement jusqu’à exposer le volume V2, de sorte que sa surface constitue la face libre de la couche ferroélectrique Ferro lay .
Variantes Les exemples ci-dessus illustrés par les figures 3 et 4 ne comprennent explicitement qu’une couche métallique M1, située entre le support Sprt et la couche ferroélectrique Ferro lay . Optionnellement, la structure peut comprendre une couche métallique supplémentaire ou des couches diélectriques optionnelles au niveau de l’interface entre le support Sprt et la couche ferroélectrique Ferro lay .
La illustre une structure Struct comprenant une seconde couche métallique M2 située en surface de la couche ferroélectrique, la couche ferroélectrique Ferro lay étant interposée entre les deux couches métalliques M1 et M2. Cette configuration peut être utilisée dans le cadre d’un dispositif à ondes acoustiques de volume, les couches métalliques M1 et M2 servant d’électrodes pour l’application d’un champ électrique à la couche ferroélectrique Ferro lay .
La illustre une structure Struct comportant en outre une première couche diélectrique telle qu’une couche d’oxyde Ox1 interposée entre le substrat Sprt et la première couche métallique M1. Il peut par exemple s’agir du résultat d’un procédé de fabrication de la structure Struct dans lequel la couche métallique M1 est formée sur la couche diélectrique Ferro lay , la couche diélectrique Ox1 est formée sur le support Sprt, puis la couche ferroélectrique Ferro lay est assemblée au support Sprt par mise en contact intime de la couche métallique avec la couche diélectrique, selon un procédé analogue à celui expliqué en rapport avec la , avec ici un contact oxyde-métal.
La illustre une structure Struct similaire à celle de la , comportant en outre une seconde couche diélectrique telle qu’une couche d’oxyde Ox2 interposée entre le la première couche métallique M1 et la première couche diélectrique Ox1. Il peut par exemple s’agir du résultat d’un procédé de fabrication de la structure Struct dans lequel la couche métallique M1 et la seconde couche diélectrique Ox2 sont formées successivement et dans cet ordre sur la couche diélectrique Ferro lay , la couche diélectrique Ox1 est formée sur le support Sprt, puis la couche ferroélectrique Ferro lay est assemblée au support Sprt par mise en contact intime des deux couches diélectriques Ox1 et Ox2, selon un procédé analogue à celui expliqué en rapport avec la , avec ici un contact diélectrique-diélectrique, et plus spécifiquement oxyde-oxyde dans cet exemple.
Les deux procédés expliqués ci-dessus par rapport aux figures 6 et 7 ne sont que deux exemples, et d’autres procédés sont envisageables, aboutissant aux mêmes résultats ou à d’autres variantes de la structure Struct. On peut ainsi former un miroir de Bragg adjacent à la couche ferroélectrique Ferrolay, de préférence entre cette couche et le support Sprt, par exemple sous la couche métallique M1, en formant un empilement de paires de couches comprenant une couche de SiO2 et une couche de HfSO2 ou une couche de SiO2 et une couche de Mo ou autres structures et matériaux connus pour former des miroirs de Bragg. La couche métallique M2 peut avoir la même composition que la couche M1 ou peut avoir une composition différente. Les couches d’oxyde Ox1 et Ox2 peuvent être par exemples des couches d’oxyde de silicium ou d’oxyde de nitrure de silicium.
En outre, le support Sprt peut être préparé par adjonction d’une couche diélectrique pouvant être formée d’un empilement de couches diélectriques de nature différentes. La couche diélectrique peut être élaborée directement sur le support Sprt selon différentes techniques connues de l’état de l’art, telles des traitements thermiques d’oxydation ou de nitruration, des dépôts chimiques selon des techniques dites LPCVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Low Pressure Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur à pression sous atmosphérique) ou PECVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) ou encore PVD (Physical Vapor Deposition) ou ALD (Atomic Layer Deposition).
L’assemblage du support avec la couche ferroélectrique peut provoquer une accumulation d’hydrogène à l’interface entre eux, constituant un gradient de concentration d'hydrogène rendant possible la transformation multidomaine d'une portion de la couche ferroélectrique à proximité de cette interface, par exemple au cours du traitement thermique de séparation de la couche ferroélectrique Ferro lay du substrat ferroélectrique Ferro sub .
On peut s’assurer que la couche métallique et les couches diélectriques optionnelles adjacentes à la couche ferroélectrique Ferro lay présentent une concentration d’hydrogène inférieure à celle présente dans la couche ferroélectrique Ferro lay , de sorte que l’hydrogène en excès dans la couche ferroélectrique peut être absorbé dans ces couches adjacentes lors de la diffusion provoquée par le traitement thermique de séparation de la couche Ferro sep . On prévient ainsi l'accumulation d'hydrogène à l’interface d'assemblage et on évite une transformation multidomaine dans la portion de la couche ferroélectrique à proximité de cette interface.
La concentration d’hydrogène de la couche métallique et des couche diélectrique optionnelles peut être réduite par exemple au moyen d’une étape de recuit qui vise à porter ces couches adjacentes à une température supérieure à celle du traitement thermique de préparation de la couche ferroélectrique Ferro lay reportée, que l’on présentera ultérieurement dans cette description. On peut ainsi porter cette couche à une température de recuit de 600°C, 700°C, voire même 800°C ou plus. La concentration moyenne en hydrogène dans la couche diélectrique, après cette étape d’exodiffusion, peut ainsi être inférieure 5.10 20 at/cm^3, ou avantageusement inférieure à 10 18 at/cm 3 .
Les exemples illustrés dans cette description se limitent à un volume V2 continu formant une couche unique de polarisation inversée dans l’épaisseur de la couche ferroélectrique, mais il est possible de produire une paire de tels volumes V2 s’étendant respectivement à partir de deux surfaces opposées d’une couche piézoélectrique, un volume V1 de polarisation non inversée et donc opposée à celle des deux volumes V2 étant interposé entre ces deux volumes V2. Les deux volumes V2 distincts peuvent être formés en procédant à plusieurs implantations successives d’ions hydrogène d’énergies d’accélérations et donc de profondeurs d’implantation différentes, de manière à définir deux volumes V2 chacun ouverts sur une surface de la couche ferroélectrique et d’épaisseurs fonctions des énergies d’implantation associées. On peut ainsi obtenir une alternance de polarisations opposées selon la direction d’épaisseur de la couche ferroélectrique.
Exemples d’applications
Chacune des structures illustrées par les figures 5, 6 et 7 peut constituer un dispositif à onde acoustique de volume ou être intégrée dans un tel dispositif formant par exemple un filtre passe-bande BAW.
Des simulations numériques ont permis de déterminer qu’un tel dispositif présenterait une sensibilité réduite de la fréquence à l’épaisseur et une amélioration de la tenue en puissance, la densité d’énergie dans la couche étant répartie sur l’ensemble de l’épaisseur de la couche ferroélectrique.
En considérant la , on distingue l’ouverture 28 du compartiment de réception 24. Les dimensions de l’ouverture 28 sont choisies de façon que l’unité d’alimentation électrique 1 traverse cette ouverture 28 avec seulement un faible jeu lors de son introduction. De la sorte, lorsque le câble de connexion électrique 4 n’est pas correctement engagé dans sa position de repos, par exemple comme illustré sur la , le câble de connexion électrique 4 lui-même empêche l’introduction correcte de l’unité d’alimentation électrique 1, qui ne peut ainsi pas être utilisée pour alimenter le moteur d’assistance du vélo électrique.
Le mode de réalisation qui a été précédemment décrit, tant pour l’unité d’alimentation électrique 1 que pour le véhicule de type vélo, la batterie d’accumulateurs électriques 2 est de forme relativement allongée, particulièrement bien adaptée pour un vélo dans laquelle le cadre comprend une poutre oblique 25.
Toutefois, la présente invention peut trouver application dans des véhicules n’ayant pas de tube central tel que la poutre oblique 25. Tel est le cas par exemple des trottinettes. Dans ce cas, la batterie d’accumulateurs électriques peut alors avoir une forme moins allongée, de sorte qu’un câble longeant la batterie d’accumulateurs électriques en un seul passage risque d’être trop court pour une connexion à une source extérieure d’énergie électrique. On peut alors prévoir que, en position de repos, le câble de connexion électrique longe une face de la batterie d’accumulateurs en faisant un aller et un retour, le réceptacle de fiche étant alors positionné sur le chargeur. On profite alors de la flexibilité entre deux segments rigides du câble de connexion électrique.
En alternative ou en complément, on peut également prévoir que, en position de repos, le câble de connexion électrique est rangé rabattu sur deux faces de la batterie d’accumulateurs électriques.
UNITE D’ALIMENTATION ELECTRIQUE AMOVIBLE ET VEHICULE A CONNECTIQUE PROTEGEE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine de l’alimentation électrique embarquée pour véhicules, notamment pour véhicules légers à assistance électrique tels que des bicyclettes, des trottinettes, des tricycles, ….
Dans ce domaine, la source d’énergie électrique pour alimenter le moteur d’assistance électrique est une unité d’alimentation électrique embarquée sur le châssis du véhicule et comprenant une batterie d’accumulateurs électriques. La recharge de la batterie d’accumulateurs électriques est souvent assurée par un chargeur externe que l’utilisateur doit connecter à la batterie d’accumulateurs électriques. Le chargeur externe est soit connecté en permanence à une source extérieure d’énergie électrique, soit connectable à volonté à ladite source extérieure d’énergie électrique.
Pour éviter le désagrément de transport d’un chargeur externe dans un sac, et le risque d’oublier ou de perdre le chargeur, on a déjà proposé d’intégrer dans l’unité d’alimentation électrique un chargeur embarqué, fixé à une extrémité de la batterie d’accumulateurs électriques, et connecté en permanence à ladite batterie d’accumulateurs électriques. Un câble de connexion électrique permet à l’utilisateur d’établir une connexion électrique entre le chargeur embarqué et une source extérieure d’énergie électrique afin d’assurer une recharge de la batterie d’accumulateurs électriques.
Les unités d’alimentation électrique les plus couramment utilisées sont amovibles, de forme allongée, et comportent, à l’une de leurs extrémités, un connecteur de sortie conformé pour coopérer avec un connecteur de véhicule correspondant prévu sur le véhicule pour établir la conduction du courant électrique entre la batterie d’accumulateurs électriques et un moteur d’assistance du véhicule.
Le connecteur de sortie et le connecteur de véhicule sont le plus souvent munis d’un système d’aimants qui assurent l’attraction des connecteurs l’un par rapport à l’autre et qui aident ainsi à réaliser une connexion franche et une déconnexion franche, réduisant les risques de corrosion des conducteurs par étincelles.
La recharge de la batterie d’accumulateurs électriques à l’aide d’un chargeur embarqué se fait le plus souvent lorsque l’unité d’alimentation électrique est extraite du véhicule, généralement pour être transportée dans un local surveillé où se trouve une connexion à la source extérieure d’énergie électrique. L’unité d’alimentation électrique se trouve alors généralement posée sur le sol ou sur un support, et son connecteur de sortie est accessible. Les conducteurs du connecteur de sortie sont alors généralement apparents.
En fonctionnement normal, il n’y a entre les conducteurs du connecteur de sortie qu’une tension continue égale à la tension de sortie de la batterie d’accumulateurs, généralement de 36 V ou 40 V, pouvant atteindre 55 V lorsque la batterie est complètement chargée. Une telle tension continue, inférieure à 60 V, satisfait les normes de sécurité applicables dans le cas d’un local mouillé. Elle ne présente donc pas de danger pour l’utilisateur, ce dernier pouvant toucher les conducteurs du connecteur de sortie sans risque pour sa santé.
Cependant, en cas de défaut du chargeur embarqué, une tension alternative de valeur plus élevée et particulièrement dangereuse peut apparaître au moins temporairement entre les conducteurs du connecteur de sortie. Cela peut se produire par exemple en cas de défaut d’isolation galvanique d’un transformateur généralement présent dans le chargeur pour transformer le courant alternatif d’entrée à 220 V en courant alternatif à plus faible tension qui est ensuite redressé pour fournir un courant continu de recharge de la batterie d’accumulateurs. En effet, le circuit électronique de gestion de la batterie d’accumulateurs (Battery Management System - BMS) ne suffit pas pour éliminer totalement la surtension alternative temporaire pouvant se produire dans ce cas. Des fusibles peuvent alors agir, mais pas immédiatement et uniquement si le courant est fort, ce qui n’élimine pas le danger d’électrocution.
Une autre difficulté est qu’un connecteur intégrant des aimants présente le risque d’attirer des parties métalliques ferromagnétiques de façon durable. Ces parties métalliques risquent de se placer entre les deux conducteurs de sortie du connecteur, générant un court-circuit. Le circuit électronique de gestion de la batterie d’accumulateurs peut se mettre en protection, mais la batterie d’accumulateurs est alors inutilisable.
Il existe donc un besoin d’empêcher tout contact d’éléments métalliques ou de l’utilisateur avec les conducteurs du connecteur de sortie lorsque l’unité d’alimentation électrique est extraite du véhicule. Cette fonction peut être réalisée par un ou plusieurs volets d’occultation qui sont normalement en position d’occultation et qui sont escamotés lors de l’approche du connecteur de sortie et du connecteur de véhicule l’un vers l’autre.
Etat de la technique antérieure Il est connu une méthode consistant à fabriquer au moins une pièce, notamment une ou plusieurs pièce(s) métallique(s), par fusion sélective de couches successives de poudre métallique au moyen d'un faisceau laser, commandé par un système de commande et de traitement de l'information, dans lequel les coordonnées tridimensionnelles des points des couches successives à réaliser sont enregistrées pour former la pièce.
Une étape de fusion sélective de couches successives de poudre fait intervenir un certain nombre de paramètres influant sur la structure finale du matériau et, ainsi, sur les propriétés mécaniques de la pièce fabriquée.
De tels paramètres comprennent des variables relatives au faisceau laser, comme un rayon du faisceau laser et une puissance moyenne, au parcours de la couche de poudre, comme une vitesse de parcours et un écart entre deux lignes de balayage voisines, ou au matériau granulaire, comme une dimension des grains et une épaisseur des couches de poudre successives.
La sélection d'un jeu de paramètres pour un procédé de fusion sélective est généralement basée sur une fabrication d'échantillons avec plusieurs jeux de paramètres et une mesure d’une densité du matériau par analyse optique d'une surface polie de chaque échantillon.
Des porosités détectées par analyse d’image servent à définir une qualité et une résistance du matériau pour l'échantillon produit.
Cependant, une telle technique, bien qu'efficace, ne permet pas de discriminer suffisamment entre différents jeux de paramètres donnant des résultats satisfaisants. En effet, la simple mesure de la densité des échantillons s'avère insuffisante pour prédire efficacement le comportement final de la pièce.
Une comparaison visuelle des images par un opérateur n'est également pas acceptable, car elle est rarement répétable entre les différents opérateurs.
Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à de tels inconvénients, en permettant un développement de jeux de paramètres efficaces permettant d'optimiser, à la fois, une vitesse de fabrication d'une pièce et une qualité du matériau.
A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication additive d’une pièce métallique, par fusion sélective d’au moins couche d’une poudre métallique au moyen d’un faisceau laser piloté par un système de commande. Plus spécifiquement, le procédé de fabrication additive comprend au moins : Une étape de détermination, au cours de laquelle une pluralité de jeux de paramètres sont déterminés, en particulier chaque jeu de paramètres comprenant au moins une puissance du faisceau laser, une vitesse de balayage de chaque couche de poudre par le faisceau laser, un écart entre deux lignes de balayage du faisceau laser sur chaque couche et/ou une épaisseur de chaque couche, Une étape de réalisation, au cours de laquelle au moins un échantillon est réalisé, pour chaque jeu de paramètres, par fabrication additive avec un tel jeu de paramètres, Une étape d’analyse, au cours de laquelle l’échantillon est analysé pour obtenir une distribution d’au moins une dimension des pores de l’échantillon, Une étape d’obtention, au cours de laquelle, pour chaque jeu de paramètres, une vitesse de fabrication de la pièce avec le jeu de paramètres est obtenue, Une étape de sélection, au cours de laquelle un des jeux de paramètres est sélectionné à partir des grandeurs caractéristiques de la distribution de la dimension des pores et de la vitesse de fabrication associées à chaque jeu de paramètre, et Une étape de fabrication additive de la pièce avec le jeu de paramètres sélectionné.
Un tel procédé permet d’avoir un accès rapide et complet aux informations relatives à une porosité des échantillons et ainsi de sélectionner un jeu de paramètres pour la fabrication de la pièce offrant le meilleur compromis entre une qualité du matériau et une vitesse de fabrication.
Avantageusement, le jeu de paramètres comprend les quatre paramètres suivants : une puissance du faisceau laser, une vitesse de balayage de chaque couche de poudre par le faisceau laser, un écart entre deux lignes de balayage du faisceau laser sur chaque couche de poudre et/ou une épaisseur de chaque couche de poudre.
On rappelle qu’un pore est un espace vide inclus dans un matériau solide. Par suite, une porosité est un rapport entre un volume occupé par les pores sur un volume total des pores et du matériau solide.
L’étape d’analyse peut comprendre une étape de calcul au cours de laquelle au moins une grandeur caractéristique de la distribution associée au jeu de paramètres utilisé pour réaliser l’échantillon est calculée.
L’étape d’analyse peut comprendre une acquisition d’une image bidimensionnelle d’une surface de l’échantillon et une analyse de l’image pour identifier au moins un pore de l’échantillon.
Une telle caractéristique permet d’identifier chaque pore d’une surface représentative de l’échantillon, afin de déterminer de manière rapide et fiable la distribution de l’au moins une dimension des pores de l’échantillon.
La dimension est, par exemple, un plus grand diamètre du pore, un plus petit diamètre du pore, une surface du pore, et/ou une indication d’un caractère sphérique ou linéaire du pore.
Tant que la tension V DS entre le drain et la source de chaque transistor T5, T6 ( ) n’est pas inférieure à un seuil dépendant des caractéristiques du transistor et aucun courant ne circule entre le drain et la source de chaque transistor T5, T6, les transistors T5, T6 sont commandés par la tension :
V GD =-V DS +V GS (1)
où V GD est la tension entre la grille et le drain de chaque transistor T5, T6.
Chaque diode D5, D6 est mise en conduction lorsque
V DS GS (2)
où Vth est la tension de seuil de commande des transistors T5 et T6.
L’application d’une tension de blocage continue de valeur négative permet de modifier le seuil de chaque diode D5, D6 équivalente au transistor T5, T6.
Par exemple si la tension Vgs est égale à -10V et le seuil Vth est égal à 1.5V, chaque diode D5, D6 permet de bloquer une tension égale à -10V+1.5V=-8.5V, les diodes de chaque bras de commutation 37, 38 permettant de bloquer une tension de -17V.
Les moyens de blocage 39 comprennent par exemple une pompe de charge et des moyens de commande pilotant la pompe de charge selon le résultat de la comparaison de la tension aux bornes de la batterie auxiliaire 4 avec la tension de défaillance prédéterminée.
Les moyens de commande comprennent par exemple l’unité de traitement 29.
Tant que la tension aux bornes de la batterie auxiliaire 4 est supérieure à la tension de défaillance prédéterminée, les moyens de blocage 39 n’appliquent pas la tension de blocage entre la grille et la source de chaque transistor T5, T6 de l’étage de conversion de puissance électrique secondaire 15, et en outre si l’étage d’entrée 13 est reliée à la source 8, l’unité de traitement 29 pilote les grilles des transistors T1, T2 de l’étage d’entrée 13 et les grilles des transistors T3, T4 de l’étage de conversion de puissance électrique primaire 14 pour recharger la batterie de propulsion 3 à partir de la source 8.
Lorsque l’étage d’entrée 13 n’est pas relié à la source 8 et que la tension aux bornes de la batterie auxiliaire 4 est supérieure à la tension de défaillance prédéterminée, l’unité de traitement 29 pilote les grilles des transistors T3, T4 de l’étage de conversion de puissance électrique primaire 14 et les grilles des transistors T5, T6 de l’étage de conversion de puissance électrique secondaire 15 pour charger la batterie auxiliaire 4 à partir de la batterie de propulsion 3, la batterie de propulsion 3, l’étage de conversion de puissance primaire 14 et le transformateur 16 formant un réseau de tension alternative.
L’étage de conversion de puissance électrique secondaire 15 peut en outre comprendre un filtre 41 (représenté sur la ) comprenant une inductance 42 reliée entre la première extrémité 37a, 38a de chaque bras de commutation 37, 38 et la première connexion de sortie 35, et un condensateur 43 comportant une première extrémité reliée à la première connexion de sortie 35 et une deuxième extrémité reliée à la deuxième connexion de sortie 36.
La illustre un deuxième exemple de réalisation du dispositif 2 de charge.
On retrouve la batterie de propulsion 3, l’étage de conversion de puissance électrique secondaire 15, la batterie auxiliaire 4 reliée aux troisième et quatrième bornes de sortie 11, 12, et l’unité de traitement 29.
Le dispositif 2 comprend en outre les bras de commutation 30, 31 de l’étage de conversion de puissance électrique primaire 14, la première extrémité 30a, 31a des bras de commutation 30, 31 étant reliée à une première borne de la batterie de propulsion 3 et la deuxième extrémité 30b, 31b des bras de commutation 30, 31 étant reliée à une deuxième borne de la batterie de propulsion 3. Les points de connexion 30c, 31c des bras 30, 31 sont reliés à une extrémité différente d’un circuit primaire 48 d’un deuxième transformateur 47.