INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ce procédé est particulier car en amont ou à l’aplomb du point d’impact du rayonnement, la matière à traiter est recouverte d’une poudre d’inertage, la poudre d’inertage étant retirée en aval de l’application du rayonnement après refroidissement du bain de fusion, le faisceau laser étant projeté à travers la poudre et focalisé sur la matière à traiter, à sa surface ou éventuellement légèrement en dessous.
Grâce à ces principes, qui consistent à faire traverser au rayon laser non focalisé une épaisseur de poudre d’inertage, d’avoir effectué la focalisation au fond de la couche de poudre, et d’attendre le refroidissement du bain de fusion pour retirer la poudre, on améliore grandement les techniques de soudure existantes et on gagne en productivité par rapport à des procédés n’utilisant pas de laser, ou à des procédés nécessitant la confection de chambre d’inertage spécifiques.
De manière optionnelle et avantageuse, le rayonnement laser peut être appliqué et déplacé conjointement avec un fil dont l’extrémité est placée sous le rayonnement laser en sorte de constituer un apport de matière au niveau de l’impact du laser sur la base métallique de la matière à traiter, la base pouvant être unique ou composée de deux pièces à souder, sur laquelle il est appliqué l’apport de matière peut être dimensionné pour une fabrication additive mise en œuvre sur une telle base métallique recevant le rayonnement laser le rayonnement laser peut être appliqué et déplacé à la jonction entre deux pièces métalliques à souder, comprises dans ou constituant la matière à traiter, apposées préalablement surface à souder contre surface à souder les deux pièces métalliques peuvent être de même composition, ou de compositions différentes (même alliage, ou alliages différents) les pièces métalliques et plus largement la matière à traiter peuvent être en acier ou comprendre un acier le procédé peut être mis en œuvre avec ou sans boîte d’inertage comprenant un gaz d’inertage (argon, azote, hélium par exemple) pour protéger le bain de fusion, en plus de la poudre d’inertage la poudre peut être composée de 35 % d’un mélange de SiO 2 + Al 2 O 3 et de 65 % CaF 2 + CaO + MgO pour le soudage par faisceau laser de deux plaques d’acier inoxydable X10CrMoVNb9.1, mais cela est un exemple parmi d’autres, la poudre étant par ailleurs adaptée à la nature du métal ou de l’alliage le faisceau laser peut être délivré par une source Nd-YAG, mais d’autres sources existent et peuvent être utilisées la poudre peut être déposée sous forme d’un flux lissé.
L’avantage de cette invention est, en matière de soudage, de deux ordres pour des résultats techniques et mécaniques identiques : Pour une épaisseur de soudage donnée, l’invention permet de diminuer la puissance laser nécessaire, et de diminuer les fumées de soudages, nocives pour l’environnement, et pour une puissance laser donnée, l’invention permet d’augmenter considérablement les épaisseurs de pièces pouvant être soudées.
Pour la fabrication additive laser-fil, l’invention permet de diminuer la puissance laser afin d’abaisser la température de la pièce et ainsi uniformiser les gradients de température sur la totalité de la pièce.
Liste des figures La est une représentation générale en coupe transversale d’une opération de soudage par laser dans une boîte d’inertage.
Les figures 2A et 2B sont des représentations en coupes longitudinale et transversale d’une opération de soudage selon l’invention.
La est une représentation en coupe longitudinale d’une opération de fabrication additive laser-fil selon l’invention.
Description détaillée En , on a représenté, selon des principes connus deux pièces métalliques 10 et 20 en coupe, placées côte à côte, des faces latérales devant être soudées étant apposées l’une contre l’autre. Une boîte d’inertage 30 est placée au-dessus de la jonction entre les deux pièces métalliques 10 et 20, et un système d’insufflation de gaz y est reliée, en sorte de créer une atmosphère régulée. La source laser 40 est interfacée avec la boîte d’inertage 30 en sorte qu’elle surplombe la jonction entre les deux pièces métalliques 10 et 20. Le gaz 50 est insufflé dans le volume interne de la boîte d’inertage et le faisceau laser 60 est dirigé sur la jonction, qui entre en fusion et se constitue en soudure 70. Le bain de fusion transitoire est protégé de l’oxydation et de l’humidité par le gaz 50, typiquement de l’argon ou de l’azote. Le faisceau laser est déplacé transversalement au plan de la figure, le long de l’interface de jonction entre les pièces 10 et 20. Le déplacement du laser est relatif aux pièces : cela peut être les pièces qui sont déplacées vis-à-vis du laser plutôt que l’inverse, naturellement.
En , on a représenté un mode de réalisation de l’invention. La figure est, à gauche, une coupe avec, cette fois-ci, le sens du déplacement D du laser parallèle au plan de coupe. Encore, le déplacement du laser est relatif aux pièces : cela peut être les pièces qui sont déplacées vis-à-vis du laser plutôt que l’inverse, naturellement.
En , une coupe transversale du même procédé, avec la même position des éléments, est présentée, de manière à visualiser à la fois le faisceau laser et les deux pièces à souder.
Une seule pièce métallique 90 est visible en , car la coupe est réalisée dans le plan de jonction des deux pièces, celles-ci étant mise au contact l’une de l’autre par deux faces planes, typiquement des bords d’aboutement. La deuxième pièce, référencée 95, est visible en .
Il est possible d’abouter les pièces à souder par des surfaces non planes, complémentaires néanmoins l’une de l’autre. La partie supérieure des surfaces d’aboutement est le chemin de progression du faisceau laser aux fins de la soudure, c’est-à-dire le traitement de la matière à conformer. Ce chemin est souvent rectiligne, mais il peut être curviligne si les surfaces d’aboutement ne sont pas planes.
Le canal latéral 9 canal permet d’apporter du fluide de gaine supplémentaire au train de microgouttes déjà formé. Le canal latéral 9 canal permet, d’une part, de modifier l’espacement entre les microgouttes. En effet, en sortie de la zone de détente 8, les microgouttes 32 peuvent être relativement proches les unes des autres. Ceci rend le tri très difficile, puisqu’il nécessite une grande précision d’action pour trier une microgoutte sans influencer les microgouttes adjacentes. L’ajout de fluide de gaine via le canal latéral 9 permet d’augmenter l’espacement entre microgouttes à des valeurs de plusieurs diamètres de microgoutte, ce qui permet d’augmenter la sélectivité du tri.
D’autre part, le canal latéral 9 a pour effet de dévier latéralement le flux de microgouttes, qui est orienté vers l’un des deux canaux de sortie par défaut, par exemple le canal de sortie 14 qui correspond par exemple à une poubelle collectant les microgouttes non sélectionnées. Le tri consiste à extraire activement une microgoutte sélectionnée individuellement en fonction d’un signal détecté pour l’orienter vers l’autre canal de sortie 13, les microgouttes non sélectionnées étant orientées de manière passive vers la sortie poubelle.
Dans une moindre mesure, le débit de fluide de gaine dans le canal latéral 9 influe également la fréquence de production en modifiant la résistance hydrodynamique des fluides circulant dans la zone de détente 8.
De façon avantageuse, la zone de tri 18 est une zone de tri par diélectrophorèse. A cet effet, de la puce microfluidique comprend des électrodes 10, 11 disposées de part et d’autre du canal fluidique 27 dans la zone de tri 18 (voir figures 2 et 4). Les canaux des électrodes sont formés de manière identique aux canaux fluidiques avec des entrées à leurs extrémités. Ces canaux sont ensuite remplis d’un matériau conducteur qui peut être de l’indium injecté à chaud, par exemple à environ 80°C. D’autres matériaux peuvent être envisagés pour fabriquer les électrodes, tels que liquide ionique, résine chargée ou gel conducteur.
Plus précisément, une électrode active 10 est disposée sur un côté du canal fluidique 27, une électrode de masse 11 est disposée du même côté que l’électrode active 10 et une autre électrode de masse 11 est disposée sur un côté opposé du canal fluidique 27. L’électrode active 10 a une forme de U avec la base du U au plus près du canal fluidique 27. Les deux électrodes de masse 11 sont avantageusement de forme symétrique par rapport à la direction longitudinale du canal fluidique 27 de la zone de tri 18. Chaque électrode de masse 11 a une forme de M, les pointes du M étant disposées au plus près du canal fluidique 27. L’électrode active 10 en forme de U est disposée entre les deux pointes de l’électrode de masse 11 en forme de M. La distance minimum entre chacune des électrodes 10, 11 et le canal fluidique 27 est comprise entre 5µm et 40 µm, par exemple ici d’environ 10 µm. L’électrode active 10 est à la distance minimum du canal fluidique 27 à peu près au milieu de la zone de tri 18 dans la direction d’écoulement des fluides. Chacune des deux électrodes de masse 11 est à la distance minimum du canal fluidique 27 vers l’entrée de la zone de tri 18, par exemple juste en aval de la buse 26 du le canal latéral 9. Chacune des deux électrodes de masse 11 est aussi à la distance minimum du canal fluidique 27 vers la sortie de la zone de tri 18, en amont de la jonction 12 entre les deux canaux de sortie 13, 14. Par contre, au milieu de la zone de tri 18, les deux électrodes de masse 11 s’éloignent du canal fluidique 27 de façon à éviter d’interférer avec l’électrode active 10. De cette manière, les deux électrodes de masse 11 entourent l’électrode active 10 dans le plan du dispositif microfluidique et permettent de limiter l’extension spatiale du gradient de champ électrique vers l’amont et l’aval de la zone de tri 18. L’électrode active 10 est encadrée par le canal fluidique 27 et par une des électrodes de masse 11.
La disposition des électrodes 10, 11 permet à la fois de maximiser le gradient de champ électrique sur la zone centrale du canal fluidique 27 au milieu de la zone de tri 18, et de confiner spatialement le gradient de champ électrique à la zone centrale dans laquelle se trouve la microgoutte à trier. Les deux électrodes de masse 11 permettent de limiter l’extension spatiale du gradient de champ électrique vers l’amont de la zone de tri 18, où ce gradient de champ serait susceptible d’influencer la microgoutte suivante. Les deux électrodes de masse 11 permettent de limiter l’extension spatiale du gradient de champ électrique en aval de la zone de tri 18, où ce gradient de champ serait susceptible d’affecter les microgouttes déjà triées qui se trouvent dans une zone plus large et plus profonde et éviter ainsi la fusion de plusieurs microgouttes déjà triées.
La disposition des électrodes 10, 11 permet une plus grande efficacité du champ électrique notamment du fait que le canal fluidique 27 présente une largeur réduite, par exemple une largeur de 20µm, par rapport à la zone de détente 8. En effet l’effet de diélectrophorèse est d’autant plus efficace et spatialement contraint que les gouttes 32 sont proches des électrodes 10, 11. Ainsi les électrodes sont placées le plus près possible technologiquement du canal fluidique 27. Par exemple, la distance entre les électrodes et le canal fluidique 27 est de 10µm, le canal a une largeur de de 20µm et les gouttes 32 circulent au milieu du canal fluidique 27. La distance entre les électrodes 10, 11 et les gouttes 32 est dans cet exemple d’environ 20µm.
Le procédé de tri comprend l’application d’une impulsion électrique haute-tension, par exemple entre 500 V et 1000 V crête (ou 1000V et 2000 V crête à crête pour les signaux alternatifs), et de durée courte T à l’électrode active 10. La durée T est par exemple comprise entre 10µs et 200µs ; il peut s’agir d’une impulsion positive, d’une impulsion négative, d’une période de sinusoïde ou carrée ou toute forme d’onde de moyenne nulle, ou de plusieurs périodes de sinusoïdes, carrés ou forme d’one de moyenne nulle. Cette impulsion peut être de tension continue. De préférence, cette impulsion est de tension alternative, à une fréquence électrique f choisie, d’une part, pour que la durée de l’impulsion T soit égale à une ou plusieurs période de la fréquence alternative 1/f, de façon à éviter de polariser le contenu du canal fluidique 27 dans la zone de tri 18. Et, d’autre part, la durée de l’impulsion électrique est choisie plus courte que, ou égale à ou légèrement supérieure à, le temps entre le passage de deux microgouttes 32 successives dans la zone de tri 18, afin d’assurer l’extraction d’une seule microgoutte 32. La gamme de fréquence électrique f est par exemple comprise entre 20 kHz et 200 kHz et la gamme de durées T entre 10µs et 50µs pour permettre un tri pour une fréquence de passage des gouttes comprise entre 10 kHz et 50 kHz.
Les électrodes 10, 11 créent un champ électrique spatialement variable (gradient de champ), qui agit sur une microgoutte au moyen d’une force générée par un effet de diélectrophorèse. L’application d’une impulsion électrique sur une microgoutte dévie la microgoutte pour la diriger sélectivement vers l’un des deux canaux de sortie 13. Au contraire, en absence d’impulsion électrique, une microgoutte est dirigée vers l’autre des deux canaux de sortie 14. Les fractions triées dans les deux canaux de sortie 13, 14 peuvent être recueillies dans des collecteurs distincts reliés respectivement aux sorties 16 et 17.
En variante, la puce microfluidique à deux canaux de sortie 13, 14 peut comporter deux électrodes 10 actives disposées symétriquement de part et d’autre du canal fluidique 27, comme illustré sur la . A titre d’exemple, les deux électrodes 10 actives peuvent être pilotées alternativement: l'une des électrodes étant utilisée pour diriger une microgoutte 32 vers la sortie 14 (poubelle) et l’autre électrode 10 étant utilisée pour diriger une autre microgoutte 32 vers le canal 13 de collection. De plus, les deux électrodes 10 actives peuvent être pilotées simultanément avec des tensions différentes, de façon à diminuer la tension requise pour obtenir l’effet de diélectrophorèse.
Selon la présente divulgation, de manière continue sur le trajet fluidique des microgouttes 32 depuis la zone de formation 29 des microgouttes jusqu’à la zone de tri 18 inclus, tous les canaux et toutes les zones ont une profondeur égale à la faible profondeur h, qui détermine le diamètre des microgouttes, de 4,5 μm dans l’exemple du tableau I. La zone de jonction 7, y compris les buses d’entrée 21, 22, 23, le microcanal fluidique 24, la zone de détente 8, le canal fluidique 25, la buse 26 et la zone de tri 18, y compris le canal fluidique 27 et la jonction Y 12, ont une profondeur égale à la faible profondeur h. Dans un mode de réalisation particulier, la puce microfluidique comporte des canaux ou des zones ayant deux profondeurs distinctes. Dans ce mode de réalisation, les canaux d’injection de fluide de gaine 1 et 9, et les canaux de sortie 13, 14 sont plus profonds (profondeur H ~10 μm dans le même exemple), ces zones n’étant pas critiques à la production et à la détection et au tri de microgouttes.
Par exemple sur la , les zones 3, 4, 5, 7 et 8 sont les zones de faible profondeur h ~4,5 μm. Entre la connexion du canal d’injection de fluide central 3 et la buse 21, la vitesse linéaire du fluide est déterminée par le débit volumique divisé par la section du canal. Choisir à cet endroit une faible profondeur de canal (4,5 μm) permet d’assurer une vitesse linéaire plus élevée, et ainsi d’éviter que les particules transportées par le fluide central ne se déposent. Par contre, depuis la buse 21 jusqu’à la sortie de la zone de tri 18, la faible profondeur h permet de maintenir le volume des microgouttes et de garantir que les microgouttes produites et détectées dans un certain ordre arrivent dans le même ordre dans la zone de tri 18. Les autres zones 1, 2, 9, 19, 13, 14, 16, 17, peuvent présenter une grande profondeur H de 10 μm, pour permettre de réduire les contraintes à l’écoulement du fluide et donc la pression nécessaire.
De façon avantageuse, la puce microfluidique comprend un ou plusieurs microcanaux 15 d’équilibrage reliant fluidiquement l’un des deux canaux de sortie 13 à l’autre des deux canaux de sortie 14. Le ou les microcanaux 15 permettent d’équilibrer la pression entre les deux canaux de sortie 14, qui peuvent présenter des débits différents, liées à des pressions différentes, pouvant nuire à l’efficacité du tri. Les microcanaux 15 d’équilibrage ont une profondeur égale à la faible profondeur h, de 4.5μm par exemple, et une faible largeur de l’ordre de 5μm. Ces dimensions permettent d’éviter le passage de microgouttes triées entre les des deux canaux de sortie 14 via l’un des les microcanaux 15 d’équilibrage (voir figures 5-6). A titre d’exemple non limitatif, les microgouttes sont à base d’eau et le fluide de gaine à base d’une huile utilisée en microfluidique. La puce microfluidique est disposée horizontalement, les microcanaux 15 d’équilibrage de faible profondeur étant orientés vers le bas de la puce, de façon à ce que les microgouttes 32 plus légères que l’huile, remontent rapidement dans le haut du canal de sortie 13, ou 14 de grande profondeur H, par exemple égale à 10 μm. Ainsi, les microgouttes 32 ayant un diamètre de 4.5μm ont peu de risque d’être capturées par les microcanaux 15 d’équilibrage situés plus bas.
La représente une puce microfluidique selon une variante de la puce microfluidique décrite en lien avec les figures 1 à 6. Dans cette variante, la zone de tri 18 comporte trois canaux de sortie. Le canal de sortie 14 est disposé au centre et correspond au canal poubelle. Deux canaux de sortie 13, 131 ou bras de collection sont disposés latéralement, par exemple symétriquement par rapport au canal de sortie 14, pour permettre un tri suivant deux critères distincts. De façon avantageuse, deux canaux latéraux 9 sont reliés fluidiquement via une buse 26 à l’entrée de la zone de tri 18, sur deux côtés opposés du canal fluidique 27. Chaque canal latéral 9 conduit un flux de fluide de gaine. Chaque canal latéral 9 est adapté pour injecter un flux de fluide de gaine sur un côté du canal fluidique 27 de la zone de tri 18. Dans un mode de réalisation, chaque canal latéral 9 a une profondeur égale à la grande profondeur H. De plus, le système d’électrodes comporte ici deux électrodes actives 10, 110 et deux électrodes de masse 11. Une électrode active 10 ou 110 en forme de U et une électrode de masse 11 en forme de M sont disposées de chaque côté du canal fluidique 27, symétriquement par rapport à la direction longitudinale du canal fluidique 27. Chacune des deux électrodes actives 10, 110 est à une distance minimum du canal fluidique 27 comprise entre 5µm et 40 µm, par exemple d’environ 10 µm. De préférence, les pointes du M de chaque électrode de masse 11 sont disposées au plus près du canal fluidique 27, par exemple à une distance minimum comprise entre 5µm et 40 µm, par exemple d’environ 10 µm. Chaque électrode active 10, 110 est encadrée par le canal fluidique 27 et par une des électrodes de masse 11. En l’absence de tension électrique sur les électrodes actives 10 et 110, toutes les gouttes 32 sont envoyées dans le canal de sortie 14. L’application d’une impulsion électrique sur l’une des deux électrodes 10 ou 110 a pour effet de dévier une goutte 32 se propagent dans la zone de tri 18 entre les deux électrodes 10 et 110 vers l’un des deux canaux de sortie 13 ou 131.
La configuration illustrée sur la présente plusieurs avantages. Tout d’abord, elle permet une plus grande symétrie du flux qui améliore la stabilité. En effet, le dédoublement du canal latéral 9 en deux canaux latéraux situés de part et d’autre du canal fluidique 27 central, a pour effet de rendre symétrique l’apport de fluide de gaine, qui est utilisé alors uniquement pour contrôler l’espacement des gouttes 32. Enfin, on dispose d’une électrode 10, 110 pour diriger sélectivement les gouttes vers l’un ou l’autre des bras de sortie 13, 131. Cette configuration permet de séparer et collecter deux populations différentes de gouttes triées dans deux bras de collection différents 13 et 131 respectivement. Au contraire, le dispositif de la comporte une seule électrode active pour diriger les gouttes sélectionnées vers un seul bras de collection 13.
De façon résumée, la zone de création de gouttes de la puce microfluidique comprend un microcanal fluidique 24 en sortie de la zone de jonction 7, le microcanal fluidique 24 présentant des dimensions telles que y~h environ, et z ≥ y et h. La zone de constriction du fluide central (par exemple un fluide aqueux) dans le flux de fluide de gaine (par exemple un fluide huileux) sont telles que x~x1~y. La zone de détente 8 a une largeur u d’environ 50µm et une longueur V d’environ 500µm. La sortie de la zone de détente 8 reliée au canal fluidique 25 présente en un rétrécissement jusqu’à la largeur d’environ 20µm dans la zone de mesure et de tri 18. Dans un mode de réalisation particulier, la puce microfluidique comporte des canaux et des zones ayant deux profondeurs distinctes : une faible profondeur h, continument sur le trajet fluidique des microgouttes 32 depuis la zone de formation 29 des microgouttes jusqu’à la zone de tri 18 incluse, et une grande profondeur H en dehors des zones critiques à la production, à la détection et au tri de microgouttes, telles que notamment les canaux d’injection de fluide de gaine et les canaux de sortie. Dans la zone de tri 18, les électrodes actives 10, 110 sont disposées au plus près du canal fluidique 27, par exemple à une distance d’environ 10 µm. L’utilisation d’électrodes de masse 11 de part et d’autre des électrodes actives 10, 110 permet de limiter l’extension spatiale du champ électrique dans le sens longitudinal du canal fluidique 27 dans la zone de tri 18.
Le filtre de Kalman 20 est également propre à générer les éléments 24 σ n (k) avec k variant entre 1 et N O (N O étant le nombre de composantes du vecteur innovation Y n ), chaque élément σ n (k) correspondant à l’écart type attendu, en l’absence d’interférence, pour la composante k du vecteur innovation Y n , le calcul de σ n (k) faisant appel à R n la variance du bruit de mesure v n .
Il est à noter qu’il peut être démontré qu’en l’absence d’interférence, pour chaque valeur de k entre 1 et N O (N O étant la dimension du vecteur innovation), Y n (k), lorsque n varie, correspond à un bruit blanc gaussien d’écart type σ n (k). Il est également à noter qu’il peut être démontré que, sous l’effet d’une interférence, pour chaque valeur de k entre 1 et N O , la k ième composante du vecteur innovation, lorsque n varie, peut être exprimée sous la forme d’une somme de l’effet dû uniquement à l’interférence d’une part et du bruit blanc gaussien d’écart type σ n (k) calculé par le filtre de Kalman 20.
Spécifiquement selon la présente invention, tel qu’illustré par la , le dispositif 10 électronique de détection d’interférence(s) GNSS comprend en outre, en sortie dudit filtre de Kalman 20 un module 26 de filtrage configuré pour appliquer au moins un filtrage sur chaque composante k du vecteur innovation Y n 22 fourni à chaque cycle de calcul par ledit filtre de Kalman 20.
En effet, comme décrit par la suite en relation avec les figures 3 à 5, un tel module de filtrage vise à utiliser le fait qu’au début de l’application de l’interférence, les composantes normalisées du vecteur innovation Y n (k)/σ n (k) ont un comportement qui ne correspond pas à ce qu’elles ont en l’absence d’interférence.
Plus précisément, le module 26 de filtrage est configuré pour appliquer un ou plusieurs filtrages, via un ou plusieurs filtres respectivement, à chaque cycle n de calcul du filtre de Kalman 20, sur chaque composante du vecteur innovation.
La sortie du filtre d’indice J ou d’un filtre d’indice J des filtres du module 26 de filtrage est notée : S J n (k).
Dans le cas où le filtre d’indice J (également appelé filtre J par la suite) correspond à un filtre à réponse impulsionnelle finie, ce qui correspond au fait que la sortie de ce filtre J à un instant ne dépend que des N dernières valeurs de l’entrée du filtre, on peut écrire S J n (k) de la façon suivante :
S J n (k) = ,
S J n (k) = a J 0,n (k) * Y n (k) + a J 1,n (k)* Y n-1 (k) +… + a J N-1,n (k)* Y n - (N-1) (k),