INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’état reçu S_P1_R consiste en particulier de données reçues par le système récepteur P1 lors d’une synchronisation précédente entre le système émetteur A le système récepteur P1.
L’état reçu S_P1_R comprend de préférence le même type de données que l’état externe S_P1. Par exemple, l’état reçu S_P1_R comprend une valeur reçue VA_P1_R, correspondant notamment à la valeur externe VA_P1, un instant reçu T_P1_R, correspondant notamment à l’instant externe T_P1 et un paramètre de dérivée reçue VAD_P1_R correspondant notamment au paramètre de dérivée VAD_P1. En particulier, la valeur reçue VA_P1_R est la valeur de l’élément propriétaire E1 telle que mémorisée par la mémoire 6 du système récepteur P1.
De préférence, notamment lors de l’initialisation du procédé, l’état reçu S_P1_R et l’état externe S_P1 sont identiques pour un élément donné parmi le ou les éléments propriétaires.
Le procédé de communication 100 comprend une phase de génération 102 et une phase de synchronisation 104.
La phase de génération 102 est de préférence mise en œuvre au moins partiellement, de préférence intégralement, par le système émetteur A.
La phase de génération 102 comprend la génération d’un message notamment à destination d’au moins l’un des systèmes récepteurs P1, P2, P3 pour la communication d’un des éléments propriétaires, tels que l’élément E1. En particulier, le système récepteur P1, P2, P3 n’est pas propriétaire de l’élément E1. En particulier, le système récepteur P1, P2, P3 est uniquement autorisé à mettre à jour l’élément E1, à savoir l’état reçu S_P1_R, dans sa mémoire 6 en fonction du message.
La phase de génération 102 comprend une étape de détection 110, une étape d’extrapolation 112, une étape d’élaboration 114, une étape de classement 116 et une étape de sélection 118.
Lors de l’étape de détection 110, le système émetteur A détecte un créneau d’envoi.
Par « créneau d’envoi », il est en particulier entendu une période de temps lors de laquelle la liaison de données mise en œuvre par les dispositifs de communication 8 présente une capacité pour la transmission du message entre le système émetteur A et au moins l’un des systèmes récepteurs P1, P2, P3.
Le créneau d’envoi est par exemple détecté de manière cyclique, par exemple dans des intervalles réguliers et/ou prédéterminés. En d’autres termes, par exemple, le créneau d’envoi est défini en intervalles réguliers.
Selon un autre exemple, le système émetteur A détecte le créneau d’envoi en fonction d’un débit disponible entre le système émetteur A et le système récepteur P1, P2, P3 correspondant, à un instant donné. Par exemple, lorsque le débit disponible est supérieur à un seuil, le système émetteur A détecte le créneau d’envoi.
Alliages de titane présentant une faible anisotropie La présente invention concerne des alliages de titane qui sont utilisés dans des procédés de transformation primaire ou de revêtement et présentent des propriétés améliorées eu égard à la texture cristallographique et à l’anisotropie. L’invention concerne en outre un procédé d’ajustement de structures lors de la fabrication de matériaux métalliques.
Arrière-plan technologique La fabrication additive (AM) à base de métal, désignée dans le langage familier par impression 3D de métal, forme un sous-groupe important des procédés de transformation primaire. Celle-ci génère actuellement un changement de paradigme dans différentes branches, comme dans l'industrie aéronautique, l’industrie automobile et la biomédecine. L’un des principaux atouts de la fabrication additive est la production de pièces métalliques ayant des géométries complexes et présentant presque tout contour final, et qui ne pouvaient jusqu’à présent qu’être réalisés de façon onéreuse, en recourant à une combinaison de procédés existants (par exemple fraisage par points 5 axes, selon un mode de construction par coulage et au moyen de structures à adhésion de matière des différents composants) ou ne pouvaient pas être réalisés du tout. Elle permet par exemple des canaux intérieurs pour fluides de refroidissement ou des structures bioniques et à optimisation de charge présentant un poids réduit. La fabrication additive ou générative (« par couches ») de composants à partir d'un modèle de conception 3D assisté par ordinateur offre une liberté de conception considérablement supérieure, une plus grande flexibilité d’adaptation des produits en fonction des besoins spécifiques des clients, et une réduction des délais d'introduction sur les marchés.
Dans les procédés de transformation primaire, en particulier dans la fabrication additive, on utilise entre autres beaucoup de matériaux différents à base de titane, de nickel, de fer ou d’aluminium. Les matériaux de titane offrent un très fort potentiel de légèreté de construction du fait de leurs très bonnes résistances spécifiques pour une moindre masse volumique.
Pour la fabrication de pièces en titane ou en alliages de titane (ci-après uniquement appelées « titane ») ou pour leur réparation, la fabrication additive promet des réductions de coûts de production considérables attendu que les coûts d’usinage et la perte de matériau (enlèvement de copeaux, perte de la dépense énergétique, etc.) peuvent être réduits. Dans l’aéronautique et l’astronautique, on envisage par conséquent pour la fabrication additive en particulier des composants de titane présentant un ratio buy-to-fly (gain économique) élevé. On a par exemple réalisé, lors de la fabrication d'un élément de fixation de groupe motopropulseur en Ti-6Al-4V en utilisant une AM, une réduction de coûts de 50 % par rapport à une méthode de construction conventionnelle par forgeage.
Il est par conséquent essentiel d’accélérer les capacités de l’impression 3D et de soutenir le changement de paradigme. Pour ce faire, de nouveaux matériaux seront à l’avenir nécessaires, lesquels sont définis sur des propriétés de processus de la fabrication additive au moyen de sources laser ou de faisceaux d’électrons, et qui génèrent lors de leur transformation des pièces présentant des propriétés ciblées. On compte parmi les procédés particulièrement envisagés pour cela ce que l'on appelle le procédé de fusion au laser sur lit de poudre, ou FLLP (Laser Powder Bed Fusion/LBPF), le procédé de soudage par dépôt de matière par énergie directe (Direct Energy Deposition/DED) et le procédé correspondant de fusion par faisceau d’électrons (Electron Beam Melting/EBM), ainsi que la fabrication additive par arc-fil (Wire-Arc Additive Manufacturing/WAAM).
Dans les procédés de transformation primaire, les matériaux de titane utilisés en particulier dans la fabrication additive ne sont pas calés sur le procédé de fabrication additive, mais découlent de développements réalisés pour la transformation avec des procédés conventionnels de coulage ou de forgeage. Les procédés additifs et génératifs se caractérisent cependant tous par des conditions de processus particulières sur le plan métallurgique, qui présentent, en fonction du processus, des paramètres de processus, des propriétés des pièces et de la stratégie de construction, des vitesses de refroidissement élevées à extrêmement élevées. Ceux-ci se distinguent fortement des procédés conventionnels et entraînent de ce fait d’autres propriétés de matériau malgré une composition chimique identique.
Dans les conditions de refroidissement de la fabrication additive, ces alliages connus, par exemple de titane – 6 aluminium – 4 vanadium (Ti-6Al-4V, donc un alliage de titane qui comporte 6 % en poids d’aluminium et 4 % en poids de vanadium), affichent des propriétés anisotropes, ce qui signifie que le comportement du matériau est fonction de l’orientation [Shunyu Liu, Yung C. Shin, Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review, Material & Design, 2019, 164, 107552]. Cela se produit dans des systèmes de cristaux cubiques sur la base de la métallurgie physique d'un processus additif, qui se caractérisé par des gradients de refroidissement orientés élevés. Dans des alliages de titane, cela génère des microstructures « cristallines colonnaires » typiques présentant des grains ß colonnaires très grossiers ayant une forte texture type ß le long de la direction de construction additive. Une représentation schématique est montrée à la Figure 1a de la . Ces propriétés de matériau fortement anisotropes (par exemple limites d’allongement, stabilités, etc.) représentent un problème pour les pièces et leur conception. Il se forme également des microstructures qui, en cas de traitement thermique ultérieur, deviennent beaucoup moins fines et ne génèrent pas les propriétés mécaniques souhaitées.
Les traitements thermomécaniques de déformation / reprise, qui peuvent être utilisés dans la fabrication conventionnelle, ne sont pas non plus, dans la fabrication additive proche des contours finaux, une éventualité pour rompre des textures, générer une recristallisation et adapter des granulométries et des morphologies de grains.
Cependant, pour pouvoir concevoir de nouvelles pièces de façon optimale, on exige souvent un matériau présentant des propriétés presque isotropes. On souhaite aussi que les nouveaux matériaux pour une fabrication additive à base de métal (matériaux AM) présentent d’autres propriétés ciblées, comme une structure globulaire ou une structure bimodale, avec une répartition des granulométries adaptée de façon ciblée à chaque scénario de l’application respective (stabilités statiques, sollicitations en fatigue, charges de fluage, etc.). Il existe par conséquent un besoin d'un procédé de fabrication additive dans lequel on utilise des alliages de titane qui évitent les inconvénients associés à l’état de la technique et présentent en particulier des propriétés anisotropes, ainsi qu'une texture cristallographique la plus homogène possible.
Description détaillée de l’invention On a découvert, de façon surprenante, que des alliages de titane qui forment une lacune de miscibilité avec des terres rares subissent une réaction péritectique avec une température péritectique supérieure à la température de transformation allotropique β -> α (882 °C pour du titane pur ; transus β). Ces alliages peuvent être utilisés dans différents procédés de fabrication selon DIN 8580:2003-09, en particulier pour la transformation primaire et/ou le revêtement. Les procédés de transformation primaire sont par conséquent, en accord avec la présente invention, la coulée ou la fabrication additive (impression 3D) selon DIN EN ISO/ASTM 52900.
Dans une première forme de réalisation, l’objet à la base de la présente invention est résolu par un matériau qui est obtenu en ce que l’on allie du titane ou un alliage de titane avec plusieurs lanthanides, la température de transformation (température des péritectiques) étant supérieure à la température de transformation allotropique de l’alliage de titane, si bien qu’il se produit une transformation péritectique dans l’alliage obtenu lors du refroidissement.
De façon surprenante, il s’est avéré qu’il est possible, par l’alliage avec des terres rares, d’exploiter une transformation péritectique de façon telle que l'on peut fabriquer de nouveaux alliages présentant des structures réglables et des propriétés considérablement plus isotropes que les alliages d’origine correspondants sans lanthanides. Il s’est en outre avéré, de façon surprenante, que l’utilisation de plusieurs lanthanides peut permettre d’atteindre une adaptation à différentes compositions d’alliage, par exemple de la température critique. La voie péritectique générée par la modification, (L1 + ß -> α), qui mène à la réduction souhaitée de la texture par formation de grains globulaires, doit à cet effet se caractériser par une température critique (température des péritectiques) supérieure à la température de transformation allotropique. Pour cela, la phase des lanthanides (L1) doit se présenter à l’état liquide lors de la fabrication. La zone de fusion du mélange de lanthanides peut être adaptée par la sélection des lanthanides et de leur composition. La réaction péritectique devrait être proche de la température de transformation allotropique, attendu qu’un traitement thermique ultérieur doit être possible à une température la plus faible possible. On ajuste la fraction des zones globulaires et lamellaires par ajout d’au moins un autre élément d’alliage.
La fonction d’écart est par exemple choisie en fonction d’un type de données comprises dans l’élément E1.
Selon un exemple, le système émetteur A met en œuvre une fonction de classement pour obtenir le paramètre de classement en fonction des valeurs extrapolées. La fonction de classement est par exemple définie comme suit :
est le paramètre de classement dépendant de l’élément E1 avec les états S_A et S_P et de l’instant courant T, où S_P est l’un des états S_P1, S_P2, S_P3 ;
est le paramètre de criticité dépendant de l’état S_A et de l’instant courant T, où S_P est l’un des états S_P1, S_P2, S_P3 ;
est le paramètre d’écart dépendant des états S_A et S_P et de l’instant courant T.
Selon une variante, le paramètre de classement dépend uniquement de l’un parmi les valeurs extrapolées, du paramètre de criticité et du paramètre d’écart.
Lors de l’étape de classement 116, le système émetteur A classe chaque élément propriétaire, tel que l’élément E1, selon le paramètre de classement. En particulier, le système émetteur A détermine une liste comprenant les éléments propriétaires classés selon la valeur du paramètre de classement, avec la valeur la plus élevée du paramètre de classement en tête de la liste.
Lors de l’étape de sélection 118, le système émetteur A sélectionne le ou les éléments propriétaires qui présentent la valeur la plus élevée du paramètre de classement pour une émission aux systèmes récepteur P1, P2, P3. Le nombre sélectionné des éléments propriétaires dépend en particulier du débit disponible lors du créneau d’envoi détecté. Par exemple, le système émetteur A sélectionne les éléments propriétaires dans l’ordre de la liste déterminée lors de l’étape de classement 116, jusqu’à l’obtention d’une taille maximale du message, dépendant notamment du débit disponible lors du créneau d’envoi détecté.
Le système émetteur A génère le message comprenant le ou les éléments propriétaires sélectionnés, en particulier l’état interne S_A de chaque élément propriétaire sélectionné. De préférence, le système émetteur A définit en outre le ou les systèmes récepteurs P1, P2, P3 et un identifiant du message, et intègre dans le message une indication de ce ou ces systèmes récepteurs P1, P2, P3 et l’identifiant.
La phase de synchronisation 104 comprend une étape d’émission 120, une étape d’actualisation 121, une étape de réponse 122, une étape de réception 124, une étape de remplacement 126 et une étape de surveillance 128.
Lors de l’étape d’émission 120, le système émetteur A émet le message comprenant au moins une partie du ou des élément(s) propriétaire(s) choisi(s) en fonction de chaque paramètre de classement. Notamment, le système émetteur A émet le message comprenant l’état interne S_A de chaque élément propriétaire sélectionné, et optionnellement l’identifiant et le système récepteur P1, P2, P3 formant le destinataire du message. En particulier, le système émetteur A émet le message par la liaison de données formée par les dispositifs de communication 8, telle qu’une une liaison sans fil ou une liaison câblée, tel qu’un ou plusieurs bus avionique(s).
Selon un exemple, le système émetteur A mémorise, lors de l’étape d’émission 120, le message et un instant d’émission, notamment au vu d’une utilisation lors des étapes de remplacement 126 et/ou de surveillance 128.
Lors de l’étape d’actualisation 121, le système récepteur P1, P2, P3 actualise l’état reçu S_P1_R de l’élément propriétaire E1 en fonction du message. L’état reçu S_P1_R comprend au moins la valeur reçue VA_P1_R.
En particulier, lors de l’étape d’actualisation 121, le système récepteur P1, P2, P3 reçoit le message et remplace l’état reçu S_P1_R mémorisé dans sa mémoire 6 par l’état interne S_A compris dans le message pour l’élément concerné. Par exemple, en référence à la , le système récepteur P1 remplace l’état reçu S_P1_R de l’élément E1 par l’état S_A. Cela permet en particulier d’actualiser la mémoire 6 du système récepteur P1 avec l’état S_A.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les bus CAN FD SIC sont bien connus de la personne du métier et tous les détails de mise en œuvre de ces bus, par exemple en ce qui concerne les protocoles connus de communication mis en œuvre sur ces bus, n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec ces bus connus. De plus, les applications connues, par exemple automobiles, dans lesquelles un bus, par exemple de type CAN FD SIC, peut être mis en œuvre n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec ces applications connues.
La représente, de manière schématique et sous forme de bloc, un exemple d'un système ou réseau 1 comprenant plusieurs dispositifs connectés à un bus série bifilaire 2, par exemple un bus FD CAN. Plus particulièrement, la représente une partie seulement de ce système où deux dispositifs Dev1 et Dev2 sont connectés au bus 2, étant entendu que, en pratique, plus de deux dispositifs du type des dispositifs Dev1 et Dev2 peuvent être connectés au bus 2.
Le bus 2 comprend deux lignes conductrices CANH, par exemple dite ligne haute, et CANL, par exemple dite ligne basse. Les signaux transmis sur le bus 2 sont des signaux différentiels pris entre les deux lignes CANH et CANL.
Chacun des dispositifs Dev1 et Dev2 connecté au bus 2 comprend une borne ("terminal" en anglais) 100 connectée à la ligne CANH, et une borne 102 connectée à la ligne CANL du bus. Les dispositifs Dev1, Dev2 connectés au bus 2 sont configurés pour transmettre des bits récessifs et des bits dominants sur le bus 2, correspondant par exemple à des états logiques respectivement '1' et '0'. Lorsqu'un dispositif connecté au bus 2 émet (ou écrit) un bit dominant sur le bus 2, ce bit dominant écrase d'éventuels bits récessifs émis (ou écrits) simultanément sur le bus 2 par d'autres dispositifs connectés au bus.
Chacun des dispositifs Dev1 et Dev2 connecté au bus 2 comprend en outre une borne 104 connectée à un potentiel de référence et une borne 106 connectée à un potentiel d'alimentation, la différence de potentiel entre les bornes 104 et 106 de chaque dispositif permettant d'alimenter le dispositif. Dans l'exemple de la , tous les dispositifs Dev1, Dev2 connectés au bus 2 ont leur borne 104 connectée à un même potentiel de référence GND, par exemple la masse, et leur borne 106 connectée à un même potentiel d'alimentation VDD. Dans d'autres exemples, deux dispositifs connectés au bus 2 peuvent recevoir des potentiels d'alimentations et/ou des potentiels de référence sensiblement différents entre les deux dispositifs. A titre d'exemple, chaque dispositif Dev1, Dev2 connecté au bus 2 reçoit un potentiel d'alimentation sensiblement égal, par exemple égal, à 5 V sur sa borne 106, ce potentiel étant référencé par rapport au potentiel de masse GND reçu par la borne 104 du dispositif.
Pour écrire et lire des bits sur le bus 2, chacun des dispositifs Dev1 et Dev2 connecté au bus 2 comprend un circuit R/W. Le circuit R/W comprend des bornes 108 et 110 connectées aux bornes respectives 100 et 102 du dispositif auquel il appartient. A titre d'exemple, chaque circuit R/W comprend en outre des bornes 116 et 114 connectées aux bornes respectives 104 et 106 du dispositif auquel il appartient, de sorte à recevoir une tension d'alimentation.
A titre d'exemple, chaque circuit R/W est configuré pour mettre en œuvre le protocole CAN FD. Par exemple, lorsqu'un dispositif Dev1 ou Dev2 connecté au bus 2 écrit un bit dominant sur le bus, son circuit R/W est configuré pour forcer la ligne CANH à une tension sensiblement égale, par exemple égale, à 3,5 V, et la ligne CANL à une tension sensiblement égale, par exemple égale, à 1,5 V. Par exemple, lorsqu'un dispositif Dev1 ou Dev2 connecté au bus 2 écrit un bit récessif sur le bus, son circuit R/W est configuré pour placer la ligne CANH et la ligne CANL à une tension sensiblement égale, par exemple égale, à la moitié de la tension d'alimentation présente entre les bornes 104 et 106 du dispositif, par exemple à une tension sensiblement égale, par exemple égale, à 2,5 V. A titre d'exemple, chaque circuit R/W comprend une résistance de tirage ("pull-up resistor") connectée entre sa borne CANL et un noeud à une tension sensiblement égale, par exemple égale, à la moitié de la tension entre ses bornes 116 et 114, et une résistance de tirage connectée entre sa borne CANH et ce même noeud. A titre d'exemple, ces résistances de tirage ont une valeur de l'ordre de 35 Kohms.
A titre d'exemple, chaque dispositif Dev1, Dev2 connecté au bus met en œuvre une ou plusieurs fonctions, représentées schématiquement par un bloc FCT1 pour le dispositif Dev1, et par un bloc FCT2 pour le dispositif Dev2. A titre d'exemple, le bloc FCT1, respectivement FCT2, du dispositif Dev1, respectivement Dev2, est connecté au circuit R/W de ce dispositif, par exemple pour lui fournir des bits à transmettre sur le bus 2 et/ou pour recevoir des bits lus sur le bus 2.
La illustre, par des chronogrammes, les problématiques d'oscillations de signaux transmis sur le bus 2 du système 1 de la . Ainsi, dans l'exemple de la , le potentiel VDD est sensiblement égal, de préférence égal, 5 V, et le potentiel de référence GND est nul (0 V).
Cette illustre l'évolution des tensions sur les lignes CANH et CANL du bus 2 lors de la transmission successive d'un bit récessif rb, d'un bit dominant db, et d'un autre bit récessif rb.
Ainsi, à un instant t0 pendant la transmission d'un bit rb, la tension sur la ligne CANH est sensiblement égale, de préférence égale, à la tension sur la ligne CANL, cette tension étant sensiblement égale, par exemple égale, à 2,5 V dans cet exemple et correspondant au mode commun CM d'un signal transmis sur la paire de lignes CANH et CANL.
A un instant t1 suivant, la transmission du bit rb est terminée et la transmission d'un bit db débute. Le dispositif Dev1 ou Dev2 qui écrit le bit db sur le bus 2 ( ) force alors la tension sur la ligne CANH à une valeur sensiblement égale, par exemple égale, à 3,5 V, et la tension sur la ligne CANL à une valeur sensiblement égale, par exemple égale, à 1,5 V.
A un instant suivant t2, la transmission du bit db est terminée et la transmission d'un nouveau bit rb débute. Ainsi, les tensions sur les lignes CANH et CANL sont, au moins en théorie, sensiblement égales l'une à l'autre et à la valeur du mode commun CM. Toutefois, en pratique, en raison de réflexions des signaux sur chacune des lignes CANH et CANL, des oscillations (non représentées en ) se produisent sur chacune des lignes CANH et CANL, d'où il résulte que la tension différentielle entre les lignes CANH et CANL peut prendre des valeurs qui sont interprétées comme correspondant à la transmission d'un bit dominant sur le bus 2.