FR3053631A1 - Procede de fabrication additive utilisant des elements de surface discrets. - Google Patents

Procede de fabrication additive utilisant des elements de surface discrets. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication additive d'une ébauche d'un objet métallique à partir d'un objet numérique, par apport de matière métallique sur un support lui-même métallique, combiné à un apport d'énergie. On réalise l'apport de matière métallique sous forme de plusieurs éléments de surface discrets (1, 1', 2), l'apport d'énergie permettant de souder les éléments sur le support (3) en au moins deux passes à savoir une première passe et une deuxième passe, chaque élément de surface étant défini par une longueur (L, 1) selon laquelle il est soudé sur le support, une hauteur (h) selon laquelle il s'étend en saillie par rapport au support après avoir été soudé sur celui-ci , et une épaisseur (e) dans un plan sensiblement perpendiculaire à celui défini par la hauteur (h) et la longueur (L, 1) de l'élément, la hauteur de l'élément étant supérieure à son épaisseur, le procédé comportant une étape d'enlèvement de matière réalisée à sec d'au moins un des éléments de la première passe avant réalisation de la deuxième passe.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national
053 631
56592
COURBEVOIE © Int Cl8 : B 32 B 37/00 (2017.01), B 32 B 38/10, B 33 Y 10/00, 30/00, 50/00, 80/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 08.07.16. © Demandeur(s) : MECACHROME FRANCE Société par
(© Priorité : actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : MARTIN OLIVIER et DE PONNAT
ARNAUD.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 12.01.18 Bulletin 18/02.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : MECACHROME FRANCE Société par
apparentés : actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : CABINET BENECH.
pA) PROCEDE DE FABRICATION ADDITIVE UTILISANT DES ELEMENTS DE SURFACE DISCRETS.
FR 3 053 631 - A1 (QQ La présente invention concerne un procédé de fabrication additive d'une ébauche d'un objet métallique à partir d'un objet numérique, par apport de matière métallique sur un support lui-même métallique, combiné à un apport d'énergie. On réalise l'apport de matière métallique sous forme de plusieurs éléments de surface discrets (1, 1', 2), l'apport d'énergie permettant de souder les éléments sur le support (3) en au moins deux passes à savoir une première passe et une deuxième passe, chaque élément de surface étant défini par une longueur (L, 1) selon laquelle il est soudé sur le support, une hauteur (h) selon laquelle il s'étend en saillie par rapport au support après avoir été soudé sur celui-ci, et une épaisseur (e) dans un plan sensiblement perpendiculaire à celui défini par la hauteur (h) et la longueur (L, 1) de l'élément, la hauteur de l'élément étant supérieure à son épaisseur, le procédé comportant une étape d'enlèvement de matière réalisée à sec d'au moins un des éléments de la première passe avant réalisation de la deuxième passe.
Figure FR3053631A1_D0001
Figure FR3053631A1_D0002
PROCEDE DE FABRICATION ADDITIVE UTILISANT DES
ELEMENTS DE SURFACE DISCRETS
La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication additive.
On désigne classiquement par ce terme l'ensemble des procédés permettant de fabriquer par ajout de matière, couche par couche, un objet physique à partir d'un objet numérique, préalablement défini.
Ces procédés de fabrication additive sont à l'opposé des procédés par retrait de matière ou soustractifs, qui permettent d'obtenir des objets métalliques à partir de plaques épaisses ou de cylindre creux.
Des objets métalliques peuvent également être obtenus à partir de bruts ébauchés en forgeage ou de bruts de fonderie proches des côtes.
Cependant, tous ces procédés nécessitent l'utilisation d'une quantité de matière importante par rapport à celle présente dans la pièce finale. Le rapport correspondant peut aller jusqu'à 30 :1, notamment dans le domaine de l'aéronautique, où il est dénommé « Buy to Fly ratio» dans la terminologie anglaise.
De plus, ils nécessitent la mise en œuvre de moyens industriels lourds et entraînent des coûts de réalisation très importants qui augmentent avec les dimensions de l'objet à fabriquer.
C'est pourquoi se développent des procédés de fabrication additive pour obtenir des objets métalliques qui procèdent par apport local de métal par exemple sous forme de poudre ou de fil, et d'énergie par exemple sous forme d'un faisceau laser, d'un faisceau d'électrons, d'un arc électrique ou de plasma. Ces procédés sont communément dénommés DMD (Direct Métal Déposition) dans la terminologie anglaise.
On peut ainsi prévoir un flux de gaz entraînant de la poudre métallique, se déplaçant au-dessus d'un support métallique avec un faisceau laser qui provoque la fusion de la poudre, laquelle se dépose dans l'état fondu sur le support lui-même légèrement fondu et se solidifie sur celui-ci. Chaque déplacement des faisceaux permet de créer une couche qui se superpose aux précédentes. De façon générale, la hauteur de chaque couche après fusion est inférieure à l'épaisseur du cordon déposé.
Ces procédés sont notamment proposés dans le domaine de l'aéronautique pour réduire la quantité de matière totale utilisée par rapport à celle de la pièce finale et réduire de façon générale les coûts de fabrication.
Ces procédés présentent cependant des inconvénients.
En effet, le dépôt de métal en fusion entraîne de fortes contraintes lors de sa solidification et donc des déformations du support.
De plus, le contrôle de la fusion est difficile et la matière déposée peut, après solidification, présenter des défauts. C'est pourquoi il est nécessaire de pratiquer un contrôle non destructif de tout volume construit sur le support.
Par ailleurs, la vitesse ou le taux de dépose du métal est relativement faible. A titre d'exemple, pour du titane TA6V, le taux de dépose peut seulement atteindre de 5 à 10 kg/h, lors de la réalisation de pièces métalliques destinées à l'industrie aéronautique.
Enfin, le coût du métal sous forme de poudre ou de fil est relativement élevé, ce qui contribue encore à rendre coûteuse la mise en œuvre des procédés de fabrication additive.
L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication additive radicalement efficacité.
Ainsi, l'invention fabrication additive différent et d'une grande procédé de d'un objet métallique, caractérisé concerne un d'une ébauche métallique à partir d'un objet numérique, par apport de matière métallique sur un support lui-même combiné à un apport d'énergie, en ce que l'on réalise l'apport de matière métallique sous forme de plusieurs éléments de surface discrets, l'apport d'énergie permettant de souder lesdits éléments sur ledit support en au moins deux passes à savoir une première passe et une deuxième passe, chaque élément de surface étant défini par une longueur selon laquelle il est soudé sur ledit support, une hauteur selon laquelle il s'étend en saillie par rapport audit support après avoir été soudé sur celui-ci, et une épaisseur dans un plan sensiblement perpendiculaire à celui défini par la hauteur et la longueur de l'élément, la de l'élément étant supérieure à son le procédé comportant une étape hauteur épaisseur, d'enlèvement de matière, réalisée à sec d'au moins un desdits éléments de la première réalisation de la deuxième passe.
passe avant
Ce procédé permet de réaliser une ébauche d'un objet métallique plus rapidement, le taux de dépose du métal étant beaucoup plus important lorsqu'il est apporté sous forme d'éléments de surface discrets dont la hauteur est supérieure à l'épaisseur, que lorsqu'il est sous forme de poudre ou de fil.
Par ailleurs, le coût du matériau sous forme d'éléments de surface est beaucoup plus faible que celui d'un matériau sous forme de poudre ou de fil.
Enfin, le support métallique et les éléments de surface peuvent provenir de la même pièce, ce qui permet de réaliser l'ébauche avec un seul matériau provenant du même lot matière.
Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- l'enlèvement de matière est du type assisté par un fluide cryogénique ;
- l'enlèvement de matière est réalisé avec un apport d'azote liquide ou de CO2 ;
- les éléments sont soudés successivement, une étape d'enlèvement de matière étant réalisée après le dépôt d'un élément, pour au moins une partie desdits éléments ;
- les éléments sont soudés selon une première série dont au moins deux sont espacés puis d'une deuxième série venant s'intercaler dans le ou les espaces formés entre les éléments de la première série, une étape d'enlèvement de matière réalisée à sec étant prévue dans ledit ou lesdits espaces, entre le soudage de la première série et celui de la deuxième série ;
- une étape d'enlèvement de matière est réalisée sur le support ;
cette étape est réalisée avant le soudage d'éléments de surface discrets sur le support et consiste à délimiter les zones du support destinées à recevoir lesdits éléments pour réaliser un assemblage bout à bout ;
- cette étape est réalisée entre deux éléments soudés successivement sur le support, selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction dans laquelle s'étendent lesdits éléments ;
au moins deux éléments sont soudés ensemble avant d'être soudés sur le support ;
- le soudage est réalisé sans fusion ;
- lesdits éléments et ledit support proviennent de la même pièce.
L'invention concerne également un dispositif de fabrication additive d'une ébauche d'un objet métallique à partir d'un objet numérique, ledit dispositif comprenant des moyens pour souder des éléments de surface discrets métalliques sur un support lui-même métallique et des moyens pour réaliser un enlèvement de matière sur lesdits éléments et/ou ledit support.
Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'un objet métallique à partir d'une ébauche obtenue par le procédé selon l'invention précédemment décrit, ce procédé de fabrication comprenant une étape d'enlèvement de matière sur cette ébauche pour obtenir ledit objet métallique.
L'invention concerne enfin une ébauche d'un objet métallique et un objet métallique obtenus par les procédés selon l'invention.
En particulier, l'invention concerne un composant métallique d'un aéronef obtenu par les procédés selon l'invention, c'est-à-dire un composant de la structure de l'aéronef ou de ses moyens de propulsion.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de l'invention, faite au regard des dessins annexés sur lesquels :
Les figures 1 à 4 sont des vues en perspective illustrant la mise en œuvre du procédé selon l'invention sur un support plan.
La figure 4A illustre un détail de la figure 4.
Les figures 5 à 9 sont des vues en perspective
illustrant une variante de la mise en œuvre du
procédé selon 1' invention sur un support plan.
La figure 10 est une vue de 1'obj et métallique
obtenu à partir de l'ébauche illustrée aux figures 4 et 9.
La figure 11 est une vue en perspective illustrant la mise en œuvre du procédé selon l'invention sur un support cylindrique, avec des éléments de surface discrets.
La figure 12 est une vue de dessus du détail A de la figure 11.
La figure 13 est une vue en perspective illustrant la mise en œuvre d'une autre variante du procédé selon l'invention sur un support cylindrique avec des éléments de surface discrets.
La figure 14 est une vue de dessus du détail A de la figure 13.
Les figures 15 à 18 sont des vues en perspective illustrant une autre variante de mise en œuvre de l'invention sur un support plan.
Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références.
Un premier exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention va être décrit en référence aux figures 1 à 4A.
Ce procédé de fabrication additive est destiné à obtenir une ébauche de l'objet métalligue illustré à la figure 10.
En premier lieu, cet objet est décomposé en éléments de surface discrets.
De préférence, ces éléments discrets présentent des dimensions les plus grandes possibles, compte tenu de la géométrie de l'objet à obtenir et de la capacité de soudage de la technologie mise en œuvre.
Dans l'exemple illustré aux figures 1 à 4, les éléments de surface discrets 1, 1' et 2 présentent une forme trapézoïdale. Ainsi, les éléments 1 et 1' présentent une section en forme de trapèze isocèle, tandis gue les éléments 2 présentent une section en forme de trapèze rectangle.
L'élément 1 est défini par deux faces 16 formant un trapèze isocèle, avec deux bases parallèles 10 et 11, la longueur L de la base 10 étant supérieure à la longueur JL de la base 11.
Les deux bases 10 et 11 sont reliées par deux côtés 12 et 13 présentant la même inclinaison par rapport à la base 10 et par rapport à la base 11.
Chague élément 1 présente une hauteur h correspondant à la distance entre les bases 10 et 11.
Chaque élément 1 présente également une épaisseur e qui est comptée entre les deux faces 16 ou encore dans un plan sensiblement perpendiculaire à celui défini par la hauteur h et la longueur L ou JL.
L'élément 2 est illustré plus en détail sur la figure 4A.
Il est défini par deux faces 26 sensiblement planes et présentant la forme d'un trapèze rectangle.
Chaque face trapézoïdale est définie par deux bases parallèles 20 et 21, la base 20 présentant une longueur L plus importante que la longueur JL de la base 21.
Ces deux bases sont reliées par des côtés 22 et 23, l'angle formé par le côté 22 avec la base 20, d'une part et la base 21, d'autre part, étant un angle droit.
L'élément 2 présente une hauteur h correspondant à la distance entre les bases 20 et 21 et une épaisseur e correspondant à la distance entre les deux faces trapézoïdales 26 et qui est donc mesurée dans un plan sensiblement perpendiculaire à celui défini par la hauteur h et la longueur L ou JL.
De façon générale, la hauteur h des éléments 1 est supérieure à leur épaisseur e.
Les éléments de surface discrets sont alors réalisés, par exemple par découpe dans une tôle métallique.
La figure 1 illustre une première étape du procédé dans laquelle des éléments 1 métalliques sont soudés sur le support 3, également métallique, selon un premier arc de cercle. Il s'agit d'un assemblage en T (ou en L) .
Les éléments 1 sont soudés sur le support 3 par leur face 17 définie par les bases 10, c'est-à-dire selon leur grande longueur L.
Par ailleurs, ils sont espacés les uns des autres d'une distance correspondant à leur petite longueur
1.
Cette étape correspond à une première passe.
Le soudage des éléments 1 peut être réalisé par tous procédés appropriés et notamment un procédé de soudage par friction linéaire (LFW pour Linear Friction Welding dans la terminologie anglaise) ou encore un procédé de frittage sous pression utilisant des plasmas à haute température (SPS pour Spark Plasma Sintering dans la terminologie anglaise) .
De façon connue, un procédé de soudage par friction linéaire est un procédé de soudage en phase solide, les matériaux n'étant pas portés à fusion, et qui ne nécessite pas de matériaux d'apport.
L'assemblage est réalisé en frottant l'une contre l'autre les surfaces à assembler, sous une pression contrôlée. Les avantages du soudage à l'état solide sont la conservation des propriétés des matériaux ainsi que la possibilité de réaliser des assemblages entre des matériaux hétérogènes.
Cependant, le procédé de soudage par friction linéaire conduit à la l'interface les pièces formation de soudées, ici bavures à entre les éléments 1 et le support 3.
De façon également connue, un procédé du type SPS est basé sur l'utilisation température, momentanément particules de poudre, par une décharge électrique. Les vitesses de chauffe et de refroidissement sont de plasmas à haute générés entre des élevées et le maintien en température est généralement court. La densification du matériau peut donc se faire à une température relativement basse, ce qui permet de qualifier ce procédé de procédé de soudage sans fusion.
Il présente donc les mêmes avantages que les procédés de soudage sans fusion. Par rapport un procédé du type LFW, il présente l'avantage supplémentaire d'éviter le refoulement de matière au niveau de l'interface entre deux pièces soudées et donc la constitution de bavures. Il peut néanmoins entraîner des déformations.
Une fois les éléments 1 soudés sur le support 3, selon la première passe illustrée à la figure 1, l'étape suivante du procédé consiste en un enlèvement de matière, tel qu'un usinage, sur les éléments 1. L'enlèvement de matière peut également être réalisé par rectification ou par découpe laser. Cette étape est illustrée à la figure 2.
Cette étape d'enlèvement de matière est réalisée à sec. Elle peut notamment être assistée par un fluide cryogénique, c'est-à-dire avec un apport d'azote liquide ou encore de CO2.
Cette étape d'enlèvement de matière a pour objet d'enlever les bavures pouvant résulter de l'étape précédente de soudage et, de façon générale, de préparer les faces latérales 14 et 15 des éléments 1 déjà soudés qui vont se trouver en contact avec d'autres éléments qui seront soudés sur le support dans une deuxième passe.
Dans le procédé illustré à la figure 2, au moins les faces 14 et 15 en regard de deux éléments 1 successifs de la première série d'éléments soudés sur le support seront usinées. De même, le support 3 sera soumis à une étape d'enlèvement de matière, tel qu'un usinage, entre deux éléments 1 successifs de cette première série et selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle dans laquelle s'étendent ces éléments 1. Cette étape permettra le passage de la matière qui s'échappera de l'interface entre les éléments soudés dans une deuxième passe et le support
3. De même, une partie des deux faces 16 d'un élément 1 sera usinée. Ainsi, les références 16b et 16c identifient les deux zones des faces 16 d'un élément 1 qui sont usinées. Ces deux zones latérales sont dans le prolongement des faces 14 et 15 et encadrent la zone centrale 16a qui est en saillie par rapport à ces zones latérales.
La figure 3 illustre l'étape suivante du procédé, dans laquelle la deuxième passe consiste à souder une deuxième série d'éléments 1' qui viennent s'intercaler dans les espaces formés entre les éléments 1 de la première série, illustrés à la figure 1. Ceci est rendu possible par le fait que tous les éléments 1, 1' présentent la même forme et que les éléments 1 sont espacés d'une longueur JL.
Ces éléments 1' sont identiques aux éléments 1 et les références concernant les éléments 1' seront les mêmes que celles concernant les éléments 1, affectées de l'indice « ' ».
La figure 3 illustre ainsi les éléments 1 de la première série et les éléments 1' de la deuxième série qui sont tous soudés sur le support 3 à l'exception d'un seul élément 1'.
La figure 3 montre que les éléments 1' sont soudés sur le support 3 par leur petite longueur 1, ou encore par leur face 18' définie entre leurs bases 11', et sur les faces 15, 14 des éléments 1 adjacents par leurs faces 15' et 14'. Les éléments 1 et 1' sont donc disposés tête-bêche.
Les éléments 1' sont soudés à la fois sur le support et sur les éléments 1 par tout procédé de soudage approprié et, de préférence, par un procédé de soudage sans fusion, tel que décrit précédemment.
Avec cette étape du procédé, un arc de cercle complet 4 est obtenu.
Le procédé selon l'invention est de nouveau mis en œuvre pour obtenir le deuxième arc de cercle 5 formé de trois éléments 1, soudés sur le support par leur grande longueur L ou par leur face 17 et par deux éléments 1' soudés sur le support par leur petite longueur JL, correspondant à leur face 18', les éléments 1' étant intercalés entre deux éléments 1 espacés de la longueur JL.
Comme décrit précédemment au regard de la figure 2, une étape d'enlèvement de matière est réalisée sur les éléments 1 et sur le support 3, entre les éléments 1 préalablement soudés, avant de procéder au soudage des éléments 1' sur le support 3 et sur les éléments 1.
Ce deuxième arc de cercle 5 est concentrique au premier arc de cercle 4 et présente une longueur inférieure à celle de ce dernier.
La barre 6 reliant les deux arcs de cercle 4 et 5 est obtenue en soudant sur le support 3 un élément 1' , par sa base 11 de longueur JL, et à la fois sur le support et sur l'élément 1' et un élément 1 de l'arc de cercle 4 ou de l'arc de cercle 5, un élément 2 tel qu'illustré à la figure 4A.
De même, entre le soudage de l'élément 1' et le soudage des éléments 2, une étape d'enlèvement de matière est réalisée sur l'élément 1' et sur le support 3, notamment pour éliminer des bavures.
La figure 4 illustre le résultat obtenu qui consiste en une ébauche de l'objet 9 illustré à la figure 10.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au procédé qui vient d'être décrit et, en particulier, les éléments 1, 1' pourraient ne pas être soudés en deux séries successives mais par exemple être soudés successivement ou par des séries comportant un nombre inférieur d'éléments. De même, deux éléments pourraient être soudés préalablement ensemble avant d'être soudés sur le support. Ce peut, par exemple, être le cas pour l'élément 1' et les deux éléments 2 formant la barre 6.
Par ailleurs, le procédé n'est pas limité à la forme des éléments 1, 1' et 2 qui ont été illustrés sur les figures 1 à 4A. On comprend que la forme des éléments de surface discrets peut être ajustée en fonction de l'objet final à obtenir. En particulier, les éléments soudés successivement sur le support n'ont pas nécessairement des formes identiques.
Lors de la constitution des arcs de cercle 4 et 5 et de la barre 6, les étapes d'enlèvement de matière n'entraînent pas de pollution du support ou des éléments soudés puisqu'elles sont réalisées à sec.
Par ailleurs, ces étapes n'entraînent pas de déformation du support ou des éléments de surface lorsqu'elles sont assistées par un fluide cryogénique.
Il est maintenant fait référence aux figures 5 à 9 qui illustrent une variante de réalisation du procédé illustré aux figures 1 à 4.
Tout d'abord, selon ce procédé, les éléments de
surface discrets 1, 1' et 2 décrits en référence aux
figures 1 à 4A sont prélevés directement dans le
support 3.
Les évidements 31 correspondent à des éléments 1
ou 1 ' , tandis que les évidements 32 correspondent aux
éléments 2.
Ainsi, les éléments et le support proviennent de la même pièce, ce qui contribue à la qualité de l'objet finalement obtenu.
Ce procédé diffère également du précédent en ce que l'on procède à un enlèvement de matière sur le support 3, avant tout assemblage d'éléments de surface discrets sur celui-ci. Cet enlèvement de matière, notamment un usinage, consiste à délimiter les zones du support sur lesquelles les éléments de surface discrets seront soudés.
Ainsi, la zone 33 du support est au même niveau que le reste de la face supérieure 30 du support et elle est entourée par une zone 34 (représentée hachurée) dont le niveau est inférieur à celui de la face supérieure 30 du support.
La zone 33 ainsi délimitée comporte une première zone 34 en arc de cercle dont la concavité et la longueur correspondent au premier arc de cercle 4 de l'ébauche ; une deuxième zone 35 en arc de cercle sensiblement concentrique avec la zone 34 et dont la longueur correspond au deuxième arc de cercle 5 et une zone 36 droite reliant les zones 34 et 35 et correspondant au positionnement et à la longueur de la barre 6 de l'ébauche.
L'épaisseur E de chaque zone 34, 35, 36 correspond sensiblement à l'épaisseur e de chaque élément 1, 1',
2.
Cet usinage préalable du support 3 va permettre de réaliser un assemblage bout à bout des éléments de surface discrets sur le support, c'est-à-dire un assemblage dans lequel les surfaces de contact de deux pièces soudées sont identiques.
La figure 6 illustre l'étape suivante du procédé dans laquelle les éléments métalliques 1 sont soudés sur la première zone en arc de cercle 34 ainsi que sur la deuxième zone en arc de cercle 35.
Les éléments 1 sont espacés les uns des autres, un élément 1 étant présent au niveau de chaque extrémité des zones 34 et 35.
Les éléments 1 sont soudés sur les zones 34 et 35 par leur face 17 définie par les bases 10, c'est-àdire selon leur grande longueur L.
Par ailleurs, les éléments 1 sont espacés les uns des autres d'une distance correspondant à leur petite longueur JL.
Cette étape correspond à une première passe du procédé.
Comme expliqué précédemment au regard des figures 1 à 4, le soudage des éléments 1 est de préférence réalisé par un procédé de soudage sans fusion.
Une fois les éléments 1 soudés sur les zones 34 et 35 du support, l'étape suivante du procédé consiste en un enlèvement de matière sur les éléments 1.
Comme expliqué précédemment, cette étape d'enlèvement de matière est réalisée à sec et elle est, de préférence, assistée par un fluide cryogénique.
Cette étape d'enlèvement de matière concerne les faces 14 et 15 en regard de deux éléments successifs 1 de la première série d'éléments soudés sur le support, ainsi que les faces 16 des éléments 1.
Comme le montre la figure 7, les faces 16 des éléments 1 ne sont usinées qu'en partie, de façon à délimiter une zone centrale 16a qui est en saillie par rapport aux zones 16b et 16c situées de part et d'autre de cette zone centrale 16a et dans le prolongement des faces latérales 14 et 15.
De même, les première et deuxième zones 34 et 35, ainsi que la zone droite 36, sont soumises à une étape d'enlèvement de matière entre deux éléments successifs de cette première série. Cet enlèvement de matière est réalisé dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle dans laquelle s'étendent les éléments 1.
De manière générale, ces enlèvements de matière (représentés avec des hachures) ont pour objet de préparer les surfaces des éléments 1 déjà soudés qui vont se trouver en contact avec d'autres éléments, soudés dans une deuxième passe.
La figure 8 illustre le résultat obtenu après soudage de la deuxième série d'éléments 1' qui sont positionnés dans les espaces formés entre les éléments 1 de la première série.
Comme expliqué précédemment au regard de la figure 3, ces éléments 1' sont soudés sur la première zone 34 ou la deuxième zone 35 par leur surface 18' définie entre leurs bases 11'.
A la fin de cette deuxième passe, sont obtenus un premier et un deuxième arcs de cercle 4 et 5 complets.
La figure 8 illustre le début de la troisième passe dans laquelle un élément 1' et deux éléments 2 vont être soudés sur la zone droite 36.
Ainsi, la troisième passe du procédé selon l'invention consiste ici à souder un élément 2 sur un des éléments 1 situé de part et d'autre de la zone droite 36, de telle sorte que sa face droite 24 soit soudée sur la zone 16a de l'élément 1 et que sa face 27 inclinée définie entre les bases 20 soit soudée sur la zone 36.
On procède ensuite au soudage d'un élément 1', cet élément 1' étant soudé sur la zone 36 par sa face 18' et sur la face 25 de l'élément 2 déjà soudé, par sa face 15' .
Enfin, le deuxième élément 2 est soudé à la fois sur la face 14' de l'élément 1' et sur la face 16a de l'élément 1 déjà soudé et présent sur la deuxième zone 35.
La figure 9 illustre l'ébauche obtenue à l'issue de cette troisième passe du procédé et qui correspond à l'objet illustré à la figure 10.
Cette ébauche est similaire à celle qui est illustrée à la figure 4.
L'objet 9 illustré à la figure 10 est obtenu en découpant le support 3 et en procédant à une étape d'enlèvement de matière appropriée.
On comprend que, lors de cette étape, la quantité de matière qui va être enlevée va être très faible par rapport à celle qui résulterait de l'usinage d'un brut ébauché en forgeage ou d'un brut de fonderie.
Par ailleurs, par rapport à des procédés de fabrication additive dans lesquels l'apport de métal est effectué sous forme de poudre ou de fil, le procédé selon l'invention est beaucoup moins onéreux à mettre en œuvre, les éléments de surface discrets étant d'un coût de réalisation faible compte tenu du volume apporté, par rapport à une poudre métallique par exemple.
Par ailleurs le taux de dépose du métal est considérablement augmenté par rapport à des procédés classique utilisant une poudre ou du fil, dans la mesure où la matière métallique est apportée sous forme d'élément de surface dont la hauteur est sensiblement supérieure à l'épaisseur.
Enfin, comme souligné précédemment, la variante du procédé selon l'invention décrite en référence aux figures 5 à 9 permet de réaliser l'ensemble de l'objet à partir du même lot matière, ce qui contribue aux bonnes propriétés mécaniques présentées par cet objet.
Il est maintenant fait référence aux figures 15 à 18 qui illustrent une autre variante du procédé illustré aux figures 1 à 4.
Par souci de simplification, cette variante est décrite relativement au seul arc de cercle 4, constitué d'éléments 1 et 1'.
Comme dans la variante du procédé illustrée aux figures 5 à 9, on procède à un enlèvement de matière sur le support 3, avant tout assemblage d'éléments de surface discrets sur celui-ci. Cependant, cet enlèvement de matière n'est pas réalisé sur toute la longueur de l'arc de cercle 4 comme dans la variante du procédé illustrée à la figure 5, mais uniquement sur des portions d'arc de cercle présentant une longueur L' légèrement supérieure à la grande longueur L d'un élément 1, 1'.
Ainsi, la figure 15 illustre une série de six paires de rainures 37a, 38a de longueur L'.
Les rainures 37a s'étendent selon un premier arc de cercle 37.
Les rainures 38a s'étendent selon un deuxième arc de cercle 38 dont le rayon est inférieur à celui du premier arc de cercle 37.
Deux paires adjacentes de rainures 37a, 38a sont espacées l'une de l'autre d'une distance 1 ' inférieure à la petite longueur JL d'un élément 1, 1' .
L'épaisseur E du support 3 entre deux rainures 37a, 38a d'une même paire est sensiblement égale à l'épaisseur e de chaque élément 1, 1', 2.
La figure 16 illustre l'étape suivante du procédé dans laquelle chaque élément métallique 1 est soudé sur une zone en arc de cercle 39 délimitée entre deux rainures 37a et 38a.
Les éléments 1 sont soudés sur les zones 39 par leur face 17 définie par les bases 10, c'est-à-dire selon leur grande longueur L.
Par ailleurs, les éléments 1 sont espacés les uns des autres d'une distance correspondant à leur petite longueur JL.
Cette étape correspond à une première passe du procédé.
Comme expliqué précédemment au regard des figures 1 à 4, le soudage des éléments 1 est de préférence réalisé par un procédé de soudage sans fusion.
Une fois les éléments 1 soudés sur les zones 39 du support, l'étape suivante du procédé consiste en un enlèvement de matière sur les éléments 1.
Comme expliqué précédemment, cette étape d'enlèvement de matière est réalisée à sec et elle est, de préférence, assistée par un fluide cryogénique.
Cette étape d'enlèvement de matière concerne les faces 14 et 15 en regard de deux éléments successifs 1 de la première série d'éléments soudés sur le support, ainsi que les faces 16 des éléments 1.
Comme le montre la figure 17, les faces 16 des éléments 1 ne sont usinées qu'en partie, de façon à délimiter une zone centrale 16a qui est en saillie par rapport aux zones 16b et 16c situées de part et d'autre de cette zone centrale 16a.
De même, le support 3 est soumis à une étape d'enlèvement de matière entre deux éléments successifs de cette première série. Cet enlèvement de matière est réalisé dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle dans laquelle s'étendent les éléments 1.
De manière générale, ces enlèvements de matière (représentés avec des hachures) ont pour objet de préparer les surfaces des éléments 1 déjà soudés qui vont se trouver en contact avec d'autres éléments, soudés dans une deuxième passe.
La figure 18 illustre le résultat obtenu après soudage de la deuxième série d'éléments 1' qui sont positionnés dans les espaces formés entre éléments 1 de la première série.
les
Comme expliqué précédemment au regard de la figure 3, ces éléments 1' sont soudés sur le support 3 par leur surface 18' définie entre leurs bases 11'.
A la fin de cette deuxième passe, est obtenu un arc de cercle 4 complet.
Il est maintenant fait référence aux figures 11 et 12 qui illustrent la mise en œuvre du procédé selon l'invention sur un support métallique cylindrique 7.
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour réaliser une bride 70 sur le pourtour 71 d'une de ces extrémités.
Cette bride 70 est ici formée à l'aide de trois types d'éléments de surface discrets : les éléments 1 et 1' qui ont précédemment été décrits, notamment en référence aux figures 1 à 4A (représentés avec des hachures), et un autre type d'élément 8 qui est défini par deux faces 86 sensiblement planes et présentant la forme d'un parallélogramme. Chaque face 86 est définie par deux bases parallèles 10 et 11 qui présentent la même longueur L. Ces deux bases 80 et 81 sont reliées par deux côtés 82 et 83 qui sont parallèles et qui présentent une longueur JL inférieure à L.
Le procédé consiste tout d'abord à souder un élément 8 sur le support 7 au niveau du pourtour 71.
Ce premier élément 8 est soudé le long de sa base 80, c'est-à-dire selon sa longueur L.
Comme expliqué précédemment, le procédé consiste alors à procéder à une étape d'enlèvement de matière pour préparer la surface latérale définie entre les côtés 83 et pour que le support 7 présente un passage pour la matière qui s'échappera de l'interface entre l'élément 8 suivant qui sera soudé sur le support, dans le sens anti-horaire.
Une première série d'éléments 8 est soudée sur le support 7, les éléments 8 étant soudés l'un après 1'autre.
Les dimensions des éléments 8 sont choisies de telle sorte que peut être ménagé entre le premier élément 8 de la série et le dernier élément 8 soudé sur le support 7 un espace correspondant à l'encombrement de deux éléments 1, 1' disposés têtebêche .
La dernière étape du procédé consiste à souder l'élément 1 sur le premier élément de la série ainsi que sur le support 7, par l'intermédiaire de sa surface 17, définie entre ses deux bases 10 ; l'élément 1' sur le dernier élément 8 de la série, ainsi que sur le support 7 par l'intermédiaire de sa surface 18' définie entre ses bases 11' et les deux éléments 1 et 1' par leurs faces 15 et 15' en vis-àvis .
L'ébauche de bride ainsi obtenue pourra faire l'objet d'une étape ultérieure d'usinage pour obtenir un objet métallique.
Il est maintenant fait référence aux figures 13 et 14 qui illustrent une variante du procédé illustré aux figures 11 et 12.
Dans cette variante, la bride 72 est obtenue à partir d'éléments de surface discrets, du type de l'élément 1 décrit en référence aux figures précédentes.
Le procédé est mis en œuvre en soudant tout d'abord sur le support cylindrique 7 une première série d'éléments 1 (représentés avec des hachures) par leur face 17 définie entre les bases 10, c'est-àdire selon leur grande longueur L.
Ils sont espacés les uns des autres d'une distance correspondant à leur petite longueur JL.
Comme expligué précédemment au regard par exemple des figures 1 à 4A, une étape d'enlèvement de matière est alors réalisée à la fois sur les éléments 1 et sur le support 7.
Le procédé consiste alors à souder une deuxième série d'éléments 1', à la fois sur le support 7 et sur les éléments 1, les éléments 1' venant s'intercaler dans les espaces formés entre les éléments 1 de la première série.
Les figures 13 et 14 montrent ainsi gue les éléments 1 et 1' sont disposés tête-bêche.
Une fois la deuxième série d'éléments 1' soudés, on obtient une bride 70.
L'ébauche ainsi obtenue pourra également faire l'objet d'un usinage pour obtenir l'objet souhaité.
On comprend gu'en fonction du diamètre du support cylindrigue 7 et des longueurs L et JL, il pourra être nécessaire de rendre les bases 10, 10' ; 11, 11' et
80, 81 des éléments 1, 1' et 8 légèrement concaves.
Comme il va de soi et comme il résulte également de ce gui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication additive d'une ébauche d'un objet métallique à partir d'un objet numérique, par apport de matière métallique sur un support luimême métallique, combiné à un apport d'énergie, caractérisé en ce que l'on réalise l'apport de matière métallique sous forme de plusieurs éléments de surface discrets (1, 1', 2, 8), l'apport d'énergie permettant de souder lesdits éléments sur ledit support (3, 7) en au moins deux passes à savoir une première passe et une deuxième passe, chaque élément de surface étant défini par une longueur (L, JL) selon laquelle il est soudé sur ledit support, une hauteur (h) selon laquelle il s'étend en saillie par rapport audit support après avoir été soudé sur celui-ci, et une épaisseur (e) dans un plan sensiblement perpendiculaire à celui défini par la hauteur (h) et la longueur (L, JJ de l'élément, la hauteur de l'élément étant supérieure à son épaisseur, le procédé comportant une étape d'enlèvement de matière réalisée à sec d'au moins un desdits éléments de la première passe avant réalisation de la deuxième passe.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'enlèvement de matière est du type assistée par un fluide cryogénique.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'enlèvement de matière est réalisée avec un apport d'azote liquide ou de CO2.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments (1, 1', 2, 8) sont soudés successivement, une étape d'enlèvement de matière étant réalisée après le dépôt d'un élément, pour au moins une partie desdits éléments.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments sont soudés selon une première série (1) dont au moins deux sont espacés puis d'une deuxième série (1') venant s'intercaler dans le ou les espaces formés entre les éléments de la première série, une étape d'enlèvement de matière réalisée à sec étant prévue dans ledit ou lesdits espaces, entre le soudage de la première série et celui de la deuxième série.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une étape d'enlèvement de matière est également réalisée sur le support (3, 7).
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que cette étape est réalisée avant le soudage d'éléments de surface discrets sur le support et consiste à délimiter les zones du support (33, 39) destinée à recevoir lesdits éléments pour réaliser un assemblage bout à bout.
  8. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que cette étape est réalisée entre deux éléments soudés successivement sur le support, selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction dans laquelle s'étendent lesdits éléments.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que au moins deux éléments sont soudés ensemble avant d'être soudés sur le support.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le soudage est réalisé sans fusion.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits éléments (1, 1', 2) et ledit support (3) proviennent de la même pièce.
  12. 12. Dispositif de fabrication additive d'une ébauche d'un objet métallique à partir d'un objet numérique, ledit dispositif comprenant des moyens pour souder des éléments de surface discrets métalliques sur un support lui-même métallique et des moyens pour réaliser un enlèvement de matière sur lesdits éléments et/ou ledit support.
  13. 13. Procédé de fabrication d'un objet métallique à partir d'une ébauche obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant une étape d'enlèvement de matière sur cette ébauche pour obtenir ledit objet métallique.
  14. 14. Ebauche d'un objet métallique obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 11.
  15. 15. Objet métallique obtenu par le procédé selon la revendication 13.
  16. 16. Composant métallique d'un aéronef obtenu par le procédé selon la revendication 13.
    1/7 F»'g.i A,ÎZ?
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    7/7
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