FR3101559A1 - Système de dépôt laser de métal - Google Patents

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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

Système (201) de dépôt laser de métal, comprenant une tête laser (204) et une buse tubulaire (203), la tête laser comportant un axe A et étant mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à cet axe, la buse comportant un même axe A et étant portée par la tête, ledit système comportant en outre un dispositif d’apport (202) adapté pour apporter un fil métallique (207) le long dudit axe A, jusqu’à travers la buse, la tête laser étant adaptée pour générer la fusion du métal en sortie de la buse, caractérisée en ce que la buse est apte à se déplacer en translation le long dudit axe A vis-à-vis de la tête laser, la buse étant reliée à la tête par au moins un organe (209) élastiquement déformable conférant cette aptitude. Figure pour l'abrégé : Figure 6

Description

SYSTÈME DE DÉPÔT LASER DE MÉTAL
Domaine technique de l'invention
L’invention est relative au domaine de la fabrication additive de pièces métalliques notamment pour des aéronefs. En particulier, l’invention se rapporte à un système de dépôt laser de métal. L’invention concerne également un procédé de fabrication additive mettant en œuvre le système de dépôt laser de métal.
Arrière-plan technique
Le dépôt direct de métal, également appelé DMD (pour « Direct Metal Deposition » en langue anglaise), est une technique de fabrication additive qui permet de réaliser des pièces complexes en déposant et en empilant des couches successives d’un matériau déterminé. Parmi les nombreuses variantes de cette technique figure la technique dite de dépôt laser de métal ou encore LMD (pour « Laser Metal Deposition » en langue anglaise). Pour réaliser un dépôt, cette technique implique d’alimenter régulièrement un bain liquide de métal en fusion, situé à la surface d’un substrat, sur lequel a lieu le dépôt. En particulier, du métal est apporté jusqu’au bain liquide sous la forme, soit d’une poudre (on parle alors de LMD-poudre), soit d’un fil (ou parle alors de LMD-fil), avant d’être mis en fusion par un faisceau laser focalisé.
Dans la version LMD-fil, chaque système de dépôt laser métallique comprend un dispositif dédié à l’apport de fil métallique qui entraîne le fil jusqu’à une buse. Le rôle de cette buse est ensuite de guider le fil jusqu’à la zone du dépôt (i.e. jusqu’au bain liquide) où le fil est mis en fusion grâce à une tête laser.
Un exemple de système de dépôt laser de métal par fil est décrit en référence aux figures 1 à 3.
Le système de dépôt laser de métal 101 comprend un dispositif d’apport 102 adapté pour apporter du fil métallique 107 jusqu’à une buse 103. Plus précisément, le fil métallique 107 est apporté par le dispositif d’apport 102 jusqu’à un orifice d’entrée de la buse 103. Le fil métallique 107 circule ensuite dans un conduit interne à la buse 103.
Lorsque le fil métallique 107 sort de la buse 103 au niveau de l’orifice de sortie 111, il est mis en fusion par un faisceau laser focalisé 105 qui produit, à son point focal, une énergie suffisamment élevée pour faire fondre le métal. Dans l’exemple représenté, le faisceau laser 105 est mis en forme par une tête laser 104 (ensemble d’optiques permettant la mise en forme du faisceau laser) et est du type à tâche focale de forme circulaire.
Le métal en fusion est déposé à la surface du substrat 106. Dans l’exemple représenté à la figure 1, le dépôt prend la forme d’un cordon 108 dont la forme découle du sens de déplacement du système de dépôt laser 101 symbolisé par la flèche 112. Ainsi, à mesure que le système 101 se déplace au dessus du substrat 106, le métal en fusion déposé sur le substrat se solidifie à nouveau en refroidissant et formant le cordon 108.
Il existe deux technologies de système de dépôt laser de métal. La première technologie représentée dans les dessins consiste à disposer la buse 103 et la tête 104 de manière coaxiale. Elles ont donc un même axe A, qui est l’axe le long duquel le fil 107 est apporté jusqu’à la buse 103. Dans cette première technologie, l’apport de fil est donc un apport de fil coaxial.
Il existe une autre technologie, non représentée, où la buse est déportée par rapport à la tête et se retrouve sur un côté de cette dernière. Dans cette autre technologie, l’apport de fil est donc un apport de fil latéral.
La première technologie présente l’avantage non négligeable de ne pas dépendre de la position de la buse pour les stratégies de dépôt. En revanche, elle ne présente pas l’avantage de l’apport latéral qui permet, en fonction de la hauteur de la buse, de re-focaliser le laser.
La seconde technologie a toutefois un inconvénient majeur. Lorsque la tête avance dans le sens opposé à celui du dévidage du fil, un phénomène de séparation du bain liquide survient. Cela provoque donc un dédoublement de cordon, ce qui n’est pas acceptable. Avec ce genre de tête, nous avons donc un impact du sens de dépose sur la qualité du cordon déposé.
Cet inconvénient disparaît avec l’utilisation de la première technologie. Toutefois, avec les solutions existantes de cette première technologie, si le substrat qui reçoit le cordon présente un relief accidenté avec des irrégularités de surface, le système n’est pas prévu pour compenser la variation en hauteur du substrat, ce qui risque de gêner la formation du cordon et affecter sa qualité (figure 3).
La présente invention propose une solution à au moins une partie de ces problèmes, cette solution utilisant la technologie précitée à fil coaxial.
La présente invention propose un système de dépôt laser de métal un système de dépôt laser de métal, comprenant une tête laser et une buse tubulaire, la tête laser comportant un axe A et étant mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à cet axe, la buse comportant un même axe A et étant portée par la tête, ledit système comportant en outre un dispositif d’apport adapté pour apporter un fil métallique le long dudit axe A, jusqu’à travers la buse, la tête laser étant adaptée pour générer la fusion du métal en sortie de la buse, caractérisée en ce que la buse est apte à se déplacer en translation le long dudit axe A vis-à-vis de la tête laser, la buse étant reliée à la tête par au moins un organe élastiquement déformable conférant cette aptitude.
La buse est donc mobile en translation le long de l’axe de la tête. Lors de l’utilisation du système, la buse peut se déplacer vers le substrat ou s’éloigner du substrat, en fonction du relief de ce substrat. Le système permet donc de s’adapter automatiquement au relief et aux irrégularités de surface du substrat. Par ailleurs, la tête pourrait être configurée pour refocaliser le faisceau laser, quelle que soit la distance entre la buse et le substrat, pour garder une même densité énergétique au même point du fil en utilisation.
Le système de dépôt laser selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- l’organe est configuré pour fonctionner en compression ;
- l’organe est configuré pour fonctionner en traction ;
- l’organe est un ressort hélicoïdal ;
- le ressort s’étend autour dudit axe A ;
- le ressort est précontraint axialement ;
- la précontrainte du ressort est comprise entre 3 et 10N ;
- l’organe et la buse sont montés dans des logements coaxiaux de la tête ;
- la tête est configurée pour générer un faisceau laser de forme annulaire.
L’invention concerne également, selon un second aspect, un procédé de fabrication additive par dépôt laser de métal au moyen d’un système de dépôt laser de métal tel que décrit ci-dessus, les déplacements de la buse par rapport à la tête étant automatiques en fonction du relief dudit substrat.
Brève description des figures
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une représentation schématique d’un système de dépôt laser de métal selon l’art antérieur ;
la figure 2 est une représentation schématique du système de dépôt de la figure 1, lors de son utilisation sur un substrat plan ;
la figure 3 est une autre représentation schématique du système de dépôt de la figure 1, lors de son utilisation sur un substrat incliné ou accidenté ;
la figure 4 est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un système de dépôt laser de métal selon l’invention ;
la figure 5 est une autre représentation schématique du système de dépôt laser de métal de la figure 4 ; et
la figure 6 est une autre représentation schématique du système de dépôt laser de métal de la figure 4, le substrat présentant une marche ; 
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différents modes de réalisation ont les mêmes références dans les figures.
Description détaillée de l'invention
En référence aux figures 4 à 6, nous allons maintenant décrire un mode de réalisation d’un système 201 de dépôt laser de métal selon l’invention.
Le système 201 comprend une tête laser 204 et une buse tubulaire 203.
La tête laser 204 comporte un axe A et est mobile dans un plan sensiblement perpendiculaire à cet axe A et qui est en général parallèle au plan d’un substrat 206. La tête laser 204 est adaptée pour générer la fusion du métal en sortie de la buse 203 pour déposer du métal fondu et générer un cordon de métal sur le substrat 206.
La buse 203 comporte un même axe A et est portée par la tête 204.
Le système 201 comporte en outre un dispositif d’apport 202 adapté pour apporter un fil métallique 207 le long de l’axe A, jusqu’à travers la buse 203.
Selon l’invention, la buse 203 est apte à se déplacer en translation le long de l’axe A vis-à-vis de la tête laser 204. Pour cela, la buse 203 est reliée à la tête 204 par au moins un organe 209 élastiquement déformable conférant cette aptitude.
L’organe 209 est configuré pour fonctionner en compression, en traction, ou à la fois en compression et en traction.
Dans l’exemple représenté et de manière préférée, l’organe 209 est un ressort hélicoïdal. Ce ressort s’étend autour de l’axe A et est précontraint axialement.
L’organe 209 et la buse 203 peuvent être montés dans des logements 210 coaxiaux de la tête 204.
Avantageusement, la tête 204 est configurée pour générer un faisceau laser 205 de forme annulaire et non pas circulaire, comme dans la technique antérieure. La tête 204 est de préférence configurée pour refocaliser le faisceau laser 205, quelle que soit la distance entre la buse 203 et le substrat 206.
L’homme du métier est à même de choisir les paramètres optimaux de réglage du système 201 afin de réaliser un dépôt laser de métal.
Lors de l’utilisation du système décrit dans ce qui précède, les déplacements de la buse 203 par rapport à la tête 204 sont automatiques en fonction du relief du substrat 206, comme cela est représenté dans les dessins.
Ainsi, lorsque le système 201 est déplacé dans le sens de la flèche F1 de la figure 6, la buse 203 va se déplacer le long de l’axe A, en s’éloignant de la tête 204 et donc en passant de la configuration de la figure 4 à la configuration de la figure 5. Une détente automatique de l’organe 209 ou du ressort intervient. Cela est dû à la présence d’une marche 211, qui en phase descendante, provoque une augmentation de la distance entre la buse 203 et le substrat 206.
Dans le cas contraire où le système 201 serait déplacé dans le sens opposé à la flèche F1, la buse 203 se déplacerait le long de l’axe A, en se rapprochant davantage de la tête 204 et donc en passant de la configuration de la figure 5 à la configuration de la figure 4. Une compression automatique du ressort interviendrait. Cela serait dû à la présence de la marche 211, qui en phase montante, provoquerait une diminution de la distance entre la buse 203 et le substrat 206.
La précontrainte axiale du ressort, par exemple comprise entre 3 et 10N, permet d’anticiper les éventuelles variations de hauteur du substrat 206. Ainsi, si le substrat 206 se retrouve plus bas, le ressort permet de maintenir le contact du fil 207 avec celui-ci. A l’inverse, si le substrat 206 se retrouve plus haut, le ressort va se comprimer afin de conserver la même distance entre la buse 203 et le substrat 206.
L’un des avantages majeurs de cette technologie est la simplification importante des trajectoires du système de dépôt 201. Par exemple, si un bossage doit être réalisé sur une surface non plane (sur une pièce cylindrique), les trajectoires pour ce bossage pourront être paramétrées dans un seul plan. La tolérance le long de l’axe A, apportée par l’invention, permettra de s’adapter automatiquement à la surface du substrat 206.

Claims (10)

  1. Système (201) de dépôt laser de métal, comprenant une tête laser (204) et une buse tubulaire (203), la tête laser comportant un axe A et étant mobile dans un plan perpendiculaire à cet axe, la buse comportant un même axe A et étant portée par la tête, ledit système comportant en outre un dispositif d’apport (202) adapté pour apporter un fil métallique (207) le long dudit axe A, jusqu’à travers la buse, la tête laser étant adaptée pour générer la fusion du métal en sortie de la buse, caractérisée en ce que la buse est apte à se déplacer en translation le long dudit axe A vis-à-vis de la tête laser, la buse étant reliée à la tête par au moins un organe (209) élastiquement déformable conférant cette aptitude.
  2. Système (201) de dépôt laser de métal selon la revendication 1, dans lequel l’organe (209) est configuré pour fonctionner en compression.
  3. Système (201) de dépôt laser de métal selon la revendication 2, dans lequel l’organe (209) est configuré pour fonctionner en traction.
  4. Système (201) de dépôt laser de métal selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe (209) est un ressort hélicoïdal.
  5. Système (201) de dépôt laser de métal selon la revendication précédente, dans lequel le ressort s’étend autour dudit axe A.
  6. Système (201) de dépôt laser de métal selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le ressort est précontraint axialement.
  7. Système (201) de dépôt laser de métal selon la revendication précédente, dans lequel la précontrainte du ressort est comprise entre 3 et 10N.
  8. Système (201) de dépôt laser de métal selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe (209) et la buse (203) sont montés dans des logements (210) coaxiaux de la tête (204).
  9. Système (201) de dépôt laser de métal selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tête (204) est configurée pour générer un faisceau laser (205) de forme annulaire.
  10. Procédé de fabrication additive par dépôt laser de métal sur un substrat (206) au moyen d’un système (201) de dépôt laser de métal selon l’une quelconque des revendications précédentes, les déplacements de la buse (203) par rapport à la tête (204) étant automatiques en fonction du relief dudit substrat (206).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011082582A1 (fr) * 2010-01-09 2011-07-14 苏州大学 Procédé et dispositif de formation d'un revêtement composite au laser par alimentation en fil et en poudre
FR3046739A1 (fr) * 2016-01-18 2017-07-21 Snecma Procede de rechargement ou de fabrication d'une piece metallique
WO2018166555A1 (fr) * 2017-03-14 2018-09-20 Scansonic Holding Se Procédé et dispositif de fabrication additive filaire

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011082582A1 (fr) * 2010-01-09 2011-07-14 苏州大学 Procédé et dispositif de formation d'un revêtement composite au laser par alimentation en fil et en poudre
FR3046739A1 (fr) * 2016-01-18 2017-07-21 Snecma Procede de rechargement ou de fabrication d'une piece metallique
WO2018166555A1 (fr) * 2017-03-14 2018-09-20 Scansonic Holding Se Procédé et dispositif de fabrication additive filaire

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