FR3105067A1 - Machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre avec une rampe centrale d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz. - Google Patents

Machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre avec une rampe centrale d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz. Download PDF

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Abstract

L’invention concerne une machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, la machine comprenant une surface de travail (12) sur laquelle est déposée au moins une couche de poudre (14) de fabrication additive, la machine comprenant un dispositif (16) de consolidation sélective par fusion totale ou partielle d’une couche de poudre déposée sur la surface de travail, et la machine comprenant un dispositif (18) d’évacuation des fumées créées par la consolidation sélective d’une couche de poudre, le dispositif de consolidation sélective émettant au moins deux faisceaux (F1,F2) d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail, la surface de travail étant divisée en au moins deux zones de travail (Z1,Z2) accolées l’une à l’autre, et un premier faisceau (F1) consolidant la poudre dans une première zone de travail (Z1) et un second faisceau (F2) consolidant la poudre dans une seconde zone de travail (Z2). Le dispositif (18) d’évacuation des fumées comprend au moins une rampe centrale (40) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une zone de recouvrement (ZR) des différentes zones de travail accolées, et deux rampes latérales (42,44) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail, et la rampe centrale (40) s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail (12) prise dans une direction transversale (DT) et se déplace en translation dans une direction longitudinale (DL) perpendiculaire à la direction transversale, les directions longitudinale et transversale étant parallèles au plan (P12) de la surface de travail et de la poudre. Figure de l’abrégé : 1

Description

Machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre avec une rampe centrale d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz.
La présente invention est relative à la fabrication additive par dépôt de lit de poudre et par fusion.
Plus précisément, l’invention concerne l’évacuation des fumées produites par la fusion de la poudre au-dessus d’une zone de fabrication ayant de grandes dimensions.
Le document US 2015174823 concerne la fabrication additive d’objets de grandes dimensions par dépôt de lit de poudre et par fusion.
Pour garantir une bonne qualité de fusion et éviter des défauts dans les objets fabriqués, les fumées produites par la fusion de la poudre doivent être évacuées. En effet, ces fumées peuvent nuire à la précision et/ou réduire la puissance du ou des faisceaux d’énergie ou de chaleur utilisés pour fusionner la poudre.
Plus les objets fabriqués ont des dimensions importantes, plus la surface de travail de la machine de fabrication additive est importante, et plus la quantité de fumées produite par la fusion de la poudre est importante. En outre, plus la distance entre la zone de fusion et les bords de la surface de travail est importante, plus l’évacuation des fumées est rendue difficile.
Le document US 2015174823 propose deux modes de réalisation d’un dispositif d’évacuation des fumées dans une machine de fabrication additive visant à permettre l’évacuation des fumées au-dessus d’une surface de travail de grandes dimensions. Dans la machine décrite dans le document US 2015174823, la surface de travail est divisée en quatre zones de travail et quatre faisceaux sont utilisés pour consolider la poudre, chaque faisceau étant associé à une zone de travail différente des zones de travail associées aux trois autres faisceaux.
Dans un premier mode de réalisation illustré en figure 2, le dispositif d’évacuation des fumées comprend deux rampes d’arrivée de gaz disposées de part et d’autre de la surface de travail et une sortie de gaz prenant la forme d’une bouche d’aspiration disposée au centre de la surface de travail, dans une zone de recouvrement située entre les quatre zones de travail des quatre faisceaux.
Dans un second mode de réalisation illustré en figure 3, le dispositif d’évacuation des fumées comprend une bouche d’arrivée de gaz disposée au centre de la surface de travail, dans une zone de recouvrement située entre les quatre zones de travail des quatre faisceaux, et deux rampes de sortie de gaz disposées de part et d’autre de la surface de travail.
Dans le premier mode de réalisation de la figure 2, les flux de gaz émanant des rampes latérales convergent vers la bouche d’aspiration centrale, permettant d’évacuer vers cette bouche d’aspiration centrale les particules de fumées émises par le travail de consolidation des quatre faisceaux dans les quatre zones de travail.
Cet agencement central de la bouche d’aspiration n’est pas optimal.
D’une part, la position centrale de la bouche d’aspiration conduit à une densification des particules de fumée au centre de la surface de travail qui peut nuire à la précision et/ou réduire la puissance des faisceaux à l’approche de cette zone centrale de la surface de travail.
D’autre part, la convergence des différents flux vers un même point central peut conduire à la création de turbulences susceptibles d’éjecter des particules de fumées dans différentes directions, et les particules de fumée ainsi éjectées sont susceptibles d’aller polluer les parois de la chambre de fabrication et les vitres par lesquelles les faisceaux pénètrent dans la chambre de fabrication, ou d’aller polluer une nouvelle couche de poudre avant sa consolidation. La convergence des différents flux vers un même point central peut aussi conduire à la création de turbulences sous la bouche d’aspiration pouvant entraîner une accumulation des particules de fumée sous la bouche d’aspiration.
Dans le second mode de réalisation de la figure 3, les flux de gaz émanant de la bouche d’arrivée de gaz centrale divergent vers les rampes d’aspiration latérales pour évacuer vers ces rampes d’aspiration les particules de fumées émises par le travail de consolidation des quatre faisceaux dans les quatre zones de travail.
Cet agencement central de la bouche d’arrivée de gaz n’est pas optimal.
D’une part, en divergeant, les flux de gaz perdent du débit et donc en efficacité pour évacuer les particules de fumées les plus lourdes.
D’autre part, avec une telle configuration, certaines zones de la surface de travail ne sont pas parcourues par des flux de gaz à écoulement laminaire et débit constant. C’est par exemple le cas des zones de la surface de travail situées en position médiane entre les rampes latérales et éloignées de la bouche d’arrivée de gaz, et de la zone située sous la bouche d’arrivée de gaz.
Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation décrits dans le document US 2015174823, la bouche d’aspiration/d’arrivée de gaz doit être maintenue à une hauteur suffisamment importante au-dessus de la surface de travail pour permettre aux faisceaux de consolider la poudre située sous la bouche d’aspiration/d’arrivée de gaz. Or, il est préférable que les flux de gaz utilisés pour évacuer les particules de fumée se situent au plus près de la poudre en cours de consolidation pour évacuer le plus rapidement possible les particules vers les sorties de gaz et éviter que ces particules n’aillent polluer la poudre environnante ou les parois de la chambre de fabrication et les vitres par lesquelles les faisceaux pénètrent dans la chambre de fabrication.
Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation décrits dans le document US 2015174823, les flux de gaz circulant entre la bouche centrale et les rampes latérales ne peuvent être des flux avec des débits constants et des écoulements laminaires alors que l’efficacité des flux utilisés pour l’évacuation des particules de fumée sont fortement liées à ces deux caractéristiques.
Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation décrits dans le document US 2015174823, la position centrale de la bouche d’arrivée ou d’aspiration de gaz conduit à la création de zones où les flux de gaz sont turbulents et/ou à la création de zones mortes qui ne sont pas parcourues par les flux de gaz, ce qui évidement nuit à l’évacuation des particules de fumée.
La présente invention a pour objectif de fournir une solution technique permettant d’obtenir, dans la chambre de fabrication d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, des flux d’évacuation des fumées proches d’un lit de poudre déposé une surface de travail de grandes dimensions, de plus d’1 m² de surface par exemple, et avec des débits constants et des écoulements laminaires.
A cet effet, l’invention a pour objetune machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, la machine comprenant une surface de travail sur laquelle est déposée au moins une couche de poudre de fabrication additive, la machine comprenant un dispositif de consolidation sélective par fusion totale ou partielle d’une couche de poudre déposée sur la surface de travail, et la machine comprenant un dispositif d’évacuation des fumées créées par la consolidation sélective d’une couche de poudre, le dispositif de consolidation sélective émettant au moins deux faisceaux d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail, la surface de travail étant divisée en au moins deux zones de travail accolées l’une à l’autre, et un premier faisceau consolidant la poudre dans une première zone de travail et un second faisceau consolidant la poudre dans une seconde zone de travail.
Selon l’invention, le dispositif d’évacuation des fumées comprend au moins une rampe centrale d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une zone de recouvrement des différentes zones de travail accolées, et deux rampes latérales d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail. De plus, la rampe centrale s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail prise dans une direction transversale et se déplace en translation dans une direction longitudinale perpendiculaire à la direction transversale, les directions longitudinale et transversale étant parallèles au plan de la surface de travail et de la poudre.
Grâce à la combinaison d’une telle rampe d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz avec des rampes latérales d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz, des flux d’évacuation des fumées avec des écoulements laminaires et des débits constants peuvent être générés au-dessus de surfaces de travail de grandes dimensions. En effet, il est plus aisé de créer et de maintenir des flux d’évacuation des fumées avec des écoulements laminaires et des débits constants sur de courtes distances, et la rampe centrale permet de diviser la distance entre la ou les rampes d’arrivée de gaz et la ou les rampes de sortie de gaz, et cela sur toute la largeur de la surface de travail.
De plus, grâce à la mobilité en translation d’une rampe centrale, des flux d’évacuation des fumées à débit constant et écoulement laminaire peuvent être générés sur toute zone de la surface de travail et au plus près du lit de poudre.
Avantageusement mais non obligatoirement, l’invention peut aussi prévoir que :
- une rampe centrale est une rampe de soufflage de gaz, et les deux rampes latérales sont des rampes d’aspiration de gaz, la rampe centrale permettant de générer un premier flux de gaz vers une première rampe latérale et un second flux de gaz vers la seconde rampe latérale,
- une rampe centrale est une rampe d’aspiration de gaz, et les deux rampes latérales sont des rampes de soufflage de gaz, une première rampe latérale permettant de générer un premier flux de gaz vers la rampe centrale et la seconde rampe latérale permettant de générer un second flux de gaz vers la rampe centrale,
- une rampe centrale se déplace aussi en translation dans une direction d’escamotage perpendiculaire aux directions longitudinale et transversale et au plan de la surface de travail et de la poudre,
- la surface de travail étant disposée entre deux parois, les deux rampes latérales sont prévues dans ces parois,
- chaque rampe latérale s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail prise dans la direction transversale,
- le dispositif de consolidation sélective émet quatre faisceaux d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail, la surface de travail étant divisée en quatre zones de travail accolées les unes aux autres de manière à ce que deux zones travail accolées l’une à l’autre se situent dans la direction transversale et à ce que deux zones travail accolées l’une à l’autre se situent dans la direction longitudinale, chaque faisceau consolidant la poudre dans une zone de travail distincte,
- la surface de travail étant divisée en trois zones de travail consécutives dans la direction longitudinale: une première zone de travail, une deuxième zone de travail et une troisième zone de travail, le dispositif d’évacuation des fumées comprend une première rampe centrale d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une première zone de recouvrement située entre la première zone de travail et la deuxième zone de travail, une seconde rampe centrale d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une seconde zone de recouvrement située entre la deuxième zone de travail et la troisième zone de travail, et deux rampes latérales d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui va suivre. Cette description, donnée à titre d’exemple et non limitative, se réfère aux dessins joints en annexe sur lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique de face d’un premier mode de réalisation d’une machine selon l’invention, avec une rampe centrale dans une première position,
- la figure 2 est une vue schématique de face d’un premier mode de réalisation d’une machine selon l’invention, avec une rampe centrale dans une seconde position,
- la figure 3 est une vue schématique de face d’un deuxième mode de réalisation d’une machine selon l’invention,
- la figure 4 est une vue schématique de dessus d’un deuxième mode de réalisation d’une machine selon l’invention,
- la figure 5 est une vue schématique de face de l’escamotage d’une rampe centrale dans une machine selon l’invention,
- la figure 6 est une vue schématique de dessus d’un troisième mode de réalisation d’une machine selon l’invention,
- la figure 7 est une vue schématique de dessus d’un quatrième mode de réalisation d’une machine selon l’invention.
L’invention est relative à l’évacuation des fumées produites par la fusion d’une poudre de fabrication additive déposée sur une surface de travail d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre et par fusion.
La fabrication additive par dépôt de lit de poudre est un procédé de fabrication additif dans lequel une ou plusieurs pièces sont fabriquées par la consolidation sélective de différentes couches de poudre de fabrication additive superposées les unes sur les autres. La première couche de poudre est déposée sur un support tel un plateau, puis consolidée sélectivement à l’aide d’au moins une source de consolidation selon une première section horizontale de la ou des pièces à fabriquer. Puis, une deuxième couche de poudre est déposée sur la première couche de poudre qui vient d’être consolidée, et cette deuxième couche de poudre est consolidée sélectivement à son tour, et ainsi de suite jusqu’à la dernière couche de poudre utile à la fabrication de la dernière section horizontale de la ou des pièces à fabriquer.
La source de consolidation par fusion peut être une source émettant un faisceau laser, une source émettant plusieurs faisceaux laser ou une combinaison de plusieurs sources émettant chacune un faisceau laser.
Une machine 10 de fabrication additive par dépôt de lit de poudre et par fusion selon l’invention est schématiquement illustrée en figure 1.
Cette machine 10 comprend une surface de travail 12 sur laquelle est déposée au moins une couche de poudre 14 de fabrication additive.
En raison des fumées créées par les opérations de fusion de la poudre, la surface de travail 12 est de préférence disposée dans une enceinte 15 pouvant être fermée de manière étanche. Une paroi de cette enceinte 15 peut comprendre une porte donnant accès à la surface de travail.
Une poudre de fabrication additive peut être métallique ou non métallique.
Pour la mise en œuvre de la fabrication additive, la machine 10 comprend un dispositif 16 de consolidation sélective par fusion totale ou partielle d’une couche de poudre déposée sur la surface de travail 12, et un dispositif 18 d’évacuation des fumées créées par la consolidation sélective d’une couche de poudre par fusion.
La surface de travail ayant par exemple de grandes dimensions, de plus d’1 m² pour donner un ordre de grandeur, le dispositif 16 de consolidation sélective émet au moins deux faisceaux F1,F2 d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail pour réduire les temps de consolidation par fusion. Par exemple, le dispositif 16 de consolidation sélective comprend deux ou quatre sources 22 émettant chacune un faisceau utilisé pour consolider de manière sélective la poudre déposée sur la surface de travail.
Dans le cas d’une consolidation par faisceau laser, une source 22 est de préférence située à l’extérieur de l’enceinte 15 et son faisceau pénètre dans l’enceinte par une ouverture prévue dans une paroi de l’enceinte et équipée d’une vitre transparente à la longueur d’onde du faisceau qui la traverse.
Pour mettre en œuvre la consolidation de manière sélective, chaque source 22 de faisceau laser est équipée de moyens permettant de déplacer le faisceau émis par rapport à la surface de travail et de modifier la focalisation de ce faisceau dans le plan de la couche de poudre à consolider.
La machine 10 comprenant un plan de travail 24, la surface de travail 12 est une surface plane définie dans ce plan de travail par une ouverture depuis laquelle s’étend une chemise de fabrication 26. La chemise de fabrication 26 s’étend par exemple depuis le plan de travail et sous le plan de travail. Par exemple, le plan de travail 24 est horizontal et la chemise s’étend verticalement et elle débouche dans le plan de travail. La surface de travail peut être rectangulaire, circulaire, polygonale, annulaire ou prendre tout autre forme plus adaptée à la géométrie du ou des objets à fabriquer.
Pour supporter les différentes couches de poudre utiles à la fabrication additive du ou des objets P à fabriquer, la machine 10 comprend aussi un plateau de fabrication 28 mobile en translation à l’intérieur de la chemise sous l’effet d’un actionneur 30. Par exemple, le plateau de fabrication 28 coulisse verticalement à l’intérieur de la chemise de fabrication 26 sous l’effet d’un vérin.
Comme le montrent les figures 4 ou 5 et afin de réaliser la ou les différentes couches de poudre utiles à la fabrication additive du ou des objets P à fabriquer, la machine 10 comprend un dispositif de dépôt de poudre 32 permettant de déposer au moins une couche de poudre au-dessus du plateau de fabrication 28. Par exemple, ce dispositif de dépôt de poudre 32 comprend un réservoir de poudre mobile 34 permettant de déposer un cordon de poudre sur le plan de travail 24 et devant la surface de travail 12, et un dispositif d’étalement de poudre 36, tel un rouleau ou une raclette, monté sur un chariot 38 mobile en translation au-dessus de la surface de travail 12 et permettant d’étaler la poudre du cordon sur la surface de travail. Avantageusement, le réservoir de poudre mobile 34 peut aussi être monté sur le chariot 38.
Le dispositif 16 de consolidation sélective émettant au moins deux faisceaux F1,F2 d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail, la surface de travail 12 est divisée en au moins deux zones de travail Z1,Z2 accolées l’une à l’autre, un premier faisceau F1 consolidant la poudre dans une première zone de travail Z1 et un second faisceau F2 consolidant la poudre dans une seconde zone de travail Z2.
Comme l’illustre la figure 4, deux zones de travail Z1,Z2 rectangulaires peuvent être accolées dans la longueur L12 d’une surface de travail 12 rectangulaire. De préférence, les différentes zones de travail ont des surfaces sensiblement égales. Lorsque la surface de travail 12 est circulaire, les zones de travail accolées sont par exemple des quarts de cercle.
Selon l’invention, le dispositif 18 d’évacuation des fumées comprend au moins une rampe centrale 40 d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une zone de recouvrement ZR des différentes zones de travail Z1,Z2 accolées, et deux rampes latérales 42,44 d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail 12.
De préférence, une rampe centrale 40 d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz ne se déplace en translation qu’au-dessus d’une zone de recouvrement ZR. En effet, il est inutile qu’une rampe centrale 40 se déplace en translation au-dessus de toute la surface de travail.
De préférence, le dispositif 18 d’évacuation des fumées comprend aussi une pompe 46 et un dispositif de captation 48 des particules de fumées, tel un filtre, reliés l’un à l’autre et aux rampes d’aspiration et de soufflage de gaz de manière à former un circuit fermé de traitement de gaz passant par l’enceinte 15 où se trouve la surface de travail 12. Ce circuit fermé de traitement de gaz permet notamment d’introduire un gaz propre dans l’enceinte 15 via une ou des rampes de soufflage de gaz et d’extraire de l’enceinte 15 le gaz chargé avec des particules de fumée via la ou les rampes d’aspiration de gaz.
Le gaz utilisé pour évacuer les fumées est le même que celui utilisé pour remplir l’enceinte 15. Dans le cas où l’enceinte 15 est sous atmosphère inerte, le gaz utilisé pour évacuer les fumées est le gaz inerte ou le mélange de gaz inerte utilisé pour remplir l’enceinte 15.
Selon l’invention, une rampe centrale 40 s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail 12 prise dans une direction transversale DT et se déplace en translation dans une direction longitudinale DL perpendiculaire à la direction transversale DT, les directions longitudinale DL et transversale DT étant parallèles au plan P12 de la surface de travail et de la poudre, comme le montrent les figures 1 à 7.
Dans le cas où la surface de travail 12 est rectangulaire et que sa largeur W12 s’étend dans la direction transversale DT et que sa longueur L12 s’étend dans la direction longitudinale DL, une rampe centrale 40 s’étend au moins dans toute largeur W12 de la surface de travail et se déplace en translation au moins dans une partie de la longueur L12 de la surface de travail.
Dans un premier mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2, une rampe centrale 40 est une rampe de soufflage de gaz, et les deux rampes latérales 42,44 sont des rampes d’aspiration de gaz, la rampe centrale permettant de générer un premier flux de gaz FX1 vers une première rampe latérale 42 et un second flux de gaz FX2 vers la seconde rampe latérale.
Dans un deuxième mode de réalisation illustré par la figure 3, une rampe centrale 40 est une rampe d’aspiration de gaz, et les deux rampes latérales 42,44 sont des rampes de soufflage de gaz, une première rampe latérale 42 permettant de générer un premier flux de gaz FX1 vers la rampe centrale et la seconde rampe latérale 44 permettant de générer un second flux de gaz FX2 vers la rampe centrale.
Dans les premier et deuxième modes de réalisation, la zone de recouvrement ZR prend la forme d’une bande située en position médiane dans la direction longitudinale et s’étendant au moins dans une dimension maximale de la surface de travail 12 dans la direction transversale.
Comme l’illustre la figure 5, une rampe centrale peut aussi se déplacer aussi en translation dans une direction d’escamotage DE perpendiculaire aux directions longitudinale DL et transversale DT et au plan P12 de la surface de travail et de la poudre. Une rampe centrale 40 s’élève en translation dans la direction d’escamotage DE pour permettre au dispositif d’étalement de poudre 36 de se déplacer au-au-dessus de la surface de travail 12 et au-dessous de cette rampe. Une fois la poudre étalée sur la surface de travail, la rampe centrale 40 peut être abaissée au plus près de la poudre et participer à l’évacuation des fumées avec les rampes latérales 42,44 pendant la consolidation sélective de la poudre.
Dans le cas où une rampe centrale n’est pas mobile dans la direction d’escamotage DE, une rampe centrale peut par exemple être déportée dans la direction longitudinale DL suffisamment à l’écart de la surface de travail 12 de manière à permettre au dispositif d’étalement de poudre 36 de se déplacer au-dessus de la surface de travail et à côté de la rampe centrale déportée longitudinalement.
Comme indiqué précédemment, la surface de travail 12 est de préférence disposée dans une enceinte 15. Une enceinte 15 comprend notamment des parois latérales 50. Aussi, la surface de travail 12 étant disposée entre deux parois 50, les deux rampes latérales 42, 44 sont prévues dans ces parois 50. Les rampes latérales 42,44 peuvent être totalement intégrées dans les parois 50 de l’enceinte 15 ou faire saillie dans l’enceinte 15 comme illustré sur les figures.
Comme le montrent les figures 4, 6 et 7, chaque rampe latérale 42,44 s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail 12 prise dans la direction transversale DT. Dans le cas où la surface de travail est rectangulaire, chaque rampe latérale 42,44 s’étend au moins dans toute la largeur W12 de la surface de travail 12. Ainsi, les rampes permettent de créer facilement des flux de gaz FX1,FX2 à débit constant et écoulement laminaire entre elles favorisant une évacuation rapide et efficace des particules de fumées.
Dans un troisième mode de réalisation de la machine selon l’invention illustré par la figure 6, le dispositif de consolidation sélective 16 émet quatre faisceaux F1,F2,F3,F4 d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail 12 afin de réduire les temps de fabrication d’objets de grande dimensions. La surface de travail 12 est divisée en quatre zones de travail Z1,Z2,Z3,Z4 accolées les unes aux autres de manière à ce que deux zones travail accolées l’une à l’autre se situent dans la direction transversale DT et à ce que deux zones travail accolées l’une à l’autre se situent dans la direction longitudinale DL, et chaque faisceau consolide la poudre dans une zone de travail distincte.
Plus en détail, la première zone de travail Z1 est accolée à la seconde zone de travail Z2 dans la direction transversale DT et à la troisième zone de travail Z3 dans la direction longitudinale DL, et la quatrième zone de travail Z4 est accolée à la troisième zone de travail Z3 dans la direction transversale DT et à la deuxième zone de travail Z2 dans la direction longitudinale DL.
Par exemple, la surface de travail 12 est carrée et comprend deux zones de travail rectangulaires dans sa largeur W12 et deux zones de travail rectangulaires dans sa longueur L12, les zones de travail étant rectangulaires en raison du recouvrement entre les zones de travail.
Dans ce troisième mode de réalisation, la zone de recouvrement ZR prend la forme d’une bande située en position médiane dans la direction longitudinale DL et s’étendant au moins dans une dimension maximale de la surface de travail 12 dans la direction transversale DT. Une première moitié de la zone de recouvrement dans la direction transversale appartient aux deuxième Z2 et quatrième Z4 zones de travail qui se recouvrent dans la direction longitudinale DL, et une seconde moitié de la zone de recouvrement dans la direction transversale DT appartient aux première Z1 et troisième Z3 zones de travail qui se recouvrent dans la direction longitudinale DL.
Ce troisième mode de réalisation de la machine 10 avec un découpage en quatre zones de travail Z1,Z2,Z3,Z4 et une rampe centrale 40 peut avantageusement être utilisé pour l’évacuation des fumées au-dessus d’une surface de travail 12’circulaire de grand diamètre (représentée en traits pointillés sur la figure 6), de plus d’1 mètre de diamètre par exemple.
Dans ce troisième mode de réalisation, un premier flux FX1 balaie les première et deuxième zones de travail Z1 et Z2 entre une première rampe latérale 44 et la rampe centrale 40, et un second flux FX2 balaie les troisième et quatrième zones de travail Z3 et Z4 entre l’autre rampe latérale 42 et la rampe centrale 40.
Dans un quatrième mode de réalisation de la machine selon l’invention illustré par la figure 7, la surface de travail 12 est divisée en trois zones de travail consécutives dans la direction longitudinale DL: une première zone de travail Z1, une deuxième zone de travail Z2 et une troisième zone de travail. La première zone de travail Z1 est accolée à la seconde zone de travail Z2 dans la direction longitudinale DL, et la deuxième zone de travail est accolée d’un premier côté à la première zone de travail Z1 dans la direction longitudinale DL, et d’un deuxième côté à la troisième zone de travail Z3 dans la direction longitudinale DL.
Le dispositif d’évacuation des fumées 18 comprend une première rampe centrale 40-1 d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une première zone de recouvrement ZR1 située entre la première zone de travail Z1 et la deuxième zone de travail Z2, une seconde rampe centrale 40-2 d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une seconde zone de recouvrement ZR2 située entre la deuxième zone de travail Z2 et la troisième zone de travail Z3, et deux rampes latérales 42,44 d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail 12.
Avantageusement, le dispositif de consolidation sélective 16 peut émettre trois faisceaux F1,F2,F3 d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail 12, chaque faisceau consolidant la poudre dans une zone de travail distincte. Par exemple, un premier faisceau F1 consolide la poudre dans la première zone de travail Z1, un deuxième faisceau F2 consolide la poudre dans la deuxième zone de travail Z2, et un troisième faisceau F3 consolide la poudre dans la troisième zone de travail Z3.
Par exemple, la surface de travail 12 est rectangulaire et les trois zones de travail Z1,Z2,Z3 sont aussi rectangulaires.
Dans ce quatrième mode de réalisation, les zones de recouvrement ZR1,ZR2 prennent la forme de bandes respectivement situées au 1/3 et au 2/3 de la dimension de la surface de travail 12 dans la direction longitudinale DL, et ces bandes s’étendant au moins dans une dimension maximale de la surface de travail 12 dans la direction transversale DT. La première zone de recouvrement ZR1 appartient aux première et deuxième zones de travail Z1 et Z2, et la seconde zone de recouvrement ZR2 appartient aux deuxième et troisième zones de travail Z2 et Z3.
Dans ce quatrième mode de réalisation, un premier flux FX1 balaie la première zone de travail Z1 entre la première rampe centrale 40-1 et une première rampe latérale 42, un deuxième flux FX2 balaie la deuxième zone de travail Z2 entre la première rampe centrale 40-1 et la deuxième rampe centrale 40-2, et un troisième flux FX3 balaie la troisième zone de travail Z3 entre la deuxième rampe centrale et la deuxième rampe latérale 44.
Dans ce quatrième mode de réalisation, au moins une des rampes centrales est à la fois une rampe de soufflage de gaz et d’aspiration de gaz.
Dans les différents modes de réalisation de la machine selon l’invention, une zone de recouvrement ZR,ZR1,ZR2 au-dessus de laquelle se déplace une rampe centrale 40,40-1,40-2 a une dimension WZR, WZR1,WZR2, telle sa largeur, au moins deux fois supérieure à la dimension W40,W40-1,W40-2, telle sa largeur, de la rampe centrale dans la direction longitudinale DL. Ainsi, en déplaçant une rampe centrale d’un côté ou de l’autre de la zone de recouvrement, tout point de la zone de recouvrement peut être atteint par un faisceau laser, et donc tout grain de poudre présent sur la surface de travail peut être fusionné par un faisceau laser, même si la rampe centrale est disposée au plus près de la poudre.
Aussi, la translation dans la direction longitudinale DL d’une rampe centrale 40,40-1,40-2 au-dessus d’une zone de recouvrement ZR,ZR1, ZR2 de la surface de travail permet de dégager alternativement une première moitié de la zone de recouvrement ou une seconde moitié de la zone de recouvrement.
Idéalement, une zone de recouvrement ZR,ZR1,ZR2 au-dessus de laquelle se déplace une rampe centrale 40,40-1,40-2 a une dimension WZR, WZR1,WZR2, telle sa largeur, plus de deux fois supérieure à la dimension W40,W40-1,W40-2, telle sa largeur, de la rampe centrale dans la direction longitudinale DL. De cette façon, il existe une partie centrale de la zone de recouvrement ZR,ZR1,ZR2 qui peut être atteinte à la fois par le ou les faisceaux travaillant d’un premier côté de la rampe centrale lorsque cette rampe se situe d’un premier côté de la zone de recouvrement et par le ou les faisceaux travaillant de l’autre côté de la rampe centrale lorsque cette rampe centrale se situe de l’autre côté de la zone de recouvrement.
La dimension WZR, WZR1,WZR2, telle sa largeur, d’une zone de recouvrement ZR,ZR1,ZR2 définit la longueur utile de la course de la rampe centrale 40,40-1,40-2 dans la direction longitudinale DL.
Dans les différents modes de réalisation de la machine selon l’invention et afin d’évacuer les fumées au plus près de la poudre, les rampes latérales 42,44 sont de préférence collées au plan de travail 24.
Idéalement, les rampes latérales 42,44 et la ou les rampes centrales 40,40-1,40-2 permettent de générer des flux de gaz FX1,FX2,FX3 rasant la surface du lit poudre, tout en conservant leur écoulement laminaire et leur débit constant.
Par exemple, les ouvertures 52,54 par lesquelles les rampes latérales 42,44 aspirent ou soufflent le gaz se situent au ras du plan de travail 24. Parallèlement, les bords inférieurs des ouvertures droite 56D et gauche 56G par lesquelles une rampe centrale 40,40-1,40-2 souffle ou aspire le gaz pour évacuer les particules de fumée se situent de préférence entre 5 et 30 millimètres au-dessus du plan P12 du plan de travail et du lit de poudre. Lorsqu’une rampe centrale 40 s’élève en translation dans la direction d’escamotage DE, les bords inférieurs des ouvertures droite 56D et gauche 56G de cette rampe se situent entre 50 et 300 millimètres au-dessus du plan P12 du plan de travail et du lit de poudre.
Les ouvertures 52,54,56D,56G des rampes centrales 40,40-1,40-2 ou latérales 42,44 s’étendent sur la plus grande dimension, notamment la largeur W12, de la surface de travail dans la direction transversale DT, et elles peuvent être équipées de diffuseurs: grilles ou cloisons séparant une ouverture en différents conduits ou parois poreuses, afin de favoriser un écoulement laminaire des flux de gaz entre les rampes.
Sur les modes de réalisation de la machine selon l’invention illustrés sur les figures 1 à 4, les flux FX1 et FX2 situés de part et d’autre d’une rampe centrale sont tous deux entrants ou tous deux sortants. L’invention couvre aussi des modes de réalisation de la machine selon l’invention (non illustrés) dans lesquels une rampe centrale aspire un premier flux entrant et souffle un second flux sortant.
Grâce à la présence d’une ou des rampes centrales 40,40-1,40-2, les distances parcourues par les flux de gaz utilisés pour évacuer les fumées sont divisés par deux, par trois, etc, ce qui permet de garantir un écoulement laminaire des flux avec un débit constant.
Parallèlement, et toujours en raison de la réduction des distances parcourues par les flux de gaz, les particules de fumée sont évacuées plus rapidement, favorisant ainsi la qualité de fusion des grains de poudre.
Grâce à sa mobilité dans la direction longitudinale DL, une rampe centrale 40,40-1,40-2 autorise une consolidation en tout point de la surface de travail, tout en permettant de positionner ladite rampe centrale, et donc les flux de gaz, au plus près de la poudre.

Claims (8)

  1. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, la machine comprenant une surface de travail (12) sur laquelle est déposée au moins une couche de poudre (14) de fabrication additive, la machine comprenant un dispositif (16) de consolidation sélective par fusion totale ou partielle d’une couche de poudre déposée sur la surface de travail, et la machine comprenant un dispositif (18) d’évacuation des fumées créées par la consolidation sélective d’une couche de poudre, le dispositif de consolidation sélective émettant au moins deux faisceaux (F1,F2) d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail, la surface de travail étant divisée en au moins deux zones de travail (Z1,Z2) accolées l’une à l’autre, et un premier faisceau (F1) consolidant la poudre dans une première zone de travail (Z1) et un second faisceau (F2) consolidant la poudre dans une seconde zone de travail (Z2),la machine étant caractérisée en ce quele dispositif (18) d’évacuation des fumées comprend au moins une rampe centrale (40) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une zone de recouvrement (ZR) des différentes zones de travail accolées, et deux rampes latérales (42,44) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail, et en ce que la rampe centrale (40) s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail (12) prise dans une direction transversale (DT) et se déplace en translation dans une direction longitudinale (DL) perpendiculaire à la direction transversale, les directions longitudinale et transversale étant parallèles au plan (P12) de la surface de travail et de la poudre.
  2. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon la revendication 1, dans laquelle une rampe centrale (40) est une rampe de soufflage de gaz, et dans laquelle les deux rampes latérales (42,44) sont des rampes d’aspiration de gaz, la rampe centrale permettant de générer un premier flux de gaz (FX1) vers une première rampe latérale et un second flux de gaz (FX2) vers la seconde rampe latérale.
  3. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon la revendication 1, dans laquelle une rampe centrale (40) est une rampe d’aspiration de gaz, et dans laquelle les deux rampes latérales (42,44) sont des rampes de soufflage de gaz, une première rampe latérale (42) permettant de générer un premier flux de gaz (FX1) vers la rampe centrale et la seconde rampe latérale permettant de générer un second flux de gaz (FX2) vers la rampe centrale.
  4. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle une rampe centrale (40) se déplace aussi en translation dans une direction d’escamotage (DE) perpendiculaire aux directions longitudinale et transversale et au plan (P12) de la surface de travail et de la poudre.
  5. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la surface de travail (12) étant disposée entre deux parois (50), les deux rampes latérales (42,44) sont prévues dans ces parois.
  6. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque rampe latérale s’étend au moins sur une dimension maximale de la surface de travail (12) prise dans la direction transversale (DT).
  7. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de consolidation sélective (16) émet quatre faisceaux (F1,F2,F3,F4) d’énergie ou de chaleur vers la surface de travail, la surface de travail étant divisée en quatre zones de travail (Z1,Z2,Z3,Z4) accolées les unes aux autres de manière à ce que deux zones travail accolées l’une à l’autre se situent dans la direction transversale (DT) et à ce que deux zones travail accolées l’une à l’autre se situent dans la direction longitudinale (DL), chaque faisceau consolidant la poudre dans une zone de travail distincte.
  8. Machine (10) de fabrication additive par dépôt de lit de poudre selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle, la surface de travail (12) étant divisée en trois zones de travail consécutives dans la direction longitudinale (DL): une première zone de travail (Z1), une deuxième zone de travail (Z2) et une troisième zone de travail (Z3), le dispositif d’évacuation des fumées (18) comprend une première rampe centrale (40-1) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une première zone de recouvrement (ZR1) située entre la première zone de travail et la deuxième zone de travail, une seconde rampe centrale (40-2) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montée mobile en translation au-dessus d’une seconde zone de recouvrement (ZR2) située entre la deuxième zone de travail et la troisième zone de travail, et deux rampes latérales (42,44) d’aspiration de gaz et/ou de soufflage de gaz montées fixes et disposées de part-et-d’autre de la surface de travail.
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