Titre : Dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine du dépôt sous énergie concentrée (en anglais : « Direct Energy Deposition », DED).

État de l'art antérieur

Le dépôt sous énergie concentrée est une technique de fabrication additive qui permet la production, par couches successives, de pièces en métal, en polymère ou encore en céramique. Dans cette technique, une énergie thermique focalisée est utilisée pour fusionner des matériaux en les fondant au fur et à mesure qu'ils sont déposés.

Le dépôt sous énergie concentrée est fréquemment utilisé dans le domaine de la réparation. Cette technique permet de reconstruire une surface ou un volume manquant sur une pièce mécanique, par exemple un composant aéronautique, par apport et fusion locale de matière métallique sous forme de fil ou de poudre.

Dans la suite, on s'intéresse plus particulièrement au dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre. La poudre peut être métallique ou un polymère ou encore un matériau céramique.

Un dispositif de dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre comporte un distributeur de poudre qui stocke et entraîne la poudre vers une tête, ou buse, de rechargement. La matière est déposée par la buse sur la pièce mécanique et immédiatement fondue par un faisceau laser ou d'électrons.

Le dépôt sous énergie concentrée est régi par trois paramètres qui sont la puissance, la vitesse et le débit de matière. Lorsque la matière d'apport est sous forme de poudre, son débit est le débit de poudre apporté depuis le distributeur de poudre vers la buse de rechargement. Le système d'entraînement de la poudre d'un distributeur est souvent constitué d'un plateau tournant, asservi en vitesse de rotation, disposant d'une rainure de dimension calibrée dans laquelle vient se loger la poudre. La composition de la dimension de la rainure et de la vitesse de rotation du plateau permet de définir le débit de poudre.

Le paramètre de débit de poudre a une influence d'ordre 1 dans la mise en œuvre d'un dépôt sous énergie concentrée. Il impacte la santé métallurgique du dépôt et la géométrie du rechargement obtenu.

Dans le domaine de la réparation par dépôt sous énergie concentrée, le débit de poudre utilisé est souvent faible en comparaison à d'autres procédés utilisant aussi de la poudre (type projection thermique), de l'ordre de la dizaine de gramme/minute. Comme les cycles de fabrication peuvent être très long, par exemple supérieur à 5heures, ce débit de poudre doit être régulier à +/-1% afin d'assurer un rechargement conforme et répétable. Les solutions actuellement existantes permettant une régulation du débit de poudre encours de procédé et utilisées en projection thermique ne sont pas utilisables dans le domaine des faibles grammages utilisés pour les dépôts sous énergie concentrée.

Exposé de l'invention

L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un dispositif de dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre, comportant un plateau tournant entraîné par un moteur d'entrainement et muni d'une rainure adaptée à recevoir la poudre à déposer préalablement à son dépôt et un capteur de vitesse de rotation du plateau tournant,

Caractérisé en ce qu'il comporte :

- un capteur de mesure optique apte à mesurer une valeur de profil de remplissage de poudre dans la rainure du plateau tournant, et

- un circuit de contrôle du moteur d'entrainement adapté pour recevoir une valeur de mesure de vitesse fournie par le capteur de vitesse et une valeur de mesure de profil de remplissage de poudre dans la rainure du plateau tournant fournie par le capteur de mesure optique, pour déterminer une valeur de débit instantané de poudre en fonction des mesures de vitesse et de profil de poudre et pour commander le moteur d'entrainement en fonction de la valeur du débit instantané déterminée.

L'invention permet de réguler le débit de poudre du dispositif de de dépôt sous énergie concentrée, même pour des faibles débits. Ainsi, l'invention permet une stabilisation du débit de poudre au cours d'une réparation d'une pièce mécanique, notamment une pièce aéronautique.

Selon une caractéristique préférée, le capteur optique est choisi parmi un capteur à faisceau laser ou un capteur à lumière blanche.

Selon une caractéristique préférée, le circuit de contrôle est adapté pour comparer la valeur de débit instantané déterminé avec une valeur de débit de consigne.

Selon une caractéristique préférée, le dispositif de dépôt sous énergie concentrée est adapté à la réparation de pièce mécanique.

L'invention concerne aussi un procédé de dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre, comportant un plateau tournant entraîné par un moteur d'entrainement et muni d'une rainure adaptée à recevoir la poudre à déposer préalablement à son dépôt et un capteur de vitesse de rotation du plateau tournant, Caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :

- commande du capteur optique pour qu'il mesure une valeur de profil de remplissage de poudre dans la rainure du plateau tournant,

- commande du capteur de vitesse pour qu'il mesure une valeur de vitesse de rotation du plateau tournant,

- détermination d'une valeur de débit instantané de la poudre en fonction des valeurs mesurées de vitesse et de profil de poudre,

- comparaison de la valeur du débit instantané de poudre avec une valeur de débit de consigne,

- commande du moteur d'entrainement du plateau tournant, en fonction du résultat de la comparaison de l'étape précédente.

Le procédé présente des avantages analogues à ceux précédemment présentés. Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l'invention sont mises en œuvre par des instructions de programme d'ordinateur.

En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus.

Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.

L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : [Fig. 1] illustre un dispositif de dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre, selon un mode de réalisation de l'invention,

[Fig. 2] illustre une vue en coupe transversale d'une rainure incluse dans le dispositif de la figure précédente,

[Fig. 3] illustre un procédé de dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre, selon un mode de réalisation de l'invention.

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.

Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers

Selon un mode de réalisation préféré représenté à la figure 1, le dispositif de dépôt sous énergie concentrée de matière sous forme de poudre comporte un distributeur de poudre 1 qui stocke la poudre.

Le dispositif de dépôt sous énergie concentrée comporte aussi un plateau tournant 2 muni d'une rainure 21. Le plateau tournant est entraîné en rotation par un moteur 3. Le distributeur de poudre 1 a une sortie reliée à la rainure 21. Le distributeur de poudre 1 déverse de la poudre dans la rainure 21. La rainure 21 elle-même déverse la poudre sur une pièce mécanique, notamment une pièce mécanique à réparer.

Le dispositif de dépôt sous énergie concentrée comporte aussi un capteur optique 4 disposé pour mesurer un profil de remplissage de poudre dans la rainure 21 du plateau tournant 2. Le capteur optique est par exemple un capteur à faisceau laser ou un capteur à lumière blanche.

La figure 2 représente une vue en coupe transversale de la rainure 21 contenant de la poudre et illustre ainsi le profil 22 de remplissage de poudre dans la rainure 21 du plateau tournant 2 lorsque le dispositif de dépôt sous énergie concentrée est utilisé. Les dimensions de la rainure 21 sont connues et sa section présente une largeur et une hauteur constantes. La largeur de la section de la rainure est comprise entre 2 et 5 millimètres, par exemple 3,5 mm. La hauteur de la section de la rainure est comprise entre 0,2 et 1 millimètre, par exemple 0,5 mm.

Le dispositif de dépôt sous énergie concentrée comporte encore un capteur de vitesse 5 du plateau tournant 2.

Le dispositif de dépôt sous énergie concentrée comporte encore un circuit 6 de contrôle du moteur d'entrainement 3 du plateau tournant 2.

Le circuit de contrôle 6 a la structure générale d'un ordinateur. Il comporte notamment un processeur 100 exécutant un programme d'ordinateur mettant en œuvre le procédé selon l'invention, une mémoire 101, une interface d'entrée 102 et une interface de sortie 103.

Ces différents éléments sont classiquement reliés par un bus 105.

L'interface d'entrée 102 est reliée à des sorties respectives des capteurs 4 et 5 et est destinée à recevoir les grandeurs mesurées par ces capteurs.

Le processeur 100 exécute les traitements exposés dans la suite. Ces traitements sont réalisés sous la forme d'instructions de code du programme d'ordinateur qui sont mémorisées par la mémoire 101 avant d'être exécutées par le processeur 100.

La mémoire 101 mémorise les valeurs mesurées.

L'interface de sortie 103 est reliée au moteur d'entraiment 3, au capteur optique 4 et au capteur de vitesse 5.

Le fonctionnement du dispositif de dépôt sous énergie concentrée est représenté à la figure 3, sous la forme d'un procédé comportant des étapes El à E5 mises en œuvre dans le circuit de contrôle 6.

Le procédé est mis en œuvre lors de l'utilisation du dispositif de dépôt sous énergie concentrée pour réparer une pièce mécanique par ajout de poudre.

L'étape El est une commande du capteur optique 4 pour qu'il mesure une valeur de profil de remplissage de poudre dans la rainure 21 du plateau tournant 2. Le capteur optique 4 réalise la mesure et transmet le résultat de la mesure au circuit de contrôle 6. L'étape E2 est une commande du capteur de vitesse 5 pour qu'il mesure une valeur de vitesse de rotation du plateau tournant 2. Le capteur de vitesse 5 réalise la mesure et transmet le résultat de la mesure au circuit de contrôle 6.

Les étapes El et E2 sont suivies de l'étape E3 à laquelle le circuit de contrôle détermine une valeur de débit instantané de la poudre en fonction des valeurs mesurées de vitesse et de profil de poudre.

L'étape suivante E4 est une comparaison de la valeur du débit instantané de poudre avec une valeur de débit de consigne. Le débit de consigne est un débit attendu qui peut être constant ou variable en fonction du temps. Le résultat de la comparaison indique si le débit instantané est conforme au débit attendu.

L'étape suivante E5 est l'envoi d'une commande au moteur d'entrainement 3 du plateau tournant 2 par le circuit de contrôle 6, en fonction du résultat de la comparaison de l'étape précédente.

Les étapes El à E5 sont effectuées en continu tout au long de la réparation de la pièce mécanique. L'étape E5 est ainsi suivie des étapes El et E2 précédemment décrites.

Ainsi, la vitesse de rotation du plateau tournant est asservie au résultat de la mesure de profil de remplissage de poudre.