FR3098751A1

FR3098751A1 - Additive manufacturing process using a stencil

Info

Publication number: FR3098751A1
Application number: FR1908256A
Authority: FR
Inventors: Bruno Fragniere; Albin Effernelli; Gilles Walrand
Original assignee: AddUp SAS
Current assignee: AddUp SAS
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2039-07-19
Also published as: FR3098751B1

Abstract

L’invention est relative à un procédé de fabrication additive d’au moins une pièce par dépôt de lit de poudre, le procédé étant mis en œuvre dans une machine de fabrication additive comprenant un plan de travail (18) et une chemise de fabrication définissant une surface de travail, la machine comprenant un plateau de fabrication (24) mobile en translation à l’intérieur de la chemise, cette machine comprenant un dispositif de dépôt de poudre et une source de consolidation sélective d’une couche de poudre, le procédé utilisant au moins un pochoir (50) prenant la forme d’une plaque permettant de recouvrir la surface de travail et comprenant au moins une ouverture (54) afin de réduire la surface de travail au cours d’un cycle de fabrication additive d’une pièce, et une paroi de rétention (60) des grains de poudre étant fabriquée de manière additive le long des bords de chaque ouverture d’un pochoir, cette paroi entourant une ou des pièces fabriquées et/ou une ou des parties d’une ou des pièces fabriquées. The invention relates to a method for additive manufacturing of at least one part by depositing a bed of powder, the method being implemented in an additive manufacturing machine comprising a work surface (18) and a manufacturing jacket defining a work surface, the machine comprising a build plate (24) movable in translation inside the liner, this machine comprising a powder deposition device and a source for selective consolidation of a layer of powder, the method using at least one stencil (50) in the form of a plate for covering the work surface and including at least one opening (54) to reduce the work area during an additive manufacturing cycle by one part, and a powder grain retention wall (60) being additively manufactured along the edges of each opening of a stencil, this wall surrounding one or more manufactured parts and / or one or more parts of one or more pi species manufactured.

Description

Additive manufacturing process using a stencil

La présente invention est relative à un procédé de fabrication additive par dépôt de lit de poudre permettant de limiter la quantité de poudre utilisée pour la fabrication d’un ou plusieurs objets.The present invention relates to an additive manufacturing process by powder bed deposition making it possible to limit the quantity of powder used for the manufacture of one or more objects.

Dans le cadre de la fabrication additive par dépôt de lit de poudre, un ou des objets sont fabriqués par la consolidation sélective de différentes couches de poudre de fabrication additive superposées les unes sur les autres au-dessus d’un plateau de fabrication. La consolidation est dite sélective car seules des zones des couches de poudre correspondant aux sections du ou des objets à fabriquer sont consolidées. La consolidation sélective peut être effectuée par fusion totale ou partielle (frittage) des grains de poudre ou par injection d’un liant. La fusion des grains de poudre peut être obtenue à l’aide d’un ou plusieurs faisceaux laser et/ou d’un ou plusieurs faisceaux d’électrons.In the context of additive manufacturing by powder bed deposition, one or more objects are manufactured by the selective consolidation of different layers of additive manufacturing powder superimposed on each other above a manufacturing platform. Consolidation is said to be selective because only areas of the powder layers corresponding to the sections of the object(s) to be manufactured are consolidated. Selective consolidation can be carried out by total or partial melting (sintering) of the powder grains or by injection of a binder. The fusion of the powder grains can be obtained using one or more laser beams and/or one or more electron beams.

Au début d’un procédé de fabrication additive par dépôt de couches de poudre et par fusion sélective, une première couche de poudre est répartie de manière uniforme sur un plateau de fabrication à l’aide d’un dispositif tel une lame ou un rouleau monté sur un chariot mobile en translation au-dessus du plateau de fabrication. Puis, cette première couche de poudre est fusionnée sélectivement par exemple à l’aide d’un faisceau laser et/ou d’un faisceau d’électrons. Ensuite, une deuxième couche de poudre est répartie de manière uniforme au-dessus de la première couche de poudre qui vient d’être fusionnée sélectivement, puis cette deuxième couche de poudre est fusionnée sélectivement. Ainsi, autant de couches de poudres que nécessaire pour achever la fabrication du ou des objets à fabriquer sont réparties uniformément les unes sur les autres et fusionnées sélectivement.At the start of an additive manufacturing process by deposition of layers of powder and by selective melting, a first layer of powder is distributed in a uniform manner on a manufacturing platform using a device such as a blade or a roller mounted on a mobile carriage in translation above the manufacturing platform. Then, this first layer of powder is selectively fused, for example using a laser beam and/or an electron beam. Then, a second powder layer is evenly distributed on top of the first powder layer that has just been selectively fused, and then this second powder layer is selectively fused. Thus, as many layers of powders as necessary to complete the manufacture of the object or objects to be manufactured are evenly distributed on top of each other and selectively fused.

En fin de fabrication, le ou les objets fabriqués sont entourés d’une grande quantité de poudre non consolidée issue des zones des couches de poudre ne correspondant pas à une ou des sections du ou des objets à fabriquer. De plus, les objets peuvent aussi contenir une grande quantité de poudre non consolidée issue des zones creuses des objets à fabriquer.At the end of manufacture, the manufactured object(s) are surrounded by a large quantity of unconsolidated powder from areas of the powder layers that do not correspond to one or more sections of the object(s) to be manufactured. Additionally, items may also contain a large amount of unconsolidated powder from the hollow areas of the items to be crafted.

Le procédé selon l’invention vise à limiter la quantité de poudre non consolidée qui entoure le ou les objets fabriqués à la fin d’un cycle de fabrication additive par dépôt de lit de poudre. En effet, l’approvisionnement de grandes quantités de poudre est coûteux et il est préférable de limiter le plus possible la quantité de poudre non consolidée qui entoure les objets à la fin d’un cycle de fabrication additive.The method according to the invention aims to limit the quantity of unconsolidated powder which surrounds the object or objects manufactured at the end of an additive manufacturing cycle by powder bed deposition. This is because sourcing large quantities of powder is expensive and it is best to minimize the amount of unconsolidated powder that surrounds objects at the end of an additive manufacturing cycle.

Le procédé selon l’invention est particulièrement intéressant à mettre en œuvre dans le cas où le ou les objets à fabriquer n’occupent pas tout le volume de fabrication défini par le plateau de fabrication et la chemise de fabrication, et dans le cas où ce ou ces objets se situent à plusieurs centimètres de la paroi de chemise de fabrication.The method according to the invention is particularly interesting to implement in the case where the object(s) to be manufactured do not occupy the entire manufacturing volume defined by the manufacturing plate and the manufacturing jacket, and in the case where this or these objects are located several centimeters from the manufacturing jacket wall.

Par exemple, le procédé selon l’invention peut particulièrement intéresser des utilisateurs qui ont acquis une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre avec un grand volume de fabrication, par exemple avec un plateau de 1200 millimètres de diamètre, pour pouvoir fabriquer des objets volumineux, et qui souhaitent parfois utiliser leur machine pour fabriquer des objets beaucoup moins volumineux. Le procédé selon l’invention permet en effet de réduire le volume de fabrication d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre afin de fabriquer des objets n’occupant pas l’ensemble du volume de fabrication tout en évitant de remplir de poudre non consolidée des zones du volume de fabrication qui ne sont pas utilisées pour la fabrication de ces objets.For example, the method according to the invention may be of particular interest to users who have acquired an additive manufacturing machine by powder bed deposition with a large manufacturing volume, for example with a plate 1200 millimeters in diameter, in order to be able to manufacture bulky objects, and who sometimes wish to use their machine to manufacture much smaller objects. The method according to the invention in fact makes it possible to reduce the manufacturing volume of an additive manufacturing machine by deposition of a bed of powder in order to manufacture objects that do not occupy the entire manufacturing volume while avoiding filling unconsolidated powder from areas of the build volume that are not used in the manufacture of these objects.

Le document DE 10 2006 032 025 décrit une installation de fabrication additive par dépôt de lit de poudre dans laquelle le volume initial de fabrication de la machine est réduit à l’aide d’une chemise de taille réduite placée dans la chemise de plus grandes dimensions déjà présente dans la machine.Document DE 10 2006 032 025 describes an additive manufacturing installation by powder bed deposition in which the initial volume of manufacture of the machine is reduced using a reduced-size jacket placed in the larger-sized jacket. already present in the machine.

Selon un premier inconvénient, et étant donné les nombreux équipements présents autour du volume de fabrication d’une machine de fabrication additive, le montage d’une telle chemise de taille réduite est très complexe et nécessitera de nombreuses heures d’immobilisation de la machine, notamment pour régler et calibrer à nouveau la machine.According to a first drawback, and given the many pieces of equipment present around the manufacturing volume of an additive manufacturing machine, the assembly of such a reduced-size shirt is very complex and will require many hours of machine downtime, in particular to adjust and recalibrate the machine.

Selon un autre inconvénient de la solution proposée dans le document DE 10 2006 032 025, l’utilisation d’une chemise de dimensions réduites nécessite aussi l’utilisation d’un plateau de dimensions réduites, et donc le montage et le réglage d’un plateau différent du plateau présent initialement dans la machine.According to another drawback of the solution proposed in the document DE 10 2006 032 025, the use of a jacket of reduced dimensions also requires the use of a plate of reduced dimensions, and therefore the assembly and adjustment of a tray different from the tray initially present in the machine.

Le document WO 2011/141152 présente une solution sensiblement analogue à celle proposée dans le document DE 10 2006 032 025 et permettant en plus de diviser le volume de fabrication initial d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre en plusieurs volumes de fabrication de plus petites dimensions.Document WO 2011/141152 presents a solution substantially similar to that proposed in document DE 10 2006 032 025 and also making it possible to divide the initial manufacturing volume of an additive manufacturing machine by powder bed deposition into several volumes of manufacture of smaller dimensions.

Toutefois, comme la solution proposée dans le document DE 10 2006 032 025, la solution proposée dans le document WO 2011/141152 nécessite de nombreuses heures d’immobilisation de la machine pour être installée.However, like the solution proposed in document DE 10 2006 032 025, the solution proposed in document WO 2011/141152 requires many hours of downtime of the machine to be installed.

Les solutions présentées dans les documents DE 10 2006 032 025 et WO 2011/141152 présentent aussi l’inconvénient de ne pas pouvoir être mise en œuvre en cours de fabrication.The solutions presented in documents DE 10 2006 032 025 and WO 2011/141152 also have the disadvantage of not being able to be implemented during manufacture.

Le document US 2011/0278773 propose une solution permettant de réduire la zone de travail d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre sans modification de la chemise ou du plateau de cette machine.Document US 2011/0278773 proposes a solution making it possible to reduce the working area of an additive manufacturing machine by deposition of a powder bed without modifying the shirt or the plate of this machine.

Selon ce document US 2011/0278773, pour réduire la zone de travail, le dispositif permettant d’étaler une couche de poudre sur la zone de travail est équipé d’un insert permettant de limiter la largeur sur laquelle de la poudre est étalée sur la zone de travail et/ou le dispositif d’étalement de poudre comprend un dispositif permettant de réduire ses déplacements dans la longueur de la zone de travail.According to this document US 2011/0278773, to reduce the working area, the device for spreading a layer of powder on the working area is equipped with an insert making it possible to limit the width over which the powder is spread on the work zone and/or the powder spreading device comprises a device making it possible to reduce its displacements in the length of the work zone.

En outre, le document US 2011/0278773 prévoit aussi de fabriquer additivement des parois délimitant la zone de travail réduite obtenue avec les moyens précités.In addition, document US 2011/0278773 also provides for the additive manufacturing of walls delimiting the reduced working area obtained with the aforementioned means.

Selon un premier inconvénient, les moyens et la méthode décrits dans ce document US 2011/0278773 nécessitent que la zone de travail réduite soit accolée à l’un des bords de la zone de travail initiale de la machine afin de pouvoir emmener de la poudre sur cette zone de travail réduite avec le dispositif d’étalement de poudre. Dans le cas de l’utilisation d’un faisceau laser comme source de consolidation, ce positionnement non centré de la zone de travail réduite n’est pas idéal car la focalisation et donc la précision et la densité énergétique du spot laser sont meilleures au centre de la zone de travail initiale que sur les bords de cette zone de travail initiale.According to a first drawback, the means and the method described in this document US 2011/0278773 require that the reduced working area be attached to one of the edges of the initial working area of the machine in order to be able to carry powder onto this reduced working area with the powder spreading device. In the case of the use of a laser beam as source of consolidation, this non-centered positioning of the reduced work area is not ideal because the focusing and therefore the precision and the energy density of the laser spot are better in the center. of the initial working area than on the edges of this initial working area.

Selon un autre inconvénient, avec les moyens et la méthode indiqués dans ce document US 2011/0278773, il est nécessaire de déposer un cordon de poudre avec une importante quantité de poudre excédentaire pour recouvrir de manière homogène toute la zone de travail réduite. En effet, lors de chaque nouvelle mise en couche, et même dans le cas où des parois de délimitation sont prévues, une importante quantité de poudre chute au-delà des bords de la zone de travail réduite.According to another drawback, with the means and the method indicated in this document US 2011/0278773, it is necessary to deposit a bead of powder with a large quantity of excess powder to uniformly cover the entire reduced working area. Indeed, during each new layering, and even in the case where boundary walls are provided, a large quantity of powder falls beyond the edges of the reduced working area.

La présente invention a pour objectif de permettre de réduire la zone de travail initiale d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre tout en limitant la quantité de poudre devant être déposée en excès devant le dispositif permettant d’étaler la poudre sur la zone de travail de dimensions réduites.The aim of the present invention is to make it possible to reduce the initial working area of an additive manufacturing machine by depositing a bed of powder while limiting the quantity of powder that must be deposited in excess in front of the device making it possible to spread the powder on the working area of reduced dimensions.

Selon un autre objectif, le procédé selon l’invention permet d’obtenir une zone de travail réduite centrée dans la zone de travail initiale d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre.According to another objective, the method according to the invention makes it possible to obtain a reduced working area centered in the initial working area of an additive manufacturing machine by powder bed deposition.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication additive d’au moins une pièce par dépôt de lit de poudre, le procédé étant mis en œuvre dans une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre, cette machine comprenant un plan de travail et une chemise de fabrication définissant une surface de travail, la chemise de fabrication s’étendant depuis le plan de travail et sous le plan de travail, la machine comprenant un plateau de fabrication mobile en translation à l’intérieur de la chemise sous l’effet d’un actionneur, cette machine comprenant un dispositif de dépôt de poudre permettant de déposer au moins une couche de poudre au-dessus du plateau de fabrication et une source de consolidation permettant de consolider de manière sélective chaque couche de poudre déposée au-dessus du plateau de fabrication.To this end, the subject of the invention is a process for the additive manufacturing of at least one part by powder bed deposition, the process being implemented in an additive manufacturing machine by powder bed deposition, this machine comprising a work surface and a build liner defining a work surface, the build liner extending from the work surface and below the work surface, the machine including a translationally movable build plate within the shirt under the effect of an actuator, this machine comprising a powder deposition device allowing at least one layer of powder to be deposited above the manufacturing plate and a source of consolidation allowing each layer of powder to be selectively consolidated deposited above the build plate.

Selon l’invention, le procédé utilise au moins un pochoir prenant la forme d’une plaque permettant de recouvrir la surface de travail et comprenant au moins une ouverture de section inférieure à la section de la surface de travail afin de réduire la surface de travail au cours d’un cycle de fabrication additive d’une pièce. Parallèlement, une paroi de rétention des grains de poudre est fabriquée de manière additive le long des bords de chaque ouverture d’un pochoir, cette paroi entourant une ou des pièces fabriquées et/ou une ou des parties d’une ou des pièces fabriquées.According to the invention, the method uses at least one stencil taking the form of a plate making it possible to cover the work surface and comprising at least one opening of section smaller than the section of the work surface in order to reduce the work surface during an additive manufacturing cycle of a part. At the same time, a powder grain retention wall is additively fabricated along the edges of each opening of a stencil, this wall enclosing a fabricated part(s) and/or a part(s) of a fabricated part(s).

Avantageusement, l’ouverture d’un pochoir peut être centrée par rapport à la surface de travail de la machine et donc située dans la zone de travail optimale d’un faisceau laser.Advantageously, the opening of a stencil can be centered with respect to the working surface of the machine and therefore located in the optimal working area of a laser beam.

En permettant d’éviter qu’une quantité importante des grains de poudre ne chute au-delà de la paroi de rétention, un pochoir facilite la réutilisation de la poudre déposée en excès par le dispositif de dépôt de poudre. De plus, dans le cas où le dispositif de dépôt de poudre est capable de s’adapter aux dimensions réduites de l’ouverture du pochoir, le pochoir permet d’ajuster au mieux la quantité de poudre utilisée par le dispositif de dépôt de poudre pour un cycle entier de fabrication.By making it possible to prevent a large quantity of powder grains from falling beyond the retention wall, a stencil facilitates the reuse of the powder deposited in excess by the powder depositing device. In addition, in the case where the powder deposition device is capable of adapting to the reduced dimensions of the opening of the stencil, the stencil makes it possible to best adjust the quantity of powder used by the powder deposition device for an entire manufacturing cycle.

Avantageusement, le procédé selon l’invention peut aussi prévoir que :
- un pochoir recouvre la surface de travail dès le début d’un cycle de fabrication additive d’une pièce,
- un pochoir est placé sur la surface de travail au cours d’un cycle de fabrication additive d’une pièce, au moins une couche de poudre étant consolidée de manière sélective avant que le pochoir ne recouvre la surface de travail,
- un pochoir est retiré de la surface de travail avant la fin d’un cycle de fabrication additive d’une pièce,
- un plateau de rehaussement est monté sur le plateau de fabrication en face de chaque ouverture d’un pochoir, le contour d’un plateau de rehaussement correspondant au contour de l’ouverture en face de laquelle il est monté,
- l’épaisseur du plateau de rehaussement est supérieure ou égale à l’épaisseur de la plaque formant un pochoir,
- une paroi de rétention de poudre renferme de manière continue une ou des pièces fabriquées et/ou une ou des parties d’une ou des pièces fabriquées,
- un premier pochoir ayant été placé sur la surface de travail en cours de fabrication, un second pochoir est placé dans une ouverture de ce premier pochoir en cours de fabrication,
- un premier pochoir ayant été placé sur la surface de travail en cours de fabrication et un second pochoir ayant été placé dans une ouverture de ce premier pochoir en cours de fabrication, ce second pochoir est retiré en cours de fabrication tandis que le premier pochoir est laissé en place sur la surface de travail,
- un pochoir est une pièce rapportée ou fabriquée additivement dans la machine en mettant en œuvre le procédé,
- une ouverture d’un pochoir est centrée par rapport à la surface de travail de la machine,
- un jeu de 20 à 200 micromètres est présent entre une paroi de rétention des grains de poudre ou un plateau de rehaussement et le bord de chaque ouverture d’un pochoir.Advantageously, the method according to the invention can also provide that:
- a stencil covers the work surface from the start of an additive manufacturing cycle of a part,
- a stencil is placed on the work surface during an additive manufacturing cycle of a part, at least one layer of powder being selectively consolidated before the stencil covers the work surface,
- a stencil is removed from the work surface before the end of an additive manufacturing cycle of a part,
- a raising plate is mounted on the manufacturing plate opposite each opening of a stencil, the contour of a raising plate corresponding to the contour of the opening opposite which it is mounted,
- the thickness of the raising plate is greater than or equal to the thickness of the plate forming a stencil,
- a powder retention wall continuously encloses one or more manufactured parts and/or one or parts of one or more manufactured parts,
- a first stencil having been placed on the work surface during manufacture, a second stencil is placed in an opening of this first stencil during manufacture,
- a first stencil having been placed on the work surface during manufacture and a second stencil having been placed in an opening of this first stencil during manufacture, this second stencil is removed during manufacture while the first stencil is left in place on the work surface,
- a stencil is a part added or manufactured additively in the machine by implementing the process,
- an opening of a stencil is centered with respect to the work surface of the machine,
- a clearance of 20 to 200 micrometers is present between a powder grain retention wall or a raising plate and the edge of each opening of a stencil.

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 représente schématiquement une vue de face d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre dans laquelle le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre,
- la figure 2 représente schématiquement une vue de dessus d’une machine de fabrication additive par dépôt de lit de poudre dans laquelle le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre,
- les figures 3 à 6 représentent schématiquement quatre variantes de réalisation d’un pochoir pouvant être utilisées dans le procédé selon l’invention,
- la figure 7 représente schématiquement une vue de détail en coupe de l’interface entre le pochoir et un plateau de rehaussement,
- les figures 8 et 9 illustrent schématiquement un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention,
- les figures 10, 11 et 12 illustrent schématiquement un second mode de réalisation du procédé selon l’invention,
- les figures 13 et 14 illustrent schématiquement le retrait d’un pochoir en cours de fabrication et la poursuite de la fabrication après ce retrait dans un procédé selon l’invention,
- les figures 15 et 16 illustrent schématiquement la mise en place d’un second pochoir sur un premier pochoir en cours de fabrication et un procédé selon l’invention, et
- les figures 17 et 18 illustrent schématiquement deux solutions permettant de continuer à fabriquer après le retrait d’un second pochoir dans un procédé selon l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear in the description which follows. This description, given by way of example and not limiting, refers to the attached drawings in which:
- Figure 1 schematically shows a front view of an additive manufacturing machine by powder bed deposition in which the method according to the invention can be implemented,
- Figure 2 schematically shows a top view of an additive manufacturing machine by powder bed deposition in which the method according to the invention can be implemented,
- Figures 3 to 6 schematically represent four embodiments of a stencil that can be used in the method according to the invention,
- Figure 7 schematically shows a detail view in section of the interface between the stencil and a raising plate,
- Figures 8 and 9 schematically illustrate a first embodiment of the method according to the invention,
- Figures 10, 11 and 12 schematically illustrate a second embodiment of the method according to the invention,
- Figures 13 and 14 schematically illustrate the withdrawal of a stencil during manufacture and the continuation of manufacture after this withdrawal in a method according to the invention,
- Figures 15 and 16 schematically illustrate the placement of a second stencil on a first stencil during manufacture and a method according to the invention, and
- Figures 17 and 18 schematically illustrate two solutions for continuing to manufacture after removal of a second stencil in a method according to the invention.

L’invention est relative à un procédé de fabrication additive d’au moins une pièce P par dépôt de lit de poudre.The invention relates to a process for the additive manufacturing of at least one part P by powder bed deposition.

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, par exemple par fusion totale ou partielle, 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.Additive manufacturing by powder bed deposition is an additive manufacturing process in which one or more parts are manufactured by the selective consolidation of different layers of additive manufacturing powder superimposed on each other. The first layer of powder is deposited on a support such as a plate, then selectively consolidated, for example by total or partial melting, using at least one source of consolidation along a first horizontal section of the part(s) to be manufactured . Then, a second layer of powder is deposited on the first layer of powder which has just been consolidated, and this second layer of powder is consolidated selectively in turn, and so on until the last layer of powder useful for the manufacture of the last horizontal section of the part(s) to be manufactured.

Le procédé de fabrication additive selon l’invention peut par exemple être mis en œuvre dans une machine 10 de fabrication additive par dépôt de lit de poudre telle qu’illustrée par les figures 1 et 2.The additive manufacturing process according to the invention can for example be implemented in an additive manufacturing machine 10 by powder bed deposition as illustrated by FIGS. 1 and 2.

Cette machine 10 de fabrication additive comprend une enceinte de fabrication 12 et au moins une source de consolidation 14, par exemple une source de chaleur ou d’énergie, utilisée pour fusionner de manière sélective, via un ou plusieurs faisceaux 16, une couche de poudre de fabrication additive déposée à l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12.This additive manufacturing machine 10 comprises a manufacturing enclosure 12 and at least one consolidation source 14, for example a source of heat or energy, used to selectively fuse, via one or more beams 16, a layer of powder of additive manufacturing deposited inside the manufacturing enclosure 12.

La ou les sources de consolidation 14 peuvent prendre la forme de sources capables de produire un ou plusieurs faisceaux d’électrons et/ou un ou plusieurs faisceaux laser. Ces sources sont par exemple un ou plusieurs canons d’électrons et/ou une ou plusieurs diodes électroluminescentes. Afin de permettre une fusion sélective et donc un déplacement du ou des faisceaux d’énergie ou de chaleur 16, chaque source 14 comprend des moyens de déplacement et de contrôle du ou des faisceaux 16.The consolidation source(s) 14 can take the form of sources capable of producing one or more electron beams and/or one or more laser beams. These sources are, for example, one or more electron guns and/or one or more light-emitting diodes. In order to allow selective melting and therefore movement of the energy or heat beam(s) 16, each source 14 comprises means for moving and controlling the beam(s) 16.

L’enceinte de fabrication 12 peut être une enceinte fermée. Au moins une paroi de cette enceinte de fabrication 12 comprend une ouverture refermable donnant accès à l’intérieur de l’enceinte. Pendant un cycle de fabrication, l’enceinte de fabrication 12 peut être remplie avec un gaz inerte tel l’azote pour éviter d’oxyder la poudre de fabrication additive et/ou pour éviter les risques d’explosion. L’enceinte de fabrication 12 peut être maintenue en légère surpression pour éviter les entrées d’oxygène, ou maintenue sous vide lorsqu’un faisceau d’électrons est utilisé à l’intérieur de l’enceinte pour fritter ou fusionner la poudre.The manufacturing enclosure 12 can be a closed enclosure. At least one wall of this manufacturing enclosure 12 comprises a closable opening giving access to the interior of the enclosure. During a manufacturing cycle, the manufacturing enclosure 12 can be filled with an inert gas such as nitrogen to avoid oxidizing the additive manufacturing powder and/or to avoid the risk of explosion. The manufacturing enclosure 12 can be kept under slight overpressure to prevent the entry of oxygen, or kept under vacuum when an electron beam is used inside the enclosure to sinter or fuse the powder.

A l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12, la machine 10 de fabrication additive comprend un plan de travail 18 et une chemise de fabrication 22 définissant une surface de travail 20. La chemise de fabrication 22 s’étend depuis le plan de travail et sous le plan de travail. Par exemple, le plan de travail est horizontal, et la chemise s’étend verticalement et elle débouche dans le plan de travail par une ouverture 21 prévue dans ce plan de travail.Inside the manufacturing enclosure 12, the additive manufacturing machine 10 comprises a work plane 18 and a manufacturing jacket 22 defining a work surface 20. The manufacturing jacket 22 extends from the working plane and under the worktop. For example, the work plan is horizontal, and the shirt extends vertically and it opens into the work plan through an opening 21 provided in this work plan.

La machine 10 comprend aussi un plateau de fabrication 24 mobile en translation à l’intérieur de la chemise sous l’effet d’un actionneur 26. Par exemple, le plateau de fabrication 24 coulisse verticalement à l’intérieur de la chemise de fabrication 22 sous l’effet d’un vérin.The machine 10 also comprises a build plate 24 movable in translation inside the jacket under the effect of an actuator 26. For example, the build plate 24 slides vertically inside the build jacket 22 under the effect of a cylinder.

Afin de réaliser la ou les différentes couches de poudre utiles à la fabrication additive de la ou des pièces P à fabriquer, la machine de fabrication additive comprend un dispositif de dépôt de poudre 27 permettant de déposer au moins une couche de poudre au-dessus du plateau de fabrication.In order to produce the different layer(s) of powder useful for the additive manufacturing of the part(s) P to be manufactured, the additive manufacturing machine comprises a powder deposition device 27 making it possible to deposit at least one layer of powder above the manufacturing platform.

Ce dispositif de dépôt de poudre 27 comprend par exemple une surface de réception de poudre mobile 28 et apte à se déplacer à proximité de la surface de travail 20, un dispositif d’étalement de poudre 30 permettant d’étaler la poudre de la surface de réception mobile 28 vers la surface de travail 20, et un dispositif de distribution de poudre 32 sur la surface de réception mobile 28.This powder deposition device 27 comprises for example a movable powder receiving surface 28 able to move close to the work surface 20, a powder spreading device 30 making it possible to spread the powder from the surface of mobile reception 28 towards the work surface 20, and a powder dispensing device 32 on the mobile reception surface 28.

Le dispositif d’étalement 30 peut prendre la forme d’une raclette ou d’un rouleau 34 monté sur un chariot 40. Ce chariot 40 est par exemple monté mobile en translation dans une direction horizontale D40 au-dessus de la surface de travail 20. A cet effet, le chariot 40 est par exemple monté sur des rails 41. Afin d’être entraîné en translation horizontale, le chariot 40 peut être motorisé, ou mis en mouvement par un moteur se situant à l’extérieur de l’enceinte de fabrication 12 et relié au chariot 40 via un système de transmission de mouvement tels des poulies et une courroie.The spreading device 30 can take the form of a squeegee or a roller 34 mounted on a carriage 40. This carriage 40 is for example mounted to move in translation in a horizontal direction D40 above the work surface 20 For this purpose, the carriage 40 is for example mounted on rails 41. In order to be driven in horizontal translation, the carriage 40 can be motorized, or set in motion by a motor located outside the enclosure. manufacturing 12 and connected to the carriage 40 via a motion transmission system such as pulleys and a belt.

Dans la machine illustrée par les figures 1 et 2, la surface de réception de poudre 28 est montée mobile autour de la surface de travail 20 et mise en mouvement autour de la surface de travail 20 par un actionneur 36 tel un moteur. Par exemple, la surface de réception 28 est montée mobile en rotation autour de la surface de travail 20 et entraînée en rotation autour de la surface de travail 20 par l’actionneur 36. Par exemple, la surface de réception 28 est montée mobile en rotation autour d’un axe vertical D28 et entraînée en rotation autour de cet axe vertical par l’actionneur 36.In the machine illustrated by FIGS. 1 and 2, the powder receiving surface 28 is movably mounted around the work surface 20 and set in motion around the work surface 20 by an actuator 36 such as a motor. For example, the receiving surface 28 is rotatably mounted around the work surface 20 and driven in rotation around the work surface 20 by the actuator 36. For example, the receiving surface 28 is rotatably mounted around a vertical axis D28 and driven in rotation around this vertical axis by the actuator 36.

Dans la machine illustrée par les figures 1 et 2, la chemise de fabrication 22 est cylindrique, la surface de travail 20 est circulaire, et la surface de réception mobile 28 est annulaire et elle entoure extérieurement la surface de travail 20 sur toute sa circonférence.In the machine illustrated by FIGS. 1 and 2, the manufacturing sleeve 22 is cylindrical, the work surface 20 is circular, and the movable receiving surface 28 is annular and it externally surrounds the work surface 20 over its entire circumference.

Pour déposer de la poudre sur la surface de réception mobile 28, la machine 10 de fabrication additive comprend un dispositif de distribution de poudre 32 sur la surface de réception mobile 28.To deposit powder on the mobile reception surface 28, the additive manufacturing machine 10 comprises a device for distributing powder 32 on the mobile reception surface 28.

Comme l’illustre schématiquement la figure 2, le dispositif de distribution de poudre 32 comprend par exemple un réservoir tampon 38 relié à une alimentation en poudre 40 par un conduit 46, et un conduit de distribution 42 reliant le réservoir tampon 38 à un point de distribution de poudre P1 situé au-dessus de la surface de réception mobile 28.As schematically illustrated in Figure 2, the powder distribution device 32 comprises for example a buffer reservoir 38 connected to a powder supply 40 by a conduit 46, and a distribution conduit 42 connecting the buffer reservoir 38 to a point of distribution of powder P1 located above the mobile receiving surface 28.

Dans le cas où la surface de réception de poudre est mobile 28, le dispositif de distribution de poudre 32 et son point de distribution de poudre P1 peuvent être fixes à l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12.In the case where the powder receiving surface is mobile 28, the powder dispensing device 32 and its powder dispensing point P1 can be fixed inside the manufacturing enclosure 12.

Alternativement, la surface de travail 20 peut être rectangulaire et le dispositif de dépôt de poudre peut comprendre deux surfaces de réception de poudre mobiles en translation à l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12 et situées de part et d’autre de la surface de travail. Dans une telle variante, une surface de réception de poudre prend par exemple la forme d’un tiroir, et chaque tiroir se déplace sous un dispositif de distribution de poudre monté fixe à l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12.Alternatively, the work surface 20 can be rectangular and the powder deposition device can comprise two mobile powder receiving surfaces in translation inside the manufacturing enclosure 12 and located on either side of the surface. of work. In such a variant, a powder receiving surface takes the form of a drawer, for example, and each drawer moves under a powder distribution device mounted fixed inside the manufacturing enclosure 12.

Alternativement, le dispositif de dépôt de poudre peut comprendre une surface de réception de poudre fixe à l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12, et par exemple constituée par une zone du plan de travail 18 ou du pochoir 50, et un dispositif de distribution de poudre mobile à l’intérieur de l’enceinte de fabrication 12.Alternatively, the powder deposition device may comprise a fixed powder receiving surface inside the manufacturing enclosure 12, and for example constituted by a zone of the work surface 18 or of the stencil 50, and a device for mobile powder distribution inside the manufacturing enclosure 12.

Afin de réduire la surface de travail 20 au cours d’un cycle de fabrication additive d’une pièce, le procédé selon l’invention utilise un pochoir 50 prenant la forme d’une plaque 52 permettant de recouvrir la surface de travail 20 et comprenant au moins une ouverture 54, comme le montrent les figures 3 à 6.In order to reduce the working surface 20 during an additive manufacturing cycle of a part, the method according to the invention uses a stencil 50 taking the form of a plate 52 making it possible to cover the working surface 20 and comprising at least one opening 54, as shown in Figures 3 to 6.

Dans une première variante illustrée par la figure 3, un pochoir 50 prend la forme d’une plaque 52 en forme de disque et comprenant une ouverture 54 suivant un contour circulaire. Par exemple, l’ouverture 54 circulaire est centrée par rapport au contour circulaire de la plaque 52 en forme de disque afin d’être centrée par rapport à la surface de travail de la machine.In a first variant illustrated by FIG. 3, a stencil 50 takes the form of a disc-shaped plate 52 comprising an opening 54 following a circular contour. For example, the circular opening 54 is centered with respect to the circular contour of the disc-shaped plate 52 in order to be centered with respect to the work surface of the machine.

Dans une seconde variante illustrée par la figure 4, un pochoir 50 prend la forme d’une plaque 52 parallélépipédique et comprenant une ouverture 54 suivant un contour rectangulaire. Par exemple, l’ouverture 54 rectangulaire est décentrée et débouchante latéralement par rapport au contour rectangulaire de la plaque 52 parallélépipédique. Le décentrage d’une ouverture 54 est par exemple utile lorsque la pièce à fabriquer se termine par une ou des parties décalées par rapport à son axe central.In a second variant illustrated by FIG. 4, a stencil 50 takes the form of a parallelepipedal plate 52 and comprising an opening 54 following a rectangular contour. For example, the rectangular opening 54 is off-center and emerges laterally with respect to the rectangular contour of the parallelepipedal plate 52. The off-centering of an opening 54 is for example useful when the part to be manufactured ends with one or more parts offset with respect to its central axis.

Alternativement, la plaque 52 constituant un pochoir peut comprendre plusieurs ouvertures 54, débouchantes ou non débouchantes. Alternativement, une ou plusieurs ouvertures 54 peuvent suivre un contour différent du contour de la plaque formant le pochoir.Alternatively, the plate 52 constituting a stencil can comprise several openings 54, emerging or not emerging. Alternatively, one or more openings 54 can follow a contour different from the contour of the plate forming the stencil.

Dans une troisième variante illustrée en vue de dessus en figure 5, un pochoir prend la forme d’une plaque 52 en forme de disque et comprenant plusieurs ouvertures 54 rectangulaires, orientées radialement et régulièrement réparties angulairement. Le pochoir illustré en figure 5 peut être utilisé pour fabriquer une pièce comprenant une embase cylindrique de grand diamètre et supportant différentes parties de plus petites dimensions réparties angulairement sur cette embase.In a third variant illustrated in top view in FIG. 5, a stencil takes the form of a disc-shaped plate 52 comprising several rectangular openings 54, radially oriented and regularly distributed angularly. The stencil illustrated in FIG. 5 can be used to manufacture a part comprising a cylindrical base of large diameter and supporting various parts of smaller dimensions distributed angularly on this base.

Dans une quatrième variante illustrée par la figure 6, un pochoir 50 prend la forme d’une plaque 52 parallélépipédique et comprenant une ouverture 54 en forme de couronne ouverte ou de C. Le pochoir illustré en figure 6 peut être utilisé pour fabriquer une pièce ne comprenant pas de matière en son centre et ouverte sur sa hauteur.In a fourth variant illustrated by FIG. 6, a stencil 50 takes the form of a parallelepipedic plate 52 and comprising an opening 54 in the shape of an open crown or a C. The stencil illustrated in FIG. 6 can be used to manufacture a part not including no material in its center and open on its height.

Dans un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention illustré par les figures 8 et 9, le pochoir 50 recouvre la surface de travail 20 dès le début d’un cycle de fabrication additive d’une pièce P.In a first embodiment of the method according to the invention illustrated by FIGS. 8 and 9, the stencil 50 covers the work surface 20 from the start of an additive manufacturing cycle of a part P.

Afin de compenser le vide correspondant à l’épaisseur E52 de la plaque 52 au niveau d’une ouverture 54 du pochoir lors de l’étalement d’une couche de poudre au-dessus du plateau de fabrication, un plateau de rehaussement 56 est monté sur le plateau de fabrication 24 en face de chaque ouverture du pochoir. Pour éviter de gaspiller de la poudre, le contour d’un plateau de rehaussement correspond sensiblement au contour de l’ouverture du pochoir en face de laquelle il est monté.In order to compensate for the void corresponding to the thickness E52 of the plate 52 at the level of an opening 54 of the stencil during the spreading of a layer of powder above the manufacturing plate, a raising plate 56 is mounted on the build plate 24 opposite each stencil opening. To avoid wasting powder, the outline of a heightening tray roughly matches the outline of the stencil opening in front of which it is mounted.

Par exemple, l’épaisseur E56 du plateau de rehaussement est supérieure ou égale à l’épaisseur E52 de la plaque 52. Ainsi, il est plus facile de positionner la surface supérieure du plateau de rehaussement dans le plan de la surface supérieure de la plaque 52 du pochoir.For example, the thickness E56 of the raising plate is greater than or equal to the thickness E52 of the plate 52. Thus, it is easier to position the upper surface of the raising plate in the plane of the upper surface of the plate 52 of the stencil.

Dans une première étape du premier mode de réalisation du procédé selon l’invention illustré par la figure 8, le plateau de fabrication 24 est en position haute, sous le pochoir 50. Le plateau de rehaussement 56 est monté sur le plateau de fabrication 24, par exemple à l’aide de vis (non représentées). Le plateau de fabrication 24 est positionné de façon à ce que la surface plane supérieure du plateau de rehaussement 56 se situe dans le prolongement de la surface supérieure du pochoir.In a first step of the first embodiment of the method according to the invention illustrated by FIG. 8, the manufacturing plate 24 is in the high position, under the stencil 50. The raising plate 56 is mounted on the manufacturing plate 24, for example using screws (not shown). The manufacturing plate 24 is positioned so that the upper flat surface of the raising plate 56 is located in the extension of the upper surface of the stencil.

Afin de faciliter l’étalement d’une couche de poudre et dans les différents modes de réalisation du procédé selon l’invention, la surface plane supérieure du pochoir se situe dans le prolongement de la surface plane supérieure du plan de travail.In order to facilitate the spreading of a layer of powder and in the different embodiments of the method according to the invention, the upper flat surface of the stencil is located in the extension of the upper flat surface of the work surface.

Pour la mise place et le maintien en position du pochoir dans le prolongement du plan de travail, il peut être prévu un logement périphérique 58 au niveau du bord supérieur 59 de la chemise de fabrication 22. Un logement périphérique est réalisé dans le plan de travail 18 et/ou dans la chemise de fabrication 22. Un logement périphérique 58 entoure par exemple la totalité de la surface de travail 20 initiale de la machine. Le ou les bords extérieurs 51 de la plaque 52 formant le pochoir reposent dans un logement périphérique.For the placement and maintenance in position of the stencil in the extension of the work surface, a peripheral housing 58 may be provided at the level of the upper edge 59 of the manufacturing sleeve 22. A peripheral housing is made in the work surface. 18 and/or in the manufacturing jacket 22. A peripheral housing 58 surrounds, for example, the entire initial working surface 20 of the machine. The outer edge or edges 51 of the plate 52 forming the stencil rest in a peripheral housing.

Alternativement, le bord supérieur 59 de la chemise de fabrication peut comprendre plusieurs logements périphériques 58 répartis autour de la surface de travail et dans lesquels viennent se positionner des pattes 61 prévues en périphérie extérieure du pochoir, de telles pattes 61 étant visibles en figure 5.Alternatively, the upper edge 59 of the manufacturing jacket may comprise several peripheral housings 58 distributed around the work surface and in which are positioned tabs 61 provided on the outer periphery of the stencil, such tabs 61 being visible in figure 5.

La figure 9 illustre le premier mode de réalisation du procédé selon l’invention après plusieurs mises en couche de poudre et consolidations successives de couches de poudre réalisées avec un pochoir.Figure 9 illustrates the first embodiment of the method according to the invention after several layers of powder and successive consolidations of layers of powder produced with a stencil.

Comme le montre cette figure 9, parallèlement à l’utilisation d’un pochoir, une paroi de rétention 60 des grains de poudre est fabriquée de manière additive le long des bords de chaque ouverture 54 d’un pochoir, cette paroi entourant une ou des pièces fabriquées et/ou une ou des parties d’une pièce ou des pièces fabriquées.As shown in this figure 9, parallel to the use of a stencil, a retention wall 60 of the grains of powder is manufactured in an additive manner along the edges of each opening 54 of a stencil, this wall surrounding one or more manufactured parts and/or part or parts of a manufactured part or parts.

D’une manière générale pour tous les modes de réalisation du procédé selon l’invention, une paroi de rétention 60 des grains de poudre est fabriquée de manière additive le long des bords de chaque ouverture 54 d’un pochoir, cette paroi entourant une ou des pièces fabriquées et/ou une ou des parties d’une pièce ou des pièces fabriquées.In general, for all the embodiments of the method according to the invention, a retention wall 60 of the grains of powder is manufactured in an additive manner along the edges of each opening 54 of a stencil, this wall surrounding one or manufactured parts and/or part or parts of a manufactured part or parts.

Cette paroi de rétention 60 est fabriquée en consolidant, par exemple par fusion totale ou partielle (frittage), la poudre qui est utilisée pour fabriquer la ou les pièces P. Une paroi de rétention est donc fabriquée section par section comme la ou les pièces fabriquées, au fur-et-à mesure de la translation du plateau de fabrication par rapport à la chemise de fabrication.This retaining wall 60 is manufactured by consolidating, for example by total or partial melting (sintering), the powder which is used to manufacture the part(s) P. A retaining wall is therefore manufactured section by section like the part(s) manufactured , as and when the translation of the build plate relative to the build jacket.

Comme le montre la figure 9, couplée à un pochoir 50, une paroi de rétention 60 permet d’éviter de remplir inutilement de poudre une zone périphérique 62 entourant une pièce P à fabriquer dans la chemise 22 et non utilisée pour la fabrication de cette pièce ou d’une autre pièce. Plus précisément, une zone périphérique 62 qui n’est pas remplie de poudre se situe sous une partie de la surface de travail 20 de la machine qui est recouverte par un pochoir 50.As shown in FIG. 9, coupled with a stencil 50, a retaining wall 60 makes it possible to avoid unnecessarily filling with powder a peripheral zone 62 surrounding a part P to be manufactured in the sleeve 22 and not used for the manufacture of this part. or another room. More precisely, a peripheral zone 62 which is not filled with powder is located under a part of the working surface 20 of the machine which is covered by a stencil 50.

Pour empêcher au mieux les grains de poudre de parvenir dans une zone périphérique 62, une paroi de rétention 60 de poudre renferme de manière continue une ou des pièces P fabriquées et/ou une ou des parties d’une pièce ou des pièces fabriquées. Autrement dit, dans tout plan parallèle à un plan horizontal de mise en couche de poudre, une paroi de rétention 60 de poudre suit un contour fermé autour d’une ou des pièces fabriquées et/ou autour de parties d’une pièce ou des pièces fabriquées.To best prevent the grains of powder from reaching a peripheral zone 62, a powder retention wall 60 continuously encloses one or more manufactured parts P and/or one or more parts of a manufactured part or parts. In other words, in any plane parallel to a horizontal powder layering plane, a powder retention wall 60 follows a closed contour around one or more manufactured parts and/or around parts of a part or parts. manufactured.

Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l’invention, une paroi de rétention 60 de poudre est par exemple solidaire du plateau de rehaussement 56 car fabriquée depuis et sur ce plateau comme la ou les pièces que cette paroi entoure. Une fois la fabrication terminée et la ou les pièces extraites de la machine, la ou les parois de rétention 60 sont séparées du plateau de rehaussement comme la ou les pièces fabriquées, par exemple par une découpe mécanique ou par une découpe par électroérosion.In the first embodiment of the method according to the invention, a powder retention wall 60 is for example integral with the raising plate 56 because it is manufactured from and on this plate like the part or parts that this wall surrounds. Once the manufacture has been completed and the part(s) extracted from the machine, the retaining wall(s) 60 are separated from the raising plate like the part(s) manufactured, for example by mechanical cutting or by cutting by electroerosion.

Dans un second mode de réalisation du procédé selon l’invention illustré par les figures 10 à 12, le pochoir 50 est placé sur la surface de travail au cours d’un cycle de fabrication additive d’une pièce P. Autrement dit, au moins une couche de poudre est consolidée de manière sélective avant que le pochoir ne recouvre la surface de travail.In a second embodiment of the method according to the invention illustrated by FIGS. 10 to 12, the stencil 50 is placed on the work surface during an additive manufacturing cycle of a part P. In other words, at least a layer of powder is selectively consolidated before the stencil covers the work surface.

Lors de la mise en œuvre de ce second mode de réalisation et avant la mise en place du pochoir, une pièce de substitution 64 peut éventuellement être installée dans chaque logement périphérique 58 prévu au niveau du bord supérieur 59 de la chemise de fabrication 22. Une pièce de substitution 64 occupe tout le volume d’un logement périphérique afin d’éviter qu’il ne soit rempli de poudre jusqu’à la mise en place du pochoir. Cette pièce de substitution 64 peut être un élément solide en matériau métallique, par exemple fabriqué par usinage.During the implementation of this second embodiment and before the installation of the stencil, a substitute part 64 can optionally be installed in each peripheral housing 58 provided at the level of the upper edge 59 of the manufacturing jacket 22. A substitution piece 64 occupies the entire volume of a peripheral housing in order to prevent it from being filled with powder until the stencil is put in place. This substitution part 64 can be a solid element made of metallic material, for example manufactured by machining.

Alternativement, aucune pièce de substitution 64 n’est installée dans un logement périphérique 58.Alternatively, no substitute part 64 is installed in a peripheral housing 58.

La figure 11 illustre la mise en place du pochoir 50 en cours de fabrication. Pour ce faire, chaque pièce de substitution 64 est retirée de son logement périphérique 58 et la poudre non consolidée entourant la ou les pièces P fabriquées est retirée de la chemise de fabrication 22 sur une hauteur H50 au moins égale à l’épaisseur E52 de la plaque 52 formant le pochoir.Figure 11 illustrates the placement of the stencil 50 during manufacture. To do this, each substitution part 64 is removed from its peripheral housing 58 and the unconsolidated powder surrounding the manufactured part(s) P is removed from the manufacturing jacket 22 over a height H50 at least equal to the thickness E52 of the plate 52 forming the stencil.

Dans le cas où aucune pièce de substitution 64 n’est installée dans un logement périphérique 58, la poudre non consolidée est aussi retirée du ou des logements périphériques 58 destinés à recevoir le pochoir.In the event that no substitute part 64 is installed in a peripheral housing 58, the unconsolidated powder is also removed from the peripheral housing(s) 58 intended to receive the stencil.

Une fois le pochoir mis en place et comme l’illustre la figure 12, la fabrication additive de la ou des pièces P continue sur une portion réduite de la surface de travail 20 initiale de la machine, en fabriquant de manière additive une paroi de rétention 60 des grains de poudre le long des bords de chaque ouverture 54 du pochoir, cette paroi entourant une ou des pièces fabriquées et/ou une ou des parties d’une pièce ou des pièces fabriquées. Ainsi, après une utilisation du volume total de fabrication offert par le plateau et la chemise de fabrication sur une première hauteur H1 de la chemise de fabrication, on évite de remplir de poudre une zone périphérique 62 entourant une ou des parties de pièce P à fabriquer dans la chemise 22 et non utilisée pour la fabrication de cette pièce ou d’une autre pièce sur une deuxième hauteur H2 de la chemise de fabrication.Once the stencil is in place and as illustrated in FIG. 12, the additive manufacturing of the part(s) P continues on a reduced portion of the initial working surface of the machine, by manufacturing in an additive manner a retaining wall 60 grains of powder along the edges of each opening 54 of the stencil, this wall surrounding one or more manufactured parts and / or one or parts of a part or manufactured parts. Thus, after use of the total manufacturing volume offered by the plate and the manufacturing jacket on a first height H1 of the manufacturing jacket, it is avoided to fill a peripheral zone 62 with powder surrounding one or more parts of the part P to be manufactured. in the shirt 22 and not used for the manufacture of this part or another part on a second height H2 of the manufacturing shirt.

Dans ce second mode de réalisation, une paroi de rétention 60 de poudre est solidaire d’au moins une pièce P en cours de fabrication car fabriquée depuis cette pièce P. Une fois la fabrication terminée et la ou les pièces extraites de la machine, la ou les parois de rétention 60 sont séparées de la ou des pièces fabriquées, par exemple par une découpe mécanique ou par une découpe par électroérosion.In this second embodiment, a powder retention wall 60 is integral with at least one part P during manufacture because it is manufactured from this part P. Once the manufacture is complete and the part(s) extracted from the machine, the or the retaining walls 60 are separated from the manufactured part or parts, for example by mechanical cutting or by cutting by electroerosion.

Dans le premier ou le second mode de réalisation du procédé selon l’invention, le pochoir 50 peut être retiré de la surface de travail 20 avant la fin d’un cycle de fabrication additive d’une pièce P.In the first or second embodiment of the method according to the invention, the stencil 50 can be removed from the work surface 20 before the end of an additive manufacturing cycle of a part P.

Les figures 13 et 14 illustrent le retrait du pochoir dans le premier mode de réalisation du procédé selon l’invention, c’est-à-dire lorsque le pochoir a été mis en place dès le début d’un cycle de fabrication additive d’une pièce P.Figures 13 and 14 illustrate the removal of the stencil in the first embodiment of the method according to the invention, that is to say when the stencil has been put in place from the start of an additive manufacturing cycle of a piece p.

Pour pouvoir continuer la fabrication après que le pochoir ait été retiré, une pièce de substitution 64 peut être installée dans chaque logement périphérique 58 prévu au niveau du bord supérieur 59 de la chemise de fabrication 22 et un élément de remplissage 66 est installé dans chaque zone périphérique 62 non remplie de poudre et qui entourait une pièce P jusqu’au retrait du pochoir. Une pièce de substitution 64 occupe par exemple tout le volume d’un logement périphérique 58 tandis qu’un élément de remplissage occupe par exemple tout le volume présent sous le plan travail 18 entre la paroi intérieure de la chemise de fabrication et la ou les parois de rétention 60 entourant la ou les pièces fabriquées. Alternativement, un logement périphérique 58 peut aussi être comblé avec un élément de remplissage 66 plutôt qu’avec une pièce de substitution 64. L’élément de remplissage 66 peut prendre la forme d’une ou plusieurs pièces, c’est-à-dire d’éléments solides, comme par exemple un empilage de rondelles en matériau plastique ou métallique, ou d’un matériau de remplissage non cohésif tels des billes ou un matériau pulvérulent à bas coût pouvant être séparé facilement de la poudre de fabrication par exemple grâce à une granulométrie plus importante. L’élément de remplissage 66 peut aussi prendre la forme d’une ou plusieurs pièces à assembler avec la ou les pièces en cours de fabrication.To be able to continue manufacturing after the stencil has been removed, a substitute part 64 can be installed in each peripheral housing 58 provided at the level of the upper edge 59 of the manufacturing jacket 22 and a filling element 66 is installed in each zone. peripheral 62 not filled with powder and which surrounded a part P until the removal of the stencil. A substitute part 64 occupies for example the entire volume of a peripheral housing 58 while a filling element occupies for example the entire volume present under the work surface 18 between the inner wall of the manufacturing jacket and the wall or walls retention 60 surrounding the manufactured part(s). Alternatively, a peripheral housing 58 can also be filled with a filling element 66 rather than with a substitute part 64. The filling element 66 can take the form of one or more parts, that is to say of solid elements, such as for example a stack of washers made of plastic or metallic material, or of a non-cohesive filling material such as balls or a low-cost pulverulent material which can be easily separated from the manufacturing powder, for example thanks to larger grain size. The filling element 66 can also take the form of one or more parts to be assembled with the part(s) being manufactured.

Une fois le pochoir retiré et la ou les pièces de substitution 64 et le ou les éléments de remplissage 66 installés, la pièce P peut de nouveau être fabriquée dans le volume maximal de fabrication offert par la chemise et le plateau de fabrication, comme l’illustre la figure 14.Once the stencil has been removed and the substitute part(s) 64 and the filler(s) 66 installed, the part P can again be manufactured in the maximum build volume offered by the shirt and the build plate, such as the illustrates Figure 14.

Eventuellement, et de la même manière que le pochoir est installé en cours de fabrication dans le second mode de réalisation du procédé selon l’invention, un pochoir peut être réinstallé après avoir été retiré durant une ou plusieurs mises en couche de poudre.Optionally, and in the same way as the stencil is installed during manufacture in the second embodiment of the method according to the invention, a stencil can be reinstalled after having been removed during one or more powder coatings.

D’une manière générale, un pochoir peut être retiré et réinstallé autant de fois que nécessaire pour économiser de la poudre pendant un cycle entier de fabrication additive.Generally speaking, a stencil can be removed and reinstalled as many times as needed to save powder during an entire AM cycle.

Dans le premier ou le second mode de réalisation du procédé selon l’invention, et alors qu’un premier pochoir 50 a déjà été placé sur la surface de travail 20, un second pochoir 70 peut être placé dans une ouverture 54 de ce premier pochoir en cours de fabrication, comme le montre par exemple la figure 16.In the first or the second embodiment of the method according to the invention, and when a first stencil 50 has already been placed on the work surface 20, a second stencil 70 can be placed in an opening 54 of this first stencil being manufactured, as shown for example in Figure 16.

La figure 15 illustre un exemple dans lequel une pièce P a été fabriquée avec un pochoir 50 mis en place en cours de fabrication, conformément au second mode de réalisation du procédé selon l’invention.FIG. 15 illustrates an example in which a part P has been manufactured with a stencil 50 placed during manufacture, in accordance with the second embodiment of the method according to the invention.

Afin de pouvoir mettre en place un second pochoir 70, une ouverture 54 du premier pochoir comprend un ou des logements périphériques 72. Afin d’éviter de remplir chaque logement périphérique 72 de poudre tant que le second pochoir n’est pas installé et que la fabrication d’une ou plusieurs pièces P continue, une pièce de substitution 74, prenant par exemple la forme d’un élément solide en matériau métallique, est placée dans chaque logement périphérique 72. Cette pièce de substitution 74 occupe tout le volume d’un logement périphérique 72 du premier pochoir.In order to be able to set up a second stencil 70, an opening 54 of the first stencil comprises one or more peripheral housings 72. In order to avoid filling each peripheral housing 72 with powder as long as the second stencil is not installed and the manufacture of one or more parts P continues, a substitution part 74, taking for example the form of a solid element made of metallic material, is placed in each peripheral housing 72. This substitution part 74 occupies the entire volume of a peripheral housing 72 of the first stencil.

La figure 16 illustre la mise en place du second pochoir 70 sur le premier pochoir 50 en cours de fabrication. Pour ce faire, la ou les pièces de substitution 74 sont tout d’abord retirées du ou des logements périphériques 72 du premier pochoir et la fabrication de la ou des pièces P fabriquées est poursuivie sur une hauteur H70 au moins égale à l’épaisseur E76 de la plaque 76 formant le second pochoir 70. Durant la fabrication sur cette hauteur H70, une nouvelle paroi de rétention 60 est fabriquée le long du bord de chaque ouverture 78 du second pochoir qui sera mis en place par la suite. Cette nouvelle paroi de rétention 60 est solidaire d’une ou des pièces fabriquées, elle est fabriquée section par section comme la ou les pièces fabriquées, et elle entoure la ou les pièces fabriquées et/ou les parties d’une ou des pièces fabriquées de manière continue.Figure 16 illustrates the placement of the second stencil 70 on the first stencil 50 during manufacture. To do this, the replacement part(s) 74 are first removed from the peripheral housing(s) 72 of the first stencil and the manufacture of the manufactured part(s) P is continued over a height H70 at least equal to the thickness E76 of the plate 76 forming the second stencil 70. During manufacture on this height H70, a new retaining wall 60 is manufactured along the edge of each opening 78 of the second stencil which will be put in place thereafter. This new retention wall 60 is integral with one or more manufactured parts, it is manufactured section by section like the manufactured part or parts, and it surrounds the manufactured part or parts and/or the parts of one or more manufactured parts continuous way.

Une fois la fabrication effectuée sur une hauteur H70 correspondant à l’épaisseur E76 de la plaque 76 formant le second pochoir 70, le second pochoir est mis en place et comme l’illustre la figure 16, la fabrication additive de la ou des pièces P continue sur une portion encore plus réduite de la surface de travail 20 initiale de la machine.Once the manufacturing has been carried out on a height H70 corresponding to the thickness E76 of the plate 76 forming the second stencil 70, the second stencil is put in place and as illustrated in FIG. 16, the additive manufacturing of the part(s) P continues over an even smaller portion of the initial working surface of the machine.

Un second pochoir 70 mis en place sur un premier pochoir peut aussi ne pas comprendre d’ouverture 78 et prendre simplement la forme d’une pièce obstruant une partie de l’ouverture 54 d’un premier pochoir.A second stencil 70 placed on a first stencil may also not include an opening 78 and simply take the form of a piece obstructing part of the opening 54 of a first stencil.

Dans le procédé selon l’invention, un premier pochoir 50 ayant été placé sur la surface de travail en cours de fabrication et un second pochoir 70 ayant été placé dans une ouverture de ce premier pochoir en cours de fabrication, ce second pochoir 70 peut être retiré en cours de fabrication tandis que le premier pochoir 50 est laissé en place sur la surface de travail.In the method according to the invention, a first stencil 50 having been placed on the work surface during manufacture and a second stencil 70 having been placed in an opening of this first stencil during manufacture, this second stencil 70 can be removed during manufacture while the first stencil 50 is left in place on the work surface.

La figure 17 illustre une première solution permettant la reprise de la fabrication après le retrait du second pochoir 70, le premier pochoir 50 restant en position dans la machine. Dans cette première solution, et après que le second pochoir ait été retiré, un matériau de remplissage 82 cohésif, par exemple une mousse métallique, est installé autour de la paroi de rétention 60 qui a été fabriquée le long du bord d’une ouverture 78 du second pochoir. Le matériau de remplissage 82 cohésif s’étend jusqu’au bord de l’ouverture 54 du premier pochoir. Ainsi, lorsque la fabrication reprend après le retrait du second pochoir et la mise en place du matériau de remplissage 82 cohésif, une nouvelle paroi de rétention 60 peut être fabriquée depuis ce matériau de remplissage 82 cohésif et le long du bord de l’ouverture 54 du premier pochoir. En complément ou en substitution du matériau de remplissage 82 cohésif, la ou les pièces de substitution 74 peuvent être repositionnées dans le ou les logements périphériques 72 prévus dans le premier pochoir en vue de la reprise de la fabrication après le retrait du second pochoir.FIG. 17 illustrates a first solution allowing the resumption of manufacturing after the removal of the second stencil 70, the first stencil 50 remaining in position in the machine. In this first solution, and after the second stencil has been removed, a cohesive filling material 82, for example a metal foam, is installed around the retention wall 60 which has been fabricated along the edge of an opening 78 of the second stencil. The cohesive filler material 82 extends to the edge of the opening 54 of the first stencil. Thus, when fabrication resumes after removal of the second stencil and placement of the cohesive filler material 82, a new retention wall 60 can be fabricated from this cohesive filler material 82 and along the edge of the opening 54 of the first stencil. In addition to or as a substitute for the cohesive filler material 82, the substitute piece(s) 74 can be repositioned in the peripheral housing(s) 72 provided in the first stencil with a view to resuming production after removal of the second stencil.

La figure 18 illustre une seconde solution permettant la reprise de la fabrication après le retrait du second pochoir 70, le premier pochoir 50 restant en position dans la machine. Dans cette seconde solution, et après que le second pochoir ait été retiré, un matériau de remplissage 84 non cohésif, par exemple des billes ou un matériau pulvérulent à bas coût, est disposé autour de la paroi de rétention 60 qui a été fabriquée le long du bord d’une ouverture 78 du second pochoir. Dans cette seconde solution, le matériau de remplissage 84 non cohésif est maintenu par une paroi de rétention extérieure 86 qui renferme le matériau de remplissage 84 non cohésif et qui s’étend le long du bord de l’ouverture 54 du premier pochoir. Ainsi, lorsque la fabrication reprend après le retrait du second pochoir et la mise en place du matériau de remplissage 84 non cohésif, une nouvelle paroi de rétention 60 peut être fabriquée depuis cette paroi de rétention extérieure 86 et le long du bord de l’ouverture 54 du premier pochoir. En complément ou en substitution du matériau de remplissage 84 non cohésif, la ou les pièces de substitution 74 peuvent être repositionnées dans le ou les logements périphériques 72 prévus dans le premier pochoir en vue de la reprise de la fabrication après le retrait du second pochoir.FIG. 18 illustrates a second solution allowing the resumption of manufacturing after the removal of the second stencil 70, the first stencil 50 remaining in position in the machine. In this second solution, and after the second stencil has been removed, a non-cohesive filling material 84, for example beads or a low-cost powder material, is placed around the retention wall 60 which has been manufactured along from the edge of an opening 78 of the second stencil. In this second solution, the non-cohesive filling material 84 is held by an outer retaining wall 86 which encloses the non-cohesive filling material 84 and which extends along the edge of the opening 54 of the first stencil. Thus, when fabrication resumes after removal of the second stencil and placement of the non-cohesive filler material 84, a new retention wall 60 can be fabricated from this outer retention wall 86 and along the edge of the opening. 54 of the first stencil. In addition to or as a substitute for the non-cohesive filler material 84, the substitute part(s) 74 can be repositioned in the peripheral housing(s) 72 provided in the first stencil with a view to resuming production after the removal of the second stencil.

Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation du procédé selon l’invention, un pochoir est une pièce rapportée, par exemple découpée dans une plaque métallique, ou fabriquée additivement dans la machine lors de la mise en œuvre de ce procédé.In one or other of the embodiments of the method according to the invention, a stencil is an added part, for example cut out from a metal plate, or manufactured additively in the machine during the implementation of this method.

Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation du procédé selon l’invention, et afin d’éviter la création d’une liaison entre un pochoir 50,70 et une paroi de rétention 60 de poudre ou un plateau de rehaussement, un jeu de 20 à 200 micromètres est présent entre la paroi de rétention des grains de poudre ou un plateau de rehaussement et le bord de chaque ouverture 54, 78 d’un pochoir.In one or other of the embodiments of the method according to the invention, and in order to avoid the creation of a connection between a stencil 50,70 and a retention wall 60 of powder or a raising plate, a clearance of 20 to 200 micrometers is present between the powder grain retention wall or a raising plate and the edge of each opening 54, 78 of a stencil.

Dans l’un ou l’autre des modes de réalisation du procédé selon l’invention, et afin de limiter les frottements entre le bord de chaque ouverture 54, 78 d’un pochoir 50,70 et une paroi de rétention 60 de poudre ou un plateau de rehaussement 56, la partie supérieure du bord d’une ouverture 54,78 d’un pochoir 50,70 comprend une lèvre périphérique 80. Seule l’extrémité intérieure de cette lèvre périphérique 80 se situe entre 20 et 200 micromètres d’une paroi de rétention 60 de poudre ou d’un plateau de rehaussement 56, et un jeu J d’un ou plusieurs millimètres sépare ensuite le bord de chaque ouverture 54, 78 d’un pochoir 50,70 et une paroi de rétention 60 de poudre ou un plateau de rehaussement 56, comme l’illustre la figure 7.In one or other of the embodiments of the method according to the invention, and in order to limit friction between the edge of each opening 54, 78 of a stencil 50, 70 and a retention wall 60 of powder or a raising plate 56, the upper part of the edge of an opening 54,78 of a stencil 50,70 comprises a peripheral lip 80. Only the inner end of this peripheral lip 80 is between 20 and 200 micrometers a retention wall 60 of powder or an enhancement plate 56, and a clearance J of one or more millimeters then separates the edge of each opening 54, 78 of a stencil 50,70 and a retention wall 60 of powder or a heightening tray 56, as shown in Figure 7.

Le procédé selon l’invention peut aussi être mis en œuvre dans des machines de fabrication additive par dépôt de lit de poudre dans lesquelles il n’est pas prévu de surface mobile de réception de poudre et dans lesquelles la poudre à étaler est déposée devant le dispositif d’étalement par un doseur mobile ou dans lesquelles la poudre à étaler est prélevée par le dispositif d’étalement en passant au-dessus d’un bac d’alimentation en poudre à fond mobile.The method according to the invention can also be implemented in additive manufacturing machines by depositing a bed of powder in which there is no provision for a moving surface for receiving powder and in which the powder to be spread is deposited in front of the spreading device by a mobile metering device or in which the powder to be spread is picked up by the spreading device while passing over a powder supply tank with a mobile bottom.

Le procédé selon l’invention peut aussi être mis en œuvre dans des machines de fabrication additive par dépôt de lit de poudre dans lesquelles les couches de poudre sont consolidées sélectivement par injection d’un liant. Dans ce cas, la source de consolidation 14 est une tête d’injection de liant, par exemple montée mobile au-dessus de la surface de travail.The method according to the invention can also be implemented in additive manufacturing machines by powder bed deposition in which the layers of powder are selectively consolidated by injection of a binder. In this case, the consolidation source 14 is a binder injection head, for example movably mounted above the work surface.

Dans la présente invention, un pochoir 50,70 peut aussi être constitué de différentes pièces emboîtées les unes dans les autres, cet agencement par emboîtement facilitant l’ajout ou le retrait d’un pochoir en cours de fabrication.In the present invention, a stencil 50, 70 can also be made up of different pieces nested one inside the other, this interlocking arrangement facilitating the addition or removal of a stencil during manufacture.

Claims

Process for the additive manufacturing of at least one part by powder bed deposition, the process being implemented in a machine (10) for additive manufacturing by powder bed deposition, this machine comprising a work surface (18) and a build liner (22) defining a work surface (20), the build liner extending from the work plane and under the work plane, the machine comprising a build plate (24) movable in translation at the interior of the jacket under the effect of an actuator (26), this machine comprising a powder deposition device (27) making it possible to deposit at least one layer of powder above the manufacturing plate and a source of consolidation (14) making it possible to selectively consolidate each layer of powder deposited above the manufacturing plate, the method being characterized in that it uses at least one stencil (50) taking the form of a plate (52) allowing to cover the work surface and comprising at least one opening (54) in order to reduce the work surface during an additive manufacturing cycle of a part, and in that a grain retention wall (60) powder is additively fabricated along the edges of each aperture of a stencil, which wall encloses a fabricated part(s) and/or a portion(s) of a fabricated part(s).

A powder bed deposition additive manufacturing process according to claim 1, wherein a stencil covers the work surface from the start of a part additive manufacturing cycle.

A method of additive manufacturing by powder bed deposition according to claim 1, in which a stencil is placed on the work surface during a cycle of additive manufacturing of a part, at least one layer of powder being selectively before the stencil covers the work surface.

A method of additive manufacturing by powder bed deposition according to one of claims 2 or 3, in which a stencil is removed from the work surface before the end of an additive manufacturing cycle of a part.

A method of additive manufacturing by powder bed deposition according to claim 2, in which a height plate (56) is mounted on the build plate opposite each opening of a stencil, the contour of a corresponding height plate to the contour of the opening in front of which it is mounted.

Method of additive manufacturing by powder bed deposition according to claim 5, in which the thickness (E56) of the raising plate is greater than or equal to the thickness (E52) of the plate (52) forming a stencil.

Process for additive manufacturing by powder bed deposition according to one of the preceding claims, in which a powder retention wall continuously encloses one or more manufactured parts (P) and/or one or more parts of one or more parts (P) manufactured.

Method of additive manufacturing by powder bed deposition according to one of the preceding claims, in which, a first stencil (50) having been placed on the work surface during manufacture, a second stencil (70) is placed in a opening of this first stencil in progress.

Method of additive manufacturing by powder bed deposition according to one of the preceding claims, in which, a first stencil (50) having been placed on the work surface during manufacture and a second stencil (70) having been placed in an opening of this first stencil during manufacture, this second stencil is removed during manufacture while the first stencil is left in place on the work surface.

Process for additive manufacturing by powder bed deposition according to one of the preceding claims, in which a stencil is a part added or manufactured additively in the machine during the implementation of this process.

Method of additive manufacturing by powder bed deposition according to one of the preceding claims, in which an opening of a stencil is centered with respect to the working surface of the machine.

Method of additive manufacturing by powder bed deposition according to one of the preceding claims, in which a clearance of 20 to 200 micrometers is present between a powder grain retention wall or a raising plate and the edge of each opening of a stencil.