(19)
(11)EP 3 381 659 A1

(12)DEMANDE DE BREVET EUROPEEN

(43)Date de publication:
03.10.2018  Bulletin  2018/40

(21)Numéro de dépôt: 18160201.2

(22)Date de dépôt:  06.03.2018
(51)Int. Cl.: 
B29C 64/153(2017.01)
B29C 64/20(2017.01)
B22F 3/105(2006.01)
B33Y 10/00(2015.01)
B33Y 30/00(2015.01)
(84)Etats contractants désignés:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Etats d'extension désignés:
BA ME
Etats de validation désignés:
KH MA MD TN

(30)Priorité: 30.03.2017 BE 201705217

(71)Demandeur: SAFRAN AERO BOOSTERS S.A.
4041 Herstal (BE)

(72)Inventeurs:
  • SCHUSTER, Laurent
    6997 Erezée (BE)
  • ENGLEBERT, Eric
    4540 Amay (BE)

(74)Mandataire: Gevers Patents 
Intellectual Property House Holidaystraat 5
1831 Diegem
1831 Diegem (BE)

  


(54)IMPRIMANTE TRIDIMENSIONNELLE


(57) La présente invention concerne une imprimante tridimensionnelle (1) dans laquelle un flux de poudre localisé est déposé sur une surface de construction (3). L'imprimante tridimensionnelle (1) comprend un détecteur de charge électrostatique (7; 71, 72) pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique du flux de poudre, par exemple sa charge électrostatique ou sa charge électrostatique par unité de temps. Ce détecteur (7; 71, 72) permet d'éviter les explosions dues à l'accumulation de charge électrostatique.




Description

Domaine technique



[0001] Selon un premier aspect, l'invention concerne une imprimante tridimensionnelle pour fabrication d'une pièce par couches additives. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une méthode d'impression tridimensionnelle.

Art antérieur



[0002] WO2016044876A1 décrit un système d'impression tridimensionnelle dans lequel un flux de poudre localisé est déposé sur une surface de construction. Là, un faisceau énergétique chauffe la poudre et la fait fondre afin de former un objet.

[0003] Les inventeurs ont observé des explosions et des émissions de fumées lors de l'utilisation d'un système d'impression tridimensionnelle dans lequel un flux de poudre localisé est déposé sur une surface de construction.

[0004] Ces explosions et émissions de fumée sont une source de danger. En outre, elles obligent à interrompre l'impression tridimensionnelle, ce qui fait perdre du temps de production, et la pièce en cours d'impression est perdue.

Résumé de l'invention



[0005] Un des buts de l'invention est de fournir un système d'impression tridimensionnelle dans lequel un flux de poudre localisé est déposé sur une surface de construction et présentant un risque moindre d'explosion et d'émission de fumée.

[0006] A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une imprimante tridimensionnelle pour fabrication d'une pièce par couches additives et comprenant:
  • une surface de construction,
  • un moyen d'alimentation agencé de façon à fournir un flux de poudre à la surface de construction et comprenant un premier tuyau d'alimentation débouchant sur la surface de construction,
  • un moyen pour envoyer un faisceau énergétique sur la surface de construction,
  • un moyen de déplacement pour générer un mouvement relatif de la surface de construction et du moyen d'alimentation,
caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un détecteur de charge électrostatique agencé pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique dudit flux de poudre.

[0007] Les inventeurs ont pu attribuer les explosions et émissions de fumée à la charge électrostatique des particules de poudres. Le détecteur de charge électrostatique agencé pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique dudit flux de poudre permet de déterminer la charge électrostatique de la poudre, ou une caractéristique liée à celle-ci, et d'ainsi pouvoir prendre des mesures pour éviter les explosions et émissions de fumée. Des telles mesures peuvent par exemple comprendre l'arrêt de l'impression et/ou l'émission d'un signal d'alerte.

[0008] La caractéristique de la charge électrostatique peut être par exemple la charge électrostatique, la charge électrostatique par unité de temps ou la densité de charge électrostatique du flux de poudre.

[0009] Il est intéressant de constater que le document WO2016044876A1 considère la charge électrostatique des particules de poudre comme un avantage. En effet, selon ce document, en chargeant la surface de construction avec une charge opposée à celle des particules de poudre, il est possible d'éviter que les particules de poudre ne roulent sur la surface de construction.

[0010] L'invention concerne une imprimante tridimensionnelle, c'est-à-dire une imprimante pour impression à trois dimensions, pour une fabrication de pièces par couches additives (en anglais "additive layer manufacturing").

[0011] Dans un mode de réalisation de l'invention, la poudre sort du moyen d'alimentation un peu au-dessus de la surface de construction pendant le mouvement relatif de la surface de construction et du moyen d'alimentation. La poudre est chauffée par le faisceau énergétique juste avant de toucher la surface de construction ou après l'avoir touchée. Sa température augmente et elle s'agglutine avec la matière de la poudre précédemment déposée et chauffée, de façon à former un objet.

[0012] Au début de la fabrication de l'objet, le premier tuyau d'alimentation fournit la poudre directement sur le dessus de la surface de construction. De préférence, lorsque la première couche de l'objet a été fabriquée, la surface de construction se déplace vers le bas par rapport au premier tuyau d'alimentation, ou celui-ci se déplace vers le haut par rapport à la surface de construction. Le premier tuyau d'alimentation amène alors la poudre à la surface de construction sur la couche de l'objet qui vient d'être imprimée, de façon à continuer la fabrication de l'objet.

[0013] Le moyen de déplacement peut déplacer au moins un parmi: la surface de construction, le moyen d'alimentation, une partie du moyen d'alimentation, le premier tuyau d'alimentation et un deuxième tuyau d'alimentation.

[0014] Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'alimentation est un moyen d'amener de la poudre depuis un réservoir.

[0015] Préférentiellement, le moyen d'alimentation fournit le flux de poudre de façon localisée au-dessus de la surface de construction. En outre, de préférence, le faisceau énergétique est capable de faire fusionner la poudre au fur et à mesure qu'elle est fournie par le moyen d'alimentation.

[0016] De préférence, le détecteur de charge électrostatique laisse passer l'entièreté du flux de poudre. Il ne comprend par exemple pas de filtre qui bloquerait une partie du flux de poudre.

[0017] Dans un mode de réalisation de l'invention, la surface de construction est formée par le dessus d'un plateau de l'imprimante tridimensionnelle.

[0018] Avantageusement, le détecteur de charge électrostatique comprend un conduit agencé pour être traversé, au moins partiellement, de préférence totalement, par le flux de poudre. Cela permet que la mesure de la charge n'interrompe pas la fabrication de l'objet car elle n'induit pas de retard dans la circulation du flux de poudre.

[0019] Dans un mode de réalisation de l'invention, le conduit comprend une cage, par exemple une cage de Faraday, reliée à un électromètre.

[0020] Avantageusement, l'imprimante tridimensionnelle comprend en outre une unité de sortie agencée pour fournir une information sur la caractéristique de la charge électrostatique du flux de poudre mesurée.

[0021] L'unité de sortie peut être par exemple un voyant lumineux qui s'allume, émetteur sonore qui s'enclenche si la charge électrostatique ou la charge électrostatique par unité de temps dépasse un seuil prédéterminé ou un dispositif d'affichage qui affiche une donnée déterminée à partir de l'information sur la caractéristique de la charge électrostatique du flux de poudre mesurée.

[0022] Avantageusement, l'unité de sortie comprend une sortie vers un dispositif informatique. Grâce à l'unité de sortie, information sur la caractéristique de la charge électrostatique du flux de poudre mesurée est envoyée à ce dispositif informatique. Celui-ci peut alors surveiller la caractéristique de la charge électrostatique du flux de poudre mesurée.

[0023] Avantageusement, l'imprimante tridimensionnelle comprend une unité de contrôle connectée électriquement au détecteur de charge électrostatique et agencée pour interrompre une impression réalisée par l'imprimante tridimensionnelle lorsque la caractéristique de la charge électrostatique mesurée remplit une condition prédéterminée. Cela permet d'arrêter l'impression s'il y a un risque d'explosion. La condition prédéterminée peut être, par exemple que la charge totale depuis le début de la fabrication de l'objet dépasse un seuil ou que la densité de charge instantanée dépasse un seuil.

[0024] Avantageusement, l'imprimante tridimensionnelle comprend un compteur agencé pour déterminer la charge totale du flux de poudre mesurée depuis une remise à zéro dudit compteur. Cela permet d'éviter que la charge électrostatique accumulée dans l'enceinte d'impression ne dépasse un certain seuil.

[0025] Avantageusement, le détecteur de charge électrostatique est agencé pour mesurer une charge électrique par unité de temps du flux de poudre.

[0026] Avantageusement, la poudre comprend un métal. La poudre peut être totalement métallique ou comprendre un métal et un non-métal.

[0027] Avantageusement, le faisceau énergétique est un faisceau d'électrons ou un faisceau laser. Par exemple, l'imprimante tridimensionnelle peut être de type " fabrication par faisceau d'électrons" (en anglais "electron beam manufacturing").

[0028] Avantageusement, le détecteur de charge électrostatique est situé entre le premier tuyau d'alimentation et la surface de construction, de préférence à une extrémité du premier tuyau d'alimentation. Cela permet de ne pas devoir drastiquement modifier une imprimante existante pour implémenter l'invention.

[0029] Avantageusement, l'imprimante tridimensionnelle comprend un réservoir de poudre et le détecteur de charge électrostatique est situé entre une partie, ou une extrémité, du premier tuyau d'alimentation débouchant sur la surface de construction et ledit réservoir. En plus ou à la place du premier détecteur de charge électrostatique entre le premier tuyau d'alimentation et la surface de construction, il peut y avoir un détecteur de charge électrostatique situé plus en amont dans la circulation de poudre.

[0030] Avantageusement, le moyen d'alimentation comprend un deuxième tuyau d'alimentation débouchant sur la surface de construction, le premier tuyau d'alimentation étant prévu pour amener une première partie du flux de poudre à la surface de construction et le deuxième tuyau d'alimentation étant prévu pour amener une deuxième partie du flux de poudre à la surface de construction. De préférence, la première et la deuxième parties du flux de poudre forment l'entièreté du flux de poudre.

[0031] Le moyen d'alimentation peut comprendre trois, quatre ou plus tuyaux d'alimentation débouchant sur la surface de construction, chacun amenant une partie du flux de poudre. De préférence, les tuyaux d'alimentation sont agencés pour que les faisceaux de poudre qui en sortent convergent.

[0032] De préférence, le détecteur de charge électrostatique comprend alors une pluralité de parties, chacune des parties étant agencée pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique d'une partie du flux de poudre. Dans un mode de réalisation de l'invention, il est alors possible de déterminer la caractéristique de la charge électrostatique pour l'entièreté du flux de poudre.

[0033] Préférentiellement, le détecteur de charge électrostatique comprend une première partie agencée pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique de la première partie du flux de poudre et une deuxième partie agencée pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique de la deuxième partie du flux de poudre.

[0034] Préférentiellement, le premier tuyau d'alimentation et le deuxième tuyau d'alimentation se rejoignent en une jonction reliée à un réservoir par un troisième tuyau d'alimentation, le détecteur de charge électrostatique étant agencé pour mesurer le flux de poudre dans ce troisième tuyau d'alimentation. Cela permet d'avoir une mesure centrale en plus ou à la place des mesures dans chacune des parties du flux de poudre.

[0035] Selon un deuxième aspect, l'invention propose une méthode d'impression tridimensionnelle par couches additives comprenant les étapes de:
  1. (a) fournir un flux de poudre à une surface de construction par un moyen d'alimentation comprenant un premier tuyau d'alimentation débouchant sur la surface de construction,
  2. (b) déplacer la surface de construction et/ou le moyen d'alimentation pour générer un mouvement relatif de la surface de construction et du moyen d'alimentation,
  3. (c) envoyer un faisceau énergétique sur la surface de construction,
caractérisée en ce qu'elle comprend une mesure d'une caractéristique d'une charge électrostatique dudit flux de poudre.

[0036] De préférence, la méthode comprend une prise de mesures pour éviter des explosions et émissions de fumée. Les étapes sont de préférence simultanées.

[0037] Les avantages mentionnés pour le dispositif s'appliquent mutatis mutandis à la méthode.

Brève description des figures



[0038] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles :
  • la figure 1 schématise une imprimante tridimensionnelle selon un premier mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 2 schématise une imprimante tridimensionnelle selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et
  • la figure 3 schématise une imprimante tridimensionnelle selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

Modes de réalisation de l'invention



[0039] La présente invention est décrite avec des réalisations particulières et des références à des figures mais l'invention n'est pas limitée par celles-ci. Les dessins ou figures décrits ne sont que schématiques et ne sont pas limitants.

[0040] Dans le contexte du présent document, les termes « premier » et « deuxième » servent uniquement à différencier les différents éléments et n'impliquent pas d'ordre entre ces éléments.

[0041] Sur les figures, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références.

[0042] La figure 1 illustre une imprimante tridimensionnelle 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 illustre une imprimante tridimensionnelle 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 3 illustre une imprimante tridimensionnelle 1 selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

[0043] L'imprimante tridimensionnelle 1 comprend une surface de construction 3, un moyen d'alimentation agencé de façon à fournir un flux de poudre à la surface de construction 3, un moyen 5 pour envoyer un faisceau énergétique 6 sur la surface de construction 3 et un détecteur de charge électrostatique 7,71, 72 agencé pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique du flux de poudre. L'imprimante tridimensionnelle 1 comprend de préférence une enceinte d'impression (non-illustrée).

[0044] L'imprimante tridimensionnelle 1 comprend en outre un moyen de déplacement pour générer un mouvement relatif 10 de la surface de construction 3 et du moyen d'alimentation.

[0045] Dans le premier mode de réalisation de l'invention, qui est illustré à la figure 1, le moyen d'alimentation comprend un premier tuyau d'alimentation 41 débouchant sur la surface de construction 3. Le détecteur de charge électrostatique 7 est fixé à une extrémité 8 de ce premier tuyau d'alimentation 41 de façon à ce que le flux de poudre sortant de cette extrémité le traverse.

[0046] Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, qui est illustré à la figure 2, le moyen d'alimentation comprend un premier tuyau d'alimentation 41 et un deuxième tuyau d'alimentation 42, tous les deux débouchant sur la surface de construction 3. Le détecteur de charge électrostatique comprend une première partie 71 fixée à une extrémité 81 du premier tuyau d'alimentation 41 de façon à ce que la partie du flux de poudre sortant de cette extrémité 81 le traverse et une deuxième partie 72 fixée à une extrémité 82 du deuxième tuyau d'alimentation 42 de façon à ce que la partie du flux de poudre sortant de cette extrémité 82 le traverse.

[0047] Dans le troisième mode de réalisation de l'invention, qui est illustré à la figure 3, le moyen d'alimentation comprend un premier tuyau d'alimentation 41 et un deuxième tuyau d'alimentation 42, tous les deux débouchant sur la surface de construction 3. Le premier tuyau d'alimentation 41 et le deuxième tuyau d'alimentation 42 se rejoignent en une jonction 44. Le moyen d'alimentation comprend en outre un troisième tuyau d'alimentation 43 qui relie fluidiquement la jonction 44 à un réservoir 9. Le détecteur de charge électrostatique 7 est de préférence fixé au troisième tuyau d'alimentation 43 de façon à ce que l'ensemble du flux de poudre le traverse en une seule localisation.

[0048] Les caractéristiques des différents modes de réalisation de l'invention sont combinables entre elles. Par exemple, un détecteur de charge électrostatique 7 peut être situé n'importe où sur le premier tuyau d'alimentation 41 lorsqu'il n'y a qu'un seul tuyau d'alimentation. Il est aussi possible que l'imprimante comporte plusieurs détecteur de charge électrostatique 7 situé à différents endroits.

[0049] En d'autres termes, l'invention se rapporte à une imprimante tridimensionnelle 1 dans laquelle un flux de poudre localisé est déposé sur une surface de construction 3. L'imprimante tridimensionnelle 1 comprend un détecteur de charge électrostatique 7, 71, 72 pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique du flux de poudre, par exemple sa charge électrostatique ou sa charge électrostatique par unité de temps. Ce détecteur 7, 71, 72 permet d'éviter les explosions dues à l'accumulation de charge électrostatique.

[0050] La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D'une manière générale, la présente invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus. L'usage des verbes « comprendre », « inclure », « comporter », ou toute autre variante, ainsi que leurs conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d'éléments autres que ceux mentionnés. L'usage de l'article indéfini « un », « une », ou de l'article défini « le », « la » ou « l' », pour introduire un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de ces éléments. Les numéros de référence dans les revendications ne limitent pas leur portée.


Revendications

1. Imprimante tridimensionnelle (1) pour fabrication d'une pièce (2) par couches additives et comprenant:

• une surface de construction (3),

• un moyen d'alimentation agencé de façon à fournir un flux de poudre à la surface de construction (3) et comprenant un premier tuyau d'alimentation (41) débouchant sur la surface de construction (3),

• un moyen (5) pour envoyer un faisceau énergétique (6) sur la surface de construction (3),

• un moyen de déplacement pour générer un mouvement relatif (10) de la surface de construction (3) et du moyen d'alimentation,

caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un détecteur de charge électrostatique (7; 71, 72) agencé pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique dudit flux de poudre.
 
2. Imprimante tridimensionnelle (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le détecteur de charge électrostatique (7; 71, 72) comprend un conduit agencé pour être traversé, au moins partiellement, de préférence totalement, par le flux de poudre.
 
3. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une unité de sortie agencée pour fournir une information sur la caractéristique de la charge électrostatique du flux de poudre mesurée.
 
4. Imprimante tridimensionnelle (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'unité de sortie comprend une sortie vers un dispositif informatique.
 
5. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une unité de contrôle connectée électriquement au détecteur de charge électrostatique (7; 71, 72) et agencée pour interrompre une impression réalisée par l'imprimante tridimensionnelle (1) lorsque la caractéristique de la charge électrostatique mesurée remplit une condition prédéterminée.
 
6. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un compteur agencé pour déterminer la charge totale du flux de poudre mesurée depuis une remise à zéro dudit compteur.
 
7. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le détecteur de charge électrostatique (7; 71, 72) est agencé pour mesurer une charge électrique par unité de temps du flux de poudre.
 
8. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la poudre comprend un métal.
 
9. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le faisceau énergétique (6) est un faisceau d'électrons ou un faisceau laser.
 
10. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le détecteur de charge électrostatique (7; 71, 72) est situé entre le premier tuyau d'alimentation (41) et la surface de construction (3), de préférence à une extrémité (8; 81, 82) du premier tuyau d'alimentation (41).
 
11. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un réservoir (9) de poudre et caractérisée en ce que le détecteur de charge électrostatique (7) est situé entre une partie du premier tuyau d'alimentation (41) débouchant sur la surface de construction (3) et ledit réservoir (9).
 
12. Imprimante tridimensionnelle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation comprend un deuxième tuyau d'alimentation (42) débouchant sur la surface de construction (3), le premier tuyau d'alimentation (41) étant prévu pour amener une première partie du flux de poudre à la surface de construction (3) et le deuxième tuyau d'alimentation (42) étant prévu pour amener une deuxième partie du flux de poudre à la surface de construction (3).
 
13. Imprimante tridimensionnelle (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le détecteur de charge électrostatique (71, 72) comprend une première partie (71) agencée pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique de la première partie du flux de poudre et une deuxième partie (72) agencée pour mesurer une caractéristique d'une charge électrostatique de la deuxième partie du flux de poudre.
 
14. Imprimante tridimensionnelle (1) selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le premier tuyau d'alimentation (41) et le deuxième tuyau d'alimentation (42) se rejoignent en une jonction (44) reliée à un réservoir (9) par un troisième tuyau d'alimentation (43), le détecteur de charge électrostatique (7) étant agencé pour mesurer le flux de poudre dans ce troisième tuyau d'alimentation (43).
 
15. Méthode d'impression tridimensionnelle par couches additives comprenant les étapes de:

(a) fournir un flux de poudre à une surface de construction (3) par un moyen d'alimentation comprenant un premier tuyau d'alimentation (41) débouchant sur la surface de construction (3),

(b) déplacer (10) la surface de construction (3) et/ou le moyen d'alimentation pour générer un mouvement relatif de la surface de construction (3) et du moyen d'alimentation,

(c) envoyer un faisceau énergétique (6) sur la surface de construction (3),

caractérisée en ce qu'elle comprend une mesure d'une caractéristique d'une charge électrostatique dudit flux de poudre et une prise de mesures pour éviter des explosions et émissions de fumée.
 




Dessins







Rapport de recherche









Rapport de recherche




Références citées

RÉFÉRENCES CITÉES DANS LA DESCRIPTION



Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.

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