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Title:
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING A METAL PANEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/202363
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a method for manufacturing a metal panel (1), characterised in that: two metal strips intended to form facings (2, 3) for said panel (1) are unwound, continuously or stepwise (2, 3), by passing each of the strips over the surface of a cylinder (5, 6), said cylinders (5, 6) being rotated in opposite directions about two axes situated in the same plane, said facings (2, 3) and said cylinders (5, 6) defining an air gap; said air gap is supplied with a metal material in powder or wire form, intended to form the core (4) of the panel (1); a source of energy is supplied to said metal material which results in an at least partial melting of said metal material, and/or the welding thereof against the facings (2, 3), forming a porous or trellis structure between the facings; and said panel is advanced (1) by the unwinding of the facings (2, 3) and the rotation of the cylinders (5, 6). The invention also relates to a device for implementing said method.

Inventors:
SANTACREU, Pierre-Olivier (92B rue Jean Jaurès, Isbergues, Isbergues, 62330, FR)
Application Number:
IB2018/052661
Publication Date:
October 24, 2019
Filing Date:
April 17, 2018
Export Citation:
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Assignee:
APERAM (12C rue Guillaume Kroll, 1882 Luxembourg, 1882 Luxembourg, 1882, LU)
International Classes:
B22F3/105; B22F3/11; B22F3/18; B22F7/00; B22F7/06; B22F7/08; B23K26/342; B33Y10/00; B33Y30/00; B22F3/24; B22F7/04
Foreign References:
EP1674192A12006-06-28
JP2001011507A2001-01-16
US20030115730A12003-06-26
EP1313583A12003-05-28
US20030068518A12003-04-10
Other References:
M.F. ASHBY ET AL.: "Métal foams : A design guide", 2000, ELSEVIER
F GARCIA-MORNO ET AL.: "Materials", vol. 9, 2016, article "Commercial Applications of Metal Foams : Their Properties and Production", pages: 85
Attorney, Agent or Firm:
BLOT, Philippe et al. (Lavoix, 2 place d'Estienne d'Orves, Paris Cedex 09, 75441, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 Procédé de fabrication d’un panneau métallique (1 ), caractérisé en ce que :

- on déroule, en continu ou par pas, deux bandes métalliques destinées à former des parements (2, 3) pour ledit panneau (1 ), en les faisant passer chacune sur la surface d’un cylindre (5, 6), lesdits cylindres (5, 6) étant mis en rotation en sens contraires autour de deux axes situés dans un même plan, lesdits parements (2, 3) et lesdits cylindres (5, 6) définissant, un entrefer ;

- on alimente ledit entrefer avec un matériau métallique sous forme de poudre ou de fil, destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) ;

- on envoie sur ledit matériau métallique une source d’énergie qui réalise une fusion au moins partielle dudit matériau métallique, et/ou son soudage contre les parements (2, 3), en formant une structure poreuse ou en treillis entre les parements ;

- et on fait progresser ledit panneau (1 ), par le déroulement des parements (2, 3) et la rotation des cylindres (5, 6).

2.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’on déroule lesdits parements (2, 3) par pas, en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme d’une poudre, en ce qu’on alimente l’entrefer par ladite poudre pour former un lit de poudre (1 1 ) qui est mis en fusion au moins partiellement par ladite source d’énergie (13), en ce que ladite source d’énergie (13) comporte au moins un rayon laser ou au moins un faisceau d’électrons, en ce qu’après ladite mise en fusion, les parements (2, 3) sont déroulés d’un pas et on procède à la formation d’un nouveau lit de poudre (1 1 ), et en ce que le refroidissement du lit de poudre initial (1 1 ) aboutit à la création d’une portion d’un cœur poreux (4) reliant les deux parements (2, 3).

3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau métallique constituant la poudre est, au moins en partie, un matériau dont la fusion provoque un dégagement gazeux à l’intérieur du lit de poudre en fusion.

4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite poudre de matériau métallique est mélangée à une poudre d’un matériau non-métallique dont la destruction, lors de la fusion au moins partielle du lit de poudre (1 1 ), provoque un dégagement gazeux à l’intérieur du lit de poudre (1 1 ) en fusion.

5.- Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu’on évacue les particules de poudre (18) qui subsistent à l’intérieur des pores du cœur solidifié (4) dudit panneau (1 ) par soufflage d’un gaz sur une tranche du panneau (1 ).

6.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme d’une poudre, et en ce qu’on réalise la fusion de ladite poudre dans au moins un rayon laser ou au moins un faisceau d’électrons constituant ladite source d’énergie, pour mettre ladite poudre sous forme de gouttelettes qui viennent se solidifier contre les parements (2, 3) ou contre la partie du cœur (4) déjà solidifiée.

7.- Procédé selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le plan contenant les axes de rotation des cylindres est un plan horizontal.

8.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’on déroule lesdits parements (2, 3) en continu ou par pas, en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme d’au moins un fil (20) qui va constituer un cœur (4) en treillis entre lesdits parements (2, 3), et en ce que ledit fil (20) est mis en fusion au moins partiellement par ladite source d’énergie (13) pour qu’il se soude localement auxdits parements (2, 3).

9.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’on déroule lesdits parements (2, 3) en continu ou par pas, en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau est sous forme d’au moins un fil (20) qui va constituer un cœur (4) en treillis entre lesdits parements (2, 3), en ce qu’on relie ledit fil (20) et au moins l’un desdits parements (2, 3) aux bornes d’un générateur de courant électrique, en ce qu’on envoie ledit au moins un fil (20) sur l’un desdits parements (2, 3), pour réaliser le soudage par résistance entre ledit fil (20) et ledit parement (2, 3), et en ce qu’après ledit soudage on continue à alimenter ledit entrefer en fil (20) pour former ledit cœur (4) du panneau (1 ).

10.- Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu’on déroule lesdits parements (2, 3) et met les cylindres (5, 6) en rotation de façon continue.

1 1.- Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’on exécute un traitement thermique sur ledit panneau lors sa progression.

12.- Procédé selon l’une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que la face d’au moins l’un des parements (2, 3) destinée à être tournée vers le cœur (4) est revêtue d’un matériau facilitant le soudage dudit parement (2, 3) audit cœur (4).

13.- Dispositif de fabrication d’un panneau métallique (1 ), caractérisé en ce qu’il comporte :

- deux cylindres (5, 6) et des moyens pour les mettre en rotation en sens contraires chacun autour d’un axe horizontal, lesdits cylindres définissant un espace dont la largeur minimale correspond à l’épaisseur désirée (t) pour le panneau (1 ) ;

- deux bobines de bandes métalliques destinées à constituer des parements (2, 3) pour le panneau métallique (1 ), et des moyens pour assurer leur déroulement et le défilement des parements (2, 3) sur la surface externe cylindrique des cylindres (5, 6), lesdits parements (2, 3) et lesdits cylindres (5, 6) définissant un entrefer dont la largeur minimale (c) correspond à l’épaisseur désirée pour le cœur (4) du panneau (1 ) ;

- des moyens pour alimenter ledit entrefer en matériau métallique, ledit matériau métallique étant destiné à constituer le cœur (4) du panneau métallique (1 ) sous forme d’un corps poreux ou d’un treillis ;

- et au moins une source d’énergie qui réalise la fusion au moins partielle dudit matériau métallique et/ou son soudage contre les parements.

14.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’il comporte des faces latérales (9) délimitant latéralement l’espace séparant les cylindres (5, 6) et dans lequel le matériau métallique destiné à former le cœur (4) du panneau (1 ) est introduit.

15.- Dispositif selon l’une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu’il comporte des patins (7, 8) qui plaquent les parements (2, 3) contre les cylindres (5, 6).

16.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu’il comporte une plaque (10) qui, au début de la fabrication du panneau (1 ), obture l’entrefer et contre laquelle le matériau métallique destiné à former le cœur (4) du début du panneau (1 ) vient se souder ou s’appuyer, et des moyens pour mettre ladite plaque (10) en mouvement pendant la fabrication dudit panneau (1 ).

17.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme de poudre, et en ce que la source d’énergie qui réalise sa fusion est au moins un rayon laser (13) ou un faisceau d’électrons qui est envoyé sur un lit (1 1 ) de ladite poudre placé dans l’entrefer.

18.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme de poudre, et en ce que la source d’énergie qui réalise sa fusion est au moins un rayon laser ou un faisceau d’électrons, et en ce qu’il comporte des moyens pour projeter ladite poudre dans ledit rayon laser ou ledit faisceau d’électrons, pour réaliser la fusion de ladite poudre sous forme de gouttelettes avant qu’elle ne pénètre dans l’entrefer.

19.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme de fil (20), et en ce que la source d’énergie qui réalise sa fusion est au moins un rayon laser (13) ou un faisceau d’électrons qui est envoyé sur ledit fil (20) entre lesdits parements.

20.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur (4) du panneau (1 ) est sous forme de fil (20), en ce que ledit dispositif comporte un générateur de courant électrique, aux bornes duquel sont reliés ledit fil (20) et au moins l’un desdits parements (2, 3), et en ce que ledit fil (20) est envoyé sur ledit parement (2, 3) pour les souder l’un à l’autre par résistance.

21.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que les axes de rotation des cylindres (5, 6) se trouvent dans un même plan horizontal.

22.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que les axes de rotation des cylindres (5, 6) se trouvent dans un plan non horizontal, et en ce que le panneau (1 ) est reçu sur une table à rouleaux.

23.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 22, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’évaluation en continu de la fraction non solide du cœur du panneau après sa formation.

24.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 23, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens pour exercer un effort de compression sur le panneau (1 ) en cours de formation, au niveau de l’entrefer et/ou en aval de celui-ci.

25.- Dispositif selon l’une des revendications 13 à 24, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de traitement thermique (19) du panneau (1 ).

26.- Dispositif selon l’une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de soufflage (17) qui envoie un gaz sur une tranche du panneau (1 ) pour éliminer du cœur (4) les particules de poudre qui y subsistent.

Description:
Procédé et dispositif de fabrication d’un panneau métallique

La présente invention concerne les panneaux métalliques de faible densité, du type comportant un cœur présentant une forte proportion d’espaces vides tel qu’une mousse, qui est enserré entre deux panneaux également métalliques.

Les mousses métalliques et leurs applications sont bien connues. Un ouvrage de référence qui les concerne est celui de M.F. Ashby et al. « Métal foams : A design guide », 2000, Elsevier. L’article de F Garcia-Morno et al. « Commercial Applications of Métal Foams : Their Properties and Production », de S. De Schampeheleire, ed. Materials 2016, 9, 85 traite également du sujet.

Les mousses métalliques sont souvent utilisées sous forme de plaques, obtenues notamment par un moussage direct du métal (obtenu par fusion ou par métallurgie des poudres) à l’intérieur duquel on injecte du gaz, ou on provoque un dégagement gazeux par décomposition d’un matériau solide, lors de sa solidification. Elles peuvent être aussi produites par utilisation d’une structure en éponge polymérique autour de laquelle le métal est déposé, et qui est détruite lors de l’opération en ayant préalablement communiqué sa structure poreuse au métal liquide. L’éponge polymérique peut être remplacée par un lit de granulés qui sont ensuite éliminés par lixiviation ou lavage.

Les mousses peuvent subir divers traitements thermiques pour améliorer leurs propriétés mécaniques ou autres, en vue de leur future utilisation.

Les principales propriétés qui rendent les mousses métalliques avantageuses sont leur légèreté, leur résistance à la compression, leur rigidité, leur propriétés d’isolation phonique et vibratoire, et aussi leur capacité à absorber l’énergie lors d’un choc

Il est également connu d’utiliser des mousses métalliques comme cœur d’une structure « sandwich », en les enserrant entre deux parements, c’est-à-dire des tôles qui leur sont soudées. On forme ainsi des panneaux qui peuvent être utilisés dans des structures rigides qu’ils permettent d’alléger par rapport à des panneaux qui seraient uniformément en un matériau massif : supports de panneaux solaires, éléments de structures de véhicules... C’est de cette configuration que relèvent certaines variantes de la présente invention.

habituellement, pour les fabriquer on forme une plaque plus ou moins épaisse de mousse métallique par les moyens classiques connus à cet effet, puis on l’enserre sous pression entre les parements que l’on soude à la plaque de mousse, dans une chambre de construction. Ce procédé peut être long, et surtout il ne permet de fabriquer que des panneaux de relativement faibles dimensions en longueur et en largeur comme les dimensions de la chambre de construction sont forcément relativement limitées (de l’ordre de 1 m de côté au maximum).

Le but de l’invention est de procurer aux fabricants un procédé et un dispositif associé, qui permette d’obtenir des panneaux métalliques de faible densité de très grande longueur, qui pourront ensuite être découpés selon les besoins de l’utilisateur. Ces panneaux métalliques comporteraient un cœur non uniformément massif, présentant donc des espaces vides lui assurant une faible densité, et des parements qui enserrent le cœur.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un panneau métallique, caractérisé en ce que :

- on déroule, en continu ou par pas, deux bandes métalliques destinées à former des parements pour ledit panneau, en les faisant passer chacune sur la surface d’un cylindre, lesdits cylindres étant mis en rotation en sens contraires autour de deux axes situés dans un même plan, lesdits parements et lesdits cylindres définissant un entrefer ;

- on alimente ledit entrefer avec un matériau métallique sous forme de poudre ou de fil, destiné à constituer le cœur du panneau ;

- on envoie sur ledit matériau métallique une source d’énergie qui réalise une fusion au moins partielle dudit matériau métallique, et/ou son soudage contre les parements, en formant une structure poreuse ou en treillis entre les parements ;

- et on fait progresser ledit panneau, par le déroulement des parements et la rotation des cylindres.

Selon une variante du procédé, on déroule lesdits parements par pas, ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau est sous forme d’une poudre, on alimente l’entrefer par ladite poudre pour former un lit de poudre qui est mis en fusion au moins partiellement par ladite source d’énergie, ladite source d’énergie comporte au moins un rayon laser ou au moins un faisceau d’électrons, après ladite mise en fusion, les parements sont déroulés d’un pas et on procède à la formation d’un nouveau lit de poudre, et le refroidissement du lit de poudre initial aboutit à la création d’une portion d’un cœur poreux reliant les deux parements.

Ledit matériau métallique constituant la poudre peut être, au moins en partie, un matériau dont la fusion provoque un dégagement gazeux à l’intérieur du lit de poudre en fusion.

En variante, ladite poudre de matériau métallique est mélangée à une poudre d’un matériau non-métallique dont la destruction, lors de la fusion au moins partielle du lit de poudre, provoque un dégagement gazeux à l’intérieur du lit de poudre en fusion. On peut évacuer les particules de poudre qui subsistent à l’intérieur des pores du cœur solidifié dudit panneau par soufflage d’un gaz sur une tranche du panneau.

Selon une autre variante, ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau est sous forme d’une poudre, et on réalise la fusion de ladite poudre dans au moins un rayon laser ou au moins un faisceau d’électrons constituant ladite source d’énergie, pour mettre ladite poudre sous forme de gouttelettes qui viennent se solidifier contre les parements ou contre la partie du cœur déjà solidifiée.

Le plan contenant les axes de rotation des cylindres peut être un plan horizontal.

Selon une autre variante, on déroule lesdits parements en continu ou par pas, ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau est sous forme d’au moins un fil qui va constituer un cœur en treillis entre lesdits parements, et ledit fil est mis en fusion au moins partiellement par ladite source d’énergie pour qu’il se soude localement auxdits parements.

Selon une autre variante, on déroule lesdits parements en continu ou par pas, ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau est sous forme d’au moins un fil qui va constituer un cœur en treillis entre lesdits parements, on relie ledit fil et au moins l’un desdits parements aux bornes d’un générateur de courant électrique, on envoie ledit au moins un fil sur l’un desdits parements dans l’entrefer des cylindres, pour réaliser le soudage par résistance entre ledit fil et ledit parement, et après ledit soudage on continue à alimenter ledit entrefer en fil pour former ledit cœur du panneau.

Dans ces deux dernières variantes, on peut alors dérouler lesdits parements et mettre les cylindres en rotation de façon continue.

On peut exécuter un traitement thermique sur ledit panneau lors sa progression.

La face d’au moins l’un des parements destinée à être tournée vers le cœur peut être revêtue d’un matériau facilitant le soudage dudit parement audit cœur.

L’invention a également pour objet un dispositif de fabrication d’un panneau métallique, caractérisé en ce qu’il comporte :

- deux cylindres et des moyens pour les mettre en rotation en sens contraires chacun autour d’un axe horizontal, lesdits cylindres définissant un espace dont la largeur correspond à l’épaisseur désirée pour le panneau ;

- deux bobines de bandes métalliques destinées à constituer des parements pour le panneau métallique, et des moyens pour assurer leur déroulement et le défilement des parements sur la surface externe cylindrique des cylindres, lesdits parements et lesdits cylindres définissant un entrefer dont la largeur minimale correspond à l’épaisseur désirée pour le cœur du panneau ; - des moyens pour alimenter ledit entrefer en matériau métallique, ledit matériau métallique étant destiné à constituer le cœur du panneau métallique sous forme d’un corps poreux ou d’un treillis ;

- et au moins une source d’énergie qui réalise la fusion au moins partielle dudit matériau métallique et/ou son soudage contre les parements.

Ledit dispositif peut comporter des faces latérales délimitant latéralement l’espace séparant les cylindres et dans lequel le matériau métallique destiné à former le cœur du panneau est introduit.

Ledit dispositif peut comporter des patins qui plaquent les parements contre les cylindres.

Ledit dispositif peut comporter une plaque qui, au début de la fabrication du panneau, obture l’entrefer, et contre laquelle le matériau métallique destiné à former le cœur du début du panneau vient se souder ou s’appuyer, et des moyens pour mettre ladite plaque en mouvement pendant la fabrication dudit panneau.

Ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau peut être sous forme de poudre, et la source d’énergie qui réalise sa fusion est au moins un rayon laser ou un faisceau d’électrons qui est envoyé sur un lit de ladite poudre placé dans l’entrefer.

Ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau peut être sous forme de poudre, et la source d’énergie qui réalise sa fusion est au moins un rayon laser ou un faisceau d’électrons, et le dispositif comporte des moyens pour projeter ladite poudre dans ledit rayon laser ou ledit faisceau d’électrons, pour réaliser la fusion de ladite poudre sous forme de gouttelettes avant qu’elle ne pénètre dans l’entrefer.

Ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau peut être sous forme de fil, et la source d’énergie qui réalise sa fusion est au moins un rayon laser ou un faisceau d’électrons qui est envoyé sur ledit fil entre lesdits parements.

Ledit matériau métallique destiné à constituer le cœur du panneau peut être sous forme de fil, et ledit dispositif comporte un générateur de courant électrique, aux bornes duquel sont reliés ledit fil et au moins l’un desdits parements, et ledit fil est envoyé sur ledit parement pour les souder l’un à l’autre par résistance.

Les axes de rotation des cylindres peuvent se trouver dans un même plan horizontal.

Les axes de rotation des cylindres peuvent se trouver dans un plan non horizontal, et le panneau est reçu sur une table à rouleaux.

Ledit dispositif peut comporter des moyens d’évaluation en continu de la fraction non solide du cœur du panneau après sa formation. Ledit dispositif peut comporter des moyens pour exercer un effort de compression sur le panneau en cours de formation, au niveau de l’entrefer et/ou en aval de celui-ci.

Ledit dispositif peut comporter un dispositif de traitement thermique du panneau.

Ledit dispositif peut comporter un dispositif de soufflage qui envoie un gaz sur une tranche du panneau pour éliminer du cœur les particules de poudre qui y subsistent.

Comme on l’aura compris, l’invention consiste fondamentalement à réaliser les panneaux au moyen d’un procédé en continu, dans lequel on utilise deux cylindres espacés, à axes parallèles, mis en rotation en sens contraires, et dont chacun entraîne sur sa surface une bande mise initialement sous forme de bobine, destinée à constituer l’un des parements du panneau. Les parements, en coopération avec les cylindres qui les guident, définissent ainsi un espace dit « entrefer » que l’on alimente par le matériau métallique (mis sous forme de poudre ou de fil) destiné à constituer une mousse (de structure maîtrisée et ordonnée, ou plus aléatoire) ou un treillis qui formera le cœur du panneau. En sortie des cylindres, les parements sont en défilement, parallèlement l’un à l’autre, et, en combinaison avec le cœur auquel ils sont soudés localement, constituent le panneau formé selon l’invention qui subit ensuite, éventuellement, d’autres traitements qui lui confèrent sa configuration définitive.

Ce matériau peut être initialement sous forme de poudre ou de fil, et on le place dans l’entrefer sous forme d’un lit de poudre ou d’un amas de fil.

Simultanément, on envoie sur ledit matériau, un ou plusieurs rayons laser, ou un ou plusieurs faisceaux d’électrons, ou toute autre source d’énergie adéquate, pour réaliser la fusion au moins partielle du lit de poudre ou du fil, et le soudage de la poudre ou du fil sur les parements.

Une autre façon de procéder est d’envoyer un jet de poudre, juste en amont de l’entrefer, dans le rayon laser ou le faisceau d’électrons, ce qui provoque la fusion du matériau de la poudre sous forme de gouttelettes avant qu’il n’arrive dans l’entrefer. Il se soude alors aux parements et aux gouttelettes solidifiées déjà présentes, en formant une couche de structure poreuse.

Dans le cas d’une formation du cœur à partir d’un lit de poudre, au fur et à mesure de la progression de l’ensemble parements/cœur provoquée par la rotation des cylindres, le cœur se solidifie d’une manière comparable à ce qui se produit lors d’une opération de fabrication additive (autrement dit, d’impression 3D) et conduit à l’établissement d’une structure poreuse formant le cœur du panneau, cette structure et la densité du cœur, pouvant être contrôlées par un réglage des paramètres opératoires. En même temps, le métal du cœur se soude plus ou moins localement aux parements, et aucune opération supplémentaire n’est nécessaire à cet effet. Les parements peuvent d’ailleurs être préalablement revêtus, sur leur face tournée vers le cœur, d’un matériau qui facilite ce soudage, en particulier lorsque les matériaux du cœur et des parements sont différents et se souderaient difficilement l’un sur l’autre en l’absence de ce matériau.

La source d’énergie pour la fusion du matériau constituant le cœur du panneau est, comme on l’a dit, typiquement un ou plusieurs rayon(s) laser ou faisceau(x) d’électrons, mais toute source dont il est connu qu’elle est utilisable pour un procédé faisant usage du principe de la fabrication additive est envisageable à cet effet.

Dans le cas où le matériau du cœur est initialement sous forme de fil et forme un treillis entre les parements, on peut :

- Soit, comme on l’a dit, envoyer une source d’énergie (laser, faisceau d’électrons...) à un ou plusieurs endroits quelconques sur le fil qui est simultanément introduit entre les parements, et réaliser ainsi sa fusion partielle, pour former le cœur en treillis visé et, par le même mécanisme, réaliser ponctuellement un soudage entre le fil et les parements qui assure la cohésion de l’ensemble ;

- Soit réaliser délibérément un soudage local par résistance du fil aux parements, en reliant au moins un des parements et le fil sur lequel on l’envoie aux deux pôles d’un générateur, de façon à obtenir le soudage local du fil au parement, voire aussi un soudage du fil à lui-même à divers endroits du cœur pour constituer le treillis.

On peut ainsi réaliser des panneaux métalliques de densité faible et contrôlée par un procédé continu, et la longueur des panneaux réalisés au cours de l’opération n’est limitée que par la longueur des bandes initialement bobinées. Il est même envisageable, lorsqu’une bobine de parement est entièrement déroulée, de souder à son extrémité finale l’extrémité initiale d’une autre bobine de parement sans interrompre le processus de fabrication du panneau, de sorte que le panneau peut prendre une longueur théoriquement infinie, limitée seulement par des considérations pratiques liées à l’espace disponible dans le local où se trouve l’installation de fabrication, ou par la volonté du fabricant de limiter la longueur du panneau à une valeur prédéterminée. Le procédé de fabrication présente donc une meilleure souplesse d’utilisation et une meilleure productivité que les procédés discontinus connus jusqu’ici pour la production de panneaux métalliques allégés à cœur poreux.

On est également assuré, si les paramètres de l’alimentation de l’installation en poudre ou en fil ne varient pas (composition et débit du matériau, lieu(x) de son introduction entre les parements) que la composition et la configuration du cœur sont homogènes sur l’ensemble du panneau, ce qui est important si le panneau doit avoir une grande longueur pour être utilisé à l’état brut ou, éventuellement, être découpé en panneaux plus petits dont les propriétés doivent être prévisibles.

Les métaux utilisés dans le procédé selon l’invention, pour les poudres et fils constituant le matériau du cœur aussi bien que pour les parements, peuvent être très divers. Leurs choix dépendent, bien entendu, des applications envisagées pour les panneaux à fabriquer, selon, notamment, les propriétés mécaniques et chimiques, le poids et l’aspect extérieur qu’ils procurent au panneau. Le plus typiquement, ces métaux sont choisis parmi les aciers au carbone, les aciers plus ou moins alliés, les aciers inoxydables, les alliages d’AI, de Ti, de Cu, de Ni, mais la liste n’est pas exhaustive. Ce qui importe est que leurs propriétés les rendent aptes à la réalisation de la fusion du matériau du cœur et à son soudage au matériau des parements au moyen du procédé qui sera employé à cet effet : laser, faisceau d’électrons, soudage par résistance ou autre.

Les matériaux respectifs du cœur et des parements peuvent être différents, de même que les matériaux et épaisseurs de chacun des parements si, par exemple, on veut conférer des fonctions ou des aspects différents aux deux faces du panneau. L’important pour la réalisation du panneau est que le soudage entre le matériau du cœur et les parements soit possible, et qu’il garantisse une cohésion et des propriétés mécaniques du panneau qui sont suffisantes pour l’application envisagée.

On peut, par exemple, utiliser des parements en acier inoxydable de type 316L, très résistant à la corrosion, et un cœur en acier inoxydable martensitique bas carbone de type AISI 410 pour obtenir une mousse dont la très haute résistance mécanique sera sensiblement celle de l’ensemble du panneau.

Une autre solution consiste à utiliser des parements en acier inoxydable revêtus d’AI sur leurs faces destinées à être tournées vers le coeur, et de les combiner à un cœur en mousse ou treillis d’alliage d’AI. Cette solution a pour avantage de permettre un bon soudage entre le cœur et les parements, ce qui serait plus difficile si les parements étaient en acier inoxydable non revêtu et si le cœur était en alliage d’AI, comme l’acier inoxydable et les alliages d’AI sont difficilement soudables directement l’un à l’autre. Cette solution consistant à utiliser des parements revêtus d’un matériau facilitant le soudage du cœur au parement peut être transposable à d’autres matériaux que ceux que l’on vient de citer. En particulier si on utilise des parements de natures différentes, l’un facilement soudable au matériau du cœur, l’autre plus difficilement soudable à ce même matériau du cœur, on peut choisir de n’utiliser de revêtement facilitant le soudage que pour le deuxième de ces parements. Si le matériau du cœur est initialement sous forme de poudre, on peut utiliser simultanément plusieurs poudres de métaux plus ou moins purs, présentant chacune une composition différente, que l’on mélange avant l’exécution du procédé selon l’invention, ou pendant cette exécution, lors de la formation du lit de poudre ou du jet de poudre. Le plus simple est, cependant, de conférer à la poudre elle-même directement la composition désirée pour le cœur en utilisant à cet effet une poudre préalliée obtenue par les moyens classiques à cet effet, ou par broyage d’un matériau solide ayant la composition désirée.

Si le matériau du cœur est initialement sous forme de fil, on pourra utiliser, de même, plusieurs fils de compositions différentes, mais il sera plus simple d’utiliser un ou des fil(s) de composition unique correspondant à celle désirée pour le cœur.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes :

La figure 1 qui montre schématiquement, en perspective et en coupe, un exemple de panneau métallique de faible densité selon l’invention ;

La figure 2 qui montre schématiquement la partie supérieure d’un exemple d’installation selon l’invention permettant la fabrication en continu du panneau de la figure 1 , dans les premiers moments du processus de fabrication ;

La figure 3 qui montre une vue plus générale de la même installation que celle de la figure 2, à un moment ultérieur de la fabrication du panneau ;

La figure 4 qui montre une installation selon l’invention dans laquelle on utilise un fil, que l’on fond localement au moyen d’une source d’énergie tel qu’un rayon laser ou un faisceau d’électrons pour constituer un cœur poreux du panneau sous forme de treillis, enserré entre deux parements ;

La figure 5 qui montre une variante du procédé précédent, dans laquelle, au lieu d’une fusion du fil, on réalise un soudage par résistance du fil sur l’un des parements.

Les exemples de mise en œuvre de l’invention qui seront décrits s’appliquent plus particulièrement à la formation de panneaux de très faible densité réalisés entièrement en acier inoxydable austénitique ou en superalliage base Ni, mais il doit être entendu que ces choix de matériau ne sont en rien limitatifs, et que l’homme du métier saura adapter les paramètres précis du procédé aux matériaux qu’il désire utiliser.

La figure 1 montre en perspective un panneau métallique de faible densité 1 , de forme rectangulaire, ainsi qu’une vue de profil agrandie qui permet de visualiser sa structure telle qu’elle est obtenue par fabrication additive selon la présente invention.

Classiquement, comme pour les panneaux métalliques de faible densité connus dans l’art antérieur, ce panneau d’épaisseur totale t comporte deux parements 2, 3 d’épaisseurs respectives e et e’ (qui sont différentes dans le cas représenté, ce qui n’est pas obligatoire), qui sont typiquement de l’ordre de quelques dizaines de pm à quelques mm. Entre les parements 2, 3 se trouve un cœur 4 soudé aux parements 2, 3 lors de la fabrication du panneau 1 , cette soudure étant intervenue au cours de la même étape de fabrication que celle qui a conduit à la formation du cœur 4, comme on le verra. L’épaisseur c du cœur 4, qui généralement représente l’essentiel de l’épaisseur du panneau 1 , est fonction de l’application future envisagée pour le panneau 1 , et est typiquement comprise entre quelques mm et quelques cm.

La largeur I du panneau 1 est, au plus, égale à la largeur de la machine qui a servi à le fabriquer et qui sera décrite plus loin. Cette largeur I peut être, typiquement, de l’ordre de 0,5 à 2 m. En revanche, selon le principe même du procédé de fabrication continu selon l’invention, sa longueur L peut être très importante, facilement de plusieurs mètres, correspondant à la longueur des bobines du métal destiné à former les parements 2, 3 si aucune découpe du panneau 1 n’a lieu pendant le déroulement des bobines. Comme on l’a dit, elle peut encore être augmentée si on procède à un raboutage de plusieurs bobines de parements 2, 3 successives en les soudant les unes aux autres avant l’entrée des parements 2, 3 dans la zone de fabrication du panneau 1. Bien entendu, à partir d’un panneau initial de grande longueur, on peut découper une pluralité de panneaux 1 de longueurs choisies. Tout cela donne une grande latitude au fabricant sur le résultat final du procédé, par opposition aux procédés discontinus connus.

Un autre intérêt de l’invention est que la rugosité des parois des parements 2, 3 sur leurs deux faces, en particulier leur face externe, est maîtrisable en ce qu’elle est égale à celle du feuillard initial, et elle peut être très faible. Par exemple pour un parement 2, 3 en acier inoxydable, on a typiquement une rugosité Ra comprise entre 0,02 pm (pour un fini dit RB ou 2R correspondant à un produit issu d’un laminage à froid suivi par un recuit brillant) et 6 pm (pour un fini dit N°1 correspondant à un produit laminé à chaud). Par rapport à un cas où le panneau n’aurait pas de parements et serait entièrement réalisé par un procédé de fabrication additive dans lequel on chercherait à conférer à la surface du panneau une faible rugosité (tout en conservant sa structure poreuse au cœur du panneau), on peut ainsi obtenir un panneau 1 beaucoup plus lisse. Les possibilités en matière d’esthétique et de fonctionnalité de l’extérieur du panneau 1 sont ainsi bien plus vastes, et il est toujours possible de conférer au panneau 1 des surfaces extérieures relativement rugueuses sur lesquelles on pourra, par exemple, faire adhérer un revêtement à but protecteur ou esthétique.

La figure 2 montre schématiquement la partie supérieure d’un exemple d’installation qui peut être utilisée pour fabriquer en continu des panneaux métalliques de très faible densité du type que l’on vient de décrire. Cette figure montre les premiers instants du processus de fabrication d’un panneau 1 .

Les parements métalliques 2 et 3 sont déroulés par des moyens classiques (non représentés) à partir de bobines (non représentées) et viennent chacun au contact de la surface externe cylindrique d’un cylindre 5, 6 mis en rotation par des moyens classiques (non représentés) autour d’un axe horizontal. Typiquement, ces cylindres 5, 6 ont des longueurs comparables, ou supérieures, à la largeur des parements 2, 3, et des diamètres de l’ordre de quelques dizaines à plusieurs dizaines de cm. Les axes de chaque cylindre 5, 6 sont parallèles. Dans l’exemple représenté, les deux axes sont inclus dans un même plan horizontal. Les cylindres 5, 6 tournent en sens contraires et définissent un espace dont la largeur minimale, au droit des axes des cylindres 5, 6, correspond très sensiblement à l’épaisseur t désirée pour le panneau final. Les parements 2, 3 qui s’appuient sur les cylindres 5, 6 définissent entre eux un entrefer dont la largeur c correspond à l’épaisseur désirée pour le cœur 4 du panneau 1.

De préférence, des patins 7, 8 guident chacun un des parements 2, 3 en les plaquant contre un des cylindres 5, 6 de façon à régler la stabilité de leurs positions et mieux assurer la régularité de leur entraînement par les cylindres 5, 6.

L’espace séparant les cylindres est délimité latéralement par deux faces latérales qui soit sont plaquées soit contre les faces planes d’extrémité des cylindres 5, 6, soit sont placées entre les patins 7, 8 en les reliant l’un à l’autre, comme dans l’exemple représenté. Seule l’une 9 de ces faces latérales est représentée sur les figures 2 à 5, pour rendre visible notamment le panneau 1 en cours de formation. Si la largeur I des parements 2, 3 est inférieure à la largeur des cylindres 5, 6, la largeur de l’entrefer peut être ajustée en faisant pénétrer les faces latérales 9 entre les cylindres 5, 6.

Avant de démarrer la fabrication du panneau, on place une plaque sensiblement horizontale 10 dans l’espace séparant les cylindres 5, 6. La plaque 10 obture la partie inférieure de l’entrefer, et on dépose sur sa surface supérieure un lit de poudre 1 1 , en le répartissant sur la plaque 10. La poudre est déposée à partir d’au moins une conduite 12 reliée à un réservoir 14 de poudre, non représenté sur la figure 2 mais visible sur la figure 3. Une granulométrie de poudre typiquement utilisable est de l’ordre de 20 à 150 pm, et les grains ont de préférence une géométrie sensiblement sphérique, sans irrégularités de surface et sans porosités internes, pour fiabiliser l’obtention d’un produit final de configuration visée. C’est cette poudre 1 1 qui est appelée à constituer le cœur 4 du panneau 1 . Le lit de poudre 1 1 est confiné par les parements 2, 3 qui s’appuient sur les surfaces latérales des cylindres 5, 6, les faces latérales 9 et les bords inférieurs des patins 7, 8 s’il y en a. Il a typiquement une épaisseur initiale de l’ordre de 20 à 100 pm. Eventuellement, on fait passer sur le lit de poudre 1 1 un dispositif, tel qu’un racloir (non représenté), qui a pour fonction d’homogénéiser l’épaisseur du lit de poudre 1 1 sur la plaque 10.

Puis la fabrication du panneau commence, par projection sur le lit de poudre 1 1 d’un rayon laser 13, ou plus généralement d’une pluralité de tels rayons 13, de manière à obtenir la fusion de la poudre. Un balayage du lit de poudre 1 1 par le ou les rayons est préférable pour optimiser l’efficacité de la fusion et son homogénéité sur l’ensemble du volume du lit 1 1 . Puis on arrête la projection du ou des rayon(s) laser 13, et la poudre 1 1 se solidifie pour former le cœur poreux 4 du début du panneau 1 . Egalement, elle se soude, par diffusion ou avec fusion partielle, contre la plaque 10 et contre les parements 2, 3.

Puis, un mouvement descendant sur une distance de l’ordre de l’épaisseur nominale du lit de poudre 1 1 est appliqué à la plaque 10, qui entraîne avec elle la partie déjà solidifiée du panneau 1 , et aussi les parements 2, 3 qui lui sont soudés.

Après la descente de la plaque 10 sur ladite distance, on renouvelle le lit de poudre 1 1 en déposant une nouvelle couche de poudre sur la surface supérieure solidifiée du panneau 1 déjà coulé. De préférence, on égalise l’épaisseur du nouveau lit de poudre 1 1 par le racloir (ou tout dispositif fonctionnellement équivalent) déjà utilisé pour le lit 1 1 initial, et on recommence la projection du ou des rayon(s) laser 13 sur le nouveau lit de poudre 1 1 pour former une épaisseur supplémentaire du panneau 1. Puis on refait descendre la plaque 10 en renouvelant le lit de poudre 1 1 , et ainsi de suite jusqu’à l’obtention d’un panneau ayant la longueur désirée.

La plaque 10 agit donc d’une façon assez comparable au « mannequin » (en anglais « dummy bar ») utilisé dans les installations de coulée continue d’un métal liquide tel que l’acier pour le démarrage de la coulée et l’extraction du produit en cours de solidification hors de la lingotière sans fond refroidie de la machine de coulée. On rappelle que le mannequin ferme la partie inférieure de la lingotière au moment où débute la coulée du métal liquide, que les premières quantités de métal liquide qui sont introduites dans la lingotière viennent se solidifier contre lui, et qu’il est ensuite tiré pour entraîner le produit en cours de solidification hors de la lingotière pendant que l’introduction de métal liquide se poursuit dans la lingotière. Une différence par rapport à la variante de la présente invention que l’on vient de décrire est qu’habituellement, un mannequin de coulée continue progresse de façon régulière, comme la solidification du produit s’effectue de façon tout à fait continue, avec une lingotière constamment alimentée en métal liquide. Dans le cas de l’invention présentement décrit, la progression de la plaque 10 s’effectue par à-coups, autrement dit par pas d’une longueur, en général, comparable à l’épaisseur d’un lit de poudre 1 1 de façon à traiter les couches de poudre 1 1 successives isolément, comme lors d’un procédé de fabrication d’une pièce par impression 3D (fabrication additive). Mais on verra que certaines variantes de l’invention sont compatibles avec une progression continue de la plaque 10.

Pour obtenir un cœur poreux 4 pour le panneau 1 , il est bon que la fusion du lit de poudre 1 1 ne soit pas totale et qu’il subsiste, au moment où on arrête la projection du laser 8, une portion de poudre non encore liquide. Certaines particules de poudre qui sont encore plus ou moins solides au moment où la projection du rayon laser 13 est interrompue constituent des matrices pour l’obtention de pores ouverts, par lesquels la poudre non utilisée pour la solidification du cœur 4 (parce qu’elle n’a pas fondu ou qu’elle s’est resolidifiée sans se souder au cœur 4 ou aux parements 2, 3) peut s’évacuer du cœur 4.

On peut aussi prévoir de mélanger à la poudre métallique une poudre en un matériau par exemple polymérique, autour duquel la fusion de la poudre métallique débute, et qui se décompose ensuite en laissant son empreinte dans le cœur 4 sous forme de pores dont les emplacements et dimensions correspondent approximativement à ceux des particules au moment de leur décomposition. Une autre façon de procéder serait d’utiliser des particules de poudre métallique 1 1 dont au moins certaines sont elles- mêmes susceptibles de se décomposer lors de leur fusion, en provoquant un dégagement gazeux qui assure, par moussage, la création des pores du cœur 4. Typiquement, de telles particules peuvent être des hydrures métalliques.

La figure 3 montre schématiquement une vue plus générale de l’installation de la figure 2 et du panneau 1 qu’elle est en train de fabriquer, à un stade où cette fabrication est en « régime de croisière ». Les éléments déjà décrits y sont signalés par les mêmes références. Sur cette figure, le réservoir 14 de poudre a été représenté, avec sa conduite 12 qui guide la poudre pour former le lit 1 1 . Bien entendu, on peut prévoir plusieurs telles conduites 12 pour assurer un dépôt de la poudre plus régulièrement réparti, et faciliter le travail du racloir (non représenté) qui est éventuellement présent. Des paires de rouleaux 15 assurent la progression des parements 2, 3 et leur plaquage sur les cylindres 5, 6 avant l’entrée de l’espace de fabrication du cœur 4 du panneau 1 (autrement dit l’entrefer formé par les parements 2, 3 et les cylindres 5, 6), et d’autre paires de rouleaux 16 assurent la progression et le guidage du panneau 1 en aval des cylindres 5, 6. Les cylindres 5, 6 eux-mêmes peuvent aussi participer à cet entraînement si l’adhérence des parements 2, 3 sur leur surface est suffisante à cet effet.

L’installation comporte également, de préférence, un dispositif de soufflage 17 qui envoie de l’air, ou tout autre gaz, sur une tranche du panneau 1 , pour que la poudre non utilisée (ou qui s’est resolidifiée sans pour autant se rattacher à la mousse formant le cœur 4) 18 ressorte du panneau 1 par la tranche opposée. On débarrasse ainsi les pores ouverts du cœur 4 de la poudre qui peut y subsister après la solidification du cœur 4. Optimalement, la poudre 18 peut être récupérée pour être remise dans le réservoir 14.

On peut également disposer sur le parcours du panneau 1 un dispositif de traitement thermique 19 fonctionnant en continu. Il a pour possibles fonctions, selon notamment la température qu’il permet d’obtenir dans le cœur 4 du panneau 1 et la durée pendant laquelle cette température est maintenue, d’améliorer les caractéristiques métallurgiques et mécaniques du panneau 1 , en homogénéisant les épaisseurs et la microstructure des parois des pores et en augmentant leur densité, sans modifier très sensiblement les dimensions des pores de la mousse eux-mêmes, dans le cas où le procédé de fabrication utilise le soudage-diffusion (frittage), ou de réaliser un recuit ou un revenu du cœur 4 du panneau 1 , ou d’assurer que le soudage entre les parements 2, 3 et le cœur poreux 4 sera bien suffisant en procurant une diffusion supplémentaire l’un dans l’autre des matériaux qui les constituent.

Il est préférable de procéder au traitement thermique seulement après avoir évacué les résidus de poudre 18. En effet, une présence aléatoire de poudre non fondue dans les pores du cœur 4 risque de conduire à un frittage non contrôlé de ladite poudre non fondue dans les pores, ce qui diminuerait la fiabilité de l’obtention de la porosité du cœur visée.

Une sous-variante de l’invention, dans sa variante où la matière première métallique est une poudre, consiste à ne pas utiliser de lit de poudre 1 1 , mais à faire converger le rayon laser 13 (ou, de préférence, une multiplicité de rayons laser 13) et un jet de poudre sensiblement continu en provenance du réservoir 14. La fusion de la poudre sous forme de gouttelettes a donc lieu juste avant qu’elle ne se dépose entre les parements 2, 3, et les gouttelettes viennent se déposer et se souder soit sur la plaque 10 (en tout début de coulée), soit sur la partie du cœur 4 déjà solidifiée, soit contre l’un des parements 3, 4. Cette façon de faire est aussi valable si on utilise un faisceau d’électrons ou davantage, au lieu d’un rayon laser 13 ou davantage. Dans ce cas, il n’est pas forcément nécessaire de procéder à une progression par pas des parements 2, 3 et du panneau 1 , leur progression peut être continue. Ce procédé peut avoir pour avantage, par rapport au cas où on réalise la fusion d’un lit de poudre 1 1 avant d’ajouter une nouvelle couche de poudre sur ledit lit 1 1 en cours de solidification, de réduire la quantité de poudre non fondue subsistant à l’intérieur des pores, et il peut être bien adapté au cas où on ne désire pas obtenir une densité du cœur 4 particulièrement faible. Dans une autre variante de l’invention, représentée sur la figure 4, au lieu de poudre on utilise un ou des fils métalliques 20 pour constituer le cœur 4 du panneau 1 sous forme non plus d’un corps poreux relativement massif, mais d’un treillis amassé entre les deux parements 2, 3. Un rayon laser 8 ou un faisceau d’électrons, ou de préférence un ensemble de plusieurs tels dispositifs répartis au-dessus de l’entrefer assure la fusion du fil 20 d’une manière suffisante pour qu’il se soude localement aux parements 2, 3. Les éléments de l’installation qui sont similaires à ceux de l’installation décrite sur les figures 2 sont désignés par les mêmes références.

On retrouve les cylindres 5, 6 mis en rotation en sens contraires, les parements 2, 3 qu’ils entraînent, les paires de rouleaux 15, 16 situées en amont et en aval des cylindres 5, 6. Il n’est, en revanche, pas forcément absolument nécessaire d’avoir recours à une plaque 10 comme dans l’exemple précédent, si le fil 20 qui alimente l’entrefer y pénètre sous une forme d’une spirale ou d’un enchevêtrement, qui le rend déjà apte à remplir l’espace séparant les parements 2, 3 en entrant en contact avec les deux parements 2, 3 lorsqu’il se trouve à une température autorisant son soudage à eux. De cette façon, le panneau 1 et son cœur 4 peuvent poursuivre leur descente dans l’installation de fabrication en conservant leur cohérence.

Cependant, si, comme représenté, l’alimentation s’effectue à l’aide d’un fil 20 initialement rectiligne, il est préférable qu’au début de la fabrication du panneau 1 , le fil 20 vienne buter contre une plaque 10 (non représentée sur la figure 4) pour s’y déformer de façon à remplir l’espace entre les parements 2, 3 et se souder à eux, et aussi, de préférence, se souder à la plaque 10. La présence de faces latérales 9 n’est pas strictement indispensable, si on accepte que le treillis qui formera le cœur 4 ne soit qu’imparfaitement contenu entre les parements 2, 3 et déborde, au moins localement, des tranches du panneau 1 , ou qu’ultérieurement un dispositif quelconque (par exemple des rouleaux perpendiculaires aux cylindres 5, 6 et situés plus bas dans l’installation) soit prévu pour ramener la totalité du treillis 4 entre les parements 2, 3.

Ici, le défilement du panneau 1 en cours de formation peut être continu. Il n’y a pas besoin de procéder par pas de longueur finie et prédéterminée, comme lorsque le cœur 4 est formé par un empilement de lits de poudre 1 1 qu’il faut traiter successivement pour obtenir la porosité désirée. Mais on peut également choisir de faire progresser le panneau 1 par pas, comme dans la variante à formation de lits de poudre 1 1.

De manière générale, la densité du treillis formant le cœur 4 peut être réglée notamment en jouant sur la combinaison entre la vitesse d’alimentation en fil 20 de l’entrefer et la vitesse de progression (continue ou par pas) du panneau 1. On se représente bien que plus la vitesse d’alimentation du fil 20 est élevée et/ou plus la progression du panneau 1 est lente, plus le treillis formant le cœur 4 est dense, toutes choses étant égales par ailleurs.

Bien entendu, on peut alimenter l’installation avec une pluralité de fils 20, en particulier si le panneau à fabriquer 1 doit avoir une relativement grande largeur et que l’alimentation par un seul fil 20 serait insuffisante pour assurer convenablement le remplissage de tout l’espace séparant les parements 2, 3.

Une autre variante de l’invention, représentée sur la figure 5, consiste à envoyer initialement le fil 20 sur l’un des parements 3. Le parement 3 en question et le fil 20 sont chacun reliés à une borne d’un générateur de courant de façon à réaliser une fusion partielle et un soudage par résistance du fil 20 avec le parement 3 sur lequel il est orienté. La soudure permet ensuite au parement 3 d’entraîner le fil 20 pour former une partie du cœur 4 en treillis. On peut réaliser la même opération en envoyant un autre fil 20 sur l’autre parement 2 en les connectant aux bornes du générateur, de façon à obtenir une soudure de l’autre fil 20 sur l’autre parement 2 et le même effet d’entraînement et de formation d’une autre partie du cœur 4 en treillis. Là encore, plusieurs fils 20 peuvent être répartis sur la largeur du panneau 1 pour assurer un remplissage suffisamment homogène de tout l’espace séparant les parements 2, 3. Les soudures de fils 20 peuvent être exécutées de multiples fois lors de la fabrication du panneau 1 , de façon à, assurément, multiplier les points de soudure entre le cœur 4 est les parements 2, 3 le long du panneau 1 et, ainsi, fiabiliser la fabrication et, le cas échéant, l’utilisation du panneau 1 si celui-ci devait être appelé à subir des contraintes mécaniques qui menaceraient la cohésion entre les parements 2, 3 et le cœur en treillis 4. Les paramètres du soudage (tension aux bormes du générateur, vitesse d’alimentation du fil 20...) sont comparables à ceux que l’on imposerait pour le soudage des métaux respectifs du fil 20 et du parement 2, 3 dans des circonstances plus ordinaires.

Dans les variantes des figures 4 et 5, il est aussi possible de réaliser un traitement thermique du panneau 1 au moyen d’un dispositif (non représenté) comparable à celui 19 représenté sur la figure 3, et avec les mêmes objectifs en vue. On peut ainsi, si cela est utile et si on porte le cœur 4 à une température suffisante, réaliser un plus grand nombre de soudures à l’intérieur du cœur 4 en treillis, pour augmenter la cohésion du treillis.

Les matériaux des parements 2, 3 et des fils 20 peuvent être identiques ou différents, l’essentiel étant qu’ils soient correctement soudables l’un à l’autre. On peut, par exemple, utiliser pour les fils 20 des fils de soudure en acier bas carbone et pour les parements 2, 3 des aciers inoxydables AISI 309L ou 316L. On peut aussi utiliser des parements et des fils en superalliage de Ni (de types 625 ou 718 par exemple). Dans les exemples représentés, les cylindres 5, 6 ont leurs axes de rotation situés dans un même plan horizontal, mais ceci n’est pas forcément une obligation. Les cylindres 5, 6 pourraient avoir leurs axes de rotation situés dans un plan incliné, voire dans un plan vertical, pour que le panneau 1 suive un trajet, respectivement, oblique ou horizontal, en reposant sur une table à rouleaux qui le supporte sans gêner sa progression.

Dans la variante où le cœur 4 est sous forme d’une poudre, la non-verticalité du panneau 1 en cours de formation peut poser un problème en ce que la gravité fait que le remplissage de l’espace séparant les parements 2, 3 par la poudre ne serait pas homogène. La poudre aurait tendance à s’accumuler préférentiellement au voisinage du parement inférieur, et on risquerait de ne pas obtenir une porosité identique sur la section transversale verticale du panneau 1. L’homogénéité de la fusion de la poudre par la source d’énergie 13 pourrait aussi ne pas être satisfaisante. Si, notamment pour des raisons de tenue et de comportement mécanique de l’ensemble, il était important d’obtenir une porosité homogène sur l’ensemble de la section du panneau 1 , cette façon de procéder risquerait de ne pas être idéale de ce point de vue. Mais on peut résoudre ou atténuer ce problème par au moins l’un des moyens suivants :

Exercer un effort de compression sur le panneau 1 en cours de formation, au moyen des cylindres 5, 6 et/ou en aval de ceux-ci, de façon à tasser la poudre et à réduire ainsi le risque que la partie du cœur 4 située au voisinage du parement supérieur soit insuffisamment alimentée en poudre ; la compaction ne doit cependant pas être trop importante, car elle risque de conduire à une porosité trop faible et à une fermeture de certains pores qui gênerait l’évacuation de la poudre non fondue ; il faudra donc déterminer par l’expérience quels réglages de l’installation doivent être adoptés pour obtenir un panneau 1 ayant les propriétés désirées ; pour affiner le réglage de cette porosité, on peut faire reposer la création des pores en très grande partie sur l’introduction dans la poudre de billes de polymères ou autres matériaux, dont la décomposition au cours du processus de formation du cœur provoquera un dégagement gazeux ; on peut ainsi obtenir, à tassement de la poudre égal, une porosité plus importante que si la poudre 1 1 contenait moins de matière décomposable ; un tel effort de compression sur le panneau 1 aux premiers stades de sa fabrication peut aussi être utile dans le cas où le cœur 4 est sous forme d’un treillis, en ce qu’il peut assurer que le soudage local entre le treillis et les parements 2, 3, voire aussi au sein du treillis lui-même, est bien réalisé ; il faudra aussi veiller à ce que cette compression ne conduise pas à une variation trop forte de l’épaisseur du panneau 1 selon le degré de tassement du cœur 4 qu’elle impose, si une telle variation était dommageable pour l’utilisation future du panneau 1 ;

- Jouer sur le traitement thermique du panneau 1 pour homogénéiser la structure du cœur 4.

Cela dit, pour certaines applications où le panneau 1 n’est pas appelé à subir de contraintes mécaniques fortes, le besoin d’une homogénéité structurelle de la section du cœur 4 peut ne pas être primordial et les inconvénients que l’on a cités relativement à une fabrication oblique ou horizontale du panneau 1 peuvent ne pas être trop gênants. Ce peut, par exemple, être le cas pour des panneaux 1 destinés à des revêtements de façades de bâtiments, pour un but d’isolation ou d’esthétique. L’essentiel est alors que la cohésion du panneau 1 soit suffisante et durable pour permettre son montage et son utilisation.

C’est surtout dans la variante de l’invention où le cœur 4 est constitué initialement de poudre et présente vraiment une structure poreuse classique que la question de l’homogénéité de la porosité peut se poser de façon importante. Lorsque le cœur est constitué par un ou des fils 20 formant un treillis, il y a forcément un caractère largement aléatoire dans la façon exacte dont le cœur 4 se constitue, et les « cellules » que les fils 20 définissent à l’état enchevêtré ont des configurations qui sont différentes de celle d’un véritable cœur poreux. Les applications des panneaux 1 ainsi fabriqués devront en tenir compte.

Si besoin, on peut d’ailleurs utiliser un dispositif permettant d’évaluer quantitativement, en continu et en temps réel, la porosité du cœur 4, ou, de façon générale, la fraction non-solide du cœur 4, par exemple en évaluant l’absorption d’ultrasons traversant la section transversale du panneau 1 . Si on constate que la valeur de cette porosité ou fraction non-solide tend à s’écarter de celle qui est désirée, on peut réagir en modifiant en conséquence, de façon manuelle ou automatique, certains paramètres de fonctionnement de l’installation, par exemple la proportion de billes décomposables dans la poudre qui est introduite entre les parements 2, 3, l’épaisseur du lit de poudre 1 1 et le pas de déplacement du panneau 1 , la puissance des sources d’énergie 13 employées pour la fusion du lit de poudre 1 1 , les points d’impact de ces sources d’énergie 13 sur le lit de poudre 1 1 , le débit du jet de poudre dans le cas où la poudre est projetée dans un rayon laser pour y être fondue sous forme de gouttelettes, les paramètres du traitement thermique effectué par le dispositif dédié 19, la vitesse d’alimentation en fil 20 de l’entrefer... Pour le réglage des paramètres de fonctionnement du dispositif de traitement thermique 19, on peut d’ailleurs se fonder en partie sur les mesures de porosité effectuées par une installation disposée en amont du dispositif 19 de traitement thermique, et l’efficacité du traitement thermique sur l’établissement de la porosité désirée pour le cœur 4, si c’est l’un de ses objectifs, peut aussi être contrôlée en aval du dispositif 19 de traitement thermique par un autre dispositif de mesure de la porosité.

Si cela est possible, l’intérêt d’avoir une installation dans laquelle le panneau 1 est produit horizontalement est que la longueur du panneau 1 ainsi fabriqué n’est pas limitée par la hauteur de l’espace disponible pour la mise en place de l’installation de fabrication. On conçoit bien que la hauteur de cet espace va fortement conditionner la longueur maximale d’un panneau 1 qu’il sera possible de fabriquer sans découpe, si le parcours du panneau 1 est entièrement vertical.

Une solution pour augmenter ladite longueur maximale du panneau 1 est de pratiquer, au moyen de rouleaux adéquatement disposés, un cintrage puis un décintrage du panneau 1 qui lui permet de poursuivre ensuite son chemin plus ou moins horizontalement, par exemple sur une table à rouleaux ou un dispositif fonctionnellement équivalent. On retrouve ainsi une configuration qui s’apparente à celle des machines de coulée continue de produits métalliques tels que des brames d’acier, dans lesquelles ces opérations de cintrage/décintrage du produit coulé sont couramment pratiquées pour permettre la coulée de produits de très grande longueur sur une installation à encombrement relativement réduit en hauteur. Encore faut-il s’assurer que le panneau 1 supporte un tel cintrage/décintrage sans perdre sa cohésion, et sans que des fissures ou d’autres défauts, qui seraient rédhibitoires pour les applications envisagées, n’apparaissent dans les parements 2, 3 ou dans le cœur 4. Il est donc préférable de procéder à ce cintrage/décintrage sur un panneau 1 relativement chaud, au besoin après un passage du panneau 1 dans un four dédié ou dans le dispositif de traitement thermique 19, pour que le panneau 1 soit suffisamment malléable.

Une solution de compromis est d’initier la fabrication du panneau 1 selon une direction oblique, qui est suffisamment proche de la verticale pour atténuer les problèmes d’homogénéité du remplissage de l’espace entre les parements, au besoin en prévoyant d’appliquer simultanément un effort de compression sur le panneau 1 en cours de formation, et de faire arriver le panneau 1 sur une table à rouleaux. La table à rouleaux dévie alors la trajectoire du panneau 1 en la rendant plus ou moins progressivement horizontale, mais avec une déformation du panneau 1 moindre, ou moins brutale, que s’il était initialement vertical, donc avec un moindre risque de création de défauts, à température de déformation égale pour une morphologie du panneau 1 donnée. De préférence, on exécute le procédé selon l’invention dans une atmosphère protectrice non-oxydante, voire sous pression réduite, par exemple :

En insufflant un gaz neutre ou réducteur dans une zone incluant l’entrefer pour éviter une oxydation du métal destiné à constituer le cœur du panneau lorsque ce métal se trouve à l’état liquide ou à l’état solidifié à haute température ;

- Ou en enfermant à l’intérieur d’une enceinte la partie de l’installation de coulée où ce métal serait susceptible de s’oxyder, et en mettant cette enceinte sous atmosphère protectrice ou sous pression réduite ; c’est particulièrement le cas si on utilise un faisceau d’électrons comme source d’énergie, comme cela impose de mettre l’installation sous vide.

On va à présent décrire plus précisément un premier exemple non limitatif de mise en œuvre du procédé selon l’invention, dans sa variante où le cœur 4 du panneau allégé 1 est constitué par une structure poreuse.

On réalise un panneau allégé 1 composé d’un premier parement 2 en acier inoxydable AISI 316L à l’état recuit brillant, d’un cœur poreux 4 en acier inoxydable AISI 316L d’épaisseur 5 mm et d’un deuxième parement 3 en acier inoxydable AISI 304L à l’état recuit 2B.

Ce panneau 1 peut avoir pour but d’être utilisé pour fabriquer un réservoir destiné à contenir un produit hautement corrosif, d’où le choix de l’acier AISI 316L pour constituer sa paroi interne. La paroi externe n’a pas besoin d’avoir une résistance à la corrosion aussi élevée, comme elle n’est soumise qu’aux agressions habituelles de l’atmosphère extérieure : un acier AISI 304L est donc suffisant.

A cet effet, on utilise, pour constituer le premier parement 2, une bobine de tôle d’acier inoxydable AISI 316L de 650 mm de large, de 0,3 mm d’épaisseur et de 20 m de longueur. Pour le deuxième parement 3, on utilise une bobine de tôle d’acier inoxydable AISI 304L de 650 mm de large, de 0,5 mm d’épaisseur et de 20 m de longueur.

Ces bobines sont déroulées sur des cylindres 5, 6 de diamètre 200 mm et de largeur 1 m. Elles sont déroulées par pas de 50 pm correspondant sensiblement à l’épaisseur d’un lit de poudre 1 1.

L’espace situé entre les parements 2, 3 est initialement obturé par une plaque 10 qui devient soudée à l’extrémité du panneau 1 au début du processus de fabrication, comme expliqué plus haut. Environ les 10 premiers cm du panneau 1 , qui comportent l’extrémité soudée à la plaque 10, seront considérés comme inutilisables et sectionnés par la suite.

L’ensemble de l’installation est placé dans une enceinte balayée par un gaz inerte, pour limiter les risques d’oxydation de la poudre en fusion. Les axes des cylindres 5, 6 sont dans un même plan horizontal, de sorte que le panneau 1 progresse selon une direction verticale.

Pour constituer le cœur poreux 4, on alimente l’entrefer avec une poudre d’acier inoxydable 316L, sous forme de particules sphériques de diamètre moyen 40 pm (leurs diamètres individuels allant de 15 à 55 pm) afin de constituer le cœur poreux 4, et que l’on étale pour former des lits de poudre 1 1 successifs de 50 pm d’épaisseur chacun. Les parois des pores du cœur 4 auront des épaisseurs de l’ordre de 300 pm, et la géométrie du motif formé par les pores sera ordonnée pour assurer une résistance mécanique optimale et une porosité ouverte. Une densité relative de 0,3 (c’est-à-dire le rapport entre la densité du cœur poreux 4 et la densité qu’aurait un cœur massif de même volume extérieur formé par le même matériau) est recherchée pour le cœur 4. La dimension des pores est comprise entre 0,5 et 1 mm.

Le motif des pores du cœur 4 est réalisé par fusion partielle successive de chaque lit 1 1 à l’aide d’un unique rayon laser 13 de 200W que l’on déplace pour balayer l’ensemble du lit 1 1 . Chaque lit de poudre 1 1 est traité par le laser pendant 10 min, puis la progression du panneau 1 reprend sur un nouveau pas de 50 pm avant la formation d’un nouveau lit de poudre 1 1 et son traitement par le rayon laser 13 dans les mêmes conditions que le lit de poudre 1 1 précédent.

Un dispositif de soufflage 17 d’un gaz contre une tranche du panneau 1 , tel qu’on l’a décrit plus haut, est utilisé pour évacuer les résidus de poudre 18 encore solides, en les faisant passer par les pores ouverts de la tranche opposée du panneau 1 . La présence de l’enceinte d’inertage facilite la récupération de ces résidus de poudre 18, qui peuvent être recyclés dans le réservoir de poudre 14, éventuellement après un tamisage pour s’assurer que la dimension de ces résidus de poudre recyclés reste compatible avec la bonne exécution du procédé.

Un dispositif 19 de traitement thermique par induction est également utilisé, en profitant de l’atmosphère inerte qui permet d’éviter une oxydation des différentes parties du panneau 1. Il permet, par exemple, de porter le panneau 1 à une température de 300°C environ pour relaxer les contraintes à l’intérieur du panneau 1 , en agissant sur une longueur de 2 cm qui est suffisante, compte tenu de la faible vitesse de progression du panneau 1 dans cet exemple, pour que les effets métallurgiques du traitement thermique affectent l’ensemble du panneau 1 avec une cinétique suffisante à cet effet.

Un dispositif de découpe situé dans l’enceinte ou hors de celle-ci, utilisant par exemple un jet d’eau sous pression, permet de fragmenter le panneau 1 en portions ayant la longueur désirée, voire également de conférer à son extrémité une forme particulière. Dans l’exemple qui vient d’être donné, on n’utilise qu’un laser 13 unique de 200 W pour balayer l’ensemble du lit de poudre 1 1 , et pour cette raison la durée de formation d’une couche de mousse de 50 pm d’épaisseur paraît élevée. Mais cette durée, dont dépend la durée de fabrication d’un panneau 1 de longueur donnée, ne serait de toute façon pas supérieure à celle qui serait nécessaire pour réaliser de façon discontinue un cœur poreux de panneau allégé encadré par des parements, par les moyens connus jusqu’ici.

De plus, cette durée pourrait être nettement réduite réduite si, au lieu d’un laser 13 unique on utilisait un ensemble de plusieurs tels lasers 13 qui permettraient de traiter simultanément une plus grande portion du lit de poudre 1 1 , voire sa totalité. La productivité de l’installation serait donc améliorée. Il faudra alors s’assurer que la longueur de l’éventuelle zone de traitement thermique, et/ou l’énergie qui y est injectée, soient suffisantes pour que la fonction recherchée pour le traitement thermique soit correctement assurée malgré la vitesse de défilement du panneau plus élevée que dans l’exemple qui a été décrit.

Dans un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé, selon lequel le cœur 4 est, cette fois, constitué par un treillis selonla variante représentée sur la figure 4, les conditions suivantes sont utilisées.

Le but est de réaliser un panneau 1 destiné à être utilisé dans un échangeur thermique allégé travaillant dans des fumées corrosives.

A cet effet, on utilise une machine comparable à celle décrite dans l’exemple précédent, placée dans une enceinte inertée, comportant deux cylindres 5, 6 de diamètre 200 mm et de longueur 1 m. Les deux parements 2, 3 sont constitués de tôles de largeur 600 mm en superalliage base Ni de type 625, d’épaisseur 1 mm. Ils se présentent initialement sous forme de bobines de longueur 20 m. La largeur de l’entrefer séparant les parements 2, 3 au niveau du plan horizontal renfermant les axes de rotation des cylindres 5, 6 est de 10 mm. Il est initialement obturé par une plaque 10. Un dispositif de découpe, par jet d’eau ou autre, du panneau 1 est également présent.

L’entrefer est alimenté par un fil de soudure 20, lui aussi en superalliage 625, de diamètre 0,8 mm, déroulé à une vitesse de 15 m/min pour réaliser un motif en treillis de densité relative 0,3, conférant au panneau 1 un bon compromis entre rigidité et légèreté.

Un rayon laser 13 unique de 200 W balayant l’entrefer est utilisé pour assurer la fusion partielle et le soudage du fil sur les parements 2, 3 pour constituer le cœur 4 en treillis. Du fait qu’un seul rayon laser 13 est utilisé et que le soudage du treillis 4 aux parements 2, 3 nécessite du temps pour être effectué sur toute la largeur du panneau 1 , on préfère, comme dans l’exemple précédent, réaliser la progression du panneau 1 par pas, ici de 1 mm, à raison de 5 mm/min. Mais l’utilisation simultanée de plusieurs lasers, voire aussi de plusieurs bobines de fil soudure 20, qui permettraient de réaliser correctement la fusion partielle et le soudage du fil du treillis 4 simultanément sur une grande partie, voire l’ensemble, de la largeur de l’entrefer, pourrait permettre de réaliser un défilement continu du panneau 1 à une plus grande vitesse que les 5 mm/min précités.