Titre : Procédé de fabrication d’une pièce, pièce et procédé de détermination d’un code associé à une pièce

[0001 ] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce, une pièce et un procédé de détermination d’un code associé à une pièce.

[0002] L'invention s’applique plus particulièrement à un procédé de fabrication d’une pièce formée d’un matériau dans un état solide, comportant :

[0003] - la fourniture du matériau dans un état de poudre en plusieurs points de l’espace ; et

[0004] - en fonction du point de l’espace, soit l’agrégation du matériau pour le faire passer à l’état solide, soit le maintien du matériau à l’état de poudre.

[0005] Un tel procédé de fabrication est par exemple utilisé dans la fabrication additive de pièce. Dans ce cas, après l’agrégation des volumes souhaités pour former la pièce, cette dernière est extraite de la poudre restante n’ayant pas été agrégée. En particulier, lorsqu’une cavité est prévue dans la pièce, il est toujours prévu un trou reliant cette cavité à l’extérieur de la pièce pour évacuer la poudre restante.

[0006] Il est par ailleurs connu de prévoir, à l’intérieur de la pièce, une forme géométrique tridimensionnelle représentant un code permettant par exemple d’identifier la pièce. Pour permettre de lire ce code, la forme géométrique doit posséder des propriétés physiques différentes du reste de la pièce.

[0007] En effet, les méthodes de fabrication additive augmentent le risque de contrefaçon. Une pièce authentique peut être scannée en utilisant différentes techniques telles que la numérisation de la lumière structurée et/ou la tomographie par rayons X, permettant l’accès à tout le volume de la pièce, y compris celui invisible depuis l’extérieur. La pièce peut alors être reproduite avec une bonne précision en utilisant une méthode de fabrication additive. Or, la contrefaçon est un problème important dans de nombreux domaines industriels (aérospatiale, automobile, énergie...) dès lors que la performance et la fiabilité de composants est un enjeu critique. Outre les questions de propriété, les pièces contrefaites risquent d’avoir des performances moindres par rapport au fabricant d'origine (en anglais « Original Equipment Manufacturer » ou OEM), en raison des matériaux et des procédés mis en oeuvre par exemple. [0008] Pour conférer des caractéristiques différentes au code et au reste de la pièce, la demande de brevet américaine publiée sous le numéro US 2015/0147585 A1 propose par exemple d’utiliser des paramètres de fusion différents pour le code et le reste de la pièce.

[0009] La demande internationale PCT publiée sous le numéro WO 2005/099635 A1 décrit de son côté d’ajouter un additif à la poudre pour les volumes destinés à former le code, voire même de laisser ces volumes vides.

[0010] La demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2017 018074 A1 décrit de son côté l’utilisation de deux matériaux à l’état de poudre, différents, l’un pour le code, l’autre pour le reste de la pièce.

[001 1 ] Les solutions proposées dans les documents ci-dessus présentent toutes comme inconvénient d’être complexes à mettre en oeuvre.

[0012] Il peut ainsi être souhaité de prévoir un procédé de fabrication d’une pièce qui permette de conférer de manière simple à différents endroits de la pièce des propriétés physiques différentes.

[0013] Il est donc proposé un procédé de fabrication d’une pièce formée d’un matériau dans un état solide, comportant :

[0014] - la fourniture du matériau dans un état de poudre en plusieurs points de l’espace ; et

[0015] - en fonction du point de l’espace, soit l’agrégation du matériau pour le faire passer à l’état solide, soit le maintien du matériau à l’état de poudre ;

[0016] caractérisé en ce que le matériau à l’état solide formant la pièce délimite au moins une cavité fermée remplie du matériau laissé à l’état de poudre.

[0017] Ainsi, grâce à l’invention, les cavités peuvent être simplement obtenues en suspendant l’agrégation pour certains volumes prédéfinis internes à la pièce. Or, le matériau à l’état de poudre présente des caractéristiques physiques différentes de celles du matériau à l’état solide. Ainsi, sans complexifier le système de fabrication et sans étape de traitement supplémentaire dans le procédé de fabrication, il est possible de conférer à différents endroits de la pièce des propriétés physiques différentes : d’une part les propriétés physiques du matériau à l’état de poudre et d’autre par les propriétés physiques du matériau à l’état solide. Ainsi, les coûts de fabrication ne sont sensiblement pas modifiés. Ces propriétés physiques différentes peuvent être utilisées pour insérer un code dans la pièce, comme dans les publications mentionnées ci- dessus. Elles peuvent également être utilisées dans d’autres buts. Par exemple la présence de matériau à l’état de poudre peut affaiblir localement la pièce afin de lui conférer une fonction de fusible mécanique.

[0018] De façon optionnelle, le matériau comporte l’un parmi : du plastique, du métal et de la céramique.

[0019] De façon optionnelle également, la fourniture de matériau à l’état de poudre est réalisée couche par couche, et l’agrégation du matériau comporte, après chaque dépôt de couche, l’agrégation d’au moins une partie de la couche déposée pour la faire passer à l’état solide.

[0020] De façon optionnelle également, pour chaque cavité :

[0021 ] - la partie à l’état solide d’une couche forme un fond de la cavité ;

[0022] - la ou les parties à l’état solide respectivement d’une ou plusieurs couches suivant la couche formant le fond, définissent des parois latérales de la cavité s’élevant depuis le fond ; et

[0023] - la partie à l’état solide d’une couche suivant la ou les couches définissant les parois latérales, forme un couvercle reposant sur les parois latérales pour fermer la cavité.

[0024] De façon optionnelle également, le procédé comporte en outre :

[0025] - l’obtention d’un code associé à la pièce ; et

[0026] - la définition d’au moins une caractéristique géométrique de la ou des cavités fermées à partir du code.

[0027] De façon optionnelle également, les cavités forment, dans un plan prédéfini, un code barre ou un code QR.

[0028] De façon optionnelle également, l’agrégation est une fusion du matériau à l’état de poudre.

[0029] Il est également proposé une pièce formée d’un matériau dans un état solide, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins une cavité fermée remplie de ce même matériau à l’état de poudre.

[0030] De façon optionnelle, le matériau à l’état solide provient de la fusion de ce matériau alors qu’il était à l’état de poudre. [0031 ] Il est également proposé un procédé de détermination d’un code associé à une pièce selon l’invention, comportant :

[0032] - la génération d’un signal dans la pièce de sorte que le signal soit modifié différemment par le matériau à l’état solide et par le matériau à l’état de poudre ;

[0033] - la détection du signal modifié ;

[0034] - la détermination d’au moins une caractéristique géométrique de la ou des cavités fermées à partir du signal modifié détecté ; et

[0035] - la détermination du code à partir de la ou des caractéristiques géométriques déterminées.

[0036] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

[0037] [Fig.1 ] la figure 1 représente schématiquement la structure générale d’un système de fabrication d’une pièce, selon un mode de réalisation de l’invention,

[0038] [Fig.2] la figure 2 illustre les étapes successives d’un procédé de fabrication d’une pièce, selon un mode de réalisation de l’invention,

[0039] [Fig.3] la figure 3 représente schématiquement le système de la figure 1 avec une pièce en cours de fabrication selon le procédé de la figure 2, la pièce étant dans un premier état intermédiaire,

[0040] [Fig.4] la figure 4 représente schématiquement le système de la figure 1 avec une pièce en cours de fabrication selon le procédé de la figure 2, la pièce étant dans un deuxième état intermédiaire,

[0041 ] [Fig.5] la figure 5 représente schématiquement le système de la figure 1 avec une pièce en cours de fabrication selon le procédé de la figure 2, la pièce étant dans un troisième premier état intermédiaire,

[0042] [Fig.6] la figure 6 représente schématiquement le système de la figure 1 avec une pièce en cours de fabrication selon le procédé de la figure 2, la pièce étant dans un état final,

[0043] [Fig.7] la figure 7 représente schématiquement la pièce des figures 3 à 6 après extraction du système de fabrication, [0044] [Fig.8] la figure 8 représente schématiquement la structure générale d’un système de détermination d’un code associé à une pièce,

[0045] [Fig.9] la figure 9 illustre les étapes successives d’un procédé de détermination d’un code associé à une pièce, selon un mode de réalisation de l’invention, et

[0046] [Fig.10] la figure 10 représente schématiquement une autre pièce obtenue par un procédé selon l’invention.

[0047] En référence à la figure 1 , un exemple de système de fabrication additive 100 mettant en œuvre l’invention va à présent être décrit.

[0048] Dans l’exemple décrit, le système 100 est un système de fabrication additive sur lit de poudre, par exemple de type SLM (de l’anglais « Sélective Laser Melting »). Mais l’invention n’est pas limitée à cet exemple et pourrait également s’appliquer à d’autres types de méthode de fabrication additive, sur lit de poudre ou non.

[0049] Le système 100 comporte tout d’abord un plateau 102 sur lequel une pièce 104 en cours de fabrication est destinée à s’étendre. Le plateau 102 est mobile verticalement.

[0050] Le système 100 comporte en outre un réservoir 106 conçu pour contenir de la poudre et pour verser cette poudre.

[0051 ] Le système 100 comporte en outre un dispositif d’étalement 108 conçu pour étaler la poudre versée pour former une couche de poudre.

[0052] Le système 100 comporte en outre un dispositif de fusion 1 10 conçu pour fusionner au moins une partie de la couche de poudre sur toute son épaisseur, par exemple par apport d’énergie thermique. Le dispositif de fusion 1 10 comporte par exemple un laser.

[0053] Le système 100 comporte en outre un dispositif de commande 1 12 du plateau 102, du réservoir de poudre 106, du dispositif d’étalement 108 et du dispositif de fusion 1 10. Le dispositif de commande 1 12 est par exemple un dispositif informatique comportant une unité de traitement 1 14 (par exemple une unité de traitement centrale, de l’anglais « Central Processing Unit » ou CPU) et une mémoire 1 16 (par exemple, une mémoire vive, de l’anglais « Random Access Memory » ou RAM) conçue pour contenir des instructions de programme d’ordinateur destinées à être exécutées par l’unité de traitement 1 14 pour la mise en œuvre des fonctions du dispositif de commande 1 12.

[0054] En référence à la figure 2, un exemple de procédé 200 selon l’invention de fabrication d’une pièce 104 formée d’un matériau dans un état solide, va à présent être décrit. Ce procédé 200 est par exemple réalisé par le système 100 de la figure 1 .

[0055] Au cours d’une étape 202, le dispositif de commande 1 12 obtient un plan d’une pièce à fabriquer. Le plan est par exemple créé par CAO (Conception Assistée par Ordinateur).

[0056] Au cours d’une étape 204, le dispositif de commande 1 12 obtient un code associé à la pièce 104. Au moins une première partie du code représente une information associée à la pièce comme par exemple un identifiant unique de la pièce, une référence produit, une date et/ou un lieu de fabrication. Une autre partie du code peut en outre être présente et représenter des données de vérification de la première partie et/ou de correction d’erreur de la première partie. Dans le cas d’un code binaire, cette autre partie représente par exemple des bits de parité de la première partie du code.

[0057] Au cours d’une étape 206, le dispositif de commande 1 12 définit une géométrie d’une ou plusieurs cavités fermées, la géométrie de la ou des cavités présentant au moins une caractéristique définie à partir du code. Les cavités peuvent par exemple être codées selon une dimension. Par exemple, les cavités peuvent être des pavés ayant tous la même hauteur et la même profondeur, mais ayant une largeur pouvant prendre deux valeurs différentes, l’une petite et l’autre grande. Les largeurs des cavités peuvent donc exprimer un code binaire : la petite largeur représentant l’une des deux valeurs binaires et la grande largeur représentant l’autre. En complément ou à la place de la variation de largeur, les distances entre les cavités peuvent également être codées. Les cavités peuvent ainsi former, dans le plan de leur hauteur et de leur largeur, un code barre. Alternativement, les cavités peuvent être codées selon deux dimensions. Elles peuvent par exemple former, dans le plan de leur hauteur et de leur largeur, un code QR (de l’anglais « Quick Response »). La ou les cavités peuvent être de différentes formes, parmi lesquelles : carré, rectangle, trapèze, cylindre ou sphère. La forme retenue pourra dépendre du type de méthode de lecture utilisé pour déterminer le code à partir de la pièce. [0058] Au cours d’une étape 208, le dispositif de commande 1 12 modifie le plan pour prévoir, à l’intérieur de la pièce 104 à fabriquer, la ou les cavités fermées avec la géométrie définie.

[0059] Au cours d’une étape 210, le dispositif de commande 1 12 commande les autres éléments du système 100 pour fournir du matériau dans un état de poudre en plusieurs points de l’espace, et, en fonction du point de l’espace, pour soit agréger le matériau pour le faire passer à l’état solide de sorte que le matériau agrégé forme la pièce, soit laisser le matériau à l’état de poudre, tel que cela est indiqué sur le plan.

[0060] Dans l’exemple décrit, l’agrégation est une fusion par chauffage du matériau sous forme de poudre. De manière générale, l’agréation englobe également le frittage du matériau sous forme de poudre, ou même le dépôt d’un liant sur la poudre.

[0061 ] Dans l’exemple décrit, la fourniture de matériau à l’état de poudre est réalisée couche par couche, et la fusion du matériau comporte, après chaque dépôt de couche, la fusion d’au moins une partie de la couche déposée pour la faire passer à l’état solide.

[0062] Ainsi, l’étape 210 comporte, pour chaque couche, les étapes 212 et 216 suivantes.

[0063] Au cours de l’étape 212, une couche de matériau à l’état de poudre est déposée soit sur le plateau 102 s’il s’agit de la première couche, soit sur la couche précédente s’il s’agit d’une autre couche. Dans l’exemple décrit, du matériau à l’état de poudre est versé par le réservoir 106 puis étalé par le dispositif d’étalement 108 pour former la couche de matériau à l’état de poudre.

[0064] Au cours de l’étape 214, en fonction de ce que prévoit le plan pour chaque point de la couche, soit le dispositif de fusion 1 10 fusionne la couche en ce point sur toute l’épaisseur de la couche pour faire passer le matériau à l’état solide, soit le dispositif de fusion 1 10 laisse le matériau à l’état de poudre en ce point sur toute l’épaisseur de la couche.

[0065] Au cours de l’étape 216, le plateau 102 descend de l’épaisseur d’une couche.

[0066] Ainsi, à l’issue de l’étape 210, on obtient un empilement de couches de matériau présentant chacune au moins une partie où le matériau est à l’état solide (formant la pièce souhaitée) et, le cas échéant, une partie où le matériau est à l’état de poudre. [0067] En particulier, les parties où le matériau est à l’état solide délimitent la ou les cavités fermées prévues par le plan, cette ou ces cavités fermées étant remplies du matériau laissé à l’état de poudre lors des étapes 214.

[0068] Ensuite, au cours d’une étape 218, la pièce est retirée du matériau laissé à l’état de poudre qui n’est pas retenu dans la pièce, par exemple dans la ou les cavités fermées.

[0069] Ainsi, on obtient la pièce suivant le plan, avec la ou les cavités fermées remplies du matériau à l’état de poudre non fusionnée.

[0070] En référence aux figures 3 à 7, un exemple de mise en œuvre du procédé 200 va à présent être décrit.

[0071 ] En référence à la figure 3, une couche Ci de matériau à l’état de poudre est déposée sur une couche précédente (étape 212) et partiellement fusionnée (étape 214) de sorte que le matériau à l’état solide de la couche Ci forme un fond 302 commun à des cavités en cours de fabrication qui seront visibles sur les figures suivantes.

[0072] En référence à la figure 4, une couche C2 de matériau à l’état de poudre est déposée sur la couche Ci (étape 212) et partiellement fusionnée (étape 214) de sorte que le matériau à l’état solide forme une première partie de parois latérales 404 s’élevant depuis le fond commun 302 des cavités, qui portent la référence 402. Le reste du matériau à l’état de poudre de la couche C2 est laissé en place, en particulier entre les parois latérales 404 des cavités 402.

[0073] En référence à la figure 5, une couche c ₃ de matériau à l’état de poudre est déposée sur la couche C2 (étape 212) et partiellement fusionnée (étape 214) de sorte que le matériau à l’état solide forme une deuxième partie des parois latérales 404, prolongeant la première partie. Le reste du matériau à l’état de poudre de la couche c ₃ est laissé en place, en particulier entre les parois latérales 404 des cavités 402.

[0074] En référence à la figure 6, une couche c ₄ de matériau à l’état de poudre est déposée sur la couche c ₃ (étape 212) et partiellement fusionnée (étape 214) de sorte que le matériau à l’état solide de la couche c ₄ forme un couvercle 602 reposant sur les parois latérales 404 des cavités 402 et fermant ces cavités 402. Le reste du matériau à l’état de poudre de la couche c ₄ est laissé en place. Le matériau à l’état de poudre non fusionnée des couches C2 et c ₃ laissé en place entre les parois latérales 404 est ainsi enfermé dans les cavités fermées 402. [0075] Ainsi, le code exprimé par la géométrie des cavités 402 est masqué sous la couche c ₄ de matériau fusionnée, qui sert ainsi de couche de masquage du code. Dans d’autres modes de réalisation, plusieurs couches de masquage pourraient être utilisées. L’épaisseur de la ou des couches de masquage peut ainsi aller par exemple de 0,1 mm à 1 mm. Le code exprimé par la géométrie des cavités 402 est donc enfoui et non visible depuis l’extérieur de la pièce. En outre, les cavités 402 sont protégées des agressions externes d’usage (corrosion, frottements, température...) ou frauduleuses.

[0076] En référence à la figure 7, la pièce est extraite de la poudre non fusionnée s’étendant à l’extérieur de la pièce 104, pour obtenir la pièce 104 finale comportant au moins une cavité fermée 402 remplie de matériau à l’état de poudre non fusionnée.

[0077] En référence à la figure 8, un exemple de système 800 selon l’invention de détermination d’un code associé à une pièce 104 va à présent être décrit. La pièce 104 est formée de matériau à l’état solide, obtenu par agrégation de ce matériau à l’état de poudre, et présente au moins une cavité 402 remplie du matériau à l’état de poudre. La pièce 104 est par exemple obtenue au moyen du procédé 200 décrit précédemment.

[0078] Le système 800 comporte tout d’abord un dispositif émetteur 802 conçu pour provoquer l’apparition d’un signal dans la pièce 104, destiné à être modifié différemment selon qu’il traverse des partie de poudre fusionnée ou bien des parties de poudre non fusionnée comme les cavités fermées 402.

[0079] Le système 800 comporte en outre un dispositif récepteur 804 conçu pour détecter le signal modifié dans la pièce 104.

[0080] Le système 800 comporte en outre un dispositif de traitement de données 806 conçu pour commander le dispositif émetteur 802, pour recevoir la détection du signal modifié réalisée par le dispositif récepteur 804 et pour déterminer un code associé à la pièce à partir de la détection du signal modifié.

[0081 ] En référence à la figure 9, un exemple de procédé 900 de détermination d’un code associé à une pièce 104, par exemple réalisé par le système 800 de la figure 8, va à présent être décrit. La pièce 104 est formée d’un matériau dans un état solide, et comporte au moins une cavité fermée 402 remplie de ce même matériau à l’état de poudre. Le matériau à l’état solide provient de la fusion de ce matériau alors qu’il était à l’état de poudre. La pièce 104 a par exemple été fabriquée par le procédé 200. [0082] Au cours d’une étape 902, le dispositif émetteur 802 génère un signal dans la pièce 104.

[0083] Au cours d’une étape 904, le signal est modifié différemment par les parties de poudre fusionnée et par les parties de poudre non fusionnée, comme les cavités fermées 402.

[0084] Au cours d’une étape 906, le dispositif récepteur 804, qui peut être le dispositif émetteur 802, détecte le signal modifié.

[0085] Au cours d’une étape 908, au moins une caractéristique géométrique de chaque cavité fermée 402 est déterminée à partir du signal modifié détecté. Dans l’exemple où les cavités fermées 402 sont des pavés, les caractéristiques géométriques déterminées sont les largeurs des cavités.

[0086] Au cours d’une étape 910, le code associé à la pièce 104 est déterminé à partir de la ou des caractéristiques géométriques déterminées. Dans l’exemple où les cavités fermées sont des pavés, le code est binaire et déterminé à partir des largeurs des cavités fermées et/ou des distances entre les cavités fermées.

[0087] Il sera apprécié que les étapes 902, 904, 906 sont de préférence non destructives, en ce qu’elles ne modifient pas substantiellement la structure de la pièce. En outre, plusieurs types de signal peuvent être utilisés.

[0088] Par exemple, une méthode de mesure électrique peut être utilisée pour exploiter la différence de conductivité électrique entre les parties de poudre fusionnée et les parties de poudre non fusionnée. Dans ce cas, le dispositif émetteur comporte par exemple des bobines de courant de Foucault conçues pour provoquer l’apparition d’un courant électrique dans la pièce.

[0089] Par exemple encore, une méthode de mesure électromagnétique peut être utilisée pour exploiter la différence de propriétés électromagnétiques entre les parties de poudre fusionnée et les parties de poudre non fusionnée.

[0090] Par exemple encore, une méthode de mesure thermique peut être utilisée pour exploiter la différence de conductivité thermique entre les parties de poudre fusionnée et les parties de poudre non fusionnée. Dans ce cas, le dispositif émetteur est par exemple conçu pour chauffer la pièce, par exemple sur la base d’un chauffage impulsionnel, tandis que le dispositif récepteur comporte par exemple une caméra thermique conçue pour mesurer les différents rayonnements infrarouges émis par la pièce. [0091 ] Par exemple encore, une méthode de mesure par ultrasons peut être utilisée pour exploiter la différence de densité volumique (définissant l’interface à laquelle les ultrasons sont sensibles) entre les parties de poudre fusionnée et les parties de poudre non fusionnée.

[0092] Par exemple encore, en particulier lorsque le matériau utilisé comporte un polymère, une méthode Térahertz THz peut être utilisée, cette méthode consistant à générer dans la pièce des ondes électromagnétiques de fréquence de l’ordre du térahertz, par exemple comprise entre 300 GHz et 30 THz.

[0093] Un autre exemple de pièce 104 pouvant être obtenue par le procédé de la figure 2 est illustré sur la figure 10. Cette pièce 104 délimite une cavité 1002 sphérique remplie du matériau laissé à l’état de poudre. Plus précisément, une couche 1004 forme un fond de la cavité 1002, des couches suivantes 1006 forment des parois (incurvées dans l’exemple décrit) de la cavité 1002 et une couche 1008 encore suivante forme un couvercle reposant sur les parois pour fermer la cavité 1002.

[0094] Il apparaît clairement qu’un procédé tel que celui décrit précédemment permet, d’une manière simple, de conférer à différents endroits d’une pièce des propriétés physiques différentes.

[0095] On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

[0096] Par exemple, d’autres procédés que sur lit de poudre pourraient être utilisés. Par exemple, un procédé DED (de l’anglais, « Direct Energy Deposit ») dans lequel une buse projette de la poudre qui est aussitôt fusionnée par un laser pourrait être utilisé. Dans ce cas, le laser pourrait être stoppé pour les endroits où le matériau est laissé à l’état de poudre.

[0097] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.!