La présente invention concerne un procédé de fabrication ou de réparation d'une pièce de turbomachine par l'intermédiaire d'un faisceau laser. Est également visée la pièce de turbomachine élaborée par exécution de ce procédé.

Dans un tel procédé, aussi connu sous la dénomination « Laser Métal Déposition » (dépôt métallique par voie laser), une buse projette une poudre métallique vers un substrat de sorte à réaliser la pièce par dépôts successifs, les uns sur les autres, de couches ou cordons, suivant une direction de dépôt. La poudre considérée, qui est typiquement un mélange de poudres métalliques, est fondue par le faisceau Laser. L'épaisseur de chaque cordon est typiquement comprise entre 0.05mm et 1 mm. Une faible épaisseur est en effet à privilégier si l'on souhaite optimiser l'état de surface.

Ce procédé permet la fabrication de pièces de grandes dimensions, notamment en hauteur (axe Z dans un repère orthonormé Χ,Υ,Ζ). Il est cependant difficile d'obtenir une garantie dimensionnelle finale de la pièce (ou partie de pièce) ainsi fabriquée.

Une variation sur le débit de poudre, la vitesse de rechargement de la buse de projection, la puissance du laser ou la température de la pièce peuvent générer des variations dimensionnelles, en particulier une variation de la hauteur des couches déposées. Localement, cette fluctuation peut n'avoir que peu d'impact ; en revanche elle peut s'amplifier au fur et à mesure des couches déposées jusqu'à conduire à un dépôt instable se traduisant par la création d'un dépôt semblable à des dents de scies.

Un objectif est ici de proposer une solution à tout ou partie des inconvénients qui précèdent.

A cette fin, le procédé proposé de fabrication ou de réparation par projection de poudre métallique sous faisceau laser se caractérise en ce que : - initialement, on définit de façon prédéterminée la trajectoire de la buse,

- puis, pendant la réalisation de la pièce :

-- en référence à une orientation parallèle à ladite direction de dépôt des couches, on compare une distance de référence théorique précédemment enregistrée et une distance réelle qui est alors mesurée, et

— à partir d'un seuil d'écart non nul entre la distance de référence théorique et la distance réelle mesurée, on modifie la trajectoire de la buse.

En venant ainsi recaler dans le temps le programme initial de fabrication par une ou plusieurs modifications de la trajectoire initialement définie de la buse, il va être possible de bien mieux s'approcher des caractéristiques dimensionnelles finales attendues de la pièce.

On peut aussi attendre un meilleur état de surface, sans dents de scies aussi marquées qu'antérieurement.

En influant donc sur un/des paramètres géométriques, cette solution évite en outre d'avoir à modifier des paramètres de procédés : puissance du laser, vitesse de rechargement entre deux dépôts successifs de couches, débit de poudre, ....

Afin en particulier de tendre vers une garantie que la hauteur de matière ainsi déposée corresponde à celle souhaitée, il est conseillé que le test de régulation mis en place prévoit :

- qu'initialement la définition de la trajectoire prédéterminée de la buse inclue une définition de ladite trajectoire suivant un axe Z, qui correspond à ladite direction de dépôt des couches et à une hauteur de la pièce,

- que la distance réelle soit mesurée suivant ledit axe Z,

- et que la trajectoire de la buse soit modifiée suivant cet axe Z.

Lors de la mise en œuvre de ce qui précède, il s'est avéré qu'il pouvait être plus performant de ne pas jouer sur la distance entre la buse et le sommet de la couche située en face, mais plutôt, de façon différente : - de réaliser la pièce en éloignant par étapes successives, suivant ladite direction de dépôt des couches, la buse vis-à-vis du substrat (et donc, dès la deuxième couche, de la couche précédemment déposée),

- et, la trajectoire prédéterminée de la buse incluant un nombre prédéterminé de telles étapes, de modifier la trajectoire de la buse en modifiant ledit nombre prédéterminé d'étapes.

De manière comparable, il est d'ailleurs proposé :

- qu'à la trajectoire prédéterminée de la buse corresponde (dans le programme de la machine) un nombre prédéterminé de dites couches à déposer,

- qu'à la trajectoire modifiée de la buse corresponde un nombre modifié de dites couches encore à déposer,

- et qu'on modifie la trajectoire de la buse en substituant audit nombre prédéterminé de couches à déposer le nombre modifié de couches encore à déposer.

Jouer ainsi dans le temps sur le nombre d'étapes de dépôts de couches successives encore à réaliser et/ou sur le nombre de couches encore à déposer sera a priori plus aisé et sûr à mettre en œuvre et à contrôler que de faire varier l'épaisseur de ces couches, en cours de fabrication.

En relation avec cela, il est d'ailleurs proposé par ailleurs :

- de réaliser la pièce par dépôts successifs de couches d'une même épaisseur, en éloignant à chaque couche la buse vis-à-vis du substrat, ladite direction de dépôt des couches,

- et/ou :

- qu'à la distance de référence théorique corresponde, suivant ladite direction de dépôt des couches, une distance déterminée entre le substrat et une extrémité de la buse faisant face audit substrat,

-- et que cette distance déterminée soit maintenue pendant la réalisation de la pièce, au début ou à la fin du dépôt de chaque couche. Maintenir dans le temps cette « distance déterminée » et/ou des conditions de dépôt visant à déposer des couches superposées toutes d'une même épaisseur favorisera la stabilité de la solution.

Une performance de la solution passe aussi par l'atteinte d'une rapidité de fabrication. En outre, il s'est avéré qu'il fallait attendre un certain temps pour que les incertitudes de précisions des mesures soient suffisamment faibles.

C'est dans ce cadre qu'il est proposé que, pendant la réalisation de la pièce, ce ne soit qu'après le dépôt de plusieurs couches que :

- ladite distance réelle soit mesurée,

- et/ou la trajectoire modifiée, si ledit écart est atteint.

De façon préférée, il est même conseillé, pendant la réalisation de la pièce :

- d'effectuer plusieurs mesures successives de ladite distance réelle, - et, si ledit écart est atteint, de ne modifier la trajectoire de la buse qu'après le dépôt de plusieurs couches par rapport à la mesure précédente.

Un autre problème à régler a été de définir les moyens/la manière d'obtenir les données de distance précitées.

Une solution par mesure via une caméra à autofocus a été préférée.

Ainsi, il est proposé d'utiliser un appareil photographique disposant d'un système de mise au point automatique pour obtenir la distance de référence théorique et la distance réelle.

Encore un autre problème corollaire à régler a été celui de parvenir à des mesures régulières en fiabilité, qui ne dépendent pas des conditions de création du bain de fusion sur la pièce en train d'être réalisée, en face, dans l'axe du laser.

En particulier dans le cas où le faisceau laser est émis suivant ledit axe Z, il a ainsi été préféré que les distances de référence théorique et réelle soient mesurées à l'écart dudit axe Z, parallèlement à cet axe ou suivant un angle ayant une projection parallèle audit axe Z.

Ainsi, on évitera justement que la caméra vise le bain de fusion. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 schématise une extrémité de buse de projection de poudre, dans une machine de fusion sélective de poudre de type « Laser Métal Déposition » (dépôt métallique par voie laser),

- les figures 2,3,4, schématisent une telle buse de projection alors pourvue de moyens de mesure de la distance de référence théorique et de la distance réelle en cours de fabrication de la pièce, respectivement en début (figure 1 ) puis en cours de fabrication,

- la figure 5 est un schéma synoptique du processus de contrôle de l'invention visant à sécuriser l'obtention (d'au moins certaines) des caractéristiques dimensionnelles finales attendues de la pièce, et

- la figure 6 schématise une pièce obtenue par cette technique.

La figure 1 montre une buse 1 connue d'une machine 2 de dépôt métallique par voie laser. La buse projette un mélange 3 de poudres métalliques 3a,3b vers un substrat 5 (figures 2-4), de sorte à réaliser une pièce repérée 7 figure 6.

Le substrat 5 est un support, conventionnel dans le domaine, adapté à ce que des couches successives 1 1 i,1 l 2,1 l 3 1 1 i de matière issue de la projection soient déposées sur lui (figures 3,4), en liaison avec émission vers ce substrat d'un faisceau laser 13. La poudre ou le mélange est ainsi fondu(e) pour réaliser un dépôt homogène et dense sur la surface elle aussi fusionnée. Typiquement, ces dépôts ou empilements successifs sont protégés tout au long de la construction par un gaz neutre pour parer aux problèmes d'oxydation. Cette technique permet de réaliser de larges dépôts de l'ordre de 4 à 5 mm et des dépôts plus fins (500 μιτι de large). Il n'y a pas de contact entre la buse de fabrication rapide et le substrat, donc pas d'usure.

Ci-après on va présenter une situation où, comme illustré, la buse 1 projette suivant une direction de dépôt de couches, ici (sensiblement) verticalement, suivant un axe Z, la poudre métallique 3 vers le substrat, dans le but de construire en hauteur la (partie de) pièce attendue.

Ainsi, le faisceau laser 13 est émis vers le substrat suivant cet axe Z, et, dans ce cas, les distances de référence théorique et réelle précitées vont être mesurées parallèlement à cet axe ou suivant un angle A (figure 4) ayant une projection 13a parallèle à l'axe Z.

Toutefois le procédé ici imaginé pourrait être mis en œuvre selon l'un ou l'autre des deux autres axes X,Y du repère orthonormé conventionnel Χ,Υ,Ζ fig.2). Ainsi, on pourrait imaginer avoir prévu une visée horizontale de la caméra de mesure 15, suivant l'un des axes X,Y.

Dans l'exemple préféré illustré, la buse 1 comprend deux cônes concentriques, 16a, 16b coaxiaux à l'axe Z.

Issue d'une source laser 17, et si nécessaire via un miroir 19, le faisceau laser 13 est émis verticalement vers le substrat 5, au centre du cône central 16a.

Le mélange 3 des poudres métalliques 3a, 3b circule dans le cône extérieur 16b vers l'extérieur duquel il est projeté, vers le bas, en direction du substrat 5, via un gaz porteur 21 b. Un autre gaz 21 a entoure le faisceau 13 dans le cône intérieur 16a.

Des irrégularités de dépôt de la matière issue du mélange 3, sous l'effet du faisceau laser 13, peuvent survenir. Par exemple, notamment si un décentrage survient entre les deux cônes, il peut avoir y avoir plus de matière à projeter d'un côté que de l'autre.

Les poudres métalliques peuvent être des alliages de titane (TA6V, ΤΊ71 , 6242, ...), des alliages base nickel et cobalt (lnco718, Hastelloy X, René77, Renél 25, HA188) et des aciers (Z12CNDV12, 17-4PH). Sur le substrat 5, les dépôts successifs des couches 1 , 2, 13...1 1 i...de matière vont ainsi s'empiler les unes sur les autres, jusqu'à réaliser la pièce 7 attendue.

Le schéma synoptique de la figure 5, qui synthétise les principales étapes de fabrication de cette pièce, dans le contexte d'un mode de réalisation préféré de l'invention, indique que le programme de commande de la buse, et plus généralement de la machine de dépôt 2, a été défini avec les étapes successives suivantes :

- étape 27 : initialement, avant le début de réalisation de la pièce, mesure (en 27a avec l'autofocus 45 ; voir ci-après) et calcul (en 27b) avec enregistrement en mémoire 29 d'une distance DO de référence théorique entre la surface du substrat 5 et un emplacement 1 a de la buse, mobile avec elle, ici suivant l'axe Z. Un étalonnage avec corrélation initiale de l'autofocus de la caméra par rapport à la pièce à construire (ou à recharger dans le cas d'une réparation) sera gage de précision et de qualité ;

- étape 31 : définition et mise en mémoire 29 d'une trajectoire prédéterminée de la buse 1 , adaptée à la fabrication de la pièce, à faire suivre à la buse initialement et au moins en début de réalisation de la pièce ;

Les étapes suivantes se déroulent ensuite successivement dans l'ordre, pendant la réalisation de la pièce :

- étape 33 : alors que la buse s'est déplacée suivant sa trajectoire prédéterminée, pilotée en cela par le programme de commande 34, mesure (en 33a avec l'autofocus 45) et calcul (en 33b) avec mise en mémoire 29 d'une distance réelle Di (i=1 ,2..n) entre l'emplacement 1 a de la buse et la surface libre 35i (i=1 ,2..n) de la couche 1 1 ,, cette couche (la dernière couche s'il y en a eu déjà plusieurs de déposé sur le substrat, comme illustré figure 5),

- étape 37 : comparaison entre la distance de référence théorique DO et la distance réelle Di, en référence à un seuil d'écart prédéterminé entre ces distances (D0 - Di); Deux possibilités alors :

- étape 42 : si le seuil d'écart est atteint (voire dépassé), on modifie la trajectoire de la buse (avec enregistrement en mémoire 29), ou

- étape 44 : si le seuil d'écart n'est pas atteint, il y a maintien de la trajectoire prédéterminée de la buse.

Entretemps, une étape de test en 39 ou 41 , respectivement, a été conduite, avec de nouveau deux possibilités:

- soit l'étape de fabrication n'est pas la dernière (c'est-à-dire que le dépôt concerné n'est pas celui de la dernière couche 1 1 ,) et alors l'étape précitée 42 ou 44 intervient,

- soit le dépôt concerné est celui de la dernière couche 1 1 , (sur la base du nombre initialement défini ou du nombre modifié, dans le cas du choix préféré présenté ci-après), et alors le processus de fabrication se termine à l'étape 46 ou 48, suivant le cas.

Si l'étape 42 ou 44 a été atteinte, c'est donc qu'au moins une étape de dépôt est encore à réaliser, et il y a retour alors bouclage, dans les deux cas, par l'une des lignes 50, à nouveau sur l'étape 33, pour reproduire un certain nombre de fois les étapes 33 à 39 ou 41 , et ainsi recaler si nécessaire périodiquement le programme 34 de fabrication, en adaptant en temps réel la trajectoire de la buse avec, à chaque étape 33, mesure d'une distance réelle Di.

Concernant cette modification de la trajectoire à l'étape 42, il a été ici préféré intervenir sur les étapes de réalisation des couches, et en particulier sur le nombre de couches encore à déposer.

Précisément, on a compris de ce qui précède que la réalisation de la pièce 7 s'obtient en éloignant par étapes successives la buse 1 vis-à-vis du substrat 5 et, dès qu'une couche est déposée, de la couche précédente 1 1 , de matière déposée, au fur et à mesure que les couches s'empilent.

Ainsi, la définition et la mise en mémoire 29, à l'étape 31 , de la trajectoire prédéterminée de la buse 1 auront de préférence incluses celles d'un nombre prédéterminé de telles étapes de dépôts. Et c'est en modifiant ce nombre prédéterminé d'étapes que l'on va pouvoir modifier la trajectoire de la buse 1 .

En pratique, il est conseillé qu'à une étape donnée de dépôt corresponde la réalisation d'une des couches 1 1 , précitées.

Ainsi :

- à l'étape 31 , lors donc de la définition et de l'enregistrement en mémoire 29, dans le programme 34 de pilotage lié, de cette trajectoire prédéterminée de la buse 1 , correspondra alors un nombre prédéterminé de couches 1 1 1...1 1 , à déposer,

- puis si l'étape 42 est atteinte, à la trajectoire modifiée de la buse dans ce programme, correspondra un nombre modifié de telles couches encore à déposer.

Dans ce dernier cas, sera alors modifiée en mémoire 29 la trajectoire de la buse en substituant audit nombre prédéterminé de couches à déposer le nombre ne modifié de couches 1 1 ι ...1 1 , encore à déposer, nç étant un entier positif ou négatif.

A ce sujet, le seuil précité (DO - Di) orientant vers l'étape 39 ou 41 sera favorablement égal à l'épaisseur d'une couche 1 1 ,, soit typiquement 0.1 mm.

Ainsi si la distance Di est plus courte que D0 de plus de 0.1 mm, par exemple 0.2mm, le programme ajoutera deux étapes de dépôts, soit deux couches. Il en supprimera par contre trois si le relevé et le calcul indiquent une distance Di de +0.3mm par rapport à D0. Et il n'y aura aucune modification d'étape si le relevé et le calcul indiquent une distance Di moins (ou plus) longue de moins de 0.1 mm par rapport à D0.

Comme déjà mentionné, dans l'exemple illustré, c'est donc suivant la hauteur de la pièce 7, donc (en particulier) suivant l'axe Z (ou sensiblement parallèlement à lui) :

- qu'initialement la définition de la trajectoire prédéterminée de la buse 1 a été en particulier réalisée, - que les distances de référence théorique DO et réelle D1 ,D2...Di sont mesurées,

- et qu'il est prévu de modifier la trajectoire de la buse.

En pratique, il est conseillé de réaliser le/chaque « saut » précité dans le programme de rechargement à la coordonnée en Z mesurée (D1 ...Di) pour des valeurs de X et Y proches de celles où se trouve la buse 1 au moment où le recalage de sa trajectoire intervient. Un sous- programme de reprise pourra alors être utilisé par ailleurs pour gérer en conséquence la puissance du laser et/ou la vitesse de rechargement.

Dans cette situation de fabrication contrôlée suivant l'axe Z, il est aussi conseillé que la réalisation prévue de la pièce 7 s'opère par dépôts successifs les uns sur les autres de couches 35a,...35i toutes d'une même épaisseur e, en éloignant donc à chaque couche la buse vis-à-vis du substrat, ici suivant l'axe Z.

Ceci simplifiera le contrôle de la bonne évolution en hauteur de la pièce et évitera de créer par ailleurs d'autres irrégularités de surface (dents de scie précitées).

Cette recherche d'un contrôle relativement simple du respect des contraintes dimensionnelles de la pièce passera aussi de préférence par une limitation des mesures D1 ...Di et/ou des modifications de trajectoire de la buse.

Ainsi est-il conseillé que, pendant la réalisation de la pièce, ce ne soit qu'après le dépôt de plusieurs couches 1 1 , que la distance réelle Di soit mesurée et la trajectoire modifiée, si ledit écart est atteint.

A ce sujet, on pourra en particulier prévoir d'effectuer plusieurs mesures successives de ladite distance réelle et (si donc ledit écart est atteint) de ne modifier la trajectoire de la buse 1 qu'après le dépôt de plusieurs couches par rapport à la mesure précédente.

Sur les figures 2-4, on aura remarqué que les moyens schématisés de mesure des distances de référence théorique D0 et réelles D1 ...Di comprennent un appareil photographique (caméra de mesure 15) disposant d'un système 45 de mise au point automatique (autofocus).

C'est donc de préférence par cet autofocus, on que l'on va pouvoir calculer et enregistrer tant la distance initiale DO (quand aucune couche n'a encore été déposée) que les positions réelles du système optique 15a de l'objectif photographique de la caméra 15 (zone 1 a précitée), en visant alors la surface 35i de la dernière couche 1 1 , déposée. Une fois l'image nette grâce à l'autofocus la position de la buse par rapport à la pièce pourra donc être déduite.

Les visées assureront des mesures parallèlement au faisceau laser 13 dirigé vers le substrat, en l'espèce suivant donc l'axe Z (ou sensiblement parallèlement à lui).

En référence aux explications qui précèdent, le fonctionnement du dispositif en liaison avec ces mesures de distances sera donc comme suit :

A l'instant initial, comme sur la figure 2, l'extrémité inférieure libre 10 de la buse 1 (pointe des cônes concentriques, 15a, 15b coaxiaux à l'axe Z) est positionnée à la distance De dite de rechargement (qui est donc la distance optimale entre cette extrémité 10 et, initialement, la surface libre 5a du substrat puis celle 35, de la couche de matière 1 1 , déposée).

On aura compris que de préférence on va conserver cette distance

De de rechargement à chaque étape de la fabrication de la pièce, la buse s'éloignant de l'épaisseur e d'une couche, à chaque couche 1 1 , déposée.

De fait, il est conseillé que, dès lors qu'à la distance de référence théorique D0 correspond cette distance déterminée De entre le substrat et une extrémité de la buse faisant face au substrat, cette distance Dç soit maintenue pendant la réalisation de la pièce, de préférence au début du dépôt de chaque couche.

Buse calée à la distance De, une image nette de la surface libre 5a du substrat 5 prise par la caméra à cet instant initial, via l'autofocus 45 réglé en conséquence, va donc définir la distance D0 de référence théorique. Une calibration de l'autofocus 45 est de préférence alors effectuée.

Ensuite, c'est toujours avec la buse placée a priori de manière à respecter la distance De de rechargement que, via l'autofocus 45 réglé en conséquence et comme montré figure 3, les distances réelles D1 ,D2...Di vont être, comme déjà expliqué, successivement mesurées en cours de fabrication de la pièce.

Sur la figure 4, on a plus particulièrement fait figurer les positions relatives des moyens de mesure des distance D0,D1 ...Di...(axe optique Z0 de la caméra 15 de mesure à autofocus) et de la buse 1 au centre de laquelle passe le faisceau laser 13 (ici axe Z).

Pour éviter que la caméra vise le bain de fusion, dans l'axe Z, ce qui peut rendre imprécise la mise au point de l'autofocus en particulier quand la surface recevant le faisceau laser est en fusion, l'axe Z0 est ici décalé latéralement (distance e1 ).

En liaison avec cela, deux manières d'opérer sont proposées :

- soit l'axe optique est maintenu vertical ; voir lentille 15a ; axe vertical Z0;

- soit on utilise la caméra 150 (identique à celle précitée 15) en l'inclinant d'un angle A ayant une projection 13a parallèle à l'axe Z.

Sur la figure 6, on notera encore que la pièce 7 ainsi fabriquée pourra être l'une des pales d'une rangée annulaire d'aubes ou pales 47 sensiblement radiales d'un disque 49 de turbomachine aéronautique qui peuvent être d'une seule pièce (monoblocs) avec le disque. Les aubes 12 sont reliées par leurs extrémités radialement internes à une plate-forme annulaire 51 qui s'étend à la périphérie externe du disque.

Outre qu'elle aura pu être fabriquée selon la technique décrite ci- avant, la pale 7 aurait aussi pu être ainsi réparée, en cas de détérioration. La référence 53 désigne d'ailleurs un plan de coupe de cette aube destinée à être remplacée. La surface libre d'extrémité du tronçon 7a de pale encore en place définirait alors la surface 5a précitée du substrat 5.