Titre : contrôle d’impression 3D

La présente invention concerne le domaine de la fabrication additive à base de matériau de construction.

Art antérieur

La fabrication additive regroupe les procédés de fabrication de pièces en volume par ajout de matière en couches successives depuis une modélisation 3D. Cette fabrication additive utilise, à l’origine, des résines plastiques comme matières ajoutées en couches successives. La palette de matériaux utilisables s’est ensuite élargie aux céramiques et aux métaux alors que l’utilisation s’est également élargie pour permettre la fabrication d’objet de plus en plus gros.

Naturellement, cette technique de fabrication additive a été utilisée pour la fabrication de bâtiment, des mortiers ou bétons étant utilisés comme matières extrudées par ladite buse.

La matière comme le béton ou le mortier est envoyée, via une pompe, dans une buse guidée selon trois axes x, y, z pour y être extrudée pour permettre la fabrication d’objets. La réalisation des différentes couches étant réalisées par translation, en hauteur / selon l’axe z, de la tête d’impression et donc de la buse. Cette translation d’une distance définie doit s’adapter à la quantité et l’épaisseur de matière déposée. La buse est aussi guidée en rotation selon l’axe z.

La buse se présente sous la forme d’un volume dans lequel la matière à déposer est stockée avant son extrusion. Cette extrusion se fait par une ouverture de sortie. Le volume et l’ouverture de sortie de la buse permettent de définir, à pression de pompage donnée, un flux ou débit de sortie. Ce flux ou débit de sortie présente une répartition spatiale définie. On comprend par-là que la matière déposée présente une répartition sur la surface de l’ouverture qui est fixe.

De préférence, la répartition spatiale des buses est homogène c’est-à-dire que la matière déposée est régulièrement répartie sur la totalité de la surface de l’ouverture de sortie. Or, cette répartition spatiale définie et stable peut présenter des inconvénients.

Premièrement, suivant le contour, il est possible de souhaiter une vitesse de dépôt de matière différente afin de réduire le temps de fabrication ou de pouvoir moduler la vitesse de dépôts suivant différentes parties d’un contour. La vitesse en ligne droite pouvant être élevée alors que la vitesse en courbe doit être plus faible pour assurer un dépôt précis.

Deuxièmement, si dans le cas d’une portion de contour rectiligne, ce type de répartition est idéale, dans le cas de portions de contours non rectilignes cela peut poser problèmes. En effet, en cas de courbes, notamment avec des petits rayons de courbures, la rotation de la tête d’application munie de la buse entraine une différence de longueur entre l’intérieur de la courbe et l’extérieur de la courbe ayant pour conséquence une différence de dépôt de matière entre l’intérieur et l’extérieur de la courbe. Notamment, des zones avec une quantité de matière trop élevée (intérieur de la courbe) ou trop faible (extérieur de la courbe) peuvent apparaitre rendant la fabrication moins efficiente et la construction moins solide.

Résumé de l’invention

L’invention cherche à résoudre le problème de l’art antérieur en fournissant un dispositif de fabrication additive qui permet de modifier le flux de sortie d’une buse.

À cet effet, la présente invention consiste en un dispositif de fabrication additive comprenant une tête d’application monté mobile selon 3 axes (X, Y, Z), ladite tête d’application comprenant une buse par laquelle la matière est extrudée sur une surface de fabrication, ladite buse étant formé d’une paroi définissant un volume, ladite paroi comprenant une ouverture par laquelle la matière contenue dans ledit volume est extrudée, caractérisé en ce que la paroi est déformable et en ce que la tête d’application comprend en outre des moyens de déformation de ladite paroi pour modifier le volume de ladite buse.

L’avantage est de permettre à la tête d’application de déposer plus ou moins de matière sans modification de la couche de matière au niveau de sa section et de ses dimensions. Ainsi, la présente invention évite la présence de surplus de matière ou de carence de matière dans les parties courbes de la structure imprimée.

Selon un exemple, la paroi est déformable élastiquement.

Selon un exemple, la paroi comprend plusieurs panneaux pouvant se déplacer les uns par rapport aux autres, ces déplacements étant un coulissement des panneaux les uns par rapports aux autres et/ou un pivotement des panneaux les uns par rapport aux autres.

Selon un exemple, lesdits moyens de déformation comprennent au moins un actionneur exerçant une contrainte sur ladite paroi pour modifier son volume.

Selon un exemple, ledit au moins un actionneur est agencé pour que la déformation de la paroi soit symétrique.

Selon un exemple, ledit au moins un actionneur est agencé pour que la déformation de la paroi soit asymétrique.

Selon un exemple, lequel ladite paroi comprend au moins une ligne de déformation permettant de faciliter la déformation de la paroi.

Selon un exemple, la ligne de déformation est une rainure ou une saillie.

L’invention concerne en outre une méthode de gestion d’un dispositif de fabrication additive selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit dispositif de fabrication additive est commandée par une unité de calcul, ladite unité de calcul envoyant un signal de commande audit dispositif de fabrication additive afin que la tête d’application puisse se déplacer selon 3 axes (X, Y, Z) afin de suivre un trajet prédéfinie, caractérisé en ce que ladite méthode comprend en outre une étape dans laquelle l’unité de calcul envoie un signal aux moyens de déformation pour modifier le flux de sortie de la buse en fonction du trajet prédéfini.

L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un élément de construction ou d’une construction utilisant le dispositif de fabrication additive selon l’invention.

Description des figures D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente une vue d’un dispositif de fabrication additive fabriquant déposant une couche d’un objet;

- la figure 2 représente une vue d’une buse d’un dispositif de fabrication additive fabriquant déposant une couche d’un objet;

- la figure 3 représente d’une buse d’un dispositif de fabrication additive selon l’invention associée à des moyens de déformation ;

- les figures 4 à 6 représentent une buse d’un dispositif de fabrication additive selon l’invention se déformant symétriquement ;

- les figures 7 et 8 représentent une buse d’un dispositif de fabrication additive selon l’invention se déformant asymétriquement ;

- les figures 9 à 12 représentent une buse d’un dispositif de fabrication additive selon l’invention se déformant par coulissement et/ou pivotement.

Description de l’invention

A la figure 1 , un dispositif de fabrication additive est représenté. Ce dispositif de fabrication additive est utilisé lors d’un procédé de fabrication d’une construction ou d’un élément de construction en utilisant un ou des matériaux de construction sous forme de pâte tel qu’un plâtre ou un matériau cimentaire du type mortier, béton. Le dispositif de fabrication additive peut aussi être utilisé avec un matériau du type résine.

Le dispositif de fabrication additive comprend un châssis sur lequel une tête d’application 10 est montée. Cette tête d’application 10 est montée mobile sur le châssis. On comprend que la tête d’application 10 est montée sur structure 2 comme un bras ou des portiques permettant à la tête d’application de se déplacer selon au moins trois axes X, Y, Z. cette mobilité selon les axes X, Y, Z comprend une mobilité en translation ou en rotation, notamment une rotation selon l’axe Z. Ce déplacement selon au moins trois axes permet d’utiliser les axes X et Y pour suivre le contour de l’objet à fabriquer alors que l’axe Z permet de régler en hauteur la tête d’application 10 pour superposer les couches de matière.

La tête d’application 10 comprend une buse 12 par laquelle la matière, ici un matériau de construction, est extrudée sous la forme d’une couche de matière ayant une certaine section et des dimensions propres. Cette tête d’application 10 est reliée à une pompe et un réservoir contenant ladite matière.

Le dispositif de fabrication additive 1 comprend en outre une unité de calcul. Cette unité de calcul est connectée à la structure permettant le déplacement de la tête d’application selon 3 axes, à la tête d’application et à l’ensemble pompe - réservoir du matériau de construction. L’unité de calcul est ainsi capable de commander la pompe afin d’envoyer la matière à extrudée du réservoir vers la tête d’application 10 tout en commandant la structure afin que ladite matière puisse être extrudé à un endroit précis, avec une quantité précise.

La buse 12 de la tête d’application 10 comprend une paroi 120 formant un volume 121 connecté à la tête d’application par une ouverture d’entrée 123 comme visible à la figure 2. Ledit volume 121 comprend en outre une ouverture de sortie 124. La forme de l’ouverture de sortie 124 et la forme de l’ouverture d’entrée 123 sont définies et fixes. Les dimensions de l’ouverture de sortie 124 sont aussi fixes.

Astucieusement selon l’invention, la tête d’application 10 est agencée pour modifier le flux de matière au niveau de l’ouverture de sortie 124 de la buse 12. Cette caractéristique permet à la tête d’application 10 de déposer plus ou moins de matière sans modification de la couche de matière au niveau de sa section et de ses dimensions. Ainsi, la présente invention évite la présence de surplus de matière ou de carence de matière, notamment dans les parties courbes de la structure imprimée.

Pour cela, la paroi 120 de la buse 12 formant le volume 121 est déformable et la tête d’application comprend des moyens de déformation 20 de ladite paroi comme visible à la figure 3. Cette déformation est due à la déformabilité du matériau ou à un déplacement de celui-ci.

Dans le cas d’un matériau déformable, la paroi de la buse est donc réalisée dans un matériau, préférentiellement du type plastique ou polymère, déformable. Cette déformation peut être élastique. Ce matériau peut aussi être un textile à base de fibres de verre ou de fibres de carbone, ce textile étant plus ou moins souple ou rigide selon sa constitution et son épaisseur.

Dans le cas d’une déformation par déplacement, on comprend alors que la paroi 120 de la buse comprend plusieurs panneaux 122 pouvant se déplacer les uns par rapport aux autres. Ces déplacements sont un coulissement des panneaux les uns par rapports comme visible à la figure 9 aux autres ou un pivotement des panneaux les uns par rapport aux autres comme visible aux figures 10 et 12 ou un mélange de coulissement et de pivotement comme visible à la figure 11. Des membranes M peuvent être utilisées pour faire la jointure entre des panneaux 122.

Les moyens de déformation 20 de la paroi comprennent au moins un actionneur 22 permettant de déformer la buse. Cette déformation de la buse 12 entraine une déformation du volume 121 défini par ladite paroi 120. Or, la forme dudit volume a un impact sur le flux ou débit en sortie.

Ledit au moins un actionneur 22 des moyens de déformation 20 est ainsi utilisé pour modifier ce volume et ainsi permettre de modifier le flux de sortie.

Dans un premier cas, la modification du volume est symétrique. On comprend par-là que la déformation est homogène c’est-à-dire qu’elle n’impacte pas la répartition du flux de sortie. Cette déformation homogène permet avantageusement d’augmenter ou de réduire le débit de sortie afin d’augmenter la vitesse de déplacement de la tête d’application ou de la réduire.

Pour obtenir une modification symétrique du volume, il existe au moins deux possibilités.

La première possibilité consiste à avoir une buse 12 dont la paroi 120 présente au moins une ligne ou arête de déformation 125 comme une nervure ou rainure ou pliure. Cette arête de déformation est une arête qui, lorsque ladite buse 12 est soumise à une contrainte ou force, permet de localiser la déformation de ladite buse au niveau de cette arête.

Pour obtenir une modification symétrique de la buse 12, ladite au moins une arête est agencée pour permettre cette symétrie. Par exemple, sur la figure 4, on peut voir une buse 12 ayant une forme sensiblement cylindrique présentant un diamètre variable. La buse 12 comprend en outre au moins une arête circulaire 125. Cette configuration permet, lors de l’application d’une force selon l’axe Z, de déformation la buse 12 au niveau de cette arête circulaire. Cette déformation tend à comprimer la buse 12 selon l’axe Z. sur la figure 5, on peut voit un actionneur 22 positionner pour déformer ladite buse 12.

Selon une seconde possibilité, la modification symétrique du volume est réalisée à l’aide d’au moins un actionneur 22 qui permet de déformer uniformément la paroi de la buse comme visible à la figure 6. Pour cela, une solution est d’avoir un actionneur 22 unique sous forme de deux mâchoires pivotantes l’une par rapport à l’autre ou d’avoir deux actionneurs, ces actionneurs 22 étant de formes identiques. Cette configuration du ou des actionneurs 22 permet d’appliquer à la buse 12 une contrainte / force symétrique.

Dans un second cas, la modification du volume est asymétrique. On comprend par-là que la déformation est non-homogène c’est-à-dire qu’elle impacte la répartition du flux de sortie. Dans ce second cas, les moyens de déformation 20 de la paroi agissent sur des zones spécifiques de ladite paroi 120 afin que le volume qu’elle définit soit impacté de façon hétérogène.

En effet, cette modification locale du volume de la buse entraine une modification du flux de sortie. On comprend alors qu’en réduisant le volume d’une portion de la buse 12 par rapport à une autre portion, moins de matière peut être déposée par cette portion. Pour opérer cette déformation asymétrique, les moyens de déformation 20 comprennent au moins un actionneur 22. Cette déformation asymétrique peut se faire d’au moins deux façons.

La première façon consiste à avoir un actionneur qui n’agit que sur une portion de la paroi de la buse comme visible à la figure 7. Cette action locale entraine alors une déformation locale. Or, avec une déformation locale et non pas de toute la buse, il devient ainsi possible d’avoir une modification de la buse 12 telle que le flux en sortie est modifié.

La seconde façon consiste à avoir des moyens de déformation 20 qui agissent sur toute la paroi 120 mais avec au moins deux actionneurs 22 comme visible à la figure 8. Ces deux actionneurs 22 sont utilisés pour avoir des contraintes différenciées entre au moins deux portions de la buse 12. En effet, une contrainte différenciée permet d’avoir un volume 121 de la buse 12 qui est modifié asymétriquement permettant donc d’avoir un flux lui-même asymétrique.

Ces contraintes différenciées peuvent être la résultante de contraintes du même type : pression, extension mais avec des amplitudes différentes ou de contraintes de différents types.

Dans le cas d’une déformation asymétrique, la paroi de la buse peut également comprendre au moins une arête de déformation. Cette arête de déformation 125 permet, suivant sa nature, de faciliter la déformation de la paroi 120 de la buse 12 et de guider ladite déformation.

Dans un exemple visible à la figure 8, une paroi 120 d’une buse est représentée. Cette buse 12 présente une ouverture de sorte rectangulaire, la paroi de ladite buse présentant quatre pans. La figure 8 montre que la paroi 120 subit au moins deux contraintes : une contrainte consistant à exercer une pression sur la paroi et une contrainte consistant à exercer une traction sur ladite paroi. Comme la pression et la traction sont réalisées en deux endroits distincts, le volume de la buse est modifié de façon asymétrique. Cette déformation asymétrique de la buse entraine la modification du flux en sortie. Ainsi, dans la zone subissant une contrainte de pression, le flux de sortie est diminué car le volume 121 de la buse 12 est réduit sur cette portion de buse alors que le flux de sortie est augmenté au niveau de la zone subissant une contrainte de traction, augmentant le volume de la buse.

Ainsi, ce dispositif de fabrication additive est commandé par une unité de calcul via un signal de commande. Ce signal de commande permet à la tête d’application de se déplacer selon les axes (X, Y, Z). Ce déplacement de la tête d’application lui permet de suivre un trajet prédéfini pour déposer la matière.

Cette unité de calcul est également utilisée pour envoyer une commande aux moyens de déformation, c’est-à-dire audit au moins un actionneur 22. Cette commande permet ainsi de modifier le flux de matière sortant de la buse. Cette modification du flux venant d’une déformation symétrique ou asymétrique permet de s’adapter au tracé suivi par le tête d’application. Dans le cas d’une déformation symétrique, on comprend alors que le flux peut être modifié pour être augmenté permettant ainsi une augmentation de la vitesse de déplacement dans des portions rectilignes ou être diminuées pour permettre une vitesse de déplacement plus faible dans des changements de direction. Ces changements de direction interviennent, par exemple, dans des portions courbes, sinueuses ou coudées.

Dans le cas d’une déformation asymétrique, on comprend alors que le flux de sortie est partiellement modifié. Cette modification partielle du flux permet avantageusement, lors d’un tracé courbe, de réduire le flux de matière localement afin de ne pas avoir un surplus de matière à l’intérieur de la courbe, notamment pour des courbes avec des petits rayons de courbures pour lesquelles la différence de longueur entre l’intérieur de la courbe et l’extérieur de la courbe entraine une différence de dépôt de matière entre l’intérieur et l’extérieur de la courbe.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l’exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l’homme de l’art.

Bien entendu, le dispositif de fabrication additive selon l’invention est compatible avec d’autres matériaux compatibles comme la cire, le métal ou des plastiques.