DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR

L'invention concerne le domaine de la fabrication par ajout de matière, ou fabrication additive, et notamment la fabrication par ajout de poudres métalliques.

Classiquement, un procédé de fabrication d'une pièce par ajout de poudres métalliques est réalisé en déposant des couches successives de poudres sur une surface support plane, formant ainsi un lit de poudre.

Après le dépôt d'une couche de poudre, une source de puissance réalise une chauffe sélective de certaines zones du lit de poudre, de manière à provoquer la fusion des poudres dans les zones chauffées et ainsi former une strate de pièce cohérente après refroidissement.

Les couches de poudres sont ainsi successivement déposées et sélectivement solidifiées de manière à former une pièce par strates successives.

Classiquement, les sources de puissance utilisées pour réaliser la fusion sélective des poudres peuvent comprendre une ou plusieurs sources laser, ou une ou plusieurs sources à faisceau d'électrons ou de particules, ou encore une combinaison de sources utilisant un laser, un faisceau d'électrons ou de particules.

Lors de la réalisation de pièces métalliques, la conductivité thermique et électrique et le coefficient de réflexion des poudres utilisées limitent le taux d'absorption énergétique des poudres.

Le rendement énergétique de l'opération de fusion sélective en est donc fortement réduit.

Dans certains cas particuliers par exemple lors de l'utilisation de poudres de cuivre ou d'aluminium lors d'une fabrication additive, la majeure partie de la lumière laser est réfléchie (jusqu'à 99%), conduisant donc à la sélection de sources de puissance utilisant un faisceau d'électrons ou hybrides (laser/faisceau d'électrons). Ces types de source de puissance présentent l'inconvénient de conduire au frittage des poudres dans des zones non-exposées directement au faisceau d'électrons, qui ne font pas partie des strates constituant la pièce, notamment par l'effet d'échauffement (Joule) induit entre les grains de poudre lors de l'écoulement de la charge électrique vers la masse. Ceci limite fortement la quantité de matière qui peut être recyclée.

Il est connu d'augmenter l'absorption de l'énergie, par l'augmentation de la surface exposée d'une pièce à un faisceau cohérent, par exemple un laser, en réalisant des reliefs sur ladite surface tel qu'illustré en figure 1, augmentant ainsi la rugosité de la surface de la pièce.

Les reliefs induisent des réflexions multiples augmentant ainsi la probabilité d'absorption des photons même sur des surfaces très réfléchissantes. Suivant la géométrie du relief le faisceau réalise de multiples réflexions contre les surfaces des reliefs tel qu'illustré en figure la et lb, chaque réflexion entraînant un transfert d'énergie du faisceau vers la pièce. Il peut aussi être piégé pour un relief tel que présenté sur la figure le.

Ainsi, au lieu de réaliser une réflexion contre une surface lisse, les réflexions multiples du faisceau sur une surface présentant une rugosité importante permettent d'augmenter le taux d'absorption énergétique de la pièce.

Il est également connu que le facteur d'absorption énergétique dépend de la longueur d'onde du faisceau auquel est exposée la pièce. Plus les photons sont énergétiques, plus l'absorption est grande. Egalement, l'augmentation de la température de cette surface, améliore l'absorption énergétique [L. K. Ang et al, Appl. Phys. Lett. 70 (6), 1997, p. 696].

Il est également connu de réaliser une nanostructure sur la surface d'une pièce, de manière à produire des phénomènes résonants d'absorption du rayonnement laser. Si la rugosité de surface est réalisée à l'échelle nanométrique (par exemple entre 2 et 5 nm, pour le Cuivre, alors que ces dimensions sont plus importantes pour d'autres métaux, par exemple Au, Ag, etc.), alors un phénomène résonant d'absorption de photons peut se produire, connu sous le terme de phonon résonant de surface. Toutefois, les procédés classiquement utilisés pour réaliser et contrôler de telles nanostructures ou rugosités importantes présentent des difficultés d'application pour des grains de poudre utilisés lors de procédés de fabrication additive.

Dans le cas de l'immersion de l'ensemble des grains dans un bain liquide (acide ou basique) préalablement à la disposition des poudres en couches et à la fusion sélective des poudres, il serait nécessaire d'utiliser des quantités significatives de solution nocives, entraînant notamment des difficultés dans la récupération des poudres. Il serait également nécessaire d'introduire une étape supplémentaire de séchage des poudres avant de procéder au dépôt d'une couche de poudres. De plus, il est nécessaire de réaliser une étape permettant d'arrêter l'attaque chimique, qui peut continuer après l'extraction des poudres du bain liquide, jusqu'à la consommation totale des agents actifs ou alors l'utilisation de plusieurs bains, de rinçage par exemple.

PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION

Un premier but de l'invention est d'optimiser le taux d'absorption énergétique de poudres métalliques utilisées lors d'un procédé de fabrication additive.

Un autre but est d'optimiser le rendement énergétique d'une opération de fusion sélective lors d'un procédé de fabrication additive.

Un autre but est de traiter au cours du procédé de fabrication additive la surface d'une poudre métallique de manière à augmenter la rugosité de ladite surface.

Un autre but est de pallier aux inconvénients des méthodes de traitement de surface de l'état de la technique.

A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication par ajout de matière comportant les étapes de :

- Dépôt d'une couche de poudre,

- Fusion sélective d'au moins une zone de la couche de poudre, dans lequel le procédé comporte, à l'issue du dépôt et préalablement à la fusion sélective une étape de traitement surfacique des grains de poudre réalisée sur site et comportant une étape d'attaque superficielle au cours de laquelle un agent gravant est projeté à la surface des grains de poudre, l'agent gravant réagissant chimiquement avec les grains de poudre et altérant la surface des grains de poudre de manière à ce que la surface des grains de poudre présente une rugosité micrométrique.

Un tel procédé peut avantageusement être complété par les caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :

- l'agent gravant altère la surface des grains de poudre pour réaliser une nanostructure en surface de ceux-ci ;

- l'étape de fusion sélective est réalisée au moyen d'une source de puissance comportant une source laser, la longueur d'onde de ladite source et la rugosité des grains après traitement surfacique étant adaptés à la génération de phénomènes d'absorption du rayonnement laser par lesdits grains ;

- le procédé comporte en outre une étape de chauffage des poudres réalisée pendant et/ou après traitement surfacique et préalablement à l'étape de fusion sélective des poudres ;

- l'étape de traitement surfacique des grains de poudre est réalisée au moyen d'un ensemble de traitement surfacique des poudres comportant un dispositif de projection de plasma configuré pour projeter l'agent gravant sur les grains de poudre, et dans lequel l'étape de chauffage des poudres est réalisée au moyen du dispositif de projection de plasma simultanément à l'étape de traitement surfacique.

Selon un autre aspect, l'invention propose un appareil pour fabrication additive comportant :

- un support tel qu'un plateau horizontal sur lequel sont déposées successivement des différentes couches de poudre,

- une arrivée de poudre, - un arrangement de distribution configuré pour distribuer la poudre sur le support, cet arrangement de distribution comportant par exemple une raclette ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre,

- une source de puissance configurée pour réaliser la fusion sélective d'au moins une partie de la couche de poudre déposée sur le support,

- un mécanisme pour permettre de déplacer le support au fur et à mesure du dépôt des couches, le déplacement du support pouvant être réalisé selon une direction verticale,

- une unité de contrôle qui assure le pilotage des différents composants de l'appareil en fonction d'informations pré-mémorisées dans une mémoire,

caractérisé en ce que l'appareil comporte en outre un ensemble de traitement surfacique des poudres comportant un réservoir d'agent gravant connecté à un élément de pulvérisation d'agent gravant, l'élément de pulvérisation étant disposé en regard d'une surface d'une couche de poudre et étant configuré pour projeter l'agent gravant sur les grains de poudre de manière à réaliser un procédé de fabrication par ajout de matière selon l'invention.

Un tel appareil peut être avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- l'agent gravant est un liquide, et dans lequel le dispositif de pulvérisation comporte une buse configurée pour projeter des gouttelettes d'agent gravant sur les grains de poudre ;

- la buse est une micro-buse ou une électro-buse configurée pour contrôler la taille des gouttes d'agent gravant ;

- l'agent gravant est un gaz, et dans lequel le dispositif de pulvérisation comporte un dispositif de projection de plasma configuré pour projeter l'agent gravant sur les grains de poudre ;

- le dispositif de projection de plasma est configuré pour projeter un jet de plasma et comporte une source d'excitation configurée pour fonctionner en mode impulsionnel et/ou en mode continu ; - le dispositif de projection de plasma comporte une électrode s'étendant selon une direction longitudinale à l'intérieur d'une gaine s'étendant longitudinalement et dans laquelle est injectée l'agent gravant, la gaine comportant une fente s'étendant longitudinalement en regard de la surface de la couche de poudre, l'électrode étant excitée de manière à générer un plasma linéique projeté à travers la fente sur la poudre, l'éjection du plasma entraînant la projection de l'agent gravant sur la poudre.

PRÉSENTATION DES FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :

- la figure la est un schéma représentant un modèle de relief de forme conique utilisé pour exprimer la rugosité d'une surface, sur lequel est représenté le chemin parcouru par plusieurs rayons qui subissent des réflexions multiples dans ledit relief ;

- la figure lb est un schéma représentant un modèle de relief de forme cylindrique utilisé pour exprimer la rugosité d'une surface, sur lequel est représenté le chemin parcouru par un rayon « piégé » dans ledit relief ;

- la figure le est un schéma représentant un modèle de relief présentant une forme de goutte utilisé pour exprimer la rugosité d'une surface, sur lequel est représenté le chemin parcouru par un rayon « piégé » dans ledit relief ;

- la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de fabrication additive selon l'invention ;

- la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de traitement surfacique des poudres selon un mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 4 est une représentation d'un dispositif de traitement surfacique des poudres selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une représentation d'un dispositif de traitement surfacique des poudres selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET

DE RÉALISATION

L'invention s'applique à un procédé de fabrication par ajout de matière comportant les étapes de :

- Dépôt d'une couche de poudre,

- Fusion sélective d'au moins une zone de la couche de poudre, dans lequel le procédé comporte, à l'issue du dépôt et préalablement à la fusion sélective une étape de traitement surfacique des grains de poudre réalisée sur site et comportant une étape d'attaque superficielle au cours de laquelle un agent gravant est projeté à la surface des grains de poudre, l'agent gravant réagissant chimiquement avec les grains de poudre et altérant la surface des grains de poudre de manière à ce que la surface des grains de poudre présente une rugosité micrométrique.

Au cours d'un tel procédé, seule la surface externe du lit de poudre est sujette au traitement chimique et non l'ensemble de la poudre.

Ce procédé est notamment réalisé au moyen d'un appareil pour fabrication additive 1 tel qu'illustré en figure 2, comportant :

- un support 2 tel qu'un plateau horizontal sur lequel sont déposées des couches de poudre successives,

- une arrivée de poudre 3 située au-dessus du support 2,

- un arrangement de distribution 4 configuré pour distribuer la poudre sur le support 2, cet arrangement de distribution 4 comportant par exemple une raclette 5 ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre,

- une source de puissance 6 configurée pour réaliser la fusion sélective d'au moins une partie de la couche de poudres déposée sur le support 2, - un ensemble de traitement surfacique 7 des poudres, configuré pour traiter les poudres au cours du procédé de fabrication additive,

- un mécanisme 8 pour permettre de déplacer le support 2 au fur et à mesure du dépôt des couches, le déplacement du support pouvant être réalisé selon une direction verticale,

- une unité de contrôle 9 qui assure le pilotage des différents composants de l'appareil 1 en fonction d'informations pré-mémorisées (mémoire M).

L'arrivée de poudre 3 peut être connectée à un réservoir de poudres qui contient les poudres formant le matériau constitutif de la pièce P à réaliser lors de la fabrication additive.

Le réservoir de poudres peut être interne à la machine ou extérieur à la zone de fabrication, et dans ce cas être raccordé à l'arrivée de poudre 3 au moyen d'une conduite.

Les poudres peuvent être métalliques, par exemple du cuivre, de l'aluminium, de l'argent, du fer, ou du titane, ou en céramique.

La source de puissance 6 peut comprendre une ou plusieurs sources laser 10, ou une ou plusieurs sources à faisceau d'électrons ou de particules 11, ou encore une combinaison de sources de puissance à laser et à faisceaux d'électrons et/ou de particules.

Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, au moins un miroir galvanométrique 12 permet d’orienter et de déplacer le faisceau laser issu de la source 10 par rapport à l’objet P en fonction des informations envoyées par l’unité de contrôle 9.

Des bobines de déflection 13 et de focalisation 14 permettent de défléchir et de focaliser localement le faisceau d'électrons sur les zones de couches à fritter ou fusionner.

Tout autre système de déviation peut bien entendu être envisagé.

Dans une variante, la source de puissance 6 comprend plusieurs sources 10 de type laser et le déplacement des différents faisceaux laser est obtenu en déplaçant les différentes sources 10 de type laser au-dessus de la couche de poudre à fusionner. Un bouclier thermique T peut être interposé entre la pièce P et la paroi latérale de la machine 15.

Le bouclier thermique est configuré pour limiter l'émission de vapeurs métalliques ('fumées') de la pièce P en fusion sur les autres composants internes de la machine 15 de fabrication additive.

Les composants de l’appareil 1 sont agencés à l’intérieur d’une enceinte étanche 15, pouvant optionnellement être reliée à une pompe à vide 16.

L'ensemble de traitement surfacique 7 comprend un réservoir d'agent gravant 18 connecté à un élément de pulvérisation 19 d'agent gravant.

L'agent gravant peut être un fluide réagissant chimiquement avec la surface des grains de poudre lorsque l'agent gravant entre en contact avec la poudre, par exemple une solution comportant des halogénures, et/ou des sulfures, ou toute autre substance ayant un effet oxydant sur du métal ou de la céramique.

Ainsi, l'attaque chimique dégrade superficiellement l'état de surface des grains de poudre, faisant ainsi augmenter la rugosité des grains de poudre.

L'ensemble de traitement surfacique 7 peut optionnellement être monté sur un actionneur 20 tel qu'un bras robotisé ou tout autre dispositif permettant de déplacer le dispositif de gravure au-dessus des couches de poudres.

L'actionneur 20 peut être contrôlé par l'unité de contrôle 9.

L'agent gravant contenu dans le réservoir 18 est injecté dans l'élément de pulvérisation 19 d'agent gravant, qui réalise la projection d'une quantité contrôlée d'agent gravant sur les poudres situées en regard de l'élément de pulvérisation 19.

Le déplacement de l'ensemble de traitement surfacique 7 au moyen de l'actionneur 20 permet de traiter la poudre sur toute zone de la surface 26 de la couche de poudre, ce qui permet notamment de ne traiter que la surface des grains de poudre qui seront par la suite fusionnés, et par exemple exposés au rayonnement laser. Optionnellement, l'actionneur 20 entraîne le déplacement de l'élément de pulvérisation 19, le réservoir 18 étant fixe de manière à limiter la masse déplacée par l'actionneur 20. L'élément de pulvérisation 19 et le réservoir 18 peuvent dans ce cas être raccordés par une conduite souple.

La vitesse de déplacement de l'ensemble de traitement surfacique 7 et le débit d'injection de l'agent gravant dans l'élément de pulvérisation de pulvérisation 19 sont asservis au moyen de l'unité de contrôle 9 de manière à contrôler la quantité d'agent gravant pulvérisée sur la poudre et ainsi de contrôler la quantité de réactifs consommés lors de la réaction chimique entre l'agent gravant et les grains de poudre.

La profondeur de l'attaque chimique des poudres réalisée par l'agent gravant est ainsi maîtrisée, permettant d'obtenir la rugosité voulue avec précision.

Optionnellement mais avantageusement, l'élément de pulvérisation 19 disperse l'agent gravant sous forme de gouttelettes micro- ou nano métriques (les gouttelettes présentant au moins une de leurs dimensions d'une taille moyenne inférieure à lpm pour une gouttelette micrométrique, ou à lOOnm pour une gouttelette nanométrique) ou sous forme gazeuse (agrégats ou molécules). Cela permet notamment de réaliser des reliefs de petite dimension (dont au moins l'une des dimensions présente une valeur moyenne inférieure à lpm), ce qui permet d'améliorer l'absorption de la lumière sans modifier significativement la taille et/ou la forme des grains de poudre. Avantageusement, les quantités d'agent gravant utilisées étant minimes, ce procédé limite également l'insertion de dopants ou d'impuretés dans les poudres, préservant la nature initiale (car cette attaque chimique état superficielle, la majeure partie de l'agent gravant s'évapore lors de la fusion des poudres).

Optionnellement, il est possible de contrôler le débit d'injection de l'agent gravant au moyen d'un dispositif électrostatique ou d'un système micro-fluidique. A titre d'exemple, Ang et al. ¹ mentionnent que la fraction d'énergie absorbée par une cible en aluminium exposée à un laser rouge d'une longueur d'onde de 690 nm augmente avec la rugosité. Dans cet exemple, la rugosité est définie comme un rapport d'aspect h / d, h et d représentant les valeurs moyennes des dimensions d'un relief dans deux directions, ici par exemple la hauteur (ou profondeur) h et le diamètre d. Le taux d'absorption présente une valeur de 2% pour une rugosité de 1 (rapport profondeur sur largeur, h/d, Fig. 1), et présente une valeur de 9% pour une rugosité de 5.

Dans cet exemple, la rugosité est définie comme un rapport d'aspect h / d, h et d représentant les valeurs moyennes des dimensions d'un relief dans deux directions, ici par exemple la hauteur (ou profondeur) h et le diamètre d.

Un relief est considéré dans un modèle classique illustré en figure lb comme étant une crevasse cylindrique d'une profondeur h et de diamètre d. Dans ce modèle, le relief comporte une paroi sensiblement cylindrique présentant un diamètre d, la paroi s'étendant entre un fond et une ouverture qui sont distants d'une hauteur (ou profondeur) h.

Ce type d'attaque peut être produite, par exemple, par gravure ionique (ou plasma), connue aussi comme gravure anisotrope, car l'énergie des ions (d'agent actif) est bien plus grande et orientée perpendiculairement à la surface par rapport aux atomes ou molécules d'agent gravant neutre. De fait, le puit créé est profond (grand rapport d'aspect) aves des flancs sensiblement verticaux.

Optionnellement, l'ensemble de traitement surfacique 7 peut comporter plusieurs réservoirs 18 comportant un même agent gravant ou pouvant comporter des agents gravant différents en fonction de la poudre utilisée pour la fabrication.

Ces réservoirs 18 différents peuvent chacun être connectés à un dispositif de pulvérisation 19 qui leur est propre, par une canalisation qui leur est propre ou encore par une unique canalisation. Optionnellement, les

¹ L. K. Ang ét al, Appl. Phys. Lett. 70 (6), 1997, p. 696 réservoirs 18 sont connectés à un élément d'admission commun aux différents réservoirs 18, l'élément d'admission étant connecté d'une part aux différents réservoirs 18 et d'autre part au dispositif de pulvérisation 19.

Optionnellement, la source laser 10 de la source de puissance 6 présente une longueur d'onde choisie en fonction de la rugosité obtenue sur les grains de poudre, de manière à optimiser le transfert d'énergie entre le faisceau laser et les grains de poudre.

A titre d'exemple, Ang et al. décrivent que la fraction d'énergie absorbée par une cible en aluminium exposée à un laser ultraviolet d'une longueur d'onde de 248 nm augmente avec la rugosité, le taux d'absorption présentant une valeur de 4% pour une rugosité de 1, et présentant une valeur de 16% pour une rugosité de 5 .

Le laser ultraviolet présente dans cet exemple une meilleure capacité de chauffage (transfert d'énergie) que le laser rouge. En fonction des matériaux et des longueurs d'ondes utilisés, ces résultats peuvent varier et ne sont aucunement limitatifs.

Optionnellement, une étape de chauffage des poudres est réalisée, localement ou sur toute la surface 26 de la couche de poudre disposée sur le support 2, avant de procéder à la fusion sélective, et après avoir procédé au traitement surfacique des poudres permettant d'obtenir la rugosité voulue pour les grains de poudre. En chauffant la surface rugueuse, l'absorption se trouve encore améliorée.

A titre d'exemple, Ang et al. décrivent que la fraction d'énergie absorbée par une surface présentant une valeur de rugosité de 5 en argent massif exposée à un laser rouge d'une longueur d'onde de 690 nm augmente avec la température, le facteur d'absorption évoluant entre un taux d'environ 5% à température ambiante et un taux avoisinant 25% pour une température de 900°C environ.

Dans une situation similaire mais pour une rugosité de 6, le facteur d'absorption évoluant entre un taux d'environ 5% à température ambiante et un taux avoisinant 30% pour une température de 900°C environ.

Dans une deuxième situation similaire mais pour une rugosité de 4, le facteur d'absorption évoluant entre un taux d'environ 5% à température ambiante et un taux avoisinant 20% pour une température de 900°C environ.

Optionnellement, la surface des grains de poudre est traitée pour présenter une nanostructure de taille optimale, par rapport à la longueur d'onde de la source laser pour provoquer des phénomènes résonants d'absorption du rayonnement laser.

Il est entendu par nanostructure que l'un au moins des paramètres représentant les valeurs moyennes des dimensions d'un relief présente une valeur comprise entre 1 et 100 nanomètres.

Pulvérisation par projection liquide

Dans un mode de réalisation représenté en figure 3, l'agent gravant est un liquide contenu dans le réservoir 18. Il peut être acheminé jusqu'à la décharge par un conduit flexible et à l'aide d'un micro-injecteur.

Dans un autre mode de réalisation, le liquide est entraîné à travers un bulleur (c'est-à-dire en faisant barboter un gaz dans l'agent gravant qu'on veut injecter). Le flux du mélange de gaz et de gouttelettes de liquide peut être contrôlé par un débitmètre.

Le dispositif de pulvérisation 19 comporte une buse 21 configurée pour projeter des gouttelettes d'agent gravant sur les poudres.

Optionnellement, la buse 21 est une micro-buse ou une électro-buse configurée pour contrôler la taille des gouttes d'agent gravant, de manière à maîtriser la profondeur de l'attaque chimique indépendamment de la taille des grains de poudre.

L'utilisation d'une buse 21 permet une application locale des substances actives chimiquement. Elle peut conduire à des rugosités isotropes, comme celles présentées en Fig. 1(c).

Dans un mode de réalisation préférentiel, le liquide choisi pour graver superficiellement les grains de poudre est volatile à haute température.

De cette manière, les traces d'agent gravant qui pourraient exister en surface sont éliminées lors de la fusion des grains de poudre et évacuées par la suite sous forme de fumées, avec les autres éléments dégagés lors de la formation du bain de métal liquide. Pulvérisation plasma

Dans un mode de réalisation illustré en figure 4, l'agent gravant est un gaz contenu dans le réservoir 18.

Le dispositif de pulvérisation 19 comporte un dispositif de projection de plasma 22.

L'agent gravant est injecté sous forme de gaz moléculaire ou de très fines gouttelettes (aérosols, par exemple) dans le dispositif de projection de plasma 22, le plasma assurant l'activation et la projection de l'agent gravant sur les poudres.

Dans un autre mode de réalisation, le liquide est entraîné à travers un bulleur (c'est-à-dire en faisant barboter le gaz plasmagène dans l'agent gravant qu'on veut injecter). Le flux du mélange de gaz et gouttelettes de liquide peut être contrôlé par un débitmètre afin de garder la pression totale de l'enceinte 15 dans les paramètres process standard. Bien entendu, le gaz plasmagène peut agir lui aussi comme agent gravant, ou pas. L'utilisation d'un dispositif de projection de plasma 22 permet de contrôler avec précision la surface exposée au jet de plasma ainsi que l'activation des espèces gazeuses par le plasma, notamment en fonction du débit d'agent gravant injecté dans le dispositif de projection de plasma 22 et en fonction de la puissance appliquée pour entretenir la décharge.

L'action du plasma sur l'agent gravant peut entraîner la formation de radicaux et ainsi améliorer l'efficacité de l'agent gravant, permettant de réduire les quantités d'agent gravant consommées lors du traitement surfacique des poudres.

En outre, l'utilisation d'un dispositif de projection de plasma 22 permet de réaliser l'étape de chauffage des poudres préalable à la fusion sélective simultanément au traitement surfacique des poudres, et donc de diminuer la durée du procédé.

Dans une première variante, le dispositif de projection de plasma 22 est configuré pour réaliser un jet de plasma, permettant de générer un plasma à pression atmosphérique ou sous vide primaire (la pression étant comprise entre lOmbar et lbar). Par jet de plasma, il est entendu que la section du jet de plasma est sensiblement circulaire et présente une faible dispersion latérale. Il peut être réalisé à l'intérieur d'un tube capillaire, par exemple.

Optionnellement, le dispositif de projection de plasma 22 comporte un dispositif à décharge à barrière diélectrique alimenté par un système impulsionnel haute tension, permettant la création d'un plasma « propre », sans électrodes internes, et avec une forte efficacité d'activation du gaz.

Optionnellement, le dispositif de projection de plasma 22 comporte un dispositif de couplage de puissance microondes.

Un tel dispositif de couplage de puissance microondes est efficace à partir de 1 mbar et jusqu'à la pression atmosphérique, avec la particularité de fonctionner en continu, c'est-à-dire en mode non-impulsionnel.

Un tel dispositif permet donc de réduire la pression ambiante lors du traitement surfacique des poudres, et permet de réaliser l'opération de fusion sélective à basse pression (inférieure à la pression atmosphérique) sans qu'il n'y ait besoin de modifier la pression entre l'étape de traitement des poudres et l'étape de fusion sélective. Cela permet notamment de réduire le temps de cycle et d'améliorer la productivité du procédé de fabrication additive.

La réalisation de l'étape de fusion sélective à basse pression permet de minimiser les pertes par transfert d'énergie entre le faisceau et le milieu gazeux de l'enceinte 15, ce qui améliore le rendement énergétique de l'opération de fusion sélective.

Optionnellement, une pluralité de dispositifs de projection de plasma 22 sont disposés pour former un réseau de projection de plasma, le réseau de projection comportant une pluralité de jets de plasma parallèles.

Les dispositifs de projection de plasma 22 sont reliés à un réservoir 18 commun ou chaque dispositif de projection de plasma 22 est relié à un réservoir 18 dédié.

Dans une deuxième variante illustrée en figure 5, le dispositif de projection 22 de plasma comporte une électrode allongée 23 alimentée par une source d'excitation électrique elle-même commandée par l'unité de contrôle 9.

Cette électrode 23 génère, sous l'effet de ladite source d'excitation, des décharges électriques entre ladite électrode 23 et les poudres et crée un plasma par l'apport de particules énergétiques de charge positive et négative, permettant une activation efficaces des molécules de gaz neutre du plasma, notamment celle de l'agent gravant.

L'agent gravant est injecté sous forme de gaz à proximité de l'électrode 23, le plasma assurant la projection de l'agent gravant sur les poudres à travers la fente 25, dont la largeur est de l'ordre de 1mm (capillaire), afin de préserver la précision latérale du traitement.

L'électrode 23 s'étend de manière sensiblement parallèle à la couche de poudre. Elle est déplacée parallèlement à la surface 26 de la couche de poudre, perpendiculairement à la direction selon laquelle l'électrode s'étend.

Une telle configuration permet une projection homogène de l'agent gravant sur une surface 26 de la couche de poudre correspondant à la longueur de l’électrode 23 et à sa distance de déplacement.

Cette solution à génération d'une décharge électrique par une électrode allongée est efficace sur une large gamme de pressions allant de 1 mbar à quelques centaines de millibar.

Optionnellement, en modifiant la structure des électrodes, il est possible d'élargir le fonctionnement d'un tel dispositif à fente pour une gamme de pressions autour de la pression atmosphérique.

La distance entre l’électrode 23 et la surface 26 de la couche de poudre doit être la plus réduite possible, de façon à ce que la décharge électrique (plasma) se développe uniquement entre l’électrode 23 et la surface 26 de la couche de poudre.

Un mécanisme (non représenté) permet le réglage de cette distance en plus du mécanisme 8.

Dans les gammes de pression précitées, l'électrode 23 est espacée de la surface à chauffer par un espace (gaz) de l'ordre du millimètre.

L’électrode 23 est, de préférence, construite dans un métal qui présente une température de fusion élevée (Par température élevée, il est entendu que la température de fusion du matériau constitutif de l'électrode est au moins égale ou supérieure à la température de fusion des poudres).

L'électrode 23 peut être réalisée en matériau diélectrique, ou en matériau semiconducteur ou en céramique.

De préférence, l'électrode 23 est réalisée dans un matériau qui est résistant à l'action de l'agent gravant.

La résistance à la chaleur dépend du refroidissement éventuel de l'électrode.

Dans un autre mode de réalisation (non représenté), un système de refroidissement de l'électrode allongée peut être installé.

La couche de poudre est par exemple reliée à la masse.

La source d'excitation électrique permet l'application d'une haute tension (typiquement > 0,5 kV, pour une puissance de chauffage de quelques 100 W à quelques kW) entre l'électrode 23 et la couche de poudre.

L'alimentation ainsi réalisée par la source peut être alternée, soit sinusoïdale basse fréquence, ou tout autre profil de signal, (carré ou triangulaire par exemple) soit radio fréquence, soit impulsionnelle.

Le fonctionnement de la décharge en excitation radio fréquence assure la parfaite neutralité de la surface 26 des poudres et on évite ainsi la répulsion mutuelle des poudres.

Il faut noter qu'en modifiant le mode d'excitation, par exemple en mode impulsionnel haute tension, il est possible d'accélérer les ions (notamment ceux originaires de l'agent gravant, par exemple d'iode ou de chlore) à des très hautes énergies. Dans ce cas, ces ions sont dirigés dans un faisceau parallèle et ils peuvent réaliser des reliefs à parois verticales, comme celle illustré sur la figure lb.

Egalement, dans le cas d'une gouttelette ionisée, elle peut traverser la couche superficielle (la « peau ») d'un grain de poudre et une fois l'énergie cinétique perdue, attaquer le grain de poudre pour créer un relief en forme de goutte, tel que représenté en figure le.

Egalement, l'électrode 23 est à son tour soumise, dans tous les cas, à un bombardement ionique. Par conséquent, une infime quantité de matière de cette électrode 23 sera pulvérisée, à l'état neutre. Cette matière va se redéposer, essentiellement, juste en dessous, donc sur la couche poudre.

Une façon de pallier à cet inconvénient est de construire l'électrode 23 dans le même matériau que la poudre à préchauffer.

Optionnellement, l'électrode 23 est construite dans un matériau permettant d'améliorer certaines caractéristiques du matériau constitutif de la pièce à réaliser lorsque le matériau constitutif de l'électrode est mélangé aux poudres.

L’électrode 23 peut en outre - ainsi que l'illustre la figure 5 dans le cas particulier d'une électrode 23 à section sensiblement circulaire - être protégée par une gaine métallique 24 (« électrode de garde »), flottante ou reliée à la masse, munie d’une fente 25 en regard de la couche de poudre.

L'agent gravant est alors injecté entre l'électrode 23 et la gaine 24, et est projeté à travers la fente 25 sur la couche de poudre sous l'action d'éjection du plasma.

L'électrode 23 peut en variante présenter une géométrie différente, par exemple présenter une section sensiblement annulaire, ou une section de type couteau, ou en arc de cercle ou en arc d'anneau. L'électrode peut également être elle aussi munie d'une fente.

Dans le cas d'une électrode 23 à section annulaire et comportant une fente, ou une section en arc d'anneau, l'électrode 23 comporte une paroi délimitant une cavité interne.

L'agent gravant est introduit dans la cavité interne à l'électrode 23, et est projeté par la fente 25 sur la couche de poudre sous l'action de l'éjection du plasma par la fente 25.

Une telle variante permet d'obtenir une action très forte et localisée de corrosion superficielle des gains, et il est possible de traiter rapidement toute la surface 26 de la couche de poudre.

Procédé de traitement surfacique de poudres

Le procédé associé se propose d'attaquer superficiellement l'extrême surface des grains constituant le lit de poudre, après sa mise en couche, mais avant la micro-fusion par faisceau d'électrons/laser. Une action chimique est réalisée sur la surface des grains de poudre, en produisant une corrosion infime (de l'ordre du pm) mais contrôlée, localisée et de répartition aléatoire. Ainsi, les surfaces des grains de poudre - initialement lisses - vont gagner une rugosité micrométrique, compatible avec la longueur d'onde du rayonnement laser (infrarouge, ultraviolet ou visible).

Il est entendu par rugosité micrométrique que le diamètre du relief, comme représenté sur la figure 1, présente une valeur de l'ordre du micromètre, comprise entre 0,lpm et lOpm.

Outre l'augmentation de l'absorption énergétique du faisceau laser par les poudres (i.e. la diminution du coefficient de réflexion des poudres), il est possible de provoquer des phénomènes résonants d'absorption à travers des plasmons de surface, si la surface présente une nanostructure.

Plusieurs procédés peuvent être envisagés pour attaquer chimiquement la surface des grains de poudres.

La gravure par voie humide consiste à envoyer des gouttelettes à la surface des poudres après la mise en couche.

La gravure par voie sèche est effectuée par plasma à l'aide d'un gaz gravant agissant localement (un plasma linéique par exemple, avec une alimentation en gaz ou en mélange des gaz actifs chimiquement sur les poudres).

Le dosage précis de la quantité d'agent gravant permet l'arrêt de la corrosion de surface, typiquement micrométrique en profondeur, et permet donc de contrôler l'état de surface des grains, sans modifier sensiblement leur taille et avec une parfaite maîtrise des éventuels dopants.

Par dopants on entend des éléments en traces qui modifient les propriétés du matériau initial. Dans le cas des agents gravants, (ex. Phosphore pour le Cuivre), si la quantité dépasse 1%, alors la conductivité électrique du Cuivre chute beaucoup. Donc cette maîtrise et surtout la limitation de la quantité d'agent gravant sont très importantes.

Suivant la méthode de fabrication additive, laser, faisceau d'électrons ou hybride, autrement dit la gamme de pression lbar, 0.1 Pa ou 1 mbar respectivement, l'un ou l'autre des procédés de traitement surfacique décrits peut être utilisé.