Titre : Dispositif d’impression tridimensionnelle à isolation amont et aval des moyens de chauffe de la matière fusible d’impression

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine de l’impression tridimensionnelle, aussi appelée fabrication additive.

La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d’impression tridimensionnelle comportant un système d’extraction chauffant muni de moyens de chauffe de la matière fusible afin de la faire fondre pour l’impression tridimensionnelle de la pièce et un système de refroidissement empêchant une influence desdits moyens de chauffe sur l’ensemble du dispositif d’impression tridimensionnelle. L’invention concerne également une machine d’impression tridimensionnelle comprenant un tel dispositif d’impression tridimensionnelle .

Par dispositif d’impression tridimensionnelle au sens de la présente invention, on entend dans toute la description qui suit un dispositif comprenant un ensemble de moyens permettant l’acheminement et/ou la génération de matière en fusion jusqu’à une buse éjectant la matière en fusion, par exemple à partir d’un réservoir ou d’une trémie contenant la matière à imprimer.

La présente invention trouvera ainsi de nombreuses applications avantageuses dans le domaine de l’impression tridimensionnelle, et notamment dans l’impression de pièces à base de matériaux nécessitant un contrôle de température précis.

Etat de la technique

Le Demandeur observe que le développement de l’impression tridimensionnelle permet la fabrication d’une variété de pièces, sur des séries de taille limitée mais progressivement croissante au fur et à mesure des progrès technologiques.

La pluralité de matériaux employables, parmi lesquels la résine, les thermoplastiques, la cire, le métal (par exemple l’aluminium, l’acier, le titane, le platine, etc.), le plâtre, les céramiques ou encore le verre, participent de la variété d’objets réalisables.

Les pièces sont réalisées par empilement de couches successives de matière en fusion et refroidissement progressif. Pour réaliser cet empilement, il est connu d’employer des installations ou machines d’impression tridimensionnelle comportant un plateau et une tête d’impression munie d’une buse, la tête d’impression et/ou le plateau étant aptes à se déplacer l’un par rapport à l’autre afin de déposer par couches ou strates sur le plateau un filet de matière en fusion extrait de la buse.

Pour une pluralité de raisons, une maîtrise précise de la génération de chaleur est souhaitable en tout point du dispositif, du réservoir de matière à imprimer jusqu’à la dépose et le refroidissement de la matière en fusion.

Notamment, l’empilement des couches nécessitant d’une part que la couche précédente reste au moins partiellement en fusion le temps de recevoir une couche successive pour permettre son adhérence, d’autre part que l’ensemble des couches durcisse suffisamment pour assurer l’intégrité de la pièce en cours d’impression soumise à son propre poids et potentiellement à une pluralité de déplacements, les procédés d’impression tridimensionnelle doivent tenir compte de la vitesse de refroidissement de la matière en fusion et du changement de ses propriétés physiques. Ces paramètres peuvent varier non seulement selon le matériau sélectionné mais aussi en cours d’impression via des changements de conditions externes et/ou l’apport de chaleur constant résultant de l’approvisionnement de matière en fusion.

Le passage d’une matière solide à une matière en fusion nécessitant l’emploi d’un organe de chauffe, sa chaleur est susceptible de se propager au reste du dispositif d’impression. Cette propagation est particulièrement délétère en amont de l’organe de chauffe, où une fusion prématurée de la matière peut stopper son approvisionnement, par exemple par dysfonctionnement de la trémie. En effet, une propagation de la chaleur en amont jusqu’à la zone d’approvisionnement en matière fusible peut engendrer une fusion prématurée de la matière fusible et, en conséquence, un bourrage dans ladite zone d’approvisionnement. Inversement, la propagation de la chaleur en aval jusqu’à la tête d’impression du dispositif d’impression tridimensionnel peut influencer le refroidissement du filet de matière en fusion en sortie de la buse de la tête d’impression.

Le Demandeur soumet par conséquent qu’il n’existe à ce jour aucune solution alternative satisfaisante permettant d’éviter suffisamment l’influence néfaste de l’organe de chauffe sur le bon fonctionnement du dispositif d’impression tridimensionnelle.

Résumé de l’invention

La présente invention vise à améliorer la situation actuelle décrite ci-dessus.

La présente invention vise plus particulièrement à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif d’impression limitant la propagation de chaleur en amont et en aval de l’organe de chauffe, c’est-à-dire l’influence de la chaleur engendrée par l’organe de chauffe en amont sur la zone d’approvisionnement ou de stockage de la matière fusible, par exemple une trémie ou tout autre réservoir, et en aval sur l’environnement de la tête d’impression.

A cet effet, l’objet de la présente invention concerne dans un premier aspect un dispositif d’impression tridimensionnelle comprenant un réservoir de matière fusible, une tête d’impression munie d’une sortie de buse par laquelle est extrait un filet de matière en fusion et un système d’extraction chauffant qui comprend un conduit d’acheminement de la matière connecté en amont au réservoir et en aval à la tête d’impression, un organe de déplacement de la matière dans le conduit d’acheminement depuis le réservoir jusqu’à la tête d’impression et un organe de chauffe agencé autour du conduit d’acheminement pour faire fondre la matière durant son déplacement dans le conduit d’acheminement.

En d’autres termes, le système d’extraction chauffant permet de transférer de la matière fusible du réservoir jusqu’à la tête d’impression par l’actionnement de l’organe de déplacement de la matière à l’intérieur du conduit d’acheminement tout en amenant la matière dans un état de fusion par l’effet de l’organe de chauffe. La tête d’impression reçoit ainsi de la matière en fusion, selon un débit déterminé par le fonctionnement de l’organe de déplacement et une température déterminée par le fonctionnement de l’organe de chauffe.

On entend ici et dans toute la description ci-après que les notions d’amont et d’aval seront prises en considération du flux de circulation de matière du réservoir (amont) vers la tête d’impression (aval), le système d’extraction chauffant et plus particulièrement l’organe de déplacement générant le flux de circulation de matière de l’amont vers l’aval.

On comprend additionnellement que le réservoir de matière fusible, le conduit d’acheminement et l’organe de déplacement de matière seront sélectionnés de manière appropriée au stockage et à l’acheminement du matériau d’impression sélectionné et à la forme selon laquelle le matériau est initialement conditionné, par exemple sous forme de granulés ou sous forme fïlaire. Le conduit d’acheminement peut s’étendre selon une direction longitudinale, par exemple le long d’un axe horizontal ou vertical, de préférence horizontal pour éviter l’influence de la gravité sur le déplacement de la matière en fusion dans ledit conduit d’acheminement pouvant engendrer un tassement de la matière en fusion à proximité de la tête d’impression.

Avantageusement, le dispositif comprend un système de refroidissement comportant une chambre de circulation agencée autour du conduit d’acheminement et un organe de soufflage d’un fluide gazeux de refroidissement connecté à une entrée de la chambre de circulation pour véhiculer dans la chambre de circulation le fluide gazeux de refroidissement, depuis l’amont jusque l’aval du conduit d’acheminement, la chambre de circulation présentant au moins une sortie disposée du côté aval du conduit d’acheminement et orientée de manière à éjecter le fluide gazeux réchauffé sans interférer sur la tête d’impression et sur l’espace externe environnant la sortie de buse.

En d’autres termes, la chambre de circulation permet l’acheminement d’un fluide gazeux de refroidissement autour du conduit d’acheminement de l’amont vers l’aval, le fluide gazeux étant mis en mouvement par un organe de soufflage disposé en amont de la chambre de circulation et circulant d’une entrée amont à laquelle l’organe de soufflage est connecté jusqu’à une sortie aval. Le fluide gazeux se réchauffe progressivement lors de sa circulation amont-aval, notamment en récupérant la chaleur générée par l’organe de chauffe. La sortie aval est orientée de façon à éviter que le fluide gazeux réchauffé n’interagisse avec la tête d’impression disposée elle aussi en aval du conduit d’acheminement et en particulier avec la buse en extrémité de la tête d’impression par laquelle la matière en fusion est éjectée. Selon la conception, la sortie aval de la chambre de circulation peut éjecter le fluide gazeux dans l’environnement d’impression, sa température étant contrôlée par d’autres moyens de manière globale et/ou en certains points selon les exigences de refroidissement de la pièce en cours d’impression, ou encore à l’extérieur de l’environnement d’impression, par exemple à l’extérieur d’une cabine d’impression tridimensionnelle comprenant le dispositif d’impression.

Grâce à la présente invention, le système de refroidissement permet d’évacuer la chaleur générée par l’organe de chauffe en limitant suffisamment sa propagation en amont, où la matière fusible est stockée, ou en aval, où la température d’impression et de refroidissement de la matière est également contrôlée.

On comprend additionnellement que le dispositif d’impression peut comporter une pluralité de moyens supplémentaires permettant le contrôle de la température ou l’isolation de pièces en amont ou en aval du système d’extraction chauffant, le système de refroidissement permettant de limiter au minimum l’impact de l’organe de chauffe sur le reste du dispositif d’impression.

Dans un mode de réalisation avantageux de l’invention, le système de refroidissement comprend un manchon externe dans lequel est logé le conduit d’acheminement, le manchon externe s’étendant sur la longueur du conduit d’acheminement et comprenant sur son contour dans sa portion d’extrémité aval au moins un orifice permettant d’éjecter le fluide gazeux réchauffé radialement au manchon externe.

On comprend ici que le manchon externe est un élément creux, par exemple un élément tubulaire, contenant le conduit d’acheminement. Le manchon externe et le conduit d’acheminement s’étendent par exemple sur une longueur sensiblement identique. L’orientation de l’au moins un orifice permet de diriger le fluide gazeux réchauffé de sorte que la tête d’impression se situe hors de sa trajectoire. Plus particulièrement, le fluide gazeux réchauffé est éjecté radialement, soit de manière perpendiculaire à l’axe selon lequel s’étendent le conduit d’acheminement et le manchon externe, ou dans un cas particulier l’axe selon lequel s’étendent les extrémités aval du conduit d’acheminement et du manchon externe.

De préférence, le système de refroidissement comporte un manchon interne dans lequel est logé au moins partiellement le conduit d’acheminement, le manchon interne étant logé dans le manchon externe, le manchon interne ayant une section inférieure à la section du manchon externe de manière à conserver un espacement entre le manchon interne et le manchon externe, l’espacement constituant au moins un tronçon de la chambre de circulation.

On comprend ici que le manchon interne s’étend partiellement ou complètement sur la longueur du conduit d’acheminement, l’espacement entre le manchon interne et le manchon externe constituant l’au moins un tronçon de la chambre de circulation selon leur portion commune de la longueur du conduit d’acheminement, de sorte que le fluide gazeux circule entre le manchon interne et le manchon externe. Selon une conception particulière, le fluide gazeux peut également circuler à l’intérieur du manchon interne, par exemple de manière connectée à la chambre de circulation.

Dans un mode de réalisation particulier, le conduit d’acheminement comprend un tronçon amont constitué d’une première pièce tubulaire comprenant un connecteur pour le raccordement d’un embout de sortie du réservoir, l’embout de sortie passant au travers du manchon externe, la première pièce tubulaire et le manchon externe étant dimensionnés pour conserver un espacement entre la première pièce tubulaire et le manchon externe, l’espacement constituant un tronçon amont de la chambre de circulation.

On comprend ici que la première pièce tubulaire est logée dans le manchon externe et forme un tronçon amont du conduit d’acheminement, de sorte qu’un tronçon amont du manchon externe et le tronçon amont du conduit d’acheminement forment un tronçon amont de la chambre de circulation. Ce tronçon amont de la chambre de circulation est par exemple complété par un tronçon aval formé par le manchon interne et le manchon externe, comme décrit plus en détail ci-après.

On comprend additionnellement que l’approvisionnement du conduit d’acheminement est effectué par l’intermédiaire de l’embout de sortie du réservoir connecté à la première pièce tubulaire. L’embout de sortie traverse par exemple le manchon externe et la première pièce tubulaire pour permettre le déversement de matière fusible à l’intérieur de la première pièce tubulaire, laquelle contient un tronçon amont de l’organe de déplacement de la matière en tant que tronçon amont du conduit d’acheminement. La première pièce tubulaire présente par exemple une cavité débouchant sur l’organe de déplacement de matière et configurée pour recevoir l’embout de sortie du réservoir.

Dans un mode de réalisation spécifique combiné avec le mode précédent, la première pièce tubulaire comprend des ailettes radiales s’étendant sur la longueur de la première pièce tubulaire de sorte que le fluide gazeux de refroidissement circule entre les ailettes.

De préférence, les ailettes présentent dans un plan de coupe transversal une forme en escalier, crénelée ou encore en sapin.

L’homme du métier comprend que l’ajout d’ailettes permet de maximiser la surface de contact entre la première pièce tubulaire et le fluide gazeux de refroidissement, de manière à assurer un bon refroidissement de la première pièce tubulaire et à éviter toute remontée de chaleur au niveau du réservoir ou de l’embout de sortie du réservoir, susceptible de faire fondre la matière avant son acheminement par l’organe de déplacement de la matière. La forme des ailettes permet de casser le front de chaleur à l’intérieur de la matière et donc de limiter les effets de conduction de la première pièce tubulaire.

On comprend additionnellement que la première pièce tubulaire peut présenter une extrémité plane permettant la réception de l’embout de sortie du réservoir et/ou de tout autre moyen d’assemblage, les ailettes s’étendant dans toute autre direction radiale.

Dans un mode de réalisation additionnel, le conduit d’acheminement comprend un tronçon aval constitué d’une seconde pièce tubulaire disposée dans le prolongement de la première pièce tubulaire et recevant l’organe de chauffe.

De préférence, l’organe de chauffe est positionné dans une partie aval du tronçon aval.

On comprend ici que la première pièce tubulaire et la seconde pièce tubulaire s’assemblent de façon à former le conduit d’acheminement autour duquel l’organe de chauffe est agencé et dans lequel l’organe de déplacement de matière est logé. L’organe de chauffe est positionné le plus en aval possible du conduit d’acheminement pour limiter toute remontée de chaleur en amont tout en permettant la fusion de la matière et la réalisation du dispositif tel que décrit dans l’invention. L’organe de chauffe correspond par exemple à une spire résistive enroulée autour de la partie aval du tronçon aval, et peut être associé à des moyens de mesure de température, par exemple un thermocouple permettant la mesure de la température de chauffe ou de la température en aval de l’organe de chauffe. De préférence, le tronçon aval comprend une partie amont comportant des gorges espacées entre elles permettant de réduire la conduction de chaleur de l’aval vers l’amont sur le conduit d’ acheminement.

On comprend ici que les gorges remplissent une fonction sensiblement similaire aux ailettes décrites ci-avant, de sorte à limiter d’autant plus la remontée de chaleur le long du conduit d’ acheminement.

On comprend additionnellement que les parties aval et amont du tronçon aval sont délimitées par la présence de l’organe de chauffe sur la partie aval et des gorges sur la partie amont.

Dans encore un mode de réalisation combiné avec les modes de réalisation précédents, le manchon interne est disposé dans le prolongement de la première pièce tubulaire et s’étend sur la longueur de la seconde pièce tubulaire, la seconde pièce tubulaire et l’organe de chauffe étant logés dans le manchon interne.

On comprend ici que la chambre de circulation est divisée en un tronçon amont entre la première pièce tubulaire et le manchon externe et un tronçon aval entre le manchon interne et le manchon externe, la seconde pièce tubulaire entourée de l’organe de chauffe étant logés à l’intérieur du manchon interne.

De préférence, le manchon interne comprend un bord périphérique amont comprenant des crans qui s’engagent dans des logements prévus sur un bord aval de la première pièce tubulaire.

On comprend ici que les logements peuvent être définis par la forme des ailettes décrites ci- avant. Le positionnement des crans et des logements ainsi que les formes respectives de la première pièce tubulaire et du manchon interne permettent ainsi de définir ou non un espace permettant la circulation du fluide gazeux de refroidissement entre le manchon interne et la seconde pièce tubulaire.

Dans un autre mode de réalisation combiné avec le mode précédent, le manchon externe comprend sur son contour une première ouverture, le manchon interne comprend sur son contour une deuxième ouverture et une troisième ouverture qui sont disposées en vis-à-vis, la deuxième ouverture du manchon interne étant en regard de la première ouverture du manchon externe, lesdites ouvertures étant disposées dans une partie amont du tronçon aval.

L’homme du métier comprend que les première, deuxième et troisième ouvertures permettent de générer une circulation du fluide gazeux de refroidissement perpendiculairement au sens longitudinal du conduit d’acheminement sur la partie amont du tronçon aval sous l’effet de la circulation du fluide gazeux dans le sens longitudinal. Cette circulation peut résulter d’un effet Venturi généré par les ouvertures et la circulation de l’amont vers l’aval du fluide gazeux de refroidissement. Bien évidemment, la direction de la circulation perpendiculaire est définie vis-à-vis du tronçon du conduit d’acheminement qu’elle intersecte, indépendamment de la direction dans laquelle celui-ci s’étend sur un quelconque autre tronçon.

On comprend ici que chacune des première, deuxième et troisième ouvertures peut être mise en œuvre selon une variété de formes, par exemple un trou circulaire débouchant ou une pluralité de perforations disposées sur la partie amont du tronçon aval.

On comprend additionnellement que les ouvertures des manchons externe et interne et les gorges de la seconde pièce tubulaire sont, selon une conception, toutes deux disposées dans une même partie amont du tronçon aval, de sorte que la circulation du fluide gazeux de refroidissement s’effectue sur les gorges, le refroidissement étant amélioré par la surface de contact supérieure.

Dans un mode de mise en œuvre, l’organe de déplacement de la matière est une vis d’extraction qui s’étend sur toute la longueur du conduit d’acheminement.

On comprend ici que la vis d’extraction permet de transformer un mouvement de rotation, par exemple généré par un moteur situé hors de la chambre de circulation et relié à la vis d’extraction, en un déplacement longitudinal de la matière fusible via un mouvement hélicoïdal. Une vis d’extraction peut être particulièrement adaptée au déplacement de matière fusible en granulés stockée dans un réservoir de type trémie.

Dans un mode de mise en œuvre particulier, l’organe de soufflage comprend une plaque munie de perforations communiquant en aval avec la chambre de circulation (et donc disposée en amont de celle-ci), lesdites perforations permettant l’entrée du fluide gazeux de refroidissement dans ladite chambre de circulation.

Selon la conception, la plaque munie de perforations peut être configurée pour empêcher l’infiltration de matière fusible hors du système d’extraction chauffant et/ou pour permettre l’assemblage du système d’extraction chauffant dans un dispositif d’impression plus grand et/ou pour permettre la connexion d’éléments externes au système d’extraction chauffant, par exemple une chaîne cinématique d’entraînement de la vis d’extraction.

De préférence, l’organe de soufflage comprend au moins un ventilateur, le fluide gazeux de refroidissement étant de l’air, une gaine de circulation étant agencée entre l’au moins un ventilateur et la plaque.

On comprend ici que l’organe de soufflage est connecté à une entrée de la chambre de circulation par l’intermédiaire de la gaine de circulation, la plaque munie de perforations communiquant en amont avec la gaine de circulation et en aval avec la chambre de circulation. Le système de refroidissement est par exemple configuré pour faire circuler de l’air à une température initiale correspondant à la température extérieure ou à la température de l’environnement d’impression, l’air réchauffé étant par la suite rejeté par la sortie en aval du conduit d’acheminement dans l’environnement extérieur ou l’environnement d’impression. Le fluide gazeux de refroidissement utilisé est préférentiellement de l’air, mais d’autres fluides gazeux de refroidissement pourraient être envisagés en mettant en œuvre des moyens nécessaires à son usage en toute sécurité tels que son conditionnement avant usage et son recyclage et son traitement après usage.

Un second aspect de la présente invention concerne une machine d’impression tridimensionnelle, laquelle comprend un dispositif d’impression tridimensionnelle selon le premier aspect de l’invention.

On comprend ici que le dispositif d’impression tridimensionnelle comprenant le système de refroidissement est intégré à la machine d’impression tridimensionnelle de manière à permettre la dépose d’un filet de matière en fusion dans la machine d’impression tridimensionnelle .

La machine d’impression peut comprendre un plateau de réception comportant une platine de réception de la matière en fusion agencée pour être disposée dans la trajectoire du filet de matière en fusion. La machine peut également comprendre une variété de moyens permettant le déplacement et/ou la commande du déplacement de la platine et/ou de la tête d’impression l’un par rapport à l’autre, et être configurée pour transmettre de l’énergie et/ou des informations de fonctionnement envers le dispositif d’impression tridimensionnelle et/ou le plateau de réception.

Le dispositif d’impression et la machine peuvent être conçus de manière conjointe de sorte à faciliter l’intégration du dispositif d’impression avec la machine, ou encore de manière séparée permettant un assemblage selon des caractéristiques standardisées.

Ainsi, par les différentes caractéristiques techniques fonctionnelles et structurelles ci-dessus, le Demandeur propose un dispositif d’impression tridimensionnelle équipé d’un système de refroidissement permettant d’évacuer la chaleur générée par la mise en fusion de la matière sans impacter le stockage de la matière fusible en amont ou l’impression et le refroidissement de la pièce en aval.

Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous en référence aux figures 1 à 8 annexées illustrant un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles :

[Fig. 1] La figure 1 illustre une vue de côté d’un dispositif d’impression tridimensionnelle selon un exemple de réalisation de la présente invention.

[Fig. 2] La figure 2 illustre une vue de côté du système d’extraction et de la tête d’impression présents sur le dispositif conforme à la figure 1.

[Fig. 3] La figure 3 illustre une vue en coupe de la figure 2.

[Fig. 4] La figure 4 met en évidence le système d’extraction chauffant et le système de refroidissement présents sur la figure 3.

[Fig. 5] La figure 5 illustre une vue de derrière du disposition conforme à la figure 1 et montrant notamment la première pièce tubulaire du conduit d’acheminement.

[Fig. 6] La figure 6 illustre en perspective un manchon interne assemblé avec une première pièce tubulaire, le manchon interne et la première pièce tubulaire participant à la mise en œuvre de la chambre de circulation du fluide gazeux de refroidissement.

[Fig. 7] La figure 7 illustre en perspective la première pièce tubulaire du conduit d’acheminement de la matière.

[Fig. 8] La figure 8 représente une vue schématique d’une machine d’impression tridimensionnelle sur laquelle sera mis en œuvre un dispositif d’impression tridimensionnelle conforme à la figure 1.

Description détaillée

La présente invention va maintenant être décrite dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 8 annexées à la description. Des mêmes éléments sont identifiés avec des mêmes signes de référence tout au long de la description qui va suivre.

Comme indiqué dans le préambule de la description, l’approvisionnement de matière en fusion et notamment la chauffe de matière fusible résulte en une génération et une propagation de chaleur, laquelle peut entraver le refroidissement des pièces imprimées et/ou la chaîne d’approvisionnement de matière fusible.

Un des objectifs de la présente invention consiste à permettre une évacuation de cette chaleur protégeant la chaîne d’approvisionnement en amont et en aval de la chauffe de matière fusible.

Ceci est rendu possible dans l’exemple décrit ci-après. On comprendra ici que cet exemple n’est pas limitatif et que l’invention trouvera d’autres applications pour la fabrication additive selon d’autres critères, par exemple l’impression de matériaux nécessitant un contrôle précis de la température en tout point de la chaîne d’ approvisionnement.

La figure 1 illustre un dispositif d’impression tridimensionnelle 1000 développé dans le cadre de la présente invention, lequel sera mis en œuvre sur une machine d’impression tridimensionnelle 2000 illustrée en figure 8, pour l’impression tridimensionnelle d’une pièce. Le dispositif d’impression tridimensionnelle et la machine d’impression tridimensionnelle sont respectivement nommés dans la suite de la description « dispositif 1000 » et « machine 2000 ». Sur la figure 8, le dispositif 1000 n’est pas représenté sur la machine 2000 pour une meilleure lecture de cette figure 8. La machine 2000 comporte un plateau de réception 3000 comprenant une platine 3010 configurée pour recevoir par couches ou strates la matière en fusion durant l’impression de la pièce. La machine 2000 comporte un chariot 2010 sur lequel sera monté de manière amovible le dispositif 1000. Le plateau de réception 3000 et/ou la platine 3010 et/ou le chariot 2010 peuvent être articulés de manière à pouvoir être déplacés à l’intérieur de la machine 2000 ou encore l’un vis-à-vis de l’autres selon une pluralité de mouvements, par exemple selon trois axes de translation, selon la forme de la pièce à imprimer en tri-dimensions. Sur l’exemple de la figure 8, la machine 2000 comprend un premier système de transmission 2020 permettant de déplacer le chariot 2010 selon les deux directions X et Y du repère X, Y, Z et un second système de transmission 2030 permettant de déplacer le plateau de réception 3000 selon la direction Z du repère X, Y, Z. Des variantes sont envisageables, par exemple un dispositif 1000 fixe, conçu spécifiquement et de manière intégrée à la machine 2000 ou encore un dispositif 1000 amovible et assemblé directement sur le châssis 2040 de la machine 2000. Le caractère amovible du dispositif 1000 présente pour avantage de permettre le remplacement dudit dispositif 1000 par un autre présentant ou non les caractéristiques objets de l’invention, par exemple pour une adaptation du dispositif 1000 sur la machine 2000 en fonction du type de pièce à imprimer et de la matière fusible employé pour l’impression de cette pièce.

Comme illustré en figure 1, ce dispositif 1000 comporte un système d’extraction chauffant 1200 connecté en amont à un réservoir 1300 et en aval à une tête d’impression 1400. Selon l’exemple des figures 3 et 4, le dispositif 1000 comporte un organe de déplacement de la matière 1220 configuré pour déplacer la matière de l’amont vers l’aval, couplé à un organe de chauffe 1230 configuré pour faire passer la matière dans un état de fusion avant son entrée dans un canal de matière 1410 de la tête d’impression 1400, laquelle éjecte ensuite un filet de matière en fusion par sa sortie de buse 1411. Dans cet exemple, le dispositif d’impression 1000 est configuré pour l’impression de matière initialement conditionnée en granulés, de sorte que le réservoir 1300 est une trémie et l’organe de déplacement de la matière 1220 est une vis d’extraction logée dans un conduit d’acheminement 1210, le réservoir 1300 alimentant l’organe de déplacement 1220 via un embout de sortie 1310. Bien évidemment, il est possible d’envisager une variété de réservoirs 1300 et d’organes de déplacement 1220 raccordés à la tête d’impression 1100, par exemple spécifiques au matériau considéré ou au conditionnement de la matière, laquelle peut également être obtenue sous forme fïlaire ou sous toute autre forme appropriée à l’impression tridimensionnelle. Selon la conception, l’organe de déplacement 1220 et le conduit d’acheminement 1210 peuvent former un élément monobloc permettant de contenir et de véhiculer la matière en fusion, ou encore deux éléments distincts aux fonctions séparées et/ou complémentaires. On considère en outre dans cette description que le conduit d’acheminement 1210 s’étend dans une direction longitudinale et horizontale. D’autres directions du conduit d’acheminement 1210 pourraient être envisagées en variantes, par exemple une direction verticale ou inclinée. Sur l’exemple décrit ici à l’appui des figures 1 à 7, on définit ainsi un premier axe Xi correspondant à la direction longitudinale dans laquelle s’étend le conduit d’acheminement 1210, et centré sur ce même conduit d’acheminement 1210.

Dans ce même exemple, le dispositif 1000 comprend également un système de refroidissement permettant de véhiculer un fluide gazeux autour du conduit d’acheminement 1210 de manière à contrebalancer la chaleur générée par l’organe de chauffe 1230 et limiter sa propagation. On prévoit ainsi un manchon externe 1120 s’étendant selon le premier axe Xi dans lequel le conduit d’acheminement 1210 est logé et de section supérieure à celle du conduit d’acheminement 1210, de sorte qu’un fluide puisse être véhiculé dans une chambre de circulation 1110 entre le manchon externe 1120 et le conduit d’acheminement 1210. Le manchon externe 1120 comme le conduit d’acheminement 1210 peuvent par exemple présenter une section transversale de forme circulaire, et eux-mêmes présenter une forme cylindrique.

Selon l’exemple de la figure 5, l’entrée du système de refroidissement est effectuée en amont via une plaque 1140 fixée à l’extrémité amont du manchon externe 1120 et du conduit d’acheminement 1210 et comprenant au moins une perforation 1141 permettant l’introduction du fluide gazeux dans la chambre de circulation 1110. Le fluide gazeux peut être acheminé jusqu’à l’entrée du système de refroidissement par une variété de moyens selon le fluide gazeux sélectionné, sa source et son conditionnement. On peut par exemple prévoir au moins un organe de soufflage de type ventilateur 1150 (représenté partiellement sur la figure 4) intégré au dispositif 1000 ou externe, générant un flux de circulation d’air et connecté à la plaque 1140 par une gaine de circulation 1160 (représentée partiellement sur les figures 3 et 4), le ventilateur 1150 étant positionné dans la gaine de circulation 1160 ou devant une entrée de celle-ci.

Ce système de refroidissement peut en outre être amélioré pour accroître les effets de refroidissement et/ou contrôler l’évacuation de chaleur, de manière indépendante ou conjointe au système d’extraction chauffant 1200 et plus généralement au dispositif d’impression 1000. En accord avec le concept sous-jacent de l’invention, le manchon externe 1120 comporte une pluralité d’orifices 1121, ou encore « éjecteurs », disposés selon la surface d’une portion aval du manchon externe 1120 (figures 2 à 4), constituant chacun une sortie du système de refroidissement et orientés de sorte que le fluide gazeux s’échappe radialement par rapport au manchon externe 1120 et donc par rapport au conduit d’acheminement 1210 et au premier axe Xi.

Ainsi, le fluide gazeux circule de l’au moins une perforation 1141 en amont jusqu’aux orifices 1121 en aval selon un flux de circulation longitudinal le long du premier axe Xi et se réchauffe progressivement, notamment à proximité de l’organe de chauffe 1230, avant d’être éjecté dans une direction radiale de manière à ne pas réchauffer la tête d’impression 1400 et en particulier la sortie de la buse 1411. Cette conception permet de refroidir le conduit d’acheminement 1210 sans rediriger la chaleur récupérée par le fluide gazeux sur un autre élément du dispositif 1000. Le fluide gazeux permet en outre de refroidir le conduit d’acheminement 1210 dans sa partie amont située avant l’organe de chauffe 1230, ce qui atténue la propagation de la chaleur dans ledit conduit d’acheminement 1210 en direction du réservoir 1300.

Comme énoncé ci-avant, le système d’extraction chauffant 1200 peut également être conçu pour limiter la propagation de chaleur de l’organe de chauffe 1230. Selon l’exemple des figures 3 et 4, le conduit d’acheminement 1210 est réalisé en deux éléments distincts 1210a et 1210b. Ainsi, on prévoit une première pièce tubulaire 1210a illustrée en figure 7 formant un tronçon amont du conduit d’acheminement 1210 et recevant d’une part l’organe de déplacement 1220 et d’autre part l’embout de sortie 1310 du réservoir 1300. La première pièce tubulaire 1210a présente par exemple une surface plane 1213 présentant une ouverture 1214 complémentaire de l’embout de sortie 1310, de sorte que la matière fusible soit déversée à l’intérieur de la première pièce tubulaire 1210a et mise en mouvement le long du premier axe Xi par l’organe de déplacement 1220. Bien évidemment, le conduit d’acheminement 1210 et par extension la première pièce tubulaire 1210a étant logés à l’intérieur du manchon externe 1120, le manchon externe 1120 présente additionnellement une ouverture 1123 permettant l’insertion de l’embout de sortie 1310, l’ajustement de l’embout de sortie 1310 traversant le manchon externe 1120 étant effectué de préférence manière à éviter toute fuite de fluide gazeux, par exemple par l’emploi de joints d’étanchéité.

Il apparaît par conséquent que la première pièce tubulaire 1210a et le manchon externe 1120 forment un tronçon amont de la chambre de circulation 1110, de sorte que le fluide gazeux circule entre ces deux éléments. Comme illustré en figure 7, la première pièce tubulaire 1210a présente une pluralité d’ailettes 1211 disposées en longueur selon le premier axe Xi et s’étendant radialement vis-à-vis de ce premier axe Xi. La circulation du fluide gazeux de refroidissement entre les ailettes 1211 dans le sens de leur longueur permet d’augmenter les transferts de chaleur avec la première pièce tubulaire 1210a, les ailettes 1211 pouvant également présenter une section transversale facilitant les effets de convection et/ou limitant la conduction à l’intérieur de la première pièce tubulaire 1210a, par exemple une section transversale en forme de sapin ou d’escalier, ou toute autre forme appropriée, telle qu’illustrée sur la figure 7. Cette conception permet en particulier d’optimiser le refroidissement sur le tronçon amont du conduit d’acheminement 1210 et donc du système d’extraction chauffant 1200, de manière à conserver autant que possible la trémie 1300 et son embout de sortie 1310 sous la température de fusion de la matière fusible.

En complément de la première pièce tubulaire 1210a, le système d’extraction chauffant 1200 comprend une seconde pièce tubulaire 1210b formant un tronçon aval du conduit d’acheminement 1210 et configurée pour s’engager avec une extrémité aval de la première pièce tubulaire 1210a. Comme illustré dans les figures 3 et 4, la seconde pièce tubulaire 1210b présente par exemple un épaulement 1215 complémentaire d’une ouverture 1216 de la première pièce tubulaire 1210a permettant d’obtenir un conduit d’acheminement 1210 correctement ajusté selon le premier axe Xi. On peut bien évidemment concevoir une variété de moyens d’assemblage de la première pièce tubulaire 1210a et de la seconde pièce tubulaire 1210b permettant d’obtenir avec précision une longueur, un ajustement radial ou tout autre paramètre recherché du conduit d’acheminement 1210.

On prévoit ici une seconde pièce tubulaire 1210b comportant une partie aval recevant l’organe de chauffe 1230 et une partie amont présentant une pluralité de gorges 1212 espacées le long du premier axe Xi, comme l’illustrent les figures 3 et 4. Cette conception permet de réduire encore la remontée de chaleur vers l’amont en réduisant les effets de conduction internes de la seconde pièce tubulaire 1210b. Dans ce même exemple, on prévoit un manchon interne 1130 logé dans le manchon externe 1120 et recevant le tronçon aval du conduit d’acheminement 1210, à savoir la second pièce tubulaire 1210b. On comprend donc que le manchon interne 1130 présente une section transversale comprise entre celle de la seconde pièce tubulaire 1210b et celle du manchon externe 1120. Comme énoncé ci-avant, la section transversale du manchon interne 1130 peut présenter une forme circulaire similaire à celle du manchon externe 1120 et/ou du conduit d’acheminement 1210. Le fluide gazeux circulant de l’entrée amont formée par l’au moins une perforation 1141 à la sortie aval formée par les orifices 1121, il apparaît en outre que le fluide gazeux circule principalement entre le manchon externe 1120 et le manchon interne 1130, l’espacement entre le manchon externe 1120 et le manchon interne 1130 formant un tronçon aval de la chambre de circulation 1110. Cette conception permet ainsi de permettre la circulation du fluide gazeux de l’amont vers l’aval en limitant ou en empêchant une circulation de fluide gazeux directement sur l’organe de chauffe 1230 et la partie aval du tronçon aval du conduit d’acheminement 1210 autour duquel l’organe de chauffe 1230 est positionné, une telle circulation pouvant limiter l’efficacité de la chauffe de matière fusible dans le conduit d’acheminement 1210.

Toujours dans ce même exemple, le manchon interne 1130 s’étend non seulement autour de la partie aval du tronçon aval du conduit d’acheminement 1210, mais également sur la partie amont du tronçon aval, de sorte que le manchon interne 1130 entoure complètement la seconde pièce tubulaire 1210b, mis à part la portion de la seconde pièce tubulaire 1210b assemblée avec la première pièce tubulaire 1210a. Le manchon interne 1130 est ainsi disposé directement dans le prolongement de la première pièce tubulaire 1210a, son espacement avec le manchon externe 1120 formant un tronçon aval de la chambre de circulation 1110 complémentaire du tronçon amont de la chambre de circulation 1110.

Le manchon interne 1130 est par exemple assemblé avec la première pièce tubulaire 1210a selon l’exemple de la figure 6, le manchon interne 1130 comportant une pluralité de crans 1131 disposés selon le bord périphérique de son extrémité amont, aptes à s’engager dans des logements de la première pièce tubulaire 1210a, ici des logements formés par l’espacement entre les ailettes 1211 selon l’extrémité aval de la première pièce tubulaire 1210a. Selon l’ajustement entre les crans 1131 et les logements de la première pièce tubulaire 1210a, il est également possible qu’un écoulement de fluide gazeux se produise à l’intérieur du manchon interne 1130.

Comme illustré sur les figures 3 et 4, le manchon externe 1120 comporte une première ouverture 1122, tandis que le manchon interne 1130 comporte une deuxième ouverture 1132 disposée en regard de la première ouverture 1122 et une troisième ouverture 1133 disposée en vis-à-vis de la deuxième ouverture 1132, de sorte que la première ouverture 1122 débouche sur la deuxième ouverture 1132 et que la deuxième ouverture 1132 et la troisième ouverture 1133 soient situées autour de la seconde pièce tubulaire 1120b de part et d’autre du premier axe Xi. Les trois ouvertures 1122, 1132 et 1133 sont ainsi alignées selon un second axe X2 perpendiculaire au premier axe Xi et permettent une circulation du fluide gazeux le long de ce second axe X2 sous l’action de la circulation longitudinale du fluide gazeux à l’intérieur de la chambre de circulation 1110, notamment par effet Venturi. Cette circulation perpendiculaire permet d’améliorer le refroidissement d’un tronçon du conduit d’acheminement 1210 par rapport à la circulation longitudinale et donc de limiter la conduction de chaleur sur ce tronçon. Les ouvertures 1122, 1132 et 1133 peuvent être réalisées selon une variété de formes, la figure 6 illustrant par exemple une deuxième ouverture 1132 réalisée par un trou débouchant unique et une troisième ouverture 1133 réalisée par une pluralité de perforations. Dans une conception optimisée, le second axe X2 est préférentiellement positionné sur la partie amont du tronçon aval de la seconde pièce tubulaire 1210b de sorte que la circulation perpendiculaire du fluide gazeux s’effectue directement en amont de l’organe de chauffe 1230 sur les gorges 1212, la structure des gorges 1212 augmentant les échanges thermiques par convection avec le fluide gazeux et limitant la conduction thermique sur ce tronçon de la seconde pièce tubulaire 1210b. Cette conception permet ainsi de réaliser un système anti retour de chaleur stoppant efficacement la remontée de chaleur de l’organe de chauffe 1230 vers l’amont du système d’extraction chauffant 1200 et plus particulièrement vers le réservoir 1300.

Optionnellement, l’ensemble du système de refroidissement, ainsi que l’organe de chauffe 1230, peuvent être couplés à des moyens de contrôle et/ou de mesure de la température. De tels moyens comprennent par exemple un ou plusieurs capteurs disposés au niveau du conduit d’acheminement 1210 ou de la chambre de circulation 1110, par exemple un thermocouple (non représenté ici) associé à l’organe de chauffe 1230, et permettent d’estimer une pluralité de paramètres comme la température de la matière fusible ou des éléments du système d’extraction chauffant 1200 ou encore le débit de circulation longitudinale et/ou perpendiculaire. Les moyens de contrôle comprennent par exemple une carte électronique programmée pour recevoir en entrée des informations issues des capteurs susmentionnés et/ou des paramètres relatifs à la matière fusible en cours d’impression et pour commander l’actionnement de l’organe de soufflage et/ou de l’organe de chauffe 1230 pour assurer la fusion de la matière fusible avant son arrivée dans la tête d’impression 1400 et/ou une évacuation de chaleur suffisante. Selon la conception, une telle carte électronique peut être intégrée au dispositif d’impression 1000, à la machine d’impression tridimensionnelle 2000 ou encore à un automate externe.

Ainsi, on comprendra que la présente invention prévoit un dispositif d’impression tridimensionnelle équipé d’un système d’extraction chauffant et un système de refroidissement permettant l’évacuation de la chaleur générée en cours d’impression. Ce système de refroidissement est en particulier configuré pour empêcher la propagation de chaleur envers le reste du dispositif d’impression, notamment la diffusion de chaleur en direction de la tête d’impression et de la sortie de la buse. La température d’impression et le refroidissement de la matière après sa sortie de buse peuvent ainsi être contrôlés en limitant l’influence du système d’extraction chauffant.

Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu’en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l’objet de l’invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d’ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.

Il devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dans les revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ont pour seul but d’améliorer l’intelligibilité et la compréhension des revendications qui suivent ainsi que la portée de la protection recherchée.