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FR3079773A1 - HEATING DEVICE FOR ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS - Google Patents

HEATING DEVICE FOR ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS Download PDF

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FR3079773A1
FR3079773A1 FR1853017A FR1853017A FR3079773A1 FR 3079773 A1 FR3079773 A1 FR 3079773A1 FR 1853017 A FR1853017 A FR 1853017A FR 1853017 A FR1853017 A FR 1853017A FR 3079773 A1 FR3079773 A1 FR 3079773A1
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FR
France
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heating device
electrode
heating
plasma
powder bed
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FR1853017A
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French (fr)
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FR3079773B1 (en
Inventor
Gilles Walrand
Tiberiu Minea
Gerard Bauville
Stephane Pasquiers
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AddUp SAS
Universite Paris Saclay
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud Paris 11
AddUp SAS
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Publication date
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Priority to PCT/FR2019/050808 priority patent/WO2019193298A1/en
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de chauffage d'un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte : - un dispositif de génération de plasma (28), ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci, - une unité pour l'alimentation électrique (22) dudit dispositif de chauffage, - une unité de contrôle (9) pour commander l'alimentation et le déplacement du dispositif de chauffage.The invention relates to a device for heating a bed of powder in an additive manufacturing apparatus, characterized in that it comprises: - a plasma generating device (28), said device being adapted to be arranged and moved to the above the powder bed, at a distance from the powder bed for generating plasma thereon, - a unit for the power supply (22) of said heating device, - a control unit (9) for controlling feeding and moving the heater.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGEHEATING DEVICE

POUR APPAREIL DE FABRICATION ADDITIVEFOR ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS

DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEURGENERAL TECHNICAL AREA AND PRIOR ART

La présente invention concerne le domaine général de la fabrication additive sélective.The present invention relates to the general field of selective additive manufacturing.

Plus particulièrement, elle concerne les traitements de chauffage que l'on met en œuvre sur les lits de poudre avant la fusion sélective.More particularly, it relates to the heating treatments that are implemented on the powder beds before the selective melting.

La fabrication additive sélective consiste à réaliser des objets tridimensionnels par consolidation de zones sélectionnées sur des strates successives de matériau pulvérulent (poudre métallique, poudre de céramique, etc...). Les zones consolidées correspondent à des sections successives de l’objet tridimensionnel. La consolidation se fait par exemple couche par couche, par une fusion sélective totale ou partielle réalisée avec une source de puissance (faisceau laser de forte puissance, faisceau d'électrons, etc.).Selective additive manufacturing consists of making three-dimensional objects by consolidating selected areas on successive layers of powdery material (metallic powder, ceramic powder, etc.). The consolidated areas correspond to successive sections of the three-dimensional object. Consolidation is done, for example, layer by layer, by a total or partial selective fusion carried out with a power source (high power laser beam, electron beam, etc.).

Classiquement, pour éviter les projections dues à la répulsion électrostatique de particules de poudre adjacentes qui se chargent sous l'effet du faisceau de la source de puissance, le lit de poudre est préalablement consolidé par une préchauffe. Cette préchauffe assure une montée en température du lit de poudre à des températures qui peuvent être assez conséquentes (environ 750 °C pour les alliages de Titane).Conventionally, in order to avoid projections due to the electrostatic repulsion of adjacent powder particles which are charged under the effect of the beam of the power source, the powder bed is previously consolidated by preheating. This preheating ensures a rise in temperature of the powder bed at temperatures which can be quite substantial (approximately 750 ° C. for the titanium alloys).

Elle a toutefois un fort coût énergétique.However, it has a high energy cost.

Elle représente en outre une perte en temps de cycle importante.It also represents a significant loss of cycle time.

De plus, lorsque la géométrie de la pièce ne l'exige pas, il n'est pas nécessaire de chauffer l'intégralité du lit de poudre à chaque étape de fusion sélective.In addition, when the geometry of the part does not require it, it is not necessary to heat the entire powder bed at each selective melting step.

En outre, le préchauffage total d'une couche de poudre entraîne une cohésion des poudres qui gêne le nettoyage de la pièce lorsque le processus de fabrication est terminé, en particulier lorsque la pièce comporte des cavités internes à géométrie complexe.In addition, the total preheating of a layer of powder results in cohesion of the powders which hinders the cleaning of the part when the manufacturing process is finished, in particular when the part has internal cavities with complex geometry.

PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTIONOVERVIEW OF THE INVENTION

Un but général de l'invention est de pallier les inconvénients des configurations proposées jusqu'à présent.A general object of the invention is to overcome the drawbacks of the configurations proposed so far.

Notamment, un but de l'invention est de proposer une solution qui permette une préchauffe et/ou un post-traitement par chauffage sans chargement et soulèvement de poudre.In particular, an object of the invention is to provide a solution which allows preheating and / or post-treatment by heating without loading and raising the powder.

Un autre but encore est de proposer une solution qui permette de réduire les coûts et les temps de préchauffe et/ou de post-traitement par chauffage dans les cycles de fabrication.Yet another object is to propose a solution which makes it possible to reduce the costs and the preheating and / or post-treatment times by heating in the manufacturing cycles.

Un autre but de l'invention est de proposer une solution simple de construction.Another object of the invention is to propose a simple construction solution.

Un autre but également est de proposer une solution de chauffage efficace, sur une large gamme de pressions.Another aim is also to provide an efficient heating solution over a wide range of pressures.

Un autre but est de limiter le chauffage du lit de poudre aux seules zones qui seront fondues lors de la phase de fusion qui suit, pour la strate en cours de fabrication.Another object is to limit the heating of the powder bed to only the zones which will be melted during the following melting phase, for the stratum during manufacture.

Ainsi, selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif de chauffage d'un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte :Thus, according to a first aspect, the invention provides a device for heating a bed of powder in an additive manufacturing device, characterized in that it comprises:

- un dispositif de génération de plasma, ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci,a plasma generation device, said device being adapted to be placed and moved above the powder bed, at a distance from the powder bed allowing the generation of the plasma thereon,

- une unité pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma,a unit for the electrical supply of said plasma generation device,

- une unité de contrôle pour commander l'alimentation et le déplacement du dispositif de génération de plasma.- a control unit to control the supply and movement of the plasma generation device.

Un tel dispositif est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :Such a device is advantageously supplemented by the following different characteristics, taken alone or in combination:

- le dispositif de génération de plasma comprend une électrode allongée adaptée pour être déplacée avec une composante principale de déplacement perpendiculaire à la direction selon laquelle ladite électrode s'étend ;- The plasma generation device comprises an elongated electrode adapted to be moved with a main component of displacement perpendicular to the direction in which said electrode extends;

- le dispositif de chauffage comporte au moins une électrode allongée entourée par une gaine métallique, ladite gaine étant, dans sa zone au-dessus du lit de poudre, munie d'une fente ;- The heating device comprises at least one elongated electrode surrounded by a metal sheath, said sheath being, in its zone above the powder bed, provided with a slot;

- l'unité pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma comprend une source alternée fonctionnant en RF et/ou une source impulsionnelle alternée ;the unit for the electrical supply of said plasma generation device comprises an alternating source operating in RF and / or an alternating pulse source;

- le dispositif de chauffage comporte un mécanisme de réglage de la distance du dispositif de génération de plasma par rapport au lit de poudre ;- The heating device includes a mechanism for adjusting the distance of the plasma generation device from the powder bed;

- l'électrode comporte une section droite en arc de cercle ;- The electrode has a cross section in an arc;

- la surface interne développée de l'électrode est supérieure à l'aire de la zone de projection du plasma sur le lit de poudre ;- the developed internal surface of the electrode is greater than the area of the plasma projection zone on the powder bed;

- la gaine comporte des moyens d'obturation, la fente étant délimitée par lesdits moyens d'obturation ;- The sheath comprises shutter means, the slot being delimited by said shutter means;

- le dispositif de génération de plasma comporte plusieurs générateurs localisés de plasma indépendants, chacun de ces générateurs étant apte à la génération d'un plasma localisé au-dessus du lit de poudre, l'unité de contrôle commandant lesdits générateurs, lors du déplacement du dispositif de génération de plasma, selon des séquences fonction de la ou des zones du lit de poudre à préchauffer et du chauffage souhaité pour celles-ci ;the plasma generation device comprises several localized independent plasma generators, each of these generators being capable of generating a localized plasma above the powder bed, the control unit controlling said generators, during the movement of the plasma generation device, according to sequences depending on the zone or zones of the powder bed to be preheated and the heating desired for these;

- les générateurs localisés de plasma comportent une pluralité d'électrodes juxtaposées linéairement ;- the localized plasma generators comprise a plurality of electrodes juxtaposed linearly;

- les électrodes sont réparties selon un, ou plusieurs plans parallèles, les électrodes d'un même plan étant distantes les unes des autres, les électrodes d'un premier plan étant disposées en quinconce par rapport aux électrodes d'un deuxième plan, de sorte qu'une électrode d'un plan soit disposée en regard de l'espace séparant deux électrodes d'un autre plan ;the electrodes are distributed in one or more parallel planes, the electrodes of the same plane being distant from each other, the electrodes of a first plane being staggered relative to the electrodes of a second plane, so that an electrode of a plane is placed opposite the space separating two electrodes of another plane;

- le dispositif d'alimentation électrique est configuré pour alimenter indépendamment chaque dispositif localisé de génération de plasma de manière bipolaire ;the electrical supply device is configured to independently supply each localized plasma generation device in a bipolar manner;

- l'unité de contrôle est adaptée pour déplacer le dispositif de génération de plasma selon plusieurs vitesses de déplacement ;- The control unit is adapted to move the plasma generation device according to several movement speeds;

- le plasma est produit à l'intérieur d'une électrode cavitaire et projeté à travers un diaphragme.- the plasma is produced inside a cavity electrode and projected through a diaphragm.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un appareil pour fabriquer un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant dans une enceinte :According to a second aspect, the invention relates to an apparatus for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing comprising in an enclosure:

- un support pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive,- a support for depositing successive layers of additive manufacturing powder,

- un arrangement de distribution adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit plateau ou sur une couche précédemment consolidée,a distribution arrangement suitable for applying a layer of powder on said tray or on a previously consolidated layer,

- au moins une source de puissance adaptée à la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement de distribution, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage, dont le dispositif de génération de plasma, ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci.- at least one power source suitable for the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement, characterized in that it comprises a heating device, including the plasma generation device, said device being adapted to be placed and moved above the powder bed, at a distance from the powder bed allowing the generation of the plasma thereon.

Notamment, dans un mode de réalisation, l'arrangement de distribution comporte une raclette ou un rouleau de mise en couche, le dispositif de chauffage s'étendant à proximité de ladite raclette ou rouleau et étant mobile avec celui-ci ou indépendamment de celui-ci.In particular, in one embodiment, the dispensing arrangement comprises a squeegee or a layering roller, the heating device extending close to said squeegee or roller and being movable therewith or independently of it. this.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne une méthode de fabrication d'un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant les étapes de :According to a third aspect, the invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing comprising the steps of:

- Dépose d'une couche de poudre sur un support ou sur une couche précédemment solidifiée,- Depositing a layer of powder on a support or on a previously solidified layer,

- Chauffage de la couche de poudre au moyen d'un dispositif de préchauffe tel que défini précédemment,- Heating of the powder layer by means of a preheating device as defined above,

- Consolidation de la zone préalablement préchauffée, la consolidation étant réalisée au moyen d'une source de puissance.- Consolidation of the preheated zone, consolidation being carried out by means of a power source.

Notamment, dans un mode de réalisation de la méthode de fabrication, au cours de l'étape de chauffage, le dispositif de chauffage comprend plusieurs segments d'électrode et présente deux modes de fonctionnement :In particular, in one embodiment of the manufacturing method, during the heating step, the heating device comprises several electrode segments and has two operating modes:

- un mode de déplacement, au cours duquel la vitesse de déplacement du dispositif de chauffage est maximisée ;- a mode of movement, during which the speed of movement of the heating device is maximized;

- un mode de chauffage, au cours duquel au moins un segment d'électrode est alimenté pendant une durée déterminée, le dispositif de de chauffage se déplaçant à une vitesse déterminée, réalisant ainsi le chauffage d'au moins une zone du lit de poudre.- A heating mode, during which at least one electrode segment is supplied for a determined period, the heating device moving at a determined speed, thereby heating at least one zone of the powder bed.

PRÉSENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE 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 :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and should be read with reference to the appended figures in which:

- la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de fabrication additive comportant un dispositif de chauffage conforme à un mode de réalisation possible de l'invention ;- Figure 1 is a schematic representation of an additive manufacturing apparatus comprising a heating device according to a possible embodiment of the invention;

- la figure 2 illustre un mode de réalisation possible pour un tel dispositif de chauffage ;- Figure 2 illustrates a possible embodiment for such a heating device;

- la figure 3a est une vue en coupe schématique d'un dispositif de chauffage comportant une électrode de type cylindre-cylindre ;- Figure 3a is a schematic sectional view of a heating device comprising a cylinder-cylinder type electrode;

- la figure 3b est une vue en coupe schématique d'un dispositif de chauffage comportant une électrode de type fil-plan,FIG. 3b is a schematic sectional view of a heating device comprising an electrode of the wire-plane type,

-la figure 3c est une vue en coupe schématique d'un dispositif de chauffage comportant une électrode de type couteau ;FIG. 3c is a schematic sectional view of a heating device comprising a knife-type electrode;

- la figure 3d est une vue en coupe schématique d'un dispositif de chauffage comportant une électrode de type semi-cylindrique ;- Figure 3d is a schematic sectional view of a heating device comprising an electrode of the semi-cylindrical type;

- la figure 4 illustre schématiquement un lit de poudre dont seules certaines zones ont été chauffées de manière localisée, conformément à l'invention ;- Figure 4 schematically illustrates a powder bed of which only certain areas have been heated locally, in accordance with the invention;

- la figure 5 illustre schématiquement un dispositif de chauffage localisé selon l'invention ; plus précisément, la figure 5a représente une variante dans laquelle les générateurs sont disposés selon deux plans parallèles, la figure 5b illustrant un mode de réalisation dans lequel les générateurs sont disposés sur un même plan ;- Figure 5 schematically illustrates a localized heating device according to the invention; more precisely, FIG. 5a represents a variant in which the generators are arranged in two parallel planes, FIG. 5b illustrating an embodiment in which the generators are arranged on the same plane;

- la figure 6 illustre schématiquement un lit de poudre dont seules certaines zones ont été chauffées de manière localisée, conformément à l'invention ;- Figure 6 schematically illustrates a powder bed of which only certain areas have been locally heated, according to the invention;

- la figure 7 est un schéma en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif de chauffage localisé selon l'invention.- Figure 7 is a perspective diagram of an embodiment of a localized heating device according to the invention.

DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATIONDESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF IMPLEMENTATION AND IMPLEMENTATION

GénéralitésOverview

L’appareil 1 de fabrication additive sélective de la figure 1 comprend :The apparatus 1 for selective additive manufacturing of FIG. 1 comprises:

- un support tel qu'un plateau horizontal 3 sur lequel sont déposées successivement les différentes couches de poudre de fabrication additive (poudre métallique, poudre de céramique, etc.) permettant de fabriquer un objet tridimensionnel (objet 2 en forme de sapin sur la figure),- A support such as a horizontal plate 3 on which are successively deposited the different layers of additive manufacturing powder (metal powder, ceramic powder, etc.) making it possible to manufacture a three-dimensional object (object 2 in the shape of a fir tree in the figure )

- un réservoir de poudre 7 situé au-dessus du plateau 3,- a powder reservoir 7 located above the plate 3,

- un arrangement 4 pour la distribution de ladite poudre métallique sur le plateau, cet arrangement 4 comportant par exemple une raclette 5 ou un rouleau de mise en couche pour étaler les différentes couches successives de poudre (déplacement selon la double flèche A),an arrangement 4 for the distribution of said metallic powder on the tray, this arrangement 4 comprising for example a squeegee 5 or a layering roller for spreading the different successive layers of powder (displacement according to the double arrow A),

- un ensemble 8 de sources d’énergie pour la fusion (totale ou partielle) des couches fines étalées,- a set 8 of energy sources for the fusion (total or partial) of the spread thin layers,

- une unité de contrôle 9 qui assure le pilotage des différents composants de l'appareil 1 en fonction d'informations pré-mémorisées (mémoire M),a control unit 9 which controls the various components of the device 1 as a function of pre-stored information (memory M),

- un mécanisme 10 pour permettre de descendre le support du plateau 3 au fur et à mesure du dépôt des couches (déplacement selon la double flèche B).- A mechanism 10 to allow the support of the plate 3 to descend as the layers are deposited (displacement according to the double arrow B).

Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, l’ensemble 8 comprend une source 12 de type laser.In the example described with reference to FIG. 1, the assembly 8 comprises a source 12 of the laser type.

En variante, l'ensemble 8 peut comprendre tout autre type de source d'énergie localisée permettant de fusionner une poudre sous vide primaire (10-3 à 1 bar) comme par exemple une source de particules.As a variant, the assembly 8 may comprise any other type of localized energy source making it possible to merge a powder under primary vacuum (10 -3 to 1 bar) such as for example a source of particles.

Toujours en variante, l'ensemble 8 peut aussi comprendre plusieurs sources du même type, comme par exemple plusieurs sources laser, ou des moyens permettant d'obtenir plusieurs faisceaux à partir d'une même source.Still alternatively, the assembly 8 can also include several sources of the same type, such as for example several laser sources, or means making it possible to obtain several beams from the same source.

Dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, au moins un miroir galvanométrique 14 permet d’orienter et de déplacer le faisceau laser issu de la source 12 par rapport à l'objet 2 en fonction des informations envoyées par l'unité de contrôle 9.In the example described with reference to FIG. 1, at least one galvanometric mirror 14 makes it possible to orient and move the laser beam coming from the source 12 relative to the object 2 as a function of the information sent by the control 9.

Tout autre système de déviation peut bien entendu être envisagé.Any other deviation system can of course be envisaged.

Dans un autre exemple non illustré, l'ensemble 8 comprend plusieurs sources 12 de type laser et le déplacement des différents faisceaux laser est obtenu en déplaçant les différentes sources 12 de type laser au-dessus de la couche de poudre à fusionner.In another example not illustrated, the assembly 8 comprises several sources 12 of the laser type and the displacement of the different laser beams is obtained by moving the different sources 12 of the laser type above the layer of powder to be fused.

Un bouclier thermique T peut être interposé entre la ou les sources de l'ensemble 8.A heat shield T can be interposed between the source or sources of the assembly 8.

Les composants de l’appareil 1 sont agencés à l’intérieur d’une enceinte étanche 17, le cas échéant reliée à une pompe à vide 18.The components of the device 1 are arranged inside a sealed enclosure 17, if necessary connected to a vacuum pump 18.

L'appareil comprend en outre un dispositif de chauffage 19 disposé au-dessus du lit de poudre et apte à se déplacer linéairement par rapport à celui-ci.The apparatus further comprises a heating device 19 disposed above the powder bed and able to move linearly with respect thereto.

Ce dispositif de chauffage 19 peut être disposé derrière et/ou devant la raclette 5 ou le rouleau de mise en couche sur un même chariot coulissant. Il peut également être monté sur un chariot indépendant ou sur un bras robot.This heating device 19 can be placed behind and / or in front of the squeegee 5 or the layering roller on the same sliding carriage. It can also be mounted on an independent trolley or on a robot arm.

Dans le cas d'un dispositif de chauffage 19 situé devant le rouleau de mise en couche 5 (dans le sens de déplacement du rouleau de mise en couche 5), lors du déplacement du rouleau de mise en couche 5 pour déposer une couche de poudre, le dispositif de chauffage 19 effectue le chauffage de la couche de poudre qui a été déposée au cours du dépôt de la couche précédente.In the case of a heater 19 located in front of the layering roller 5 (in the direction of movement of the layering roller 5), when moving the layering roller 5 to deposit a layer of powder , the heating device 19 performs the heating of the powder layer which has been deposited during the deposition of the previous layer.

La couche chauffée est ensuite recouverte par la couche suivante, limitant ainsi les pertes d'énergie par convection entre la couche chauffée et le milieu de l'enceinte 17, et chauffant par conduction la couche suivante.The heated layer is then covered by the next layer, thus limiting the losses of energy by convection between the heated layer and the medium of the enclosure 17, and heating by conduction the next layer.

En variante, on peut imaginer deux ou plusieurs dispositifs de chauffage à la suite, placés avant et/ou après le dispositif de mise en couche 5.As a variant, one can imagine two or more heating devices in succession, placed before and / or after the layering device 5.

Il est préférable pour obtenir une certaine puissance de chauffage d'utiliser plusieurs appareils de puissance moindre permettant de totaliser une fois ensemble la puissance de chauffage voulue.To obtain a certain heating power, it is preferable to use several devices of lesser power, making it possible to total the desired heating power together.

Par exemple, les pertes calorifiques par effet Joule étant proportionnelles au carré de l'intensité du courant d'alimentation du dispositif 19, l'utilisation de deux appareils de puissance identique P/2 permet de réduire individuellement leurs pertes énergétiques par quatre par rapport à un appareil unique d'une puissance P. Les pertes globales du dispositif sont donc réduites de moitié.For example, the heat losses by the Joule effect being proportional to the square of the intensity of the supply current of the device 19, the use of two devices of identical power P / 2 makes it possible to individually reduce their energy losses by four compared to a single device with a power of P. The overall losses of the device are therefore reduced by half.

Le déplacement dudit dispositif 19, son alimentation et son temps de résidence devant les différentes zones que l'on souhaite chauffer à la surface du lit de poudre sont également contrôlés par l'unité 9.The movement of said device 19, its supply and its residence time in front of the different zones which it is desired to heat on the surface of the powder bed are also controlled by unit 9.

Différents exemples de telles solutions de chauffage sont décrits ciaprès.Various examples of such heating solutions are described below.

Chauffage par décharge linéaireLinear discharge heating

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le dispositif de chauffage 19 comporte un dispositif de génération de plasma 28 que l'on déplace audessus du lit de poudre métallique (surface 21 massive ou granulaire, constituée de micro- ou nano-poudre).In the example illustrated in FIG. 2, the heating device 19 includes a plasma generation device 28 which is moved above the metal powder bed (solid or granular surface 21, made up of micro- or nano-powder) .

Ce dispositif de génération de plasma 28 comporte une électrode allongée 20 alimentée par une source d'excitation électrique 22 et ellemême commandée par l'unité de contrôle 9.This plasma generation device 28 comprises an elongated electrode 20 supplied by an electrical excitation source 22 and itself controlled by the control unit 9.

Cette électrode 20 génère, sous l'effet de ladite source 22, des décharges électriques entre ladite électrode 20 et la surface 21 et crée un plasma par l'apport de particules énergétiques de charge positive et négative, le plasma assurant le chauffage de la surface 21.This electrode 20 generates, under the effect of said source 22, electric discharges between said electrode 20 and the surface 21 and creates a plasma by the supply of energetic particles of positive and negative charge, the plasma ensuring the heating of the surface. 21.

L'électrode 20 s'étend de manière sensiblement parallèle à la surface 21. Elle est déplacée parallèlement à ladite surface 21, perpendiculairement à la direction selon laquelle l'électrode s'étend.The electrode 20 extends substantially parallel to the surface 21. It is moved parallel to said surface 21, perpendicular to the direction in which the electrode extends.

Une telle configuration permet un chauffage homogène sur une surface du lit de poudre correspondant à la longueur de l’électrode 21 et à sa distance de déplacement.Such a configuration allows homogeneous heating over a surface of the powder bed corresponding to the length of the electrode 21 and to its displacement distance.

Cette solution à génération d'une décharge électrique par une électrode allongée est efficace sur une large gamme de pressions allant de 1 à quelques centaines de millibar.This solution for generating an electric discharge by an elongated electrode is effective over a wide range of pressures ranging from 1 to a few hundred millibar.

La distance entre l'électrode et la surface du lit de poudre doit être la plus réduite possible, de façon à ce que la décharge électrique (plasma) se développe entre l'électrode et la surface du lit de poudre 21, uniquement.The distance between the electrode and the surface of the powder bed must be as small as possible, so that the electrical discharge (plasma) develops between the electrode and the surface of the powder bed 21 only.

Un mécanisme (non représenté) permet le réglage de cette distance en plus du mécanisme 10.A mechanism (not shown) allows the adjustment of this distance in addition to the mechanism 10.

Dans les gammes de pression précitées, l'électrode 20 est espacée de la surface 21 à chauffer par un espace (gaz) de quelques millimètres.In the above-mentioned pressure ranges, the electrode 20 is spaced from the surface 21 to be heated by a space (gas) of a few millimeters.

L'électrode allongée 20 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).The elongated electrode 20 is preferably made of a metal which has a high melting temperature (By high temperature, it is understood that the melting temperature of the material of the electrode is at least equal to or higher than the temperature powder fusion).

L'électrode 20 peut être réalisée en matériau diélectrique, ou en matériau semiconducteur ou en céramique.The electrode 20 can be made of dielectric material, or of semiconductor material or ceramic.

De préférence, l'électrode 20 est réalisée dans un matériau qui est un bon conducteur électrique (conductivité supérieure à 5 x 106 S/m).Preferably, the electrode 20 is made of a material which is a good electrical conductor (conductivity greater than 5 × 10 6 S / m).

La résistance à la chaleur dépend du refroidissement éventuel de l'électrode.The resistance to heat depends on the possible cooling of the electrode.

La surface 21 du lit de poudre est par exemple reliée à la masse.The surface 21 of the powder bed is for example connected to ground.

La source 22 permet l'application d'une haute tension (typiquement > 0,5 kV, pour une puissance de chauffage de quelques 100 W) entre l'électrode 20 et la surface 21 du lit de poudre.The source 22 allows the application of a high voltage (typically> 0.5 kV, for a heating power of some 100 W) between the electrode 20 and the surface 21 of the powder bed.

L'alimentation ainsi réalisée par la source 22 peut être alternée, soit sinusoïdale basse fréquence, ou tout autre profil de signal, (carré, triangulaire, etc) soit radio fréquence (RF), soit impulsionnelle.The power supply thus produced by the source 22 can be alternated, either sinusoidal low frequency, or any other signal profile, (square, triangular, etc.) or radio frequency (RF), or pulse.

Le fonctionnement de la décharge en excitation radio fréquence (RF) assure la parfaite neutralité de la surface des poudres et on évite ainsi la répulsion mutuelle des poudres.The operation of the radio frequency excitation (RF) discharge ensures perfect neutrality of the powder surface and thus avoids mutual repulsion of the powders.

L’électrode 20 peut en outre - ainsi que l'illustre la figure 3a dans le cas particulier d'une électrode à section sensiblement annulaire - être protégée par une gaine métallique 26 (« électrode de garde »), flottante ou reliée à la masse, munie d’une fente 27 côté surface 21. L'électrode 20 peut être elle aussi munie d'une fente.The electrode 20 can also - as illustrated in FIG. 3a in the particular case of an electrode with a substantially annular section - be protected by a metallic sheath 26 (“guard electrode”), floating or connected to ground , provided with a slot 27 on the surface side 21. The electrode 20 can also be provided with a slot.

L'électrode 20 peut également, en variante, présenter une section d'une géométrie différente, comme par exemple circulaire, elliptique, parabolique ou hyperbolique.The electrode 20 may also, as a variant, have a section of different geometry, such as for example circular, elliptical, parabolic or hyperbolic.

Plusieurs autres configurations sont possibles pour l’électrode allongée (électrode à géométrie couteau, électrode fil plan, cylindre plan, etc...). Une configuration préférée, mais non limitative, est celle d'une électrode cylindre - cylindre telle que décrite ci-après.Several other configurations are possible for the elongated electrode (knife geometry electrode, flat wire electrode, flat cylinder, etc.). A preferred configuration, but not limiting, is that of a cylinder-cylinder electrode as described below.

Électrode cylindre-cylindre (Fig. 3a)Cylinder-cylinder electrode (Fig. 3a)

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3a, l’électrode 20 comporte un cylindre métallique 25 qui s'étend dans une gaine métallique cylindrique 26. Le cylindre 25 et la gaine 26 peuvent cependant être réalisés dans des matériaux non métalliques.In the embodiment illustrated in FIG. 3a, the electrode 20 comprises a metal cylinder 25 which extends in a cylindrical metal sheath 26. The cylinder 25 and the sheath 26 can however be made from non-metallic materials.

Ledit cylindre 25 est centré sur l'axe de la gaine 26.Said cylinder 25 is centered on the axis of the sheath 26.

Ladite gaine 26 présente en outre une fente linéaire 27 qui s'étend parallèlement au cylindre 25, le long de la ligne génératrice de ladite gaine 26 qui est la plus proche de la surface 21 à préchauffer, et qui fait ainsi directement face à ladite surface 21.Said sheath 26 further has a linear slot 27 which extends parallel to the cylinder 25, along the generating line of said sheath 26 which is closest to the surface 21 to be preheated, and which thus directly faces said surface 21.

Le cylindre 25 comporte une gorge linéaire 251 située en regard de la fente 27 ménagée sur la gaine 26, de sorte que la gorge 251 fait face à la surface 21 à chauffer.The cylinder 25 has a linear groove 251 located opposite the slot 27 formed on the sheath 26, so that the groove 251 faces the surface 21 to be heated.

L’allumage de la décharge vers le lit de poudre est favorisé par la gaine 26 - flottante ou reliée à la masse - et placée à une très faible distance du cylindre 25 de façon à empêcher la décharge de se développer sur la totalité de la surface du cylindre 25 et ainsi favoriser les décharges à l'intérieur du cylindre 25.The ignition of the discharge towards the powder bed is favored by the sheath 26 - floating or connected to ground - and placed at a very short distance from the cylinder 25 so as to prevent the discharge from developing over the entire surface of cylinder 25 and thus favor discharges inside cylinder 25.

Afin de maintenir la gaine 26 à faible distance de l'électrode 25, le centrage du cylindre 25 dans la gaine 26 est réalisé à l'aide d'un élément de centrage 252, qui peut être réalisé en matériau diélectrique.In order to keep the sheath 26 at a short distance from the electrode 25, the cylinder 25 is centered in the sheath 26 using a centering element 252, which can be made of dielectric material.

De tels moyens de centrage 252 peuvent être utilisés quel que soit le type d'électrode utilisé (fil, cylindre, couteau, ...).Such centering means 252 can be used regardless of the type of electrode used (wire, cylinder, knife, etc.).

Dans le mode de réalisation illustré, l'élément de centrage 252 peut comprendre, par exemple, deux capillaires ou deux cylindres fins en céramiques situés entre le cylindre 25 et la gaine 26.In the illustrated embodiment, the centering element 252 can comprise, for example, two capillaries or two fine ceramic cylinders situated between the cylinder 25 and the sheath 26.

Optionnellement, le cylindre 25 et la gaine 26 peuvent être connectés physiquement mais non électriquement entre eux au niveau de la gorge 251 et de la fente 27 au moyen d'un élément d'étanchéité 253 en matériau diélectrique, de manière à créer un espace fermé hermétique 254 entre le cylindre 25 et la gaine 26.Dans un mode de réalisation, l'élément d'étanchéité 253 comporte deux bouchons linéaires s'étendant respectivement de part et d'autre de la fente 27 et de la gorge 251, chacun des bouchons joignant d'une part le cylindre 25 et d'autre part la gaine 26.Optionally, the cylinder 25 and the sheath 26 can be physically but not electrically connected to each other at the level of the groove 251 and the slot 27 by means of a sealing element 253 of dielectric material, so as to create a closed space hermetic 254 between the cylinder 25 and the sheath 26. In one embodiment, the sealing element 253 comprises two linear plugs extending respectively on either side of the slot 27 and of the groove 251, each of the plugs joining on the one hand the cylinder 25 and on the other hand the sheath 26.

Optionnellement, un fluide peut être mis en circulation à travers cet espace fermé 254 de manière à refroidir le cylindre 25 et la gaine 26.Optionally, a fluid can be circulated through this closed space 254 so as to cool the cylinder 25 and the sheath 26.

Une telle configuration permet au plasma de se développer à l'intérieur du cylindre 25 et de se projeter à travers la gorge 251 et la fente 27 sur une zone contrôlée à la surface du lit de poudre 21.Such a configuration allows the plasma to develop inside the cylinder 25 and to project through the groove 251 and the slot 27 onto a controlled area on the surface of the powder bed 21.

Préférentiellement, l'aire de la zone de projection sur la surface 21 est inférieure à la surface interne développée du cylindre 25.Preferably, the area of the projection area on the surface 21 is less than the developed internal surface of the cylinder 25.

De cette façon en effet, on évite que l'électrode 20 et la gaine 26 absorbent l'essentiel de la puissance, tandis que le plasma a un volume suffisant pour se développer afin de réaliser un chauffage efficace du lit de poudre 21.In this way, in fact, it is avoided that the electrode 20 and the sheath 26 absorb most of the power, while the plasma has a volume sufficient to develop in order to achieve effective heating of the powder bed 21.

Optionnellement, le cylindre 25 est équipé au niveau de ses extrémités de bouchons (non représentés) empêchant le plasma de s'évacuer par ces ouvertures. Dans un mode de réalisation, ces bouchons peuvent comprendre un maillage métallique entraînant la formation d'une cage de Faraday et limitant la fuite du plasma par les extrémités du cylindreOptionally, the cylinder 25 is equipped at its ends with plugs (not shown) preventing the plasma from being evacuated through these openings. In one embodiment, these plugs may include a metal mesh causing the formation of a Faraday cage and limiting the leakage of plasma from the ends of the cylinder

25.25.

L'excitation du cylindre 25 peut être réalisée en radio fréquence (RF), tandis que la masse est connectée au lit de poudre (et au bâti de l'enceinte 17). L’alternance positive-négative de la tension RF appliquée assure la neutralité de la charge à la surface du lit de poudre, évitant ainsi le chargement et in fine la remontée électrostatique des poudres.The excitation of the cylinder 25 can be carried out by radio frequency (RF), while the mass is connected to the powder bed (and to the frame of the enclosure 17). The positive-negative alternation of the applied RF voltage ensures the neutrality of the charge on the surface of the powder bed, thus avoiding charging and ultimately the electrostatic rise of the powders.

D'autres types d'excitations sont envisageables : impulsions haute tension (IHT), excitations mono polaires ou bipolaires.Other types of excitations are possible: high voltage pulses (IHT), mono-polar or bipolar excitations.

Tout comme l'alimentation RF, l’alternance d’impulsions positivenégative assure la neutralité de la charge à la surface du lit de poudre.Like RF power, positive-negative pulse alternation ensures the neutrality of the charge on the surface of the powder bed.

L'alimentation bi-polaire a l'avantage, contrairement au cas d'une alimentation RF, de ne pas nécessiter de système d’adaptation d’impédance (indispensable pour la polarisation RF), tout en assurant la neutralité de la poudre traitée.Bi-polar power has the advantage, unlike RF power, of not requiring an impedance matching system (essential for RF polarization), while ensuring the neutrality of the treated powder.

Également, elle permet des alimentations à des tensions bien plus élevées (> 10 kV) qu’en RF (~1 kV).Also, it allows supplies at much higher voltages (> 10 kV) than in RF (~ 1 kV).

Par ailleurs, la distance entre d'une part l'ensemble constitué par le cylindre 25 et la gaine 26 et d'autre part la surface 21 du lit de poudre est réglable. La distance à la surface 21 est notamment ajustée en fonction par exemple des conditions de pression dans l'enceinte 17.Furthermore, the distance between on the one hand the assembly constituted by the cylinder 25 and the sheath 26 and on the other hand the surface 21 of the powder bed is adjustable. The distance to the surface 21 is notably adjusted as a function, for example, of the pressure conditions in the enclosure 17.

La génération des décharges électriques dépend en effet du produit pression-distance (loi de Paschen) et de la nature du gaz présent dans l'enceinte. Ainsi, en fonction de la pression de travail dans l’enceinte et de la nature du gaz, il est possible d'ajuster cette distance afin d'obtenir un optimum de chauffage.The generation of electric discharges depends on the pressure-distance product (Paschen's law) and on the nature of the gas present in the enclosure. Thus, depending on the working pressure in the enclosure and the nature of the gas, it is possible to adjust this distance in order to obtain optimum heating.

Variantesvariants

Dans une variante, l'électrode 20 comporte un fil 29 qui s'étend à l'intérieur de la gaine 26.In a variant, the electrode 20 comprises a wire 29 which extends inside the sheath 26.

Ce mode de réalisation, appelé fil-plan, est représenté en figure 3b.This embodiment, called the plan line, is shown in FIG. 3b.

Lorsque le fil 29 est excité, le plasma se forme entre le fil 29 et le lit de poudre 21, la fente 27 de la gaine 26 délimitant la zone de projection du plasma sur le lit de poudre 21.When the wire 29 is excited, the plasma forms between the wire 29 and the powder bed 21, the slit 27 of the sheath 26 delimiting the zone of projection of the plasma onto the powder bed 21.

Préférentiellement, le fil 29 est coaxial à la gaine 26. Lorsque le fil est excité et que le plasma chauffe le lit de poudre, la température du fil augmente et le fil se dilate, diminuant ainsi sa rigidité.Preferably, the wire 29 is coaxial with the sheath 26. When the wire is excited and the plasma heats the powder bed, the temperature of the wire increases and the wire expands, thereby reducing its rigidity.

Pour éviter que le fil ne se détende et ne s'écarte de l'axe de la gaine 26, il est possible de lier aux extrémités du fil 29 un dispositif de tension mécanique, configuré pour maintenir une tension constante dans le fil 29 et donc maintenir le fil 29 le long de l'axe de la gaine 26 quels que soient la température et l'allongement du fil 29.To prevent the thread from slackening and deviating from the axis of the sheath 26, it is possible to link to the ends of the thread 29 a mechanical tensioning device, configured to maintain a constant tension in the thread 29 and therefore maintain the wire 29 along the axis of the sheath 26 whatever the temperature and the elongation of the wire 29.

Dans une deuxième variante, l'électrode 20 présente une géométrie de type couteau, telle que représentée en figure 3c.In a second variant, the electrode 20 has a knife type geometry, as shown in FIG. 3c.

L'électrode 20 est une électrode massive, qui se termine, au niveau de sa zone destinée à la génération du plasma, par une arête vive linéaire 20a.The electrode 20 is a massive electrode, which ends, at its zone intended for the generation of the plasma, by a linear sharp edge 20a.

L'arête 20a s'étend en regard du lit de poudre à chauffer.The edge 20a extends opposite the bed of powder to be heated.

L’allumage de la décharge vers le lit de poudre est favorisé par la gaine 26 - flottante ou reliée à la masse - et placée à une très faible distance de l’électrode 20 de façon à empêcher le plasma de s'installer sur les côtés latéraux de l'électrode 20.The ignition of the discharge towards the powder bed is favored by the sheath 26 - floating or connected to ground - and placed at a very short distance from the electrode 20 so as to prevent the plasma from settling on the sides side of the electrode 20.

Dans un autre mode de réalisation, la gaine 26 et le cylindre 25 peuvent ne pas présenter une section annulaire mais présenter une section en arc de cercle (ou d'ellipse), tel que représenté en figure 3d. La gaine 26 comporte alors des moyens d'obturation 30 délimitant la fente 27 de manière à délimiter la zone de formation du plasma. Les moyens d'obturation peuvent comporter des plaques, préférentiellement réalisées en matériau diélectrique, fixées sur la gaine 26 et s'étendant longitudinalement par rapport à l'axe de la gaine 26.In another embodiment, the sheath 26 and the cylinder 25 may not have an annular section but have a section in an arc of a circle (or ellipse), as shown in FIG. 3d. The sheath 26 then comprises sealing means 30 delimiting the slot 27 so as to delimit the plasma formation zone. The sealing means may comprise plates, preferably made of dielectric material, fixed on the sheath 26 and extending longitudinally relative to the axis of the sheath 26.

Il est entendu que la longueur de l'arc de la section de l'électrode 20 n'est pas limitée à la représentation illustrée, et peut s'étendre sur une plage angulaire comprise entre 10° et 359°.It is understood that the length of the arc of the section of the electrode 20 is not limited to the illustrated representation, and may extend over an angular range between 10 ° and 359 °.

Cette géométrie permet notamment de réduire l'usure et la chauffe du cylindre 25 et de la gaine 26, notamment au niveau de la fente 27 et la gorge 251, causée par l'éjection du plasma à travers la fente 27 et la gorge 251.This geometry makes it possible in particular to reduce the wear and the heating of the cylinder 25 and of the sheath 26, in particular at the level of the slot 27 and the groove 251, caused by the ejection of the plasma through the slot 27 and the groove 251.

Mise en œuvre d'un chauffage plein champImplementation of full field heating

En plaçant une électrode allongée 20 (ensemble cylindre 25/gaine 26 par exemple) devant la surface 21 de poudre, il est possible d'entretenir un plasma homogène et confiné entre ladite électrode 20 et le lit de poudre.By placing an elongated electrode 20 (cylinder 25 / sheath 26 assembly for example) in front of the powder surface 21, it is possible to maintain a homogeneous and confined plasma between said electrode 20 and the powder bed.

En déplaçant cette électrode 20 il est possible de balayer la surface 21. En gardant le plasma allumé et en effectuant un balayage complet de la surface 21, cette surface est chauffée superficiellement.By moving this electrode 20 it is possible to scan the surface 21. By keeping the plasma on and by performing a complete scan of the surface 21, this surface is heated superficially.

Optionnellement, en fonction de la durée d'allumage du plasma (temps ti, t2 ou ts) et de la position du système 20 au-dessus de la surface 21, seulement certaines zones peuvent être chauffées, sur toute la largeur de la surface 21, tel qu'illustré en figure 4.Optionally, depending on the duration of ignition of the plasma (time ti, t2 or ts) and the position of the system 20 above the surface 21, only certain zones can be heated, over the entire width of the surface 21 , as illustrated in figure 4.

En limitant la durée d'allumage du plasma, on peut optimiser la consommation d'énergie tout en réalisant le chauffage voulu.By limiting the duration of plasma ignition, energy consumption can be optimized while achieving the desired heating.

On transfère ainsi de manière efficace de l’énergie à la poudre, ce qui permet de réaliser son chauffage.Energy is thus efficiently transferred to the powder, which enables it to be heated.

L’énergie est transmise à la poudre par plusieurs biais coexistant simultanément dans un plasma.Energy is transmitted to the powder by several means coexisting simultaneously in a plasma.

Il s'agit des espèces chargées, électrons et ions, mais également des espèces neutres énergétiques, notamment les états excités non-radiatifs (métastables), et les photons. Comme la surface (poudre) reçoit les deux espèces chargées, les effets de charge (répulsion Coulombienne) sont réduits, voire supprimés.These are charged species, electrons and ions, but also energetic neutral species, in particular excited non-radiative (metastable) states, and photons. As the surface (powder) receives the two charged species, the charge effects (Coulomb repulsion) are reduced or even eliminated.

De plus, tous les photons visibles et infra-rouges (IR.) chauffent la matière lorsqu'ils sont absorbés, alors que les photons ultra-violets (UV) peuvent également modifier superficiellement la surface (décaper la surface par exemple) si leur énergie est supérieure à l'énergie de liaison des espèces adsorbées en surface.In addition, all visible and infrared (IR) photons heat the material when absorbed, while ultra-violet (UV) photons can also modify the surface superficially (pickling the surface for example) if their energy is greater than the binding energy of the species adsorbed on the surface.

Plus le plasma est dense, plus l'énergie transmise à la surface est importante. Il est possible de créer un plasma à partir de quelques 10 W et allant jusqu'à 5 kW ou plus. La quantité d'énergie apportée par le plasma à la surface peut être facilement ajustée par la puissance RF ou impulsionnelle injectée.The denser the plasma, the greater the energy transmitted to the surface. It is possible to create a plasma from a few 10 W and up to 5 kW or more. The amount of energy brought by the plasma to the surface can be easily adjusted by the RF or pulse power injected.

Dispositif de chauffage localiséLocalized heating device

Dans un mode de réalisation optimisé, le dispositif de génération de plasma 28 comporte une pluralité de générateurs de plasma indépendants (en l'occurrence douze référencés de SI à S12) répartis dans la longueur dudit dispositif 28 illustré en figure 5a.In an optimized embodiment, the plasma generation device 28 comprises a plurality of independent plasma generators (in this case twelve referenced from SI to S12) distributed over the length of said device 28 illustrated in FIG. 5a.

Ces différents générateurs SI à S12 sont alimentés indépendamment les uns des autres par une source d'excitation 22, laquelle est associée à un répartiteur 23.These different generators SI to S12 are supplied independently of each other by an excitation source 22, which is associated with a distributor 23.

Le générateur de plasma 28 comporte par exemple une électrode 20 divisée en une pluralité d'électrodes indépendantes.The plasma generator 28 comprises for example an electrode 20 divided into a plurality of independent electrodes.

Dans le mode de réalisation illustré, les électrodes El à E12 sont séparées les unes des autres et alimentées indépendamment les unes des autres.In the illustrated embodiment, the electrodes E1 to E12 are separated from each other and supplied independently of each other.

Chacun des générateurs SI à S12 comporte au moins une électrode.Each of the generators SI to S12 comprises at least one electrode.

La longueur de ces électrodes El à E12 est adaptée à la précision souhaitée sur la localisation du chauffage. Cette longueur est d’au moins un millimètre.The length of these electrodes E1 to E12 is adapted to the desired precision on the location of the heating. This length is at least one millimeter.

Optionnellement, la distance de séparation entre électrodes peut être de l'ordre du millimètre.Optionally, the separation distance between electrodes can be of the order of a millimeter.

Dans le mode de réalisation illustré, le dispositif de génération de plasma 28 comporte deux rangées de six électrodes alimentées par une source d'excitation électrique 22 et elle-même commandée par l'unité de contrôle 9.In the illustrated embodiment, the plasma generation device 28 comprises two rows of six electrodes supplied by an electrical excitation source 22 and itself controlled by the control unit 9.

Les deux rangées sont situées dans deux plans parallèles A-A’ (électrodes impaires) et B-B’ (électrodes paires).The two rows are located in two parallel planes A-A ’(odd electrodes) and B-B’ (even electrodes).

Dans le mode de réalisation illustré, les électrodes El à E12 sont disposées en quinconce, de sorte qu'une électrode paire est située en regard de l'espace séparant deux électrodes impaires, et inversement.In the illustrated embodiment, the electrodes E1 to E12 are staggered, so that an even electrode is located opposite the space separating two odd electrodes, and vice versa.

La distance entre les deux plans dépend de l'encombrement des électrodes, en fonction du type d'électrode choisi. Il n'est pas dicté par le plasma.The distance between the two planes depends on the size of the electrodes, depending on the type of electrode chosen. It is not dictated by plasma.

Il est entendu que cette disposition peut varier, les électrodes pouvant être plus ou moins nombreuses et disposées sur un même plan ou sur un nombre supérieur de plans, comme dans un mode de réalisation illustré en figure 5b, dans lequel les électrodes El à E12 sont formées à partir d'une même électrode allongée.It is understood that this arrangement can vary, the electrodes possibly being more or less numerous and arranged on the same plane or on a greater number of planes, as in an embodiment illustrated in FIG. 5b, in which the electrodes E1 to E12 are formed from the same elongated electrode.

Optionnellement, les électrodes El à E12 peuvent être séparées par un diélectrique ou avoir des formes différentes les unes des autres.Optionally, the electrodes E1 to E12 can be separated by a dielectric or have shapes different from each other.

Optionnellement, ces électrodes El à E12 peuvent être placées sur un ou plusieurs bras articulés.Optionally, these electrodes E1 to E12 can be placed on one or more articulated arms.

Les électrodes El à E12 sont excitées pour générer, sous l'effet de ladite source 22, des décharges électriques localisées entre lesdites électrodes et la surface 21 et ainsi créer un plasma de taille limitée, qui assure le chauffage localisé de la surface 21.The electrodes E1 to E12 are excited to generate, under the effect of said source 22, localized electrical discharges between said electrodes and the surface 21 and thus create a plasma of limited size, which provides localized heating of the surface 21.

La distance entre les électrodes El à E12 et la surface 21 doit être la plus réduite possible, de façon à ce que les décharges électriques localisées se développent entre les électrodes et la surface, uniquement, de manière à générer un plasma localisé.The distance between the electrodes E1 to E12 and the surface 21 must be as small as possible, so that the localized electrical discharges develop between the electrodes and the surface only, so as to generate a localized plasma.

Les électrodes El à E12 sont par exemple des électrodes allongées (couteau, fil, cylindre, etc...) qui s'étendent de manière sensiblement parallèle à la surface 21. Une gaine métallique peut également être prévue. L'ensemble est déplacé parallèlement à ladite surface 21, perpendiculairement à la direction selon laquelle elle s'étend.The electrodes E1 to E12 are for example elongated electrodes (knife, wire, cylinder, etc.) which extend substantially parallel to the surface 21. A metal sheath can also be provided. The assembly is moved parallel to said surface 21, perpendicular to the direction in which it extends.

Une telle configuration permet un chauffage homogène sur une longueur limitée (segment) de surface du lit de poudre correspondant à la longueur de chaque électrode et la surface chauffée dépend de la distance de déplacement avec le plasma de chaque segment (décharge) activé.Such a configuration allows homogeneous heating over a limited length (segment) of the surface of the powder bed corresponding to the length of each electrode and the heated surface depends on the distance of movement with the plasma of each segment (discharge) activated.

Cette solution à génération de décharges électriques par une, deux ou plusieurs électrodes est efficace sur une large gamme de pressions, allant de 1 à quelques centaines de millibar.This solution for generating electrical discharges by one, two or more electrodes is effective over a wide range of pressures, ranging from 1 to a few hundred millibar.

Un mécanisme (non représenté) permet le réglage de la distance entre la ou les électrodes en plus du mécanisme 10.A mechanism (not shown) allows adjustment of the distance between the electrode (s) in addition to the mechanism 10.

Mise en œuvre d'un chauffage localiséImplementation of localized heating

La séquence des durées d'excitation de chaque électrode est contrôlée par le répartiteur 23, en fonction de la vitesse d'avancement de l'ensemble du dispositif de génération de plasma 28 pour ne chauffer localement que certaines zones prédéfinies de la surface 21, tel que dans l'exemple illustré sur la figure 5a ou 5b, et en fonction du chauffage souhaité pour celles-ci.The sequence of the excitation durations of each electrode is controlled by the distributor 23, as a function of the speed of advance of the assembly of the plasma generation device 28 so as to locally heat only certain predefined areas of the surface 21, such as than in the example illustrated in FIG. 5a or 5b, and depending on the heating desired for them.

Chaque zone localisée chauffée est d'une largeur sensiblement égale à la longueur d'une électrode et d'une longueur correspondant à la distance v x t, où v représente la vitesse de balayage du dispositif de génération de plasma 28 (ou celle du système de mise en couche, si les deux sont solidaires) et t désigne le temps d’allumage de la décharge (lequel correspond sensiblement au temps d'excitation).Each localized heated zone is of a width substantially equal to the length of an electrode and of a length corresponding to the distance vxt, where v represents the scanning speed of the plasma generation device 28 (or that of the delivery system in layer, if the two are integral) and t denotes the time of ignition of the discharge (which corresponds substantially to the excitation time).

La combinaison des différentes zones ainsi chauffées localement est adaptée (par le répartiteur 23 commandé par l'unité 9) en fonction de la zone que l'on souhaite soumettre par la suite à une fusion sélective sur la surface 21.The combination of the different zones thus heated locally is adapted (by the distributor 23 controlled by the unit 9) as a function of the zone which it is desired to subject thereafter to selective melting on the surface 21.

C'est ce qu'illustre la figure 6 sur laquelle on a représenté plusieurs zones chauffées sur l'ensemble de la surface du lit de poudre 21, par un dispositif de génération de plasma 28 se déplaçant dans le sens indiqué par la flèche sur la figure.This is illustrated in FIG. 6, in which several zones heated over the entire surface of the powder bed 21 have been represented by a plasma generation device 28 moving in the direction indicated by the arrow on the Fig.

Ces zones correspondent à une excitation des seules électrodes El, E2, E3, E7 et E10 déclenchées à un premier instant pour l'électrode E10, à un même deuxième instant pour les électrodes El et E7.These zones correspond to an excitation of the only electrodes El, E2, E3, E7 and E10 triggered at a first instant for the electrode E10, at the same second instant for the electrodes El and E7.

Les électrodes El, E2 et E3 sont excitées à un même troisième instant, puis l'électrode E2 est éteinte à un quatrième instant, excitée à un cinquième instant, éteinte à un sixième instant et excitée à un septième instant.The electrodes E1, E2 and E3 are excited at the same third instant, then the electrode E2 is extinguished at a fourth instant, excited at a fifth instant, extinguished at a sixth instant and excited at a seventh instant.

L'électrode E10 est allumée pendant une durée tlO, l'électrode E7 pendant une durée t7 et l'électrode El pendant une durée il et chauffent donc trois zones locales de surface vxilO, vxt7 et vxtl.The electrode E10 is lit for a duration t10, the electrode E7 for a duration t7 and the electrode El for a duration il and therefore heat three local surface areas vxilO, vxt7 and vxtl.

Les électrodes El, E2 et E3 sont ensuite allumées pendant une durée t, puis l'électrode E2 est éteinte pendant une durée t' pendant laquelle les électrodes El et E3 sont maintenues allumées.The electrodes E1, E2 and E3 are then lit for a period t, then the electrode E2 is switched off for a period t 'during which the electrodes E1 and E3 are kept lit.

L'électrode E2 est ensuite rallumée pendant une durée t, les électrodes El et E3 étant toujours alimentées.The electrode E2 is then relit for a period t, the electrodes El and E3 being always supplied.

L'électrode E2 est ensuite éteinte pendant une durée t' au cours de laquelle les électrodes El et E3 sont maintenues en excitation.The electrode E2 is then extinguished for a period t ′ during which the electrodes El and E3 are kept in excitation.

L'électrode E2 est enfin alimentée pendant une durée t, simultanément aux électrodes El et E3.The electrode E2 is finally supplied for a period t, simultaneously with the electrodes El and E3.

Le fait de subdiviser le dispositif de génération de plasma 20 en différents générateurs de plasma indépendants permet de n'exciter que les générateurs SI à S12 qui chauffent les surfaces concernées par la fusion, permettant ainsi de minimiser la quantité d'énergie nécessaire à la phase de chauffage, et d'éviter une éventuelle cohésion des poudres dans les zones non-fondues facilitant leur réutilisation ultérieure.The fact of dividing the plasma generation device 20 into different independent plasma generators makes it possible to excite only the generators SI to S12 which heat the surfaces concerned by the fusion, thus making it possible to minimize the amount of energy necessary for the phase heating, and to avoid possible cohesion of the powders in the non-molten areas facilitating their subsequent reuse.

En outre, en modifiant la vitesse de déplacement lorsque le dispositif de génération de plasma 28 passe au-dessus d'une zone du lit de poudre qui ne sera pas chauffée, le temps de la phase de chauffage peut également être drastiquement réduit.Furthermore, by changing the speed of movement when the plasma generation device 28 passes over an area of the powder bed which will not be heated, the time of the heating phase can also be drastically reduced.

Ce temps peut être, dans certains cas également réduit en installant des sources plasmas indépendantes sur des bras articulés (non représenté) permettant des trajectoires différentes de l'exemple d'une trajectoire rectiligne des sources décrite précédemment.This time can be, in certain cases also reduced by installing independent plasma sources on articulated arms (not shown) allowing different trajectories from the example of a rectilinear trajectory of the sources described above.

La productivité et l'efficience de la phase de chauffe en sont donc améliorées.The productivity and the efficiency of the heating phase are therefore improved.

Un exemple de mode de réalisation de dispositif de génération de plasma 28 segmenté est représenté sur la figure 7.An exemplary embodiment of a segmented plasma generation device 28 is shown in FIG. 7.

Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif de génération de plasma comporte quatre générateurs de plasma SI, S2, S3 et S4 disposés en quinconce, les générateurs impairs SI et S3 se situant selon un premier plan AA' et les générateurs pairs S2 et S4 se situant selon un deuxième plan BB'.In the embodiment shown, the plasma generation device comprises four plasma generators SI, S2, S3 and S4 arranged in staggered rows, the odd generators SI and S3 being located in a first plane AA 'and the even generators S2 and S4 lying in a second plane BB '.

L'écartement des plans AA' et BB' dépend du type d'électrode choisie, ici de type cylindrique.The spacing of the planes AA 'and BB' depends on the type of electrode chosen, here of the cylindrical type.

En choisissant un autre type d'électrode, par exemple de type couteau, l'écart entre les plans AA' et BB' pourrait être réduit.By choosing another type of electrode, for example of the knife type, the difference between the planes AA 'and BB' could be reduced.

Il serait également possible en variante de placer toutes les électrodes El à E4 sur un même plan, tel que présenté en figure 5b.It would also be possible as a variant to place all the electrodes E1 to E4 on the same plane, as presented in FIG. 5b.

Chacun des générateurs de plasma SI à S4 comporte une électrode El à E4.Each of the plasma generators SI to S4 includes an electrode El to E4.

Chacune des électrodes El à E4 est alimentée indépendamment par une source d'excitation 22, laquelle est associée à un répartiteur 23 luimême commandé par l'unité de contrôle 9.Each of the electrodes E1 to E4 is independently supplied by an excitation source 22, which is associated with a distributor 23 itself controlled by the control unit 9.

En variante, pour des segments d'électrode très courts (de l'ordre du centimètre), il est envisageable d'avoir pour chaque source indépendante un diaphragme d'éjection (à la place de la fente) du plasma créé à l'intérieur d'une électrode cavitaire et d'obtenir une région chauffée réduite (type spot). Par cavitaire, il est entendu que l'électrode 20 forme une cavité dans laquelle est formé le plasma, de manière similaire aux modes de réalisation illustrés en figure 3a ou 3d. Cette variante de source (non illustrée) est particulièrement bien adaptée pour être installée sur un bras articulé. Par diaphragme, il est entendu une électrode munie d'un orifice dont la forme et la position sont ajustées afin de permettre au plasma formé dans la cavité de sortir par le dit orifice.Alternatively, for very short electrode segments (of the order of a centimeter), it is possible to have for each independent source an ejection diaphragm (instead of the slit) of the plasma created inside. of a cavity electrode and to obtain a reduced heated region (spot type). By cavity, it is understood that the electrode 20 forms a cavity in which the plasma is formed, in a similar manner to the embodiments illustrated in FIG. 3a or 3d. This source variant (not shown) is particularly well suited to be installed on an articulated arm. By diaphragm is meant an electrode provided with an orifice, the shape and position of which are adjusted so as to allow the plasma formed in the cavity to exit through said orifice.

Claims (18)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage d'un lit de poudre dans un appareil de fabrication additive, caractérisé en ce qu'il comporte :1. Device for heating a powder bed in an additive manufacturing device, characterized in that it comprises: - un dispositif de génération de plasma (28), ledit dispositif étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci,- a plasma generation device (28), said device being adapted to be placed and moved above the powder bed, at a distance from the powder bed allowing the generation of the plasma thereon, - une unité pour l'alimentation électrique (22) dudit dispositif de génération de plasma,- a unit for the electrical supply (22) of said plasma generation device, - une unité de contrôle (9) pour commander l'alimentation et le déplacement du dispositif de génération de plasma.- a control unit (9) for controlling the supply and movement of the plasma generation device. 2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de génération de plasma (28) comprend une électrode allongée (20, 25) adaptée pour être déplacée avec une composante principale de déplacement perpendiculaire à la direction selon laquelle ladite électrode (20, 25) s'étend.2. Heating device according to claim 1, in which the plasma generation device (28) comprises an elongated electrode (20, 25) adapted to be moved with a main component of displacement perpendicular to the direction in which said electrode (20 , 25) extends. 3. Dispositif de chauffage selon la revendication 2, comportant au moins une électrode allongée (20, 25) entourée par une gaine métallique (26), ladite gaine (26) étant, dans sa zone au-dessus du lit de poudre, munie d'une fente (27).3. Heating device according to claim 2, comprising at least one elongated electrode (20, 25) surrounded by a metal sheath (26), said sheath (26) being, in its region above the powder bed, provided with 'a slot (27). 4. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité (22) pour l'alimentation électrique dudit dispositif de génération de plasma (28) comprend une source alternée fonctionnant en RF et/ou une source impulsionnelle alternée.4. Heating device according to one of the preceding claims, in which the unit (22) for the electrical supply of said plasma generation device (28) comprises an alternating source operating in RF and / or an alternating pulse source. 5. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications précédentes, comportant un mécanisme de réglage de la distance du dispositif de génération de plasma (28) par rapport au lit de poudre.5. Heating device according to one of the preceding claims, comprising a mechanism for adjusting the distance of the plasma generation device (28) relative to the powder bed. 6. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel l'électrode (20, 25) comporte une section droite en arc de cercle.6. Heating device according to one of claims 2 to 5, wherein the electrode (20, 25) has a cross section in an arc. 7. Dispositif de chauffage selon la revendication 6, dans lequel la surface interne développée de l'électrode (20, 25) est supérieure à l'aire de la zone de projection du plasma sur le lit de poudre.7. Heating device according to claim 6, in which the developed internal surface of the electrode (20, 25) is greater than the area of the zone of projection of the plasma onto the powder bed. 8. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel la gaine (26) comporte des moyens d'obturation (30), la fente (27) étant délimitée par lesdits moyens d'obturation (30).8. Heating device according to one of claims 3 to 7, wherein the sheath (26) comprises closure means (30), the slot (27) being delimited by said closure means (30). 9. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel le plasma est produit à l'intérieur d'une électrode cavitaire et projeté à travers un diaphragme.9. Heating device according to one of claims 3 to 7, in which the plasma is produced inside a cavity electrode and projected through a diaphragm. 10. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif de génération de plasma (28) comporte plusieurs générateurs localisés de plasma (SI, S2, ...) indépendants, chacun de ces générateurs étant apte à la génération d'un plasma localisé audessus du lit de poudre, l'unité de contrôle commandant lesdits générateurs, lors du déplacement du dispositif de génération de plasma (28), selon des séquences fonction de la ou des zones du lit de poudre à préchauffer et du chauffage souhaité pour celles-ci.10. Heating device according to one of claims 1 to 9, in which the plasma generation device (28) comprises several independent localized plasma generators (SI, S2, etc.), each of these generators being capable of the generation of a plasma located above the powder bed, the control unit controlling said generators, during movement of the plasma generation device (28), according to sequences depending on the zone or zones of the powder bed to be preheated and the desired heating for them. 11. Dispositif de chauffage selon la revendication 10, dans lequel les générateurs localisés de plasma (SI, S2, ...) comportent une pluralité d'électrodes (El, E2, ...) juxtaposées linéairement.11. Heating device according to claim 10, wherein the localized plasma generators (SI, S2, ...) comprise a plurality of electrodes (El, E2, ...) juxtaposed linearly. 12. Dispositif de chauffage selon la revendication 11, dans lequel les électrodes (El, E2, ...) sont réparties selon un, ou plusieurs plans parallèles (A-A', B-B', ...), les électrodes d'un même plan étant distantes les unes des autres, les électrodes d'un premier plan (A-A') étant disposées en quinconce par rapport aux électrodes d'un deuxième plan (B-B'), de sorte qu'une électrode d'un plan soit disposée en regard de l'espace séparant deux électrodes d'un autre plan.12. Heating device according to claim 11, in which the electrodes (E1, E2, ...) are distributed along one or more parallel planes (A-A ', B-B', ...), the electrodes of the same plane being spaced from each other, the electrodes of a first plane (A-A ') being staggered relative to the electrodes of a second plane (B-B'), so that a electrode of a plane is arranged opposite the space separating two electrodes from another plane. 13. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel le dispositif d'alimentation électrique (22) est configuré pour alimenter indépendamment chaque dispositif localisé de génération de plasma (SI à S12) de manière bipolaire.13. Heating device according to one of claims 11 or 12, wherein the electrical supply device (22) is configured to independently supply each localized plasma generation device (SI to S12) in a bipolar manner. 14. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de contrôle (9) est adaptée pour déplacer le dispositif de génération de plasma (28) selon plusieurs vitesses de déplacement.14. Heating device according to one of the preceding claims, in which the control unit (9) is adapted to move the plasma generation device (28) according to several movement speeds. 15. Appareil pour fabriquer un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant dans une enceinte :15. Apparatus for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing comprising in an enclosure: - un support (3) pour le dépôt des couches successives de poudre de fabrication additive,- a support (3) for depositing successive layers of additive manufacturing powder, - un arrangement de distribution (4) adapté pour appliquer une couche de poudre sur ledit support (3) ou sur une couche précédemment consolidée,a distribution arrangement (4) suitable for applying a layer of powder on said support (3) or on a previously consolidated layer, - au moins une source de puissance (8) adaptée à la consolidation sélective d'une couche de poudre appliquée par l'arrangement de distribution (4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage (19) selon l'une des revendications précédentes, ledit dispositif de chauffage (19) étant adapté pour être disposé et déplacé au-dessus du lit de poudre, à une distance du lit de poudre permettant la génération du plasma sur celui-ci.- at least one power source (8) suitable for the selective consolidation of a layer of powder applied by the distribution arrangement (4), characterized in that it comprises a heating device (19) according to one of the preceding claims, said heating device (19) being adapted to be placed and moved above the powder bed, at a distance from the powder bed allowing the generation of the plasma thereon. 16. Appareil selon la revendication 15, dans lequel l'arrangement de distribution (4) comporte une raclette (5) ou un rouleau de mise en couche, le dispositif de chauffage (19) s'étendant à proximité de ladite raclette (5) ou rouleau et étant mobile avec celui-ci ou indépendamment de celui-ci.16. Apparatus according to claim 15, wherein the dispensing arrangement (4) comprises a squeegee (5) or a layering roller, the heating device (19) extending near said squeegee (5) or roller and being movable therewith or independently thereof. 17. Méthode de fabrication d'un objet tridimensionnel par fabrication additive sélective comportant les étapes de :17. Method for manufacturing a three-dimensional object by selective additive manufacturing, comprising the steps of: - Dépose d'une couche de poudre sur un support (3) ou sur une couche précédemment solidifiée,- Depositing a layer of powder on a support (3) or on a previously solidified layer, - Chauffage d'au moins une zone de la couche de poudre au moyen d'un dispositif de chauffage (19) selon l'une des revendications 1 à 13,- Heating of at least one zone of the powder layer by means of a heating device (19) according to one of claims 1 to 13, - Consolidation de la zone préalablement préchauffée, la consolidation étant réalisée au moyen d'une source de puissance (8).- Consolidation of the preheated zone, consolidation being carried out by means of a power source (8). 18. Méthode selon la revendication 17, dans laquelle au cours de l'étape de chauffage, le dispositif de chauffage (19) comprend plusieurs segments d'électrode (El à E12) et présente deux modes de fonctionnement :18. Method according to claim 17, in which during the heating step, the heating device (19) comprises several electrode segments (E1 to E12) and has two operating modes: - un mode de déplacement, au cours duquel la vitesse de déplacement du dispositif de chauffage (19) est maximisée ;- a mode of movement, during which the speed of movement of the heating device (19) is maximized; - un mode de chauffage, au cours duquel au moins un segment d'électrode (El à E12) est alimenté pendant une durée déterminée, le dispositif de de chauffage (19) se déplaçant à une vitesse déterminée, réalisant ainsi le chauffage d'au moins une zone du lit de poudre.- a heating mode, during which at least one electrode segment (E1 to E12) is supplied for a determined duration, the heating device (19) moving at a determined speed, thus heating the minus one area of the powder bed.
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