FR3152427A1 - Procédé de fabrication d’une piece ouverte avec nervures renforcées - Google Patents
Procédé de fabrication d’une piece ouverte avec nervures renforcées Download PDFInfo
- Publication number
- FR3152427A1 FR3152427A1 FR2309362A FR2309362A FR3152427A1 FR 3152427 A1 FR3152427 A1 FR 3152427A1 FR 2309362 A FR2309362 A FR 2309362A FR 2309362 A FR2309362 A FR 2309362A FR 3152427 A1 FR3152427 A1 FR 3152427A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- preform
- rib
- reinforced
- head
- additional layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 162
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 3
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 61
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 4
- 239000004412 Bulk moulding compound Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003677 Sheet moulding compound Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- -1 poly(phenylene sulfide) Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000012358 sourcing Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
- B29C70/345—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using matched moulds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
- B29C70/081—Combinations of fibres of continuous or substantial length and short fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
- B29C70/083—Combinations of continuous fibres or fibrous profiled structures oriented in one direction and reinforcements forming a two dimensional structure, e.g. mats
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B29D99/001—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings
- B29D99/0014—Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings provided with ridges or ribs, e.g. joined ribs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce (10) ouverte en matériau composite comportant une peau (12), des nervures s’étendant selon une direction d’étendue associée, et au moins une nervure renforcée (14) présentant une tête renforcée (22), le procédé comprend :- une fourniture d’une première préforme fibreuse (PF1) pour former la peau et le corps des nervures ;- une fourniture d’une deuxième préforme fibreuse (PF2) pour former la tête renforcée des nervures renforcées ;- une mise en place dans un dispositif de moulage (30), comprenant une matrice (32) conformée pour former les nervures de la pièce, de l’ensemble formé de la première et de la deuxième préformes fibreuses ; et- une thermocompression de l’ensemble pour former la pièce ;et la première préforme comprend des fibres discontinues (PF12) pour former le corps et la deuxième préforme comprend des fibres continues orientées selon la direction d’étendue.
Figure pour l'abrégé : Figure 4
Description
La présente invention concerne le domaine des pièces en matériau composite à partir d’un renfort fibreux densifié par une matrice, notamment de pièces de turbomachine. Elle vise en particulier, les procédés de fabrication par thermocompression de pièces telles que les panneaux composites ouverts et nervurés, comprenant des nervures renforcées formant des raidisseurs.
Un panneau composite raidi ouvert comprend de manière générale une peau composite assemblée à une structure intermédiaire, contrairement aux panneaux composites dits sandwichs qui comportent deux peaux composites assemblées de part et d’autre d’une structure intermédiaire. Cela permet de réduire le coût du panneau et d’en simplifier la fabrication, ainsi que d’en réduire la masse, ce qui est particulièrement important pour une application aéronautique.
Des exemples d’application peuvent être des volets d’inverseur de nacelle d’avion, une partie des grilles d’inverseur, des panneaux de veine interne ou externe raidis, etc.
Les peaux composites comprennent généralement des fibres organiques ou minérales, par exemple de carbone ou de verre, tissées ou déstructurées, noyées dans une matrice en polymère ou en résine.
Afin de conserver une bonne raideur en flexion, un tel panneau ouvert comprend généralement une structure formée de nervures de raidissage s’étendant depuis la face interne de la peau composite. Ces nervures peuvent être orientées selon une même direction ou être entrecroisées.
La demande de brevet FR 2 112 191 de la Demanderesse propose un panneau ouvert présentant une rigidité en flexion augmentée et une meilleure résistance à la déformation, permettant de réduire de manière importante la masse du panneau et de simplifier sa fabrication. Plus précisément, le panneau composite ouvert comprend une peau composite présentant une face interne et une face externe et une pluralité de nervures de raidissage. Chaque nervure s’étend depuis la face interne de la peau jusqu’à un sommet opposé à ladite face interne et également selon une direction d’étendue respective. De plus, au moins une nervure est renforcée parmi les nervures. A cet effet, chaque nervure renforcée forme un raidisseur et comprend au moins une partie de raidissage allongée s’étendant le long du sommet de la nervure renforcée, ladite partie de raidissage comprenant des fibres s’étendant sensiblement selon la direction d’étendue de la nervure renforcée.
Il est connu de réaliser diverses pièces de turbomachine, en particulier de turbomachine d’aéronef, dans un matériau composite dans le but d’améliorer leurs capacités de résistances thermomécaniques et de réduire leur masse.
Certains matériaux composites sont usuellement composés d’un renfort fibreux et d’une matrice.
Plusieurs technologies sont identifiées pour fabriquer des pièces en matériau composite parmi lesquelles le moulage par injection (ou RTM - acronyme anglais signifiant «Resin Transfert Molding»), l’injection thermoplastique et la thermocompression. L’injection RTM nécessite un renfort fibreux avec dans la plupart des cas des fibres continues. L’injection thermoplastique d’un renfort fibreux avec des fibres longues ou courtes (fibres dans la résine et moule vide préalablement) permet de fabriquer des pièces très rapidement et avec une grande cadence.
Quant au moulage par thermocompression, celui-ci permet de densifier un renfort fibreux déjà préimprégné par une matrice en appliquant une pression et en réalisant un traitement thermique à température élevée.
La présente invention a pour objectif de proposer un procédé permettant de faciliter et de rendre robuste la fabrication par thermocompression de tels panneaux nervurés structuralement optimisés.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce ouverte en matériau composite comportant une peau et au moins une nervure comprenant chacune un corps et une tête, le corps s’étendant à partir d’une face interne de la peau jusqu’à la tête, chaque nervure s’étendant selon une direction d’étendue associée, la pièce comportant au moins une nervure dite nervure renforcée présentant une tête renforcée, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- une étape de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse destinée à former la peau et le corps de la au moins une nervure ;
- une étape de fourniture d’au moins une deuxième préforme fibreuse destinée à former la tête renforcée de la au moins une nervure renforcée ;
- une étape de mise en place dans un dispositif de moulage comprenant un poinçon et une matrice de l’ensemble formé de la première préforme fibreuse et de la deuxième préforme fibreuse, la deuxième préforme fibreuse étant agencée entre la matrice et la première préforme fibreuse et la matrice étant conformée pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte ; et
- une étape de thermocompression de l’ensemble pour former la pièce ouverte ;
- une étape de démoulage de l’ensemble pour former la pièce ouverte ;
et en ce que la première préforme fibreuse comprend au moins des fibres discontinues (PF12) pour former au moins le corps des nervures et que la deuxième préforme fibreuse comprend au moins des fibres continues orientées selon la direction d’étendue associée à la au moins une nervure.
- une étape de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse destinée à former la peau et le corps de la au moins une nervure ;
- une étape de fourniture d’au moins une deuxième préforme fibreuse destinée à former la tête renforcée de la au moins une nervure renforcée ;
- une étape de mise en place dans un dispositif de moulage comprenant un poinçon et une matrice de l’ensemble formé de la première préforme fibreuse et de la deuxième préforme fibreuse, la deuxième préforme fibreuse étant agencée entre la matrice et la première préforme fibreuse et la matrice étant conformée pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte ; et
- une étape de thermocompression de l’ensemble pour former la pièce ouverte ;
- une étape de démoulage de l’ensemble pour former la pièce ouverte ;
et en ce que la première préforme fibreuse comprend au moins des fibres discontinues (PF12) pour former au moins le corps des nervures et que la deuxième préforme fibreuse comprend au moins des fibres continues orientées selon la direction d’étendue associée à la au moins une nervure.
Ainsi, l’invention permet de remédier à au moins certains des inconvénients présentés ci-avant par une solution simple. En effet, l’invention propose un procédé permettant de faciliter et de rendre robuste la fabrication par thermocompression de telles pièces nervurées, notamment des panneaux nervurés structuralement optimisés et plus précisément comprenant une structure renforcée en sommet des nervures.
Une telle pièce ou panneau présente une résistance et une raideur en flexion augmentées par les têtes des nervures. Les têtes des nervures sont aisément ajoutées au panneau par le procédé selon l’invention.
Par « s’étendant sensiblement selon une direction », on entend formant un angle inférieur à 10° avec cette direction, de préférence inférieur à 5°.
De même, on désigne par « nervure », toute forme en élévation hors plan du panneau et par « raidisseur » ou « nervure renforcée » une nervure comportant une tête renforcée, c’est-à-dire une structure renforcée au sommet de son corps.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres, selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la pièce ouverte est un panneau ouvert ;
- la première préforme comporte des couches de fibres continues pour former la peau, les fibres discontinues étant disposées en amas sur une des couches de fibres continues pour former le corps de la au moins une nervure ;
- la première préforme comporte une couche additionnelle de fibres continues pour former la peau comportant des fentes, chaque fente s’étendant selon la direction d’étendue associée de la au moins une nervure, les fibres discontinues étant disposées en amas entre les couches et la couche additionnelle de fibres continues au droit des fentes de la couche additionnelle ;
- la ou chaque de la au moins une nervure renforcée s’étend selon au moins deux directions d’étendue distinctes et s’entrecroisent en des points d’intersection et la deuxième préforme comporte des rubans de fibres unidirectionnelles continues s’étendant selon les au moins deux directions d’étendue et se superposant de façon alternée aux points d’intersection ;
- la deuxième préforme comporte, pour chaque tête renforcée de nervure renforcée, au moins une couche supplémentaire en matériau à fibres continues agencée de manière à recouvrir au moins un des rubans de fibres unidirectionnelles s’étendant selon la direction d’étendue associée à ladite tête renforcée de nervure, la couche supplémentaire présentant une forme allongée selon la direction d’étendue de ladite tête renforcée de nervure associée, les fibres continues de la couche supplémentaire s’étendant dans une direction différente de la direction d’étendue de ladite tête renforcée de nervure associée et la couche supplémentaire étant conformée pour recouvrir le au moins un ruban de fibres longitudinales et au moins partiellement le corps associés à ladite tête renforcée de nervure de la pièce ouverte après thermocompression ;
- une première portion des fibres continues de la couche supplémentaire sont orientées selon un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée et une seconde portion des fibres continues de la couche supplémentaire sont orientées selon un angle compris entre -30° et -60° par rapport à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée ;
- la couche supplémentaire présente une largeur selon une direction perpendiculaire à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée de sorte qu’après thermocompression, la couche supplémentaire recouvre le corps sur une hauteur de recouvrement supérieure à au moins trois fois l’épaisseur de la couche supplémentaire, et de préférence au moins supérieure à 5 fois l’épaisseur de la couche supplémentaire ;
- la matrice comporte une surface principale et des cavités s’étendant à partir de la surface principale et étant conformées pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte, et l’étape de mise en place comporte la mise en place de la deuxième préforme fibreuse au fond des cavités puis la mise en place de la première préforme fibreuse sur la surface principale avant l’étape de thermocompression ;
- la matrice comporte une surface principale et des cavités s’étendant à partir de la surface principale et étant conformées pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte et l’étape de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse comporte une étape de fourniture d’une préforme fibreuse dite de peau destinée à former la peau et une étape de fourniture d’une préforme fibreuse dite de corps destinée à former le corps de la au moins une nervure ; et l’étape de mise en place dans le dispositif de moulage comprend : la mise en place de la deuxième préforme fibreuse dans les cavités, puis la mise en place de la préforme fibreuse de corps sur la surface principale au droit des cavités, puis la mise en place de la préforme fibreuse de peau au-dessus de la préforme fibreuse de corps ;
- la préforme fibreuse de corps est comprimée de façon à fluer au moins partiellement dans les cavités avant la mise en place de la préforme de peau, de manière à former au moins 80 % du remplissage de la au moins une nervure, et préférentiellement au moins 90%, et de manière encore préférée au moins 95% ;
- la première et la deuxième préforme fibreuses sont préimprégnées d’une résine.
- la pièce ouverte est un panneau ouvert ;
- la première préforme comporte des couches de fibres continues pour former la peau, les fibres discontinues étant disposées en amas sur une des couches de fibres continues pour former le corps de la au moins une nervure ;
- la première préforme comporte une couche additionnelle de fibres continues pour former la peau comportant des fentes, chaque fente s’étendant selon la direction d’étendue associée de la au moins une nervure, les fibres discontinues étant disposées en amas entre les couches et la couche additionnelle de fibres continues au droit des fentes de la couche additionnelle ;
- la ou chaque de la au moins une nervure renforcée s’étend selon au moins deux directions d’étendue distinctes et s’entrecroisent en des points d’intersection et la deuxième préforme comporte des rubans de fibres unidirectionnelles continues s’étendant selon les au moins deux directions d’étendue et se superposant de façon alternée aux points d’intersection ;
- la deuxième préforme comporte, pour chaque tête renforcée de nervure renforcée, au moins une couche supplémentaire en matériau à fibres continues agencée de manière à recouvrir au moins un des rubans de fibres unidirectionnelles s’étendant selon la direction d’étendue associée à ladite tête renforcée de nervure, la couche supplémentaire présentant une forme allongée selon la direction d’étendue de ladite tête renforcée de nervure associée, les fibres continues de la couche supplémentaire s’étendant dans une direction différente de la direction d’étendue de ladite tête renforcée de nervure associée et la couche supplémentaire étant conformée pour recouvrir le au moins un ruban de fibres longitudinales et au moins partiellement le corps associés à ladite tête renforcée de nervure de la pièce ouverte après thermocompression ;
- une première portion des fibres continues de la couche supplémentaire sont orientées selon un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée et une seconde portion des fibres continues de la couche supplémentaire sont orientées selon un angle compris entre -30° et -60° par rapport à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée ;
- la couche supplémentaire présente une largeur selon une direction perpendiculaire à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée de sorte qu’après thermocompression, la couche supplémentaire recouvre le corps sur une hauteur de recouvrement supérieure à au moins trois fois l’épaisseur de la couche supplémentaire, et de préférence au moins supérieure à 5 fois l’épaisseur de la couche supplémentaire ;
- la matrice comporte une surface principale et des cavités s’étendant à partir de la surface principale et étant conformées pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte, et l’étape de mise en place comporte la mise en place de la deuxième préforme fibreuse au fond des cavités puis la mise en place de la première préforme fibreuse sur la surface principale avant l’étape de thermocompression ;
- la matrice comporte une surface principale et des cavités s’étendant à partir de la surface principale et étant conformées pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte et l’étape de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse comporte une étape de fourniture d’une préforme fibreuse dite de peau destinée à former la peau et une étape de fourniture d’une préforme fibreuse dite de corps destinée à former le corps de la au moins une nervure ; et l’étape de mise en place dans le dispositif de moulage comprend : la mise en place de la deuxième préforme fibreuse dans les cavités, puis la mise en place de la préforme fibreuse de corps sur la surface principale au droit des cavités, puis la mise en place de la préforme fibreuse de peau au-dessus de la préforme fibreuse de corps ;
- la préforme fibreuse de corps est comprimée de façon à fluer au moins partiellement dans les cavités avant la mise en place de la préforme de peau, de manière à former au moins 80 % du remplissage de la au moins une nervure, et préférentiellement au moins 90%, et de manière encore préférée au moins 95% ;
- la première et la deuxième préforme fibreuses sont préimprégnées d’une résine.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation, donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées et présentés en tant qu’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
- laFIG. 1 est une vue schématique en coupe transversale d’un premier panneau ouvert obtenu par un procédé de fabrication selon l’invention ;
- laFIG. 2 est une vue schématique tridimensionnelle d’un second exemple de panneau obtenu par le procédé selon l’invention ;
- laFIG. 3 est un schéma-bloc représentant un procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention ;
- laFIG. 4 représente schématiquement une vue en coupe d’un dispositif de moulage ou moule permettant de fabriquer la pièce illustrée sur les figures 1 ou 3 avant l’étape de thermocompression ;
- laFIG. 5 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif de moulage de laFIG. 4 lorsque le moule est fermé durant la thermocompression ;
- laFIG. 6 illustre schématiquement une vue en perspective d’une première préforme utilisée dans le procédé de fabrication selon l’invention ;
- laFIG. 7 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif de moulage juste avant la fermeture du couvercle sur la matrice sur la première préforme de laFIG. 6 ;
- laFIG. 8 illustre le résultat la première préforme fibreuse de laFIG. 6 après thermocompression ;
- laFIG. 9 illustre schématiquement une vue en perspective d’une autre première préforme utilisée dans le procédé de fabrication selon l’invention ;
- laFIG. 10 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif de moulage juste avant la fermeture du couvercle sur la matrice sur la première préforme de laFIG. 9 ;
- laFIG. 11 illustre le résultat la première préforme fibreuse de laFIG. 9 après thermocompression ;
- laFIG. 12 représente schématiquement une vue en perspective d’une deuxième préforme utilisée dans le procédé de fabrication selon l’invention ; et
- laFIG. 13 illustre une vue en coupe partielle d’une pièce fabriquée à partir de la deuxième préforme de laFIG. 12 .
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.
Les figures ne sont pas représentées à l’échelle. En particulier, les épaisseurs sont agrandies pour faciliter la lecture des figures.
Les figures ne sont pas représentées à l’échelle. En particulier, les épaisseurs sont agrandies pour faciliter la lecture des figures.
LaFIG. 1 illustre une vue schématique en coupe transversale d’un premier exemple de pièce ouverte qui peut être obtenue par le procédé selon l’invention, en particulier de panneau ouvert 10. Par panneau, on entend toute pièce surfacique qui peut être également non plane et non développable.
Des exemples d’application peuvent être des volets d’inverseur de nacelle d’avion, une partie des grilles d’inverseur, des panneaux de veine interne ou externe raidis, etc.
Le panneau ouvert 10 comprend une peau 12 composite et au moins une nervure renforcée 14, également appelée raidisseur. Le panneau ouvert 10 peut en outre comporter des nervures non renforcées, c’est-à-dire ayant une tête non renforcée.
Comme indiqué précédemment, on désigne par « nervure », toute forme en élévation hors plan du panneau et par « raidisseur » une nervure comportant une tête renforcée, c’est-à-dire une structure renforcée au sommet de son corps.
La peau 12 s’étend selon un plan d’étendue XY, et définit une face externe 16 et une face interne 18, à l’écart l’une de l’autre selon une direction d’épaisseur Z perpendiculaire au plan d’étendue XY.
La face externe 16 est par exemple destinée à faire face à un habitacle et à être visible, tandis que la face interne 18 peut ne pas être visible selon l’installation de la pièce, une fois le panneau 10 mis en place.
Les nervures, renforcées ou non, comprennent chacune un corps 20 et une tête 22. Les corps 20 font saillie depuis cette face interne 18 de la peau selon la direction d’épaisseur Z, jusqu’aux têtes 22 respectives des raidisseurs 14.
En outre, chaque corps 20 de nervure, renforcée ou non, s’étend sur la face interne 18 de la peau 12, selon une direction d’étendue associée. Par exemple, les corps 20 des nervures s’étendent tous selon une même direction d’étendue X, parallèles les uns aux autres comme dans l’exemple illustré enFIG. 1 .
Les nervures, renforcées ou non, peuvent être régulièrement espacées selon une direction transverse Y, perpendiculaire à la direction d’étendue X et à la direction d’épaisseur Z.
Chaque corps de nervure, renforcée ou non, comprend deux flancs 24 s’étendant entre la face interne 18 et la tête 22 de la nervure, renforcée ou non, opposés l’un à l’autre selon la direction transverse Y.
Pour chaque raidisseur 14, la tête 22 de la nervure est renforcée par rapport au corps 20 de ladite nervure, c’est-à-dire qu’elle présente une raideur supérieure et permettant ainsi de renforcer le panneau 10.
Les têtes 22 renforcées s’étendent le long du corps 20 de la nervure renforcée 14.
Chaque tête renforcée est une structure rigide allongée selon la direction d’étendue du corps de la nervure renforcée 14, soit la direction X dans l’exemple illustré, en forme de baguette, réalisée dans un matériau rigide, qui présente notamment une raideur élastique supérieure ou égale à celle du matériau composant le corps des nervures.
LaFIG. 2 représente une vue schématique tridimensionnelle d’un autre exemple de panneau plus complexe que le premier exemple de laFIG. 1 et qui peut également être obtenu par le procédé selon l’invention.
Dans cet exemple, le panneau 10 comprend des nervures en élévation par rapport à la peau (corps et tête) s’étendant selon plusieurs directions d’étendue distinctes les unes des autres. Notamment, dans l’exemple illustré, trois nervures renforcées 14A s’étendent selon une première direction d’étendue X, deux nervures renforcées 14B s’étendent selon une deuxième direction d’étendue Y, et trois nervures renforcées 14C s’étendent selon des directions d’étendue intermédiaires entre la première et la deuxième direction d’étendue X, Y.
Toutes les directions d’étendue forment entre elles un angle compris entre 15° et 165°, et notamment égal à 90° sur l’exemple représenté pour la première direction d’étendue X et la deuxième direction d’étendue Y.
Les nervures renforcées 14 se croisent en au moins un point de croisement 26. Deux raidisseurs 14 forment le point de croisement 26 et y sont solidaires l’un de l’autre au point de croisement de leurs têtes renforcées.
Le procédé de fabrication 100 d’une pièce, notamment un panneau ouvert, en matériau composite selon l’invention va maintenant être décrit en détails en référence à laFIG. 3 qui est un ordinogramme représentant les étapes du procédé.
Le procédé comporte une étape 110 d’approvisionnement ou de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse PF1 destinée à former la peau 12 et le corps 20 des raidisseurs 14.
La première préforme fibreuse PF1 peut comprendre des fibres continues et/ou des fibres discontinues FDC pour former la peau et le corps des raidisseurs. On parle de fibres courtes lorsqu’elles présentent une longueur inférieure à 1 mm par opposition aux fibres longues qui présentent une longueur de quelques dizaines de millimètres. Ainsi, la première préforme fibreuse PF1 peut se présenter sous la forme d’empilements de couches ou nappes de fibres unidirectionnelles, connues par exemple sous le sigle anglophone NFC pour « Non-Crimp Fabrics ». Alternativement, la première préforme fibreuse PF1 peut se présenter sous la forme de tissus ou de matelas dit SMC selon le sigle anglophone pour « Sheet Molding Compound ». De façon connue, de tels matelas comprennent des fibres continues ou discontinues réparties aléatoirement majoritairement dans le plan d’extension du matelas. Selon une autre alternative, la première préforme fibreuse PF1 peut se présenter sous la forme de matériaux en volume connus par exemple sous le sigle anglophone BMC pour « Bulk Molding Compound » comprenant des fibres de longueurs finies et généralement de longueur inférieure à 50 mm.
De préférence, les fibres de la première préforme fibreuse PF1 sont avantageusement préimprégnées avec une résine (ou matrice) polymère d'imprégnation. En d’autres termes, la première préforme PF1 est en matériau composite dit préimprégné, c’est-à-dire comprenant des fibres noyées dans une résine. La résine d’imprégnation comporte en particulier une résine thermoplastique ou thermodurcissable. Un exemple de résine thermoplastique est un polyamide, un polyétheréthercétone, un polyéthercétonecétone, poly(sulfure de phénylène) ou un polyaryléthercétone. La résine thermodurcissable comprend par exemple un epoxyde ou un polyimide. Les fibres sont des fibres organiques, minérales, métalliques, de polymère thermoplastique ou de polymère thermodurcissable ou un mélange de ces fibres. Un exemple de fibre est la fibre de carbone, de verre ou d'aramide.
Le procédé comporte une étape 120 de fourniture ou d’approvisionnement d’au moins une deuxième préforme fibreuse PF2 destinée à former la tête 22 des raidisseurs, c’est-à-dire la tête renforcée des nervures renforcées.
La deuxième préforme fibreuse PF2 comprend au moins des fibres longues FC orientées selon la direction d’étendue associée aux raidisseurs 14.
Par fibres continues longues orientées, on entend des fibres continues unidirectionnelles dont la longueur est environ égale à quelques dizaines de millimètres.
De préférence, la deuxième préforme fibreuse PF2 est également en matériau composite dit préimprégné, c’est-à-dire comprenant des fibres noyées dans une résine. De préférence, la résine pour la deuxième préforme fibreuse PF2 est identique à celle de la première préforme fibreuse PF1.
Avantageusement, les fibres longues orientées de la deuxième préforme fibreuse PF2 destinée à former les têtes 22 renforcées des nervures renforcées 14 sont majoritairement ou exclusivement sous forme de plusieurs rubans de fibres unidirectionnelles, généralement notées UD pour « unidirectionnelles ». Chaque ruban de fibres unidirectionnelles comporte un ensemble de filaments continus parallèles les uns des autres. Les filaments continus- sont ainsi disposés longitudinalement sur toute la longueur de l’étendue de la tête 22 du raidisseur 14.
Lorsque la pièce à fabriquer comporte des raidisseurs 14 s’étendant selon plusieurs directions d’étendue distinctes les unes des autres et s’entrecroisent en des points d’intersection 26 (voirFIG. 2 ), la deuxième préforme PF2 comporte avantageusement des rubans de fibres longitudinales continues s’étendant selon les différentes directions d’étendue et se superposant de façon alternée aux points d’intersection.
LaFIG. 12 représente une telle deuxième préforme PF2 destinée à former les têtes 22 des raidisseurs 14 et en particulier en un point d’intersection 26. Dans l’exemple illustré, un raidisseur 14A s’étend selon une première direction d’étendue X et un raidisseur 14B s’étend selon une deuxième direction d’étendue Y. La deuxième préforme PF2 comporte des premiers rubans de fibres longitudinales RA s’étendant selon la première direction d’étendue X et des deuxièmes rubans de fibres longitudinales RB s’étendant selon la deuxième direction d’étendue Y. Les premiers rubans RA et les deuxièmes rubans RB s’entrecroisent au point d’intersection 26 de façon alternée. Au point d’intersection 26, on obtient ainsi un empilement d’un premier ruban RA puis un deuxième ruban RB puis un premier ruban RA, etc.
Une telle configuration d’alternance des rubans selon les différentes directions d’étendue des raidisseurs permet avantageusement d’augmenter les liaisons mécaniques des fibres des différentes directions et de renforcer ainsi la tenue mécanique du point d’intersection, également appelé nœud inter-raidisseur si nécessaire.
Ces rubans peuvent être avantageusement déposés par un procédé de dépose de rubans sur une forme géométrique par drapage mécanisé.
La
Une telle configuration d’alternance des rubans selon les différentes directions d’étendue des raidisseurs permet avantageusement d’augmenter les liaisons mécaniques des fibres des différentes directions et de renforcer ainsi la tenue mécanique du point d’intersection, également appelé nœud inter-raidisseur si nécessaire.
Ces rubans peuvent être avantageusement déposés par un procédé de dépose de rubans sur une forme géométrique par drapage mécanisé.
Préférentiellement, la largeur L des rubans d’un paquet de rubans de fibres longitudinales UD est légèrement inférieure ou égale à la largeur de la tête du raidisseur 14 de la pièce à produire. Par largeur, on entend une dimension transversale à la direction d’étendue du raidisseur et donc des rubans, qui est également une dimension perpendiculaire à la direction des fibres longitudinales des rubans.
Avantageusement, la deuxième préforme PF2 destinée à former la tête des raidisseurs comporte pour chaque tête de raidisseur, au moins une couche supplémentaire PF21 en matériau à fibres longues ou continues.
Cette couche supplémentaire PF21 est agencée de manière à recouvrir au moins un des rubans de fibres unidirectionnelles UD s’étendant selon la direction d’étendue associée à ladite tête 22 de raidisseur, plus précisément à recouvrir un paquet de rubans RA, RB de fibres unidirectionnelles UD telle qu’illustrée sur laFIG. 12 . La ou les couches supplémentaires PF21 présentent une forme allongée selon la direction d’étendue de la tête renforcée 22 du raidisseur associé.
Les fibres continues de la ou des couches supplémentaires PF21 s’étendent dans une direction différente de la direction d’étendue de ladite tête de raidisseur associée, c’est-à-dire dans une direction transverse ou non colinéaire de la direction d’étendue du raidisseur.
Les fibres continues de la ou des couches supplémentaires PF21 s’étendent dans une direction différente de la direction d’étendue de ladite tête de raidisseur associée, c’est-à-dire dans une direction transverse ou non colinéaire de la direction d’étendue du raidisseur.
En outre, la (ou les) couche(s) supplémentaire(s) PF21 est(sont) conformée(s) pour recouvrir le au moins un ruban RA, RB de fibres unidirectionnelles UD et au moins partiellement le corps 20 associés à ladite tête du raidisseur de la pièce après thermocompression.
Ainsi, cette ou ces couches supplémentaires PF21 permettent d’améliorer le transfert des contraintes entre les fibres longitudinales de la tête et du corps du raidisseur.
De préférence, chaque couche supplémentaire PF21 est disposée au droit sur chaque segment linéaire indépendant de la tête renforcée associée. Elle déborde transversalement de part et d’autre des rubans longitudinaux de manière à constituer après formage et thermocompression une continuité fibreuse en forme de U dans un plan orthogonal à la direction d’étendue couvrant les fibres unidirectionnelles UD des têtes renforcées et une partie du corps du raidisseur. En d’autres termes, la largeur L’ de chaque couche supplémentaire PF21 est supérieure à la largeur L des rubans d’un paquet de rubans de fibres unidirectionnelles UD à recouvrir. Préférentiellement, la largeur L’ de la couche supplémentaires PF21 est suffisante pour s’étendre sur une hauteur H de recouvrement le long des flancs 24 du raidisseur supérieure au triple de son épaisseur E, et de manière encore plus préférentielle au moins 5 fois son épaisseur E. On entend par épaisseur E, l’épaisseur de la couche supplémentaire PF21 avant cuisson.
De préférence, chaque couche supplémentaire PF21 est disposée au droit sur chaque segment linéaire indépendant de la tête renforcée associée. Elle déborde transversalement de part et d’autre des rubans longitudinaux de manière à constituer après formage et thermocompression une continuité fibreuse en forme de U dans un plan orthogonal à la direction d’étendue couvrant les fibres unidirectionnelles UD des têtes renforcées et une partie du corps du raidisseur. En d’autres termes, la largeur L’ de chaque couche supplémentaire PF21 est supérieure à la largeur L des rubans d’un paquet de rubans de fibres unidirectionnelles UD à recouvrir. Préférentiellement, la largeur L’ de la couche supplémentaires PF21 est suffisante pour s’étendre sur une hauteur H de recouvrement le long des flancs 24 du raidisseur supérieure au triple de son épaisseur E, et de manière encore plus préférentielle au moins 5 fois son épaisseur E. On entend par épaisseur E, l’épaisseur de la couche supplémentaire PF21 avant cuisson.
LaFIG. 13 illustre une vue en coupe partielle d’un mode de réalisation de pièce fabriquée à partir notamment d’une telle deuxième préforme PF2 dans lequel les couches supplémentaires de la préforme PF21 viennent en surépaisseur par rapport à l’épaisseur du corps du raidisseur, c’est-à-dire la dimension du corps selon la direction transverse Y. Dans un mode alternatif, l’épaisseur du corps du raidisseur est constant et les couches supplémentaires de la préforme PF21 se substituent à une partie de matière du corps de la nervure sur la hauteur H de recouvrement.
Une telle deuxième préforme PF2 peut être fabriquée en disposant des morceaux de fibres continues sur une forme de drapage pour former la ou les couches supplémentaires PF21 puis en superposant les rubans de fibres unidirectionnelles UD sur la ou les couches supplémentaires PF21.
Alternativement, une telle deuxième préforme PF2 peut être fabriquée en déposant tout d’abord les rubans de fibres unidirectionnelles UD puis en déposant par-dessus au moins une couche de fibres continues s’étendant sur une petite largeur de part et d’autre de la largeur de dépôt des rubans de fibres unidirectionnelles UD.
Chaque couche supplémentaire PF21 peut être un tissu dont les fibres sont préférentiellement orientées entre +/-30 et +/-60° par rapport à la direction d’étendue du raidisseur associé, en d’autres termes le tissu comporte des premières fibres orientées entre +30 et +60° par rapport à la direction d’étendue et des secondes fibres orientées entre -30 et -60° par rapport à la direction d’étendue, de manière symétrique aux premières fibres par rapport à la direction d’étendue du raidisseur associé. Le tissu est formé par tissage bidimensionnel des premières fibres et des secondes fibres sont tissées.
En variante, chaque couche supplémentaire PF21 peut être un empilement d’au moins deux couches de fibres unidirectionnelles qui s’étendent selon des directions symétriques par rapport à la direction d’étendue du raidisseur associé et comprises entre +/-30 et 90° par rapport à la direction d’étendue du raidisseur associé.
Ensuite, le procédé comporte une étape 130 de mise en place dans un dispositif de moulage 30 de l’ensemble formé de la première préforme fibreuse PF1 et de la deuxième préforme fibreuse PF2 telle qu’illustrée sur laFIG. 4 .
LaFIG. 4 représente schématiquement une vue en coupe d’un dispositif de moulage ou moule 30 permettant de fabriquer la pièce illustrée sur laFIG. 1 ou 2 avant l’étape de thermocompression.
Ce dispositif 30 comporte une matrice 32 et un couvercle ou poinçon 34 monté coulissant verticalement, selon la direction Z, dans la matrice et définissant avec elle une chambre de compression 36.
La matrice 32 présente une surface principale 38 en vis-à-vis du couvercle 34. Cette surface principale 38 présente des reliefs, et plus précisément des cavités 40 s’étendant à partir de la surface principale 38 et conformées pour former les raidisseurs du panneau ouvert. La forme et la disposition des cavités 40 correspondent à celles des raidisseurs 14 de la pièce à fabriquer. Ainsi, chaque cavité 40 s’étend depuis la surface principale 38 jusqu’à un fond 42.
Ce dispositif 30 comporte une matrice 32 et un couvercle ou poinçon 34 monté coulissant verticalement, selon la direction Z, dans la matrice et définissant avec elle une chambre de compression 36.
La matrice 32 présente une surface principale 38 en vis-à-vis du couvercle 34. Cette surface principale 38 présente des reliefs, et plus précisément des cavités 40 s’étendant à partir de la surface principale 38 et conformées pour former les raidisseurs du panneau ouvert. La forme et la disposition des cavités 40 correspondent à celles des raidisseurs 14 de la pièce à fabriquer. Ainsi, chaque cavité 40 s’étend depuis la surface principale 38 jusqu’à un fond 42.
La deuxième préforme fibreuse PF2 est agencée entre la matrice 32 et la première préforme fibreuse PF1.
Dans un premier mode de réalisation, la première préforme fibreuse PF1 et la deuxième préforme fibreuse PF2 sont assemblées par empilement l’une sur l’autre pour former un ensemble puis cet ensemble est installé dans le dispositif de moulage de sorte que les fibres continues de la deuxième préforme destinée à former les tête des raidisseurs sont positionnées au droit des cavités. Puis le dispositif de moulage 30 est fermé.
Bien entendu, si la préforme PF2 comprend des couches complémentaires PF21, celles-ci sont empilées en couches externes de l’ensemble de façon à être les premières au contact de la surface 38 de la forme de moulage.
Selon une première variante, la deuxième préforme fibreuse PF2 destinée à former les têtes des raidisseurs est tout d’abord positionnée seule dans le dispositif de moulage 30 de sorte que chaque ruban ou paquet de rubans associé à une tête de raidisseur est engagé dans la cavité 40 correspondante de la matrice 32 du dispositif de moulage 30. La première préforme fibreuse PF1 est ensuite mise en place au-dessus de la deuxième préforme et notamment sur la surface principale 38 de la matrice 32 avant l’étape de thermocompression.
Avantageusement, le dispositif de moulage 30 peut comporter un autre poinçon conformé pour enfoncer chaque ruban ou paquet de rubans associé à une tête de raidisseur partiellement dans la cavité 40 correspondante ou jusqu’au fond 42 de celle-ci. Cette étape d’enfoncement de la deuxième préforme PF2 dans des cavités est d’autant plus avantageuse que la deuxième préforme PF2 comporte au moins une couche supplémentaire PF21 telle que décrite précédemment afin de favoriser la maitrise de l’enfoncement de la deuxième préforme PF2 centrée dans chaque cavité et la juxtaposition de la couche supplémentaire PF21 le long des flancs 24 du raidisseur associé.
Selon une deuxième variante, l’étape 130 de mise en place dans le dispositif de moulage 30 comprend :
- la mise en place de la deuxième préforme fibreuse PF2 de manière à ce que chaque ruban ou paquet de rubans associé à une tête de raidisseur est au moins partiellement engagé dans la cavité 40 correspondante vers le fond 42 de celle-ci, puis
- la mise en place de la préforme fibreuse de corps PF12 sur la surface principale 38 au droit des cavités. De préférence, la préforme fibreuse de corps PF12 est comprimée de façon à fluer au moins partiellement dans les cavités 40. Ce fluage peut atteindre au moins 80% du remplissage des raidisseurs, préférentiellement au moins 90%, et de manière encore préférée au moins 95%.
L’étape 130 de mise en place se poursuit par la mise en place de la préforme fibreuse de peau PF11 au-dessus de la préforme fibreuse de corps PF12 avant la fermeture du dispositif de moulage pour l’étape de la thermocompression de l’ensemble final pour former la pièce finale.
- la mise en place de la deuxième préforme fibreuse PF2 de manière à ce que chaque ruban ou paquet de rubans associé à une tête de raidisseur est au moins partiellement engagé dans la cavité 40 correspondante vers le fond 42 de celle-ci, puis
- la mise en place de la préforme fibreuse de corps PF12 sur la surface principale 38 au droit des cavités. De préférence, la préforme fibreuse de corps PF12 est comprimée de façon à fluer au moins partiellement dans les cavités 40. Ce fluage peut atteindre au moins 80% du remplissage des raidisseurs, préférentiellement au moins 90%, et de manière encore préférée au moins 95%.
L’étape 130 de mise en place se poursuit par la mise en place de la préforme fibreuse de peau PF11 au-dessus de la préforme fibreuse de corps PF12 avant la fermeture du dispositif de moulage pour l’étape de la thermocompression de l’ensemble final pour former la pièce finale.
Puis, le procédé se poursuit par une étape 140 de thermocompression de l’ensemble pour former le panneau ouvert telle qu’illustrée sur laFIG. 5 .
LaFIG. 5 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif de moulage 30 de laFIG. 4 lorsque le moule est fermé durant la thermocompression.
Cette étape de thermocompression permet d’assurer le positionnement de la deuxième préforme fibreuse PF2 en tête des raidisseurs 14. De plus, la thermocompression permet d’obtenir le fluage de la matière, au moins partiellement, de la première préforme fibreuse PF1 pour former le corps 20 des raidisseurs 14 pour qu’elle remplisse convenablement la cavité d’outillage. Ainsi, la thermocompression permet d’obtenir la liaison entre les deux préformes PF1 et PF2 par consolidation commune. Les préformes fibreuses sont ainsi solidifiées par réaction chimique de réticulation ou polymérisation pour une résine thermodurcissable, chauffe et refroidissement pour une matrice thermoplastique.
Cette étape de thermocompression permet d’assurer le positionnement de la deuxième préforme fibreuse PF2 en tête des raidisseurs 14. De plus, la thermocompression permet d’obtenir le fluage de la matière, au moins partiellement, de la première préforme fibreuse PF1 pour former le corps 20 des raidisseurs 14 pour qu’elle remplisse convenablement la cavité d’outillage. Ainsi, la thermocompression permet d’obtenir la liaison entre les deux préformes PF1 et PF2 par consolidation commune. Les préformes fibreuses sont ainsi solidifiées par réaction chimique de réticulation ou polymérisation pour une résine thermodurcissable, chauffe et refroidissement pour une matrice thermoplastique.
Les têtes 22 renforcées des raidisseurs 14 sont ainsi solidaires des corps 20 respectifs des raidisseurs, et plus précisément liées aux corps respectifs par la matrice polymère du composite formant les têtes.
Le procédé peut en outre comporter une étape 150 de démoulage de la pièce fabriquée suivie d’une étape 160 de finition de la pièce afin d’obtenir la pièce finale.
Selon une première variante, le procédé selon l’invention diffère du précédent en ce qu’au cours de l’étape 110 d’approvisionnement ou de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse PF1, la première préforme fibreuse PF1 comporte des fibres continues FC pour former la peau et des fibres discontinues FDC pour former le corps des raidisseurs.
Par exemple, les fibres continues FC destinées à former la peau de la pièce sont des nappes de fibres unidirectionnelles UD ou des tissus ou des matelas de multicouches multiaxiales - ou de matériaux en volume BMC tels que décrits et définis précédemment.
Les fibres discontinues peuvent être uniformément réparties superposées aux couches de fibres continues. Avantageusement, les fibres discontinues peuvent être disposées en amas ou amoncellements à proximité des naissances des raidisseurs sur la peau permettant de réduire les longueurs de fluage de la matière de la première préforme PF1 pour remplir les cavités et former les corps des raidisseurs.
Une telle étape est illustrée sur les figures 6 à 8. LaFIG. 6 illustre schématiquement la première préforme PF1 en perspective. La première préforme fibreuse PF1 comporte une préforme fibreuse PF11 dite « préforme de peau » destinée à former la peau 12 et une préforme fibreuse PF12 dite « préforme de corps » destinée à former le corps des raidisseurs 14.
La préforme de peau PF11 comporte plusieurs couches de fibres continues, trois nappes dans l’exemple illustré.
La préforme de corps PF12 est formée d’un amas de fibres discontinues disposées en amas à proximité des naissances des raidisseurs 14 sur la peau 12. Dans l’exemple illustré, l’amas est de forme triangulaire pour former un raidisseur de même forme.
Cette étape 110 peut comporter avantageusement une étape de thermocompression pour former la première préforme fibreuse PF1 à partir de la préforme de peau PF11 et de la préforme de corps PF12 afin de les consolider ensemble et assurer leur liaison avant l’étape 130 de mise en place dans le dispositif de moulage 30 de l’ensemble formé par la première préforme PF1 et la deuxième préforme PF2. Le même dispositif de moulage 30 peut être utilisé au cours des deux étapes de thermocompression.
LaFIG. 7 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif de moulage juste avant la fermeture du couvercle 34 sur la matrice 32 tandis que laFIG. 8 illustre le résultat de cette thermocompression, c’est-à-dire la première préforme fibreuse PF1.
De préférence, la préforme de la peau PF11 comporte une couche additionnelle PF111 de fibres continues. LaFIG. 9 illustre schématiquement une telle première préforme PF1 en perspective. La couche additionnelle PF111 comporte une fente 50 pour chaque raidisseur 14, chaque fente 50 s’étendant selon la direction d’étendue associée des raidisseurs 14. Dans l’exemple illustré, la fente 50 est de forme triangulaire pour former un raidisseur de même forme.
Les fibres discontinues de la préforme de corps PF12 sont disposées en amas entre les couches de la préforme de peau et la couche additionnelle de la préforme de peau au droit des fentes 50 de la couche additionnelle PF111, telles qu’illustrées sur les figures 10 et 11. LaFIG. 10 représente schématiquement une vue en coupe de la première préforme PF1 destinée à être insérée dans le dispositif de moulage tandis que laFIG. 11 illustre le résultat de la thermocompression, c’est-à-dire la première préforme fibreuse PF1 dans laquelle le corps 20 des raidisseurs 14 est au moins partiellement formé.
La présence de la couche additionnelle PF111 de fibres continues, munie de fentes 50 au droit des amas de fibres discontinues, permet avantageusement de guider le mouvement des éléments à fibres discontinues et d’assurer une couche à continuité de fibres en surface de pièce à la naissance des raidisseurs 14.
La présence de la couche additionnelle PF111 de fibres continues, munie de fentes 50 au droit des amas de fibres discontinues, permet avantageusement de guider le mouvement des éléments à fibres discontinues et d’assurer une couche à continuité de fibres en surface de pièce à la naissance des raidisseurs 14.
L’invention telle qu’elle a été décrite permet ainsi avantageusement de faciliter et de rendre robuste la fabrication par thermocompression de telles pièces nervurées, et en particulier des panneaux nervurés structuralement optimisés.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de l’invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.
Notamment, l’invention, telle qu’elle a été décrite, met en œuvre des matériaux composites dits préimprégnés, c’est-à-dire comprenant des fibres noyées dans une résine pour former l’ensemble des préformes fibreuses. Toutefois, le procédé peut aussi s’appliquer à des préformes fibreuses dites « sèches », c’est-à-dire comprenant des fibres tenues entre elles par un liant ou « binder » en anglais. Dans ce cas, la résine est apportée sur les préformes par exemple par un film de résine arrangée entre le couvercle et la première préforme fibreuse avant la fermeture du dispositif de moulage, les préformes étant imprégnées au cours de la thermocompression. Alternativement, la résine peut être injectée dans la chambre de compression du dispositif de moulage après fermeture de celui-ci.
Notamment, l’invention, telle qu’elle a été décrite, met en œuvre des matériaux composites dits préimprégnés, c’est-à-dire comprenant des fibres noyées dans une résine pour former l’ensemble des préformes fibreuses. Toutefois, le procédé peut aussi s’appliquer à des préformes fibreuses dites « sèches », c’est-à-dire comprenant des fibres tenues entre elles par un liant ou « binder » en anglais. Dans ce cas, la résine est apportée sur les préformes par exemple par un film de résine arrangée entre le couvercle et la première préforme fibreuse avant la fermeture du dispositif de moulage, les préformes étant imprégnées au cours de la thermocompression. Alternativement, la résine peut être injectée dans la chambre de compression du dispositif de moulage après fermeture de celui-ci.
Claims (10)
- Procédé (100) de fabrication d’une pièce (10) ouverte en matériau composite comportant une peau (12) et au moins une nervure comprenant chacune un corps (20) et une tête, le corps s’étendant à partir d’une face interne (18) de la peau jusqu’à la tête, chaque nervure s’étendant selon une direction d’étendue associée, la pièce comportant au moins une nervure dite nervure renforcée (14) présentant une tête renforcée (22), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- une étape de fourniture (110) d’au moins une première préforme fibreuse (PF1) destinée à former la peau et le corps de la au moins une nervure ;
- une étape de fourniture (120) d’au moins une deuxième préforme fibreuse (PF2) destinée à former la tête renforcée (22) de la au moins une nervure renforcée (14) ;
- une étape de mise en place (130) dans un dispositif de moulage (30) comprenant un poinçon (34) et une matrice (32) de l’ensemble formé de la première préforme fibreuse et de la deuxième préforme fibreuse, la deuxième préforme fibreuse étant agencée entre la matrice et la première préforme fibreuse et la matrice étant conformée pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte ; et
- une étape de thermocompression (140) de l’ensemble pour former la pièce ouverte ;
- une étape de démoulage de l’ensemble pour former la pièce ouverte ;
et en ce que la première préforme fibreuse comprend au moins des fibres discontinues (PF12) pour former au moins le corps des nervures et que la deuxième préforme fibreuse comprend au moins des fibres continues orientées selon la direction d’étendue associée à la au moins une nervure. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première préforme (PF1) comporte des couches (PF11) de fibres continues pour former la peau, les fibres discontinues (PF12) étant disposées en amas sur une des couches de fibres continues pour former le corps de la au moins une nervure.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la première préforme (PF1) comporte une couche additionnelle (PF111) de fibres continues pour former la peau comportant des fentes (50), chaque fente s’étendant selon la direction d’étendue associée de la au moins une nervure, les fibres discontinues étant disposées en amas entre les couches et la couche additionnelle de fibres continues au droit des fentes de la couche additionnelle.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou chaque de la au moins une nervure renforcée (14) s’étend selon au moins deux directions d’étendue (X, Y) distinctes et s’entrecroisent en des points d’intersection (26) et dans lequel la deuxième préforme (PF2) comporte des rubans (RA, RB) de fibres unidirectionnelles continues s’étendant selon les au moins deux directions d’étendue et se superposant de façon alternée aux points d’intersection.
- Procédé selon la revendication précédente 4, dans lequel la deuxième préforme (PF2) comporte, pour chaque tête renforcée de nervure renforcée, au moins une couche supplémentaire (PF21) en matériau à fibres continues agencée de manière à recouvrir au moins un des rubans de fibres unidirectionnelles s’étendant selon la direction d’étendue associée à ladite tête renforcée de nervure, la couche supplémentaire présentant une forme allongée selon la direction d’étendue de ladite tête renforcée de nervure associée, les fibres continues de la couche supplémentaire s’étendant dans une direction différente de la direction d’étendue de ladite tête renforcée de nervure associée et la couche supplémentaire étant conformée pour recouvrir le au moins un ruban de fibres longitudinales et au moins partiellement le corps associés à ladite tête renforcée de nervure de la pièce ouverte après thermocompression.
- Procédé selon la revendication précédente 5, dans lequel une première portion des fibres continues de la couche supplémentaire (PF21) sont orientées selon un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée et une seconde portion des fibres continues de la couche supplémentaire sont orientées selon un angle compris entre -30° et -60° par rapport à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée.
- Procédé selon la revendication précédente 5 ou 6, dans lequel la couche supplémentaire (PF21) présente une largeur selon une direction perpendiculaire à la direction d’étendue de la tête renforcée de nervure associée de sorte qu’après thermocompression, la couche supplémentaire recouvre le corps sur une hauteur de recouvrement supérieure à au moins trois fois l’épaisseur de la couche supplémentaire, et de préférence au moins supérieure à 5 fois l’épaisseur de la couche supplémentaire.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice (32) comporte une surface principale (38) et des cavités (40) s’étendant à partir de la surface principale et étant conformées pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte, et en ce que l’étape de mise en place comporte la mise en place de la deuxième préforme fibreuse (PF2) au fond des cavités puis la mise en place de la première préforme (PF1) fibreuse sur la surface principale avant l’étape de thermocompression.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la matrice (32) comporte une surface principale (38) et des cavités (40) s’étendant à partir de la surface principale et étant conformées pour former la au moins une nervure de la pièce ouverte et l’étape de fourniture d’au moins une première préforme fibreuse comporte une étape de fourniture d’une préforme fibreuse dite de peau destinée à former la peau et une étape de fourniture d’une préforme fibreuse dite de corps destinée à former le corps de la au moins une nervure ;
et dans lequel l’étape de mise en place dans le dispositif de moulage (30) comprend :
- la mise en place de la deuxième préforme fibreuse (PF2) dans les cavités (40), puis
- la mise en place de la préforme fibreuse de corps (PF12) sur la surface principale (38) au droit des cavités, puis
- la mise en place de la préforme fibreuse de peau (PF11) au-dessus de la préforme fibreuse de corps (PF12). - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la préforme fibreuse de corps (PF12) est comprimée de façon à fluer au moins partiellement dans les cavités (40) avant la mise en place de la préforme de peau (PF11), de manière à former au moins 80 % du remplissage de la au moins une nervure, et préférentiellement au moins 90%, et de manière encore préférée au moins 95%.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2309362A FR3152427A1 (fr) | 2023-09-06 | 2023-09-06 | Procédé de fabrication d’une piece ouverte avec nervures renforcées |
| PCT/FR2024/051168 WO2025052080A1 (fr) | 2023-09-06 | 2024-09-06 | Procédé de fabrication d'une piece ouverte avec nervures renforcées |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2309362 | 2023-09-06 | ||
| FR2309362A FR3152427A1 (fr) | 2023-09-06 | 2023-09-06 | Procédé de fabrication d’une piece ouverte avec nervures renforcées |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3152427A1 true FR3152427A1 (fr) | 2025-03-07 |
Family
ID=88965299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2309362A Pending FR3152427A1 (fr) | 2023-09-06 | 2023-09-06 | Procédé de fabrication d’une piece ouverte avec nervures renforcées |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3152427A1 (fr) |
| WO (1) | WO2025052080A1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2112191A1 (fr) | 1970-07-30 | 1972-06-16 | Rca Corp | |
| DE102006012699A1 (de) * | 2006-03-17 | 2007-09-20 | Johnson Controls Gmbh | Glasfaser verstärkte Struktur des Innenraums eines Kraftfahrzeuges |
| US20120148803A1 (en) * | 2009-08-26 | 2012-06-14 | Bayer Materialscience Ag | Fiber-reinforced polyurethane molded part comprising three-dimensional raised structures |
| EP3950292A1 (fr) * | 2019-03-29 | 2022-02-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Structure de panneau constituée d'un matériau composite et procédé pour la fabrication de celle-ci |
-
2023
- 2023-09-06 FR FR2309362A patent/FR3152427A1/fr active Pending
-
2024
- 2024-09-06 WO PCT/FR2024/051168 patent/WO2025052080A1/fr unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2112191A1 (fr) | 1970-07-30 | 1972-06-16 | Rca Corp | |
| DE102006012699A1 (de) * | 2006-03-17 | 2007-09-20 | Johnson Controls Gmbh | Glasfaser verstärkte Struktur des Innenraums eines Kraftfahrzeuges |
| US20120148803A1 (en) * | 2009-08-26 | 2012-06-14 | Bayer Materialscience Ag | Fiber-reinforced polyurethane molded part comprising three-dimensional raised structures |
| EP3950292A1 (fr) * | 2019-03-29 | 2022-02-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Structure de panneau constituée d'un matériau composite et procédé pour la fabrication de celle-ci |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025052080A1 (fr) | 2025-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2516263B1 (fr) | Pale d'helice d'aeronef | |
| EP2652185B1 (fr) | Structure fibreuse pour piece en materiau composite ayant une ou plusieurs parties en forme d'arche | |
| EP3166776B1 (fr) | Procede de fabrication de piece en materiau composite comportant au moins une portion formant portion d'introduction d'effort ou surepaisseur locale | |
| FR3025248B1 (fr) | Aube de redresseur en materiau composite pour moteur a turbine a gaz et son procede de fabrication | |
| EP3446863B1 (fr) | Procédé pour étancher un réservoir de carburant | |
| EP3827119B1 (fr) | Texture fibreuse pour carter en matériau composite à résistance à l'impact améliorée | |
| WO2012098323A1 (fr) | Structure fibreuse pour pièce en matériau composite de géométrie complexe | |
| EP3248764B1 (fr) | Procede et pale thermoplastique | |
| EP3177454A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une pièce renforcée comportant un matériau composite | |
| WO2020260804A1 (fr) | Piece de revolution en materiau composite ayant une resistance au delaminage amelioree | |
| EP3700740A1 (fr) | Procede de collage structural de pieces de structure et insert de surface texturee pour la mise en oeuvre dudit procede | |
| EP4401956A1 (fr) | Aube en matériau composite comportant un renfort métallique et procédé de fabrication d'une telle aube | |
| FR3152427A1 (fr) | Procédé de fabrication d’une piece ouverte avec nervures renforcées | |
| FR2970898A1 (fr) | Piece en materiau composite comportant des elements de bossage | |
| EP3655492A1 (fr) | Procédé d'assemblage par collage de pièces notamment composites à renfort fibreux | |
| WO2009071824A2 (fr) | Procédé de réalisation de pièces composites avec préforme à drapage hybride | |
| EP3521001B1 (fr) | Pièce préimprégnée comprenant une couche principale et une couche de renfort | |
| WO2022258917A1 (fr) | Preforme fibreuse pour la fabrication d'un carter annulaire en materiau composite pour une turbomachine | |
| WO2025052081A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une piece en materiau composite avec des elements en elevation et piece correspondante | |
| FR3061070A1 (fr) | Procede de realisation d’un panneau auto raidi en materiaux composites et panneau obtenu par ledit procede | |
| FR3150460A1 (fr) | Procede de fabrication d’une piece en materiau composite avec element de renforcement et piece en materiau composite obtenue par un tel procede | |
| WO2022013513A1 (fr) | Piece raidie en materiau composite thermodurci a structure caissonnee et procede de fabrication | |
| WO2024002902A1 (fr) | Réservoirs composites à coque tressée et procédés de fabrication correspondants | |
| FR2999469A1 (fr) | Procede de fabrication de pieces en materiau composite a ame a cellule ouverte | |
| FR2970670A1 (fr) | Piece en materiau composite et procede de realisation d'une telle piece |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20250307 |