Brevet FR2319727A1 — publié le 19770225

La présente invention est relative à un procédé permettant de réaliser des pièces de formes diverses au moyen d'un matériau ou tissu tridimensionnel. On sait que les tissus tridimensionnelsssont d'une façon générale, caractérisés par le fait que les constituants du tissu, du genre fils, fibres, mèches, etc., sont orientés selon trois directions différentes, généralement orthogonales. Grâce à leur résistance mécanique élevée, à leur pouvoir isolant thermique excellent et à leur bonne résistance aux chocs et à l'abrasion, ces tissus sont mis en oeuvre dans des applications nombreuses, notamment pour ia fabrication de corps de rentrée de fusée ou d'autres engins. Les procédés connus de fabrication de tels tissus consistent à implanter, par des méthodes variées, une troisième direction d'un des constituants du tissu dans une structure à deux directions, elle-même constituée par un empilement de nappes d'un tissu classique, à chaîne et à trame, avec fils croisés Notamment, on a déjà prévu d'implanter cette troisième direction sous la forme d'éléments rigides usinés dans un support ou par une méthode de couture selon une direction perpendiculaire ou oblique par rapport au plan des nappes bidimensionnelles superposées. Or, les tissus ainsi réalisés, en raison du caractère privilégié de la troisième direction de fils, ne sont pas parfaitement orthotropes, c'est-à-dire ne présentent pas des symétries identiques vis-à-vis de trois plans perpendiculaires. On a également prévu pour la fabrication de corps tridimensionnels, de partir d'une étoffe bidirectionnelle obtenue par un procédé de tissage classique et d'enchevêtrer dans celle-ci un troisième fil selon une direction différente avec un appareil de tissage ou un métier convenablement adapté. Mais si cette méthode peut être adoptée lorsque les fibres ou fils utilisés sont en coton ou autre matériau, notamment constitué par des fils de synthèse à haute resistance unitaire à la traction et à la flexion, il en va de façon entièrement différente lorsque les tissus tridimensionnels doivent être réalisés au moyen de fibres de carbone ou de graphite, qui même sous forme de mèches relativement épaisses, ne peuvent supporter sans rupture quasi immédiate, le frottement d'une navette ou d'un peigne, indispensables au tissage du tissu. La présente invention a pour objet un procédé de tissage dans lequel les trois directions de fils présentent les mêmes caractéristiques quelles que soient leurs implantations relatives, ce procédé constituant une généralisation des méthodes de tissage classiques bidirectionnelles, dont les étapes de mise en oeuvre sont adaptées à la fabrication d'un tissu tridimensionnel, réalisé à l'aide de fils ou fibres unitaires peu résistantes. A cet effet, le procédé considéré se caractérise en ce qu'il consiste à réaliser une nappe de fils voisins et parallèles, repliée sur elle-même selon des zigzags aplatis pour disposer les brins de ces fils, convenablement tendus selon une première direction, à monter respectivement entre les brins parallèles de chaque fil de la nappe et entre les brins adjacents des fils voisins des moyens d'écartement disposés selon une deuxième et une troisième directions perpendiculaires l'une à l'autre et à la première direction, à écarter successivement avec ces moyens chaque alignement de brins s'étendant selon la seconde direction pour assurer le passage sans frottement d'un fil continu, à renouveler l'opération pour chaque alignement des brins de fils selon la troisième direction pour le passage d'un autre fil continu, puis à répéter la mise en place des fils selon les deuxième et troisième directions en couches superposées selon la longueur des brins des fils de la nappe. Selon une caractéristique particulière du procédé, les fils des deuxième et troisième directions sont tendus au cours de leur passage dans la nappe par des tiges parallèles de réglage, disposées de part et d'autre des brins de fils parallèles de cette nappe. Selon une autre caractéristique, les moyens d'écartement sont constitués par des épingles à branches parallèles, enserrant entre elles chaque alignement des brins des fils de la nappe. En variante de réalisation, ces moyens d'écartement sont formés par des lamelles rectilignes, plates et allongées, pivotant sur elles-mêmes entre une position de rapprochement où le plan de ces lamelles est parallèle aux brins dans chaque alignement et une position d'écartement ou le plan des lamelles est perpendiculaIre à la-direction des brins. D'autres caractéristiques du procédé de tIssage selon l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de mIse en oeuvre, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique d'une nappe de fils s'étendant selon une première direction, entrant dans la réalisation d'un corps en tissu tridimensionnel fabriqué selon le procédé de l'invention, - la Fig. 2 est une vue de la même nappe, illustrant la phase de repliement de celle-ci en zigzags successifs, - la Fig. 3 est une vue en perspective de la nappe repliée, représentée associée aux moyens d'écartement utilisés pour le passage de fils selon une deuxième et une troisième directions, respectivement perpendiculaires, - la Fig. 4 Illustre la mise en oeuvre des moyens selon la Fig. 3, - la Fig. 5 représente une variante de réalisation des moyens d'écartement, - les Fig. 6 et 7 sont des vues schématiques, illustrant le mode de passage des fils à travers la nappe, - les Fig. 8 et 9 sont des vues schématiques en perspective, de deux pièces en tissu tridimensionnel, réalisées selon le procédé de l'invention. Sur la Fig. 1, la référence 1 designe une nappe de fils parallèles en un matériau quelconque, se présentant en particulier sous la forme de fibres à faible résistance mécanique, du genre fibres de carbone ou de graphite. Cette nappe est associée à une série de tringles métalliques parallèles respectivement 3 et 4 selon qu'elles sont disposées au-dessus ou au-dessous de la nappe précédente. Conformément à l'invention, la nappe 1 est repliée sur elle-même pour former une série de zigzags continus, illustrés sur la Fig. 2, cette mise en forme de la nappe étant obtenue en faisant monter les tringles 4 situées sous ceiie-ci et en faisant simuitanément descendre les tringles 3 situées au-dessus. De cette manière, les brins successifs des fils 2 sont amenés à se disposer parallèlement les uns aux autres selon une première direction aui, dans l'exemple de réalIsation considéré, est sensiblement verticale. Comme on e voIL sur la Fig. 3, les brins des fils 2 se répartissent ainsi selon deux familles d'alignements de brins parallèles, 2a, 2b, 2c, 2d, etc... Dans ia première de ces familles, les brins sont formés à partir d'un même fil 2 de la nappe, les brins successifs 2a, 2b, 2c et 2d... étant bouclés de l'un à l'autre autour des tringles 3 et 4. Dans l'autre famille, chaque alignement est formé des brins 2a, 2b, 2c, etc... appartenant aux fils 2 adjacents dans la nappe avec une direction perpendiculaire à celle des alignements de la première familie, ces brins étant bouclés selon la longueur de chaque tringle 3 ou 4. Avantageusement, ces tringles 3 et 4 sont aménagées de telle sorte cue les tringles inférieures 3 soient rendues solidaires d'un support fixe 5, tandis que les tringles supérieures 4 sont liées avec un second support 6 présentant un degré de liberté dans la direction des brins.Un système de ressorts 7 et de contrepoids (non représentés) est avantageusement associé à ce second support, pour obtenir une tension constante des brins des fils 2. Dans une seconde étape du procédé, on croisillonne alors les brins des deux familles d'alignements ci-dessus, au moyen de règles 8 et 9, perpendiculaires entre elles, formant ensemble une grille de positionnement, délimitant la base du corps en tissu tridimensionnel à fabriquer. Les règles 8 et 9 présentent avantageusement une épaisseur exactement égaie au diamètre des fils 2, de façon à permettre la mise en place entre ces fils de la nappe, de deux autres fils de même section et de préférence de même nature, s'étendant selon deux directions respectivement perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à celles des brins des fils dans la nappe Initiale. A noter que sur le dessin de ia Fig. 3, la section des règles 8 et 9 a été sensiblement agrandie, afin d'en faciliter la représentation. Pour réaliser ensuite la mise en place des fils selon deux autres directions précitées, on positionne les alignements des brins dans l'une et l'autre des deux familles précédemment défInies, au moyen de deux séries d'épingles, respectivement 10 et 11, dont les branches parallèles enserrent les brins des fils 2 en se croisant mutuellement Les épingles 10 par exemple s'étendant à travers la nappe 1 de manière à saisir pour chacune d'eiles l'ensemble des brins 2a puis 2b, puis 2c... tandis que les épingles 11, perpendiculaires aux précédentes, enserrent pour chaque fil 2 de la nappe la succession des brins 2a, 2b, 2c, 2d etc... qu'il comporte.Ces épingles 10 et 11 sont mobiles les unes par rapport aux autres dans leurs directions propres, de manière à permettre, comme on le voit plus spéciaiement sur les Fig. 4, 6 et 7, le passage de deux fils, selon deux directions perpendiculaires. Pour le premier, chaque épingle 10 est à cet effet écartée des épingles voisines d'une distance suffisante pour libérer entre les brins de l'alignement correspondant, un passage suffisant pour un fil 12, s'étendant selon la direction des branches des épingles 10, ce fil 12 traversant au moyen d'une navette (non représentée) l'épaisseur de la nappe, avant dlêtre bouclé sur lui-meme pour revenir en sens inverse et ainsi de suite.A chaque passe correspond un déplacement d'une épingle 10, ce déplacement étant renouvelé de proche en proche à travers toute l'épaisseur de la nappe inItiale. Avantageusement, le fil 12 est tendu au cours de ses différents passages successifs entre les fils 2, sur des tiges de réglage, respectivement 13 et 14, mises en place selon les bords de ia nappe, ces tiges pouvant coulisser dans les boucles du fil pour être finalement retirées une fois traitée la totalité de la nappe. Dans l'étape suivante, les aiguilles 11 sont à leur tour successivement écartées mais cette fois dans une direction perpendiculaire pour autoriser le passage d'un autre fil 15 (Fig. 7), dont la direction dans la nappe est perpendiculaire à celle du fil 12. Les opérations sont ensuite répétées autant de fois qu'il est nécessaire pour constituer, avec les fils 12 et 15, des couches superposées selon la longueur des brins des fils 2 de la nappe initiale, en réalisant l'épaisseur désirée pour la pièce en tissu tridimensionnel à fabriquer. De préférence, lorsque chaque couche est achevée, elle est avantageusement appliquée contre la grille de base formée par les règles 8 et 9 (Fig. 3) au moyen d'un peigne (non représenté) dont les dents sont respectivement parallèles aux épingles 10 et 11. Par ailleurs, au cours de la mise en place des couches des fils 12 et 15 dans la nappe, ceux-ci peuvent être convenablement tendus à chacun de leur passage grâce aux tiges 13 et 14 pour le fil 12 et à des tiges analogues (non représentées) pour le fil 15 ; les boucles en excès peuvent être ensuite supprimées sur les côtés du corps en tissu tridimensionnel réalisé. Dans une autre variante de réalisation, Illustrée notamment sur la Fig. 5, les épingles d'écartement du fil peuvent être remplacées par des réglettes ailongées planes 16, s'étendant entre les alignements des brins des fils 2 dans la nappe 1, ces réglettes pouvant occuper deux positions successives à 900 l'une de l'autre, selon qu'elles réalisent ou non 1 'écartement des brins dans la nappe pour le passage des deux autres fils de la façon indiquée. On réalise ainsi un matériau orthotrope parfaitement équilibré, présentant trois directions de fils rigoureusement équivalentes dont aucune n'est en elle-même privIlégiée par rapport aux deux autres. A cet égard, il va de soi que l " n- vention ne se limite pas aux seuls exemples de réalisation plus spécialement décrits ci-dessus, permettant notamment de réaliser par la superposition de couches selon deux directions de fils transversaux, un corps de forme parallélépipédique du genre de celui illustré sur la Fig. 8.En donnant en effet à la grille de base uune forme différente, le procédé selon 1 'in- Invention permet d'obtenir un corps de section quelconque, tel que représenté sur la Fig. 9 par exempie, où à partir d'une base parallélépipédlque, on réalise un prolongement de forme cylindrique à directrice complexe, avec des génératrices ver ticals constituées par les fils de la nappe initiale. De même, on pourrait réaliser des pièces présentant des portions de rétrécissement aussi bien que des cyiindres creux, en constituant la nappe initiale selon des génératrices du cylIndre et en implantant ensuite des directions de fils radiales et circonférentielles avec des épingles ou des lamelles d'écartement de forme appropriée.Inversement, on pourrait constituer la nappe initiale à partir de fils radiaux et implanter ensuite la direction axiale et a direction circonférentielle. Enfin, le procédé considéré permet de réaliser des éléments coniques, creux ou pleins, dont la méridienne n'est pas nécessairement réduite à des droites, le procédé consistant dans ce cas à implanter d'abord ia direction radiale puis à aménager la direction axiale avec des rétrécissements convenables. Les fils verticaux, au lieu de constituer une nappe repliée, peuvent provenir de bobines se dévidant à volonté de sorte qu'on peut ainsi tisser des pièces prismatiques par exemple,de longueur aussi grande que l'on désire. Enfin, ii va de soi que les fils des tissus tridi- mensionnels peuvent être implantés selon trois 'directions qui ne sont pas nécessairement orthogonales entre elles. REVENDICATIONS 1. Procédé de tissage de tissus tridimensionnels, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une nappe de fils voisins et parallèles, repliée sur elle-même selon des zigzags aplatis pour disposer les brIns de ces fils convenablement tendus selon une première direction, à monter respectivement entre les brins parallèles de chaque fil de la nappe et entre les brins adjacents des fils voisins des moyens d'écartement disposés selon une deuxième et une troisième directions perpendiculaires à 'une à 1 'autre et à la première direction, à écarter successIvement avec ces moyens chaque alignement de brins s'étendant selon la seconde direction pour assurer-le passage sans frottement d'un fil continu, à renouveier l'opération pour chaque alignement des brins de fiis selon la troisième direction pour le passage d'un autre fil continu, puis à répéter ia mise en place des fils selon es deuxième et troisième directions en couches superposées selon la longueur des brins des fils de la nappe. 2. Procédé de tissage selon ia revendication 1, caractérisé en ce que les fils des deuxième et troisième directIons sont tendus au cours de leur passage dans la nappe par des igues parallèles de régiage, disposées de part et d'autre des brins de fils parallèles de cette nappe. 3. Procédé de tissage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'écartement sont constitués par des épIngles à branches parallèves, enserrant entre elles chaque alignemen de brins des fils de la nappe. 4. Procédé de tissage selon l'unie quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'écartement sont formés par des lamelles rectilignes, plates et aliongées, pivotant sur elxes-mêmes entre une position de rapprochement où ie plan de ces lamelles est parallèle aux brins dans chaque alignement et une position d'écartement où le plan des lamelles est perpendiculaire à la dIrectIon des brins.