Brevet FR2833882A1 — publié le 20030627

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure métallique tridimensionnelle. Il existe déjà des structures en nappes qui sont réalisées à partir de fils métalliques de section ronde soudés en treillis selon diverses géométries. Cependant, ces structures présentent une faible résistance à la rupture sous contraintes du fait de la modification locale de la nature du métal au niveau des soudures. En outre, ces structures ont une masse trop importante par unité de surface de contact avec le matériau de remplissage, en particulier pour certaines applications où le poids de la structure est un élément pénalisant. Par ailleurs, elle sont très rigides et ne possèdent que deux dimensions. Lorsque deux nappes sont assemblées parallèlement par des entretoises soudées pour réaliser une structure en trois dimensions, elles deviennent alors encombrantes au stockage et entraînent donc des coûts de transport prohibitifs. Elles présentent au surplus l'inconvénient d'avoir un prix de revient élevé car leurs méthodes de fabrication nécessitent des opérations d'assemblage et de soudure longues et complexes. Par ailleurs, le nombre important de zones de soudures augmente les risques de fragilisation et rend les opérations de contrôle de la qualité relativement laborieuses. La présente invention a pour but de remédier à ces problèmes techniques de manière satisfaisante. Ce but est atteint selon l'invention, au moyen d'un procédé de fabrication d'une structure métallique tridimensionnelle, caractérisé en ce que : - on effectue des découpes longitudinales sur une bande de tôle en la faisant passer entre deux rouleaux portant des couteaux annulaires dont les lames sont discontinues et décalées angulairement d'un rouleau à l'autre de façon à former des membrures rectilignes parallèles reliées entre elles, à intervalles réguliers, par des pontets de raccord et des jambages de liaison, deux membrures adjacentes étant pourvues soit de pontets en U pour la liaison avec deux jambages de même orientation soit de pontets en S pour la liaison avec deux jambages d'orientations opposées, et les pontets en U étant orientés en sens opposés d'une membrure à l'autre ; - on effectue un tronçonnage transversal de la bande en sectionnant lesdites membrures et lesdits pontets selon des abscisses différentes ; - on déplace une membrure prédécoupée sur deux dans un plan décalé en exerçant une poussée verticale sur les membrures portant les pontets en U de façon à amener, par pivotement des jambages, les extrémités desdites membrures en alignement vertical avec les pontets en S ; et - on étire la bande selon une direction transversale. Selon une variante avantageuse, on effectue lesdites découpes longitudinales au moyen d'au moins une série élémentaire de huit couteaux accolés dont les lames périphériques respectives délimitent, avec celles des couteaux adjacents, des zones évidées permettant la réalisation des pontets. Selon une autre variante, les couteaux sont pourvus de lames dont les extrémités longitudinales forment un bord d'attaque en pointe. Selon une caractéristique avantageuse, on protège latéralement le bord d'attaque desdites lames au moyen d'une paroi plane de renfort portée par le couteau immédiatement adjacent. De préférence, ladite paroi est adossée à une face transversale inclinée. Selon une autre caractéristique, lesdites lames délimitent entre elles sur le pourtour d'un même couteau des créneaux intercalaires dont le profil est complémentaire de celui desdites lames. Selon encore une autre caractéristique, on forme des pontets en U pour la liaison avec deux jambages de même orientation et des pontets en S pour la liaison avec deux jambages d'orientations opposées. Selon encore une autre variante, les abscisses des sectionnements transversaux des membrures sont situées alternativement de part et d'autre de la ligne de découpe des pontets à une distance correspondant à la hauteur du plan décalé. Selon une variante spécifique, on effectue le tronçonnage transversal des seuls pontets en S. Selon encore une autre variante, les bords latéraux des pontets sont obliques. Selon un autre mode de mise en oeuvre, les couteaux annulaires sont réalisés directement par usinage de la face cylindrique des rouleaux. Le procédé de l'invention est constitué d'étapes simples particulièrement bien adaptées à une automatisation industrielle sans utiliser de soudure et donc sans transformation des propriétés mécaniques du métal. En outre, ce procédé utilise comme seul matériau de départ une bande de tôle qui est ensuite usinée par des outils de coupe et d'étirage sans perte de métal et dont la mise en oeuvre est simple, rapide et donc économique. Enfin, l'absence de soudures permet d'alléger la structure tout en conservant une grande surface efficace de contact entre le métal et le matériau de remplissage ou d'enrobage. En outre, les risques de rupture sont réduits, ce qui améliore ainsi la fiabilité des ouvrages incorporant ladite structure. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins sur lesquels : Les figures 1A et 1B représentent une vue de dessus et une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une structure selon le procédé de l'invention respectivement à plat après les étapes de découpe et de tronçonnage et en trois dimensions lors du dépliage. La figure 2A représente une vue schématique en perspective des rouleaux de découpe portant les couteaux annulaires utilisés par le procédé de l'invention. La figure 2B représente une vue partielle en développé d'une série de couteaux. Les figures 2C à 2E représentent des vues en perspective des principaux couteaux de la série. La structure représentée sur la figure lA est une bande de tôle 1 présentant des découpes longitudinales 10 réalisées par passage de la bande horizontalement entre deux rouleaux R, R'comme représenté sur la figure 2A et portant à leur périphérie des couteaux C. Les couteaux C sont constitués de nervures annulaires N représentées sur les figures 2C à 2E annulaires dont les bords latéraux forment des lames discontinues et décalées angulairement du rouleau R au rouleau R'. Ainsi à tout instant, la nervure du rouleau supérieur R qui vient en contact d'appui sur la bande 1, se trouve en regard avec un créneau V de profil et de géométrie complémentaires porté par un couteau du rouleau inférieur R'. La nervure N peut ainsi pénétrer dans le créneau associé V en écrasant la bande 1 et en la découpant comme à l'emporte-pièce sans perte de métal avec ses bords aiguisés formant lames. Les découpes 10 délimitent entre elles deux à deux alternativement des membrures parallèles rectilignes 11 et des jambages 14 venant légèrement en saillie par rapport au plan général de la bande 1. Sur une ligne transversale de la bande usinée, on trouve ainsi successivement des membrures 11 et des jambages intercalaires 14. Les membrures 11 et les jambages 14 sont ici sensiblement de mêmes largeurs. Les zones d'extrémité lia des membrures 11 sont inclinées du fait de la différence de niveau avec les jambages intercalaires 14. Les membrures 11 sont rattachées entre elles, à intervalles réguliers, par les jambages de liaison parallèles et des pontets de raccord 12,13. La géométrie et en particulier l'orientation angulaire des pontets résulte du profil choisi pour les bords longitudinaux des lames des couteaux C (voir figure 2B). De préférence, les bords latéraux des pontets sont obliques, ce qui leur donnent ainsi une orientation dans un sens longitudinal ou dans l'autre. Les jambages de liaison 14 ont une longueur déterminée par la distance angulaire séparant deux nervures N adjacentes sur un même couteau C. Les pontets sont répartis entre des pontets 12 en U assurant la liaison avec deux jambages 14 de même orientation et des pontets 13 en S pour la liaison avec deux jambages 14 d'orientations opposées. Les pontets 12 en U sont orientés en sens opposés d'une membrure à l'autre. Une fois les découpes longitudinales réalisées, l'étape ultérieure consiste à couper et tronçonner transversalement la bande 1 en sectionnant les membrures 11 et les pontets mais selon des abscisses différentes. Le sectionnement transversal ne s'étend ici que sur les pontets 13 en S et sensiblement sur une ligne médiane. Les abscisses x, x' des sectionnements transversaux llb des membrures 11 sont situées alternativement de part et d'autre de la ligne de découpe X des pontets 13 et à une distance prédéterminée d en fonction de l'épaisseur ou hauteur recherchée pour la structure tridimensionnelle finale. Les tronçons de bande sont ensuite soumis localement à des efforts de poussée verticaux exercés sur les membrures portant les pontets 12 en U, c'est-à-dire au niveau d'une membrure prédécoupée sur deux de façon à constituer deux plans décalés de membrures reliés par les jambages 14 comme représenté sur la figure lB. L'orientation des pontets 12 en U détermine le sens de déplacement des membrures qui les portent, ainsi deux membrures avec pontets 12 en U successives vont elles se déplacer en sens inverses. En général le sens de déplacement d'une membrure est opposé à l'orientation des pontets 12 portés par ladite membrure. L'inclinaison finale a des jambages par rapport aux plans décalés des membrures 11 est comprise entre 450 et 900. Cette action s'accompagne d'un pivotement vers le haut des jambages formant charnières et permet de déplier les membrures jusqu'à ce que leurs extrémités sectionnées lia soient en alignement vertical avec les pontets 13 en S, également sectionnés. La dernière étape du procédé consiste enfin à étirer la structure selon une direction transversale pour augmenter sa largeur et orienter les jambages 14 selon des directions obliques en étant guidés, le cas échéant, par les pontets 13 en S. Cette étape peut être mise en oeuvre, par exemple, en exerçant des efforts de traction sur au moins l'un des bords latéraux de la bande. La structure tridimensionnelle ainsi obtenue peut ensuite être posée de façon gerbable sur d'autres tronçons fabriqués selon le procédé de l'invention et préalablement empilés. La figure 2A représente l'un des deux rouleaux R, R' utilisés selon l'invention, pour la découpe longitudinale de la bande de tôle. Ce rouleau est constitué d'un mandrin de support (non apparent sur les figures) sur lequel sont montés coaxialement les couteaux annulaires C. Selon une variante, les couteaux C sont réalisés directement sur la face latérale cylindrique des rouleaux, par usinage. Plus précisément, selon le procédé de l'invention, la découpe de la bande de tôle est effectuée au moyen d'au moins une série élémentaire de huit couteaux annulaires accolés Cl-C8 représentée en développé sur la figure 2B. Sur chaque couteau, les nervures N pourvues de lames latérales, délimitent d'une part, entre elles, des créneaux intercalaires V et, d'autre part, d'un couteau à l'autre, des zones évidées E de communication entre les créneaux, permettant la réalisation des pontets 12,13. Les zones évidées E sont obtenues par décalage angulaire des nervures N sur le pourtour des couteaux. Un couteau sur deux dans la série (C2, C4, C6, C8) est pourvu de nervures à lames dont les extrémités longitudinales sont biseautées et forment ainsi un bord d'attaque a en pointe ; ce bord en pointe est protégé latéralement vis-à-vis des agressions mécaniques (figure 2D) par une paroi plane P de renfort portée par la nervure du couteau immédiatement adjacent et adossée le cas échéant, à une face transversale inclinée t comme sur les couteaux Cl et Cs (figure 2C). Sur un même couteau annulaire, les bords d'attaque en pointe a sont alternativement inversés d'une extrémité à l'autre de la nervure N. Dans le mode de réalisation de la figure 2B, entre deux couteaux à bord d'attaque en pointe, on trouve un couteau C3, C7 dont les nervures N présentent, à une de leurs extrémités longitudinales une face inclinée F. Cette face F est disposée du côté où les bords d'attaque en pointe a adjacents sont divergents (voir figure 2E). REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure métallique tridimen- sionnelle, caractérisé en ce que : - on effectue des découpes longitudinales (10) sur une bande de tôle (1) en la faisant passer entre deux rouleaux (R, R') portant des couteaux annulaires (C) dont les lames sont discontinues et décalées angulairement d'un rouleau à l'autre de façon à former des membrures rectilignes parallèles (11) reliées entre elles, à intervalles réguliers, par des pontets de raccord (12,13) et des jambages de liaison (14), deux membrures adjacentes étant pourvues soit de pontets (12) en U pour la liaison avec deux jambages de même orientation, soit de pontets (13) en S pour la liaison avec deux jambages d'orientations opposées, et les pontets en U étant orientés en sens opposés d'une membrure à l'autre ; - on effectue un tronçonnage transversal de la bande en sectionnant lesdites membrures (11) et lesdits pontets selon des abscisses (X, x, x') différentes ; - on déplace une membrure prédécoupée (11) sur deux dans un plan décalé en exerçant une poussée verticale sur les membrures portant les pontets (12) en U, de façon à amener, par pivotement des jambages (14), les extrémités (lla) desdites membrures (11) en alignement vertical avec les pontets (13) en S ; et - on étire la bande (1) selon une direction transversale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue lesdites découpes longitudinales au moyen d'au moins une série élémentaire de huit couteaux (Ci-Ce) accolés dont les lames périphériques respectives délimitent, avec celles des couteaux adjacents, des zones évidées permettant la réalisation des pontets (12,13). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un couteau sur deux dans ladite série est pourvu de lames dont les extrémités longitudinales forment un bord d'attaque en pointe (a). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on protège latéralement le bord d'attaque (a) desdites lames au moyen d'une paroi plane (P) de renfort portée par le couteau immédiatement adjacent. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi plane (P) est adossée à une face transversale inclinée (t). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites lames délimitent entre elles sur le pourtour d'un même couteau des créneaux intercalaires (V) dont le profil est complémentaire de celui desdites lames. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les abscisses (x, x') des sectionnements transversaux des membrures (11) sont situées alternativement de part et d'autre de la ligne de découpe (X) des pontets à une distance correspondant à la hauteur du plan décalé. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue le tronçonnage transversal des seuls pontets (13) en S. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bords latéraux des pontets sont obliques. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couteaux annulaires sont réalisés directement par usinage de la face cylindrique des rouleaux.