Brevet FR2829721A1 — publié le 20030321

Dispositif pour la fabrication par thermoformage de voiles à courbure tridimensionnelle La présente invention se rapporte à la fabrication par thermoformage de voiles à courbure tridimensionnelle à partir d'un matériau thermoplastique en feuille. De façon traditionnelle, les voiles pour embarcations à voile, qui doivent présenter une courbure tridimensionnelle pour être efficaces (pour"prendre le vent"), sont fabriquées par assemblage par couture de plusieurs panneaux de tissu découpés de telle manière que leur assemblage permette d'obtenir une voile à courbure tridimensionnelle. Cela implique des travaux considérables de calcul de la forme des panneaux, de traçage, de découpage, d'encollage et d'assemblage des panneaux par couture. Du fait de la prépondérance du travail manuel, le résultat est incertain et souvent affecté d'erreurs. De plus, la qualité des voiles ainsi réalisées laisse à désirer, la présence des coutures créant des points d'amorce de ruptures dus aux trous occasionnés par le passage de l'aiguille de la machine à coudre. On connaît par ailleurs par le document EP-056 657-A une voile monopièce à courbure tridimensionnelle constituée d'une seule pièce de matériau thermoplastique flexible en feuille, éventuellement renforcé de fibres de polymères thermoplastiques. Le procédé de fabrication de cette voile tel que décrit consiste à tenir sur ses bords une feuille continue de matériau thermoplastique éventuellement renforcée de fibres de polymère thermoplastique, à chauffer la feuille, à appliquer une pression à la feuille chauffée pour l'étirer sélectivement et à la refroidir. Il est précisé sans autres détails que l'étirage du matériau en feuille par application de pression est effectué sur un moule ou une forme courbe, donc sur une surface de moule convexe. Enfin, on connaît par les documents EP-475 083-A et WO- 01/00487-A des voiles en matériaux stratifiés réalisées sur une surface de moule convexe, soit par dépôt successif d'une première feuille souple, de fils continus et d'une seconde feuille souple et par stratification de l'ensemble sur la surface de moule, soit par dépôt successif de deux couches formées chacune de plusieurs panneaux de feuille renforcée de fils, avec décalage des bords des panneaux des deux couches, et par stratification de l'ensemble sur la surface de moule. Selon le document EP-475 083-A, la surface de moule dont la forme correspond à la forme de la voile à fabriquer est définie par plusieurs rangées d'éléments profilés montés sur des lattes flexibles parallèles soutenues chacune sur sa longueur par plusieurs colonnes réglables en hauteur supportées par des traverses d'une armature de support. Ces techniques de fabrication impliquent une mise en oeuvre manuelle longue et sophistiquée de fibres coûteuses, ce qui réserve les voiles ainsi réalisées à des embarcations de haute compétition. La présente invention vise un dispositif de fabrication de voiles à courbure tridimensionnelle destinées plus particulièrement à des embarcations légères et notamment du type grand public, permettant de fabriquer des voiles à courbure tridimensionnelles à un prix de revient réduit, sans frais de main d'oeuvre élevés. L'invention vise par ailleurs un dispositif de fabrication de voiles à courbure tridimensionnelle qui soit de structure simple et d'utilisation souple en permettant de passer rapidement et sans travaux de transformation compliqués et longs à la fabrication de voiles de formes et de tailles différentes. Le dispositif objet de la présente invention, destiné à la fabrication de voiles monopièces à courbure tridimensionnelle à partir d'un matériau thermoplastique en feuille, comprend une empreinte de formage définie par une membrane en un matériau élastiquement étirable et résistant à la chaleur, des moyens de déformation de l'empreinte pour imprimer à la membrane, entre ses bords, une courbure tridimensionnelle modulable, des moyens pour tenir, au niveau de ses bords, une feuille de matériau thermoplastique posée audessus de la membrane, et des moyens de chauffage pour chauffer et ramollir ladite feuille et lui permettre de se déformer par étirage pour épouser la forme de l'empreinte en adoptant la courbure tridimensionnelle de la membrane. Dans le cadre de la présente invention, les moyens de déformation de la membrane peuvent être conçus de manière que courbure imprimée à cette dernière soit convexe et/ou concave, donc en relief et/ou en creux par rapport à la feuille de matériau thermoplastique posée au-dessus de la membrane. De préférence, la membrane est traversée entre ses bords d'ouvertures d'aspiration reliées à des moyens de dépression en dessous de la membrane. La dépression ainsi produite entre la membrane et la feuille permet à la feuille de se plaquer sur la membrane et d'adopter fidèlement la courbure de cette dernière. Dans le cas où les moyens de déformation de la membrane sont conçus pour donner à la membrane un courbure concave, la prévision des ouvertures d'aspiration traversant la membrane permet de déformer la feuille en lui faisant subir un étirage variable en fonction de la profondeur de l'empreinte. En l'occurrence, le degré d'étirage de la feuille augmente depuis les bords vers le centre de la feuille, et la voile découpée dans la feuille ainsi mise en forme présente une épaisseur variable en accord avec les zones d'efforts, à savoir une épaisseur et donc une résistance plus importante sur les bords et aux angles que dans la partie centrale. La membrane peut être avantageusement recouverte, sur la face constituant l'empreinte de formage, d'une couche d'un matériau perméable aux gaz, par exemple un matériau poreux ou analogue, améliorant la circulation de l'air entre les ouvertures d'aspiration, afin d'éviter tout emprisonnement d'air entre la membrane et la feuille. De préférence, la membrane comprend en combinaison une peau élastiquement étirable et un squelette formé par un quadrillage de lattes élastiques en flexion qui sont mobiles en translation longitudinale les unes par rapport aux autres et par rapport à la peau à laquelle ce squelette est associé sans affecter la surface de la peau définissant l'empreinte de formage. Cela permet d'utiliser un nombre réduit de moyens de déformation de l'empreinte de formage sans avoir pour autant des angles ou discontinuités de courbure au niveau de l'empreinte de formage. En effet, les lattes permettent à la peau de bénéficier de leur élasticité en flexion, en donnant ainsi à l'empreinte de formage une courbure régulière. Suivant un mode de réalisation avantageux, les lattes sont montées coulissantes dans des gaines souples solidaires de la peau de la membrane, de préférence noyées par surmoulage dans la peau. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue de dessus schématique d'un dispositif selon l'invention ; la figure 2 est une coupe schématique du dispositif de la figure 1 pendant la phase de thermoformage ; la figure 3 est une coupe schématique correspondante du dispositif pendant la phase de découpe ; la figure 4 est une vue partielle de la membrane du dispositif des figures 1 à 3 ; la figure 5 est une coupe partielle de la membrane montrant les lattes gainées noyées dans la peau de la membrane ; et la figure 6 est une vue schématique simplifiée montrant un sur la me mode d'action des vérins Selon les figures 1 à 3, la fabrication d'une voile 1 monopièce à courbure tridimensionnelle telle qu'illustrée en tirets sur la figure 1 s'effectuent par thermoformage sous vide et découpe, sur un moule 2 à géométrie variable, d'un matériau thermoplastique en feuille 3 retiré d'une bobine 4 disposée à une extrémité du moule 2. Le moule 2 comprend une empreinte de formage 5 définie par une membrane 6 en un matériau élastiquement étirable et résistant à la chaleur, placé sur le moule 2, des moyens 7 pour la déformation sélective de l'empreinte 5, et un cadre 8 pour tenir sur les bords du moule 2 le matériau en feuille 3 posé au-dessus de la membrane 6. Audessus du moule 2 sont disposés des moyens 9 de chauffage du matériau en feuille 3. Selon les figures 4 et 5, la membrane 6 comprend un squelette formé par un quadrillage de lattes 10 élastiques en flexion, par exemple en fibres de carbone, et une peau 11 en un matériau élastiquement étirable, par exemple un élastomère à base de silicone. Les lattes 10 sont entourées chacune d'une gaine 12 souple (figure 5) dans laquelle elles peuvent coulisser longitudinalement et qui est noyée par surmoulage dans la peau 11. La peau 11 est traversée entre les bords de la membrane 6 d'ouvertures d'aspiration 13 reliées en dessous de la membrane 6 à des moyens de dépression, par exemple un caisson à vide 14 et une pompe à vide 15 selon les figures 2 et 3. Sur la face tournée vers l'empreinte de formage 5, la peau 11 de la membrane 6 est avantageusement recouverte d'une mince couche 16 d'un matériau perméable aux gaz, par exemple un matériau poreux tel qu'une mousse. Les moyens 7 pour la déformation sélective de la membrane 6 peuvent être constitués, par exemple, par des vérins à vis ou des vérins à fluide, l'alimentation de ces derniers pouvant être commandée avantageusement par ordinateur, ce qui permet de faire varier sélectivement et rapidement la forme de l'empreinte 5. Les moyens de chauffage 9 peuvent comprendre un panneau chauffant, par exemple à infrarouge, couvrant toute la surface de l'empreinte 5, ou tout autre dispositif approprié. Dans l'exemple illustré, les moyens de chauffage 9 sont mobiles verticalement pour permettre, comme représenté sur la figure 3, après thermoformage du matériau en feuille 3 sur l'empreinte 5, leur retrait vers le haut pour la mise en place d'un dispositif 17 de découpe du contour de la voile 1 dans le matériau en feuille 3 thermoformé et refroidi. Le dispositif de découpe 17 peut comprendre par exemple une tête 18 à lame, à jet d'eau ou de préférence à laser, déplaçable sélectivement sur toute la surface du moule 2 ainsi qu'en hauteur de manière à rester à hauteur constante de l'empreinte 5 par une commande qui peut être avantageusement liées à la commande des vérins 7, ce qui permet de ne pas détériorer la membrane 6. Selon la figure 6, les vérins 7 pour la déformation sélective de la membrane peuvent de préférence agir sur les lattes 10 qui présentent ici une section circulaire au lieu d'une section rectangulaire selon les figures 4 et 5. Plus précisément, chaque vérin 7 agit sur une pièce en croix 17 qui est traversée par deux lattes 10 à l'endroit du croisement de ces lattes. Les gaines non représentées ici des lattes 10 peuvent peuvent soit traverser la pièce 17 avec les lattes, soit s'arrêter à l'endroit de la pièce 17. Bien entendu, la pièce est noyée dans la peau non représentée de la membrane, tout comme la partie restante du squelette formé par le quadrillage de lattes 10. Il convient de remarquer que des renforts de voiles (renforts d'angles, goussets de lattes, renforts de ris, etc) peuvent être encollés et disposés dans le moule pour être collés à la voile lors du thermoformage de cette dernière, ce qui permet de profiter de la dépression et de la chaleur de la phase de thermoformage pour plaquer ces pièces et pour faciliter la polymérisation de la colle, tout en réduisant le coût de main d'oeuvre. Bien que le mode de réalisation illustré et décrit se rapporte au thermoformage sur une empreinte de moule concave (en creux) d'une voile monopièce, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et englobe au contraire non seulement le thermoformage sur une empreinte de moule convexe (en relief), mais également toutes combinaisons de ces deux variantes. Par ailleurs, le thermoformage du matériau en feuille peut se faire non seulement par dépression, comme dans l'exemple illustré, mais également par pression ou per une combinaison des deux. De plus, le matériau en feuille 3, au lieu d'être d'une seule pièce, pourrait également comprendre plusieurs panneaux assemblés. Par ailleurs, il y a lieu de noter que le matériau thermoplastique en feuille peut être constitué par un film ou par un complexe de plusieurs films, par exemple de PET, de préférence biorienté ("MYLAR"), de PVC, de polycarbonate, pouvant être armé de fibres. Il peut s'agir en particulier de fibres à haute tenacité qui ne sont pas thermoplastiques. Pour permettre le thermoformage par étirage du film ou complexe thermoplastique malgré la présence de ces fibres, on utilise dans ce cas un matériau continu en feuille qui est dépourvu de fibres dans la zone de ses bords opposés. Enfin, bien que la description ci-dessus concerne la fabrication de voiles pour des embarcations à voile, l'invention s'applique d'une manière générale à la fabrication de"voilures"à courbure tridimensionnelle à faible développement de forme (de profondeur réduite) qui comprennent également, par exemple, des voiles de cerfs-volants. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la fabrication de voiles à courbure tridimensionnelle à partir d'un matériau thermoplastique en feuille, caractérisé par le fait qu'il comprend une empreinte de formage (5) définie par une membrane (6) en un matériau élastiquement étirable, résistant à la chaleur, des moyens (7) de déformation de l'empreinte pour imprimer à la membrane, entre ses bords, une courbure tridimensionnelle modulable, des moyens (8) pour tenir, au niveau de ses bords, une feuille (3) de matériau thermoplastique posée au-dessus de la membrane, et des moyens de chauffage (9) pour chauffer et ramollir ladite feuille et lui permettre de se déformer par étirage pour épouser la forme de l'empreinte en adoptant la courbure tridimensionnelle de la membrane. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la membrane (6) est traversée entre ses bords d'ouvertures d'aspiration (13) reliées à des moyens de dépression (14,15) en dessous de la membrane. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la membrane (6) est recouverte, sur la face constituant l'empreinte de formage (5), d'une couche (16) d'un matériau perméable aux gaz, par exemple un matériau poreux ou analogue, améliorant la circulation de l'air entre les ouvertures d'aspiration (13). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la membrane (6) comprend en combinaison une peau (11) élastiquement étirable et un squelette formé par un quadrillage de lattes (10) élastiques en flexion qui sont mobiles en translation longitudinale les unes par rapport aux autres et par rapport à la peau à laquelle ce squelette est associé sans affecter la surface de la peau définissant l'empreinte de formage. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les lattes (10) sont montées coulissantes dans des gaines souples (12) solidaires de la peau (11). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les gaines (12) sont noyées par surmoulage dans la peau (11). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait les moyens de déformation de l'empreinte de formage (5 sont des vérins (7) agissant sur les lattes (10). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens (17) de découpe de la voile (1) thermoformée sur l'empreinte de formage (5). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'empreinte de formage (5) est concave (en creux).