Brevet FR2864801A1 — publié le 20050708

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'outillage de moulage constitué de moules réalisés à l'aide d'une solution industrielle connue (le RTM) pour le moulage de pièce en matériaux composites les moules etant réalisés en structure sandwich autoportante et etant positionnés directement dans des structures metalliques porte moule autonomes. L'industrie de la plasturgie des matériaux theunodurcissables, dont les matériaux composites à base de résine de synthèse renforcée de fibres diverses font partie, utilise différent type de technologie de transformation correspondant à une réponse optimum au besoin sur le spectre des solutions productives et qualitatives envisageables. Les grandes familles de procédé de transformation sont les suivantes: 10 Les transformations a moules ouverts: Techniques dites a froid sans pression. Le moulage est réalisé par stratification et débullage manuel ou par projection simultanée de la résine et de son renfort de fibre suivi d'un débullage manuel Les caractéristiques de ces techniques sont: -Simplicité de l'outillage et niveau d'investissement très faible -Cadence de production très lente et faible productivité Ces procédés correspondent à la frange basse du spectre de solution de transformation des matériaux composites. Ils sont généralement utilisés pour les fabrications manuelles ou pour les très petites séries de 20 faible valeur ajoutée. Les transformations dites a chaud Ce sont des technologies a moules fermés très industrialisées, on les rencontre le plus souvent sous les abréviations de SMC ou BMC. Les spécificités de ces techniques sont: -Outillages lourds et onéreux niveau d'investissement périphérique très élevé -Cadences de production très élevée Ces procédés correspondent à la frange haute du spectre de solutions de transformation des matériaux composites. Ces technologies sont généralement utilisées pour des productions de grandes séries, pour des pièces de complexités et de tailles modestes, dont les caractéristiques sont peu élaborées. Pour répondre a la frange moyenne des solutions de transformation des matériaux composites les solutions industrialisées entre dans la famille des solutions RTM ou injection basse pression. Ces technologies qu'elles soient RTM standard, ou avec assistance du vide (sous bâche ou sous poinçon) ou encore avec des systèmes de coquilles duplicables restent des technologies a moules fermées Le niveau d'investissement est moyennement élevé La productivité est moyenne avec des variations de performance selon le type de moule utilisé. Ces technologies constituent des réponses raisonnablement adaptées a la frange d'utilisation qui leur est impartie et répondent a des productions allant de quelques centaines de pièces à quelques milliers pour des pièces pouvant également présenter des complexités technologiques certaines ( structure sandwich totale ou partielle ou structure à renfort complexe multidirectionnel) La limitation d'utilisation de ces technologies est constituée de plusieurs facteurs: -D'une part la longévité de l'outillage (les moules étant généralement en matériaux composites pour être cohérent avec le niveau d'investissement) -D'autre part la capacité d'augmentation de la productivité du moule (directement liée au cycle d'utilisation de l'outillage). 2 2864801 Enfin le coût de la mise en adéquation de la solution technologique (duplication, coquilles, thermorégulation) et des besoins de la série. Dans le procédé RTM traditionnel, l'outillage de moulage est constitue d'un moule femelle ou matrice généralement réalisé par stratification manuelle en matériaux composites d'une épaisseur de 30 mm environ renforcé par une structure métallique réalisée a posteriori et intimement lié par collage ou stratification a la face extérieure du moule. La partie contre moule est réalisée de la même manière (après préservation du volume de l'entrefer), par stratification manuelle de 30mm environ de composite qui sera renforce par une armature métallique similaire a la première et intimement liée au contre moule Les deux parties de l'outillage ainsi constitué forme un outillage RTM standard On comprend ici que la détérioration du moule matrice composite ou du contre moule poinçon composite ou des deux, et qui constituent les parties sensibles et directement en usage en phase moulage, implique la détérioration de l'outillage ainsi constitué dans son ensemble De même la duplication de l'outillage pour des besoins productifs nécessite la réalisation de toutes les phases précédemment décrites. Pour le cas d'un outillage avec assistance vide la problématique reste entière pour la partie moule matrice dans le cas d'un outillage utilisant une bâche comme contre moule. Cette problématique reste identique en tous points pour un outillage avec assistance vide utilisant un contre moule composite. Dans le procède de moulage RTM avec des moules a coquilles duplicables le moule matrice est constitué comme precedement avec, cependant la juxtaposition d'une coquille démontable qui prendra place dans le moule femelle ou dans le moule male ou les deux créant ainsi une surface utile amovible et remplaçable prenant position dans les moules matrices ou poinçons que l'on qualifiera a présent de porte moules, et constituant des éléments suplementaires et complémentaires a l'outillage RTM traditionnel. On comprend que la réalisation d'un tel outillage constitue un surcoût par rapport à un outillage RTM standard Le procédé selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il consiste a réaliser les moules composites a l'aide de la technologie RTM et de s'affranchir de la stratification manuelle et il permet également de supprimer les portes moules matrices et poinçons Le procédé selon l'invention permet également de réaliser des moule dont la géométrie des plages technologiques reste développable et dont la structure sandwich lui confere une rigidité et une indeformabilité intrinsèque. Les moules ainsi constitués peuvent être utilisé par exemple: en thermoformage, en thermogainage,ou en pulverisation de thermoplastique ou autres en phase liquide pour par exemple appliquer en fond de moule un film ou une plaque thermo formable ou une barriere en phase liquide qui restera intimement en contact du moule et qui sera amenée jusqu'en phase moulage RTM pour constituer une pièces composite avec revêtement thermoplastique ou autres fusionnés en phase moulage. Cette solution est intéressante notamment pour les applications sanitaires. Les outillages sont en règle générale constitues de deux parties: - La matrice elle-même constituée d'un moule représentant le négatif de la pièces (généralement réalisée en composite par méthode manuelle ou en métal) renforcé par une 45 armature liée solidairement et définitivement. - Le poinçon généralement constitué d'un moule appelé également contre moule représentant la face intérieure de la pièce, (généralement réalisée en composite par méthode manuelle ou en métal) et renforcé par une armature liée solitairement et définitivement Dans le procédé, selon l'invention les moules qui sont parties constituantes de l'outillage matrice et de l'outillage poinçon sont réalisés en composite par injection basse 3 2864801 pression de résine thermodurcissable et sont constitués dune structure sandwich (résine armée de fibre de renfort autour d'une âme inerte solide en bois ou mousse polyuréthane ou autre). Les moules ainsi constitués sont laissés libres de toutes liaisons définitives avec les armatures de rigidification dans lesquelles ils seront positionnés uniquement pendant la phase d'injection. Ces armatures sont constituées par les structures définitives porte moule autonomes de l'outillage, tandis que les moules sont remplaçables et duplicables, La duplication et /ou le remplacement seront utiles: - pour augmenter la capacité de production d'un outillage qui sera constitué des deux structures autonomes matrice et poinçon et d'une série de moules RTM matrices et poinçons qui viendront être positionné contre les armatures pendant les opérations nécessitant l'intégralité de l'outillage en phase de moulage. - pour assurer la longévité de l'outillage en cas de détérioration de l'un ou de l'ensemble des moules et/ou contre moules. Les dessins présentés en annexe illustrent l'invention: La figure 1/3 représente en coupe la première phase que constitue la réalisation du moule matrice par injection basse pression (communément appelé RTM ou résine transfer molding) En référence a ce dessin, le modèle (1) est positionné sur une embase ou plage technologique (4) qui reçoit des profilés (5) lesquels représentent en saillie le volume d'une future goulotte d'étanchéité Le modèle ainsi préparé (1) (4) (5) est coiffé d'une matrice mère composite (2) qui est utilisée pour la réalisation du moule matrice (3) par injection basse pression. Dans l'espace libre préservé entre le modèle (1) et la matrice mère (2) on positionne préalablement a l'assemblage (1) et (2) des renforts de fibre (tissus et mat) ainsi que le matériau constituant l'âme du sandwich et on procède a l'injection sous basse pression de la résine de synthèse thermodurcissable par le point d'injection préservé a cet effet L'ensemble ainsi réalisé entre (1) et (2) constitue le moule matrice réalisé en R.TM. (3) La figure 2/3 représente en coupe la deuxième phase que constitue la réalisation du moule poinçon ou contre moule par injection basse pression (communément appelé RTM ou resine transfer molding) L'ensemble matrice mère composite (2) et moule matrice réalisée en RTM (3) est séparé du modèle et plage technologique équipées (1) (4) (5) On fixe par collage provisoire un entrefer matérialisé par une construction en bois ou en cire calibrée (6) qui représente l'épaisseur souhaitée de la pièce définitive. On coiffe l'ensemble (2) (3) (6) par une contre matrice mère composite (8) équipée d'un point d'injection. L'espace préservé entre ces deux systèmes constitue le volume du moule poinçon réalisé en RTM (7) Dans cet espace libre préservé on positionne préalablement a l'assemblage (2) (3) (6) et (8) des renforts de fibre (tissus et mat) ainsi que le matériau constituant l'âme du sandwich et on procède a l'injection sous basse pression de la résine de synthèse thermodurcissable par le point d'injection préservé a cet effet L'ensemble ainsi réalisé constitue le moule poinçon réalisé en RTM. (7) La figure 3/3 représente en coupe l'outillage composé des moules composites RTM positionnés dans les structures porte moule autonomes. En référence a ce dessin le moule matrice RTM (3) à été séparé de sa matrice mère composite (2).fig. 1/3 et de son entrefer (6).fig. 2/3. Le contre moule ou moule poinçon (7) à été séparé de sa contre matrice mère composite (8).fig. 2/3 35 40 2864801 4 Le moule matrice RTM (3) est équipé de joints périphériques d'étanchéité (13) qui s'appuieront sur le moule poinçon RTM (7), l'ensemble constituant ainsi un volume étanche matérialisant le volume exacte de la pièce à réaliser. Le moule matrice RTM (3) et contre moule RTM (7) sont maintenus en contact avant, pendant et après l'injection par un système de serrages mécaniques simples (11) Le système est positionné pendant la phase d'injection dans un ensemble structure porte moule constitué de la structure porte moule matrice (10) et de la structure porte moule poinçon (9) , cet ensemble structure autonome étant équipé de systèmes de serrage puissant type vérins hydrauliques (12) qui sont utilisés pendant la phase d'injection. Selon une variante non illustrée on pourra remplacer l'entrefer (6) pour la duplication des moules RTM par une pièce de référence moulée par injection dans le premier jeu de moule RTM et utilisée pour substituer l'entrefer. (6) Le procédé selon l'invention, permet: -Une rapidité de multiplication des moules matrice et poinçon par la technologie RTM. 15 -Une répétitivité des dimensions des moules lors des duplications par RTM et donc une bonne interface avec l'ensemble structure porte moule unique. -Une augmentation de la longévité de l'outillage par duplication et / ou remplacement des moules matrice et poinçon RTM. -Une augmentation de la capacité productive de l'outillage car l'ensemble moules et structure porte moule n'étant utilisé que pendant la phase d'injection soit environ 1/10eme du temps total de moulage d'une pièce, les autres phases préalables a l'injection étant réalisées en dehors et indépendamment de la structure porte moule et les phase ultérieures a l'injection pouvant avoir lieu en dehors de la structure porte moule autonome, les moules et contre moules RTM étant équipés de systèmes de serrage qui les maintiennent solidaires indépendamment de la structure porte moule. -Une utilisation des moules pour des opérations périphériques annexes au RTM, telles que passage de la matrice sous une thermoformeuse pour réalisation d'un film thermoformable en fond de moule (thermoformage négatif) qui restera solidaire du moule pendant toute les phases ultérieures de moulage RTM et qui permet ainsi de réaliser des pièces thermoformées surmoulées garantissant control et respect des retraits. Nomenclature utilisée sur les figures (1) Modèle de référence (2) Matrice mère composite pour réalisation de moule RTM (3) Moule matrice réalisé en RTM (injection basse pression) (4) Embase ou plage technologique (5) Profilé en saillie (6) Entrefer représentant l'épaisseur de la pièce et réalisé en bois ou cire calibrée 40 (7) Contre moule ou poinçon réalisé en RTM (injection basse pression) (8) Contre matrice mère composite pour réalisation du poinçon RTM (9) Structure porte moule poinçon autonome (10) Structure porte moule matrice autonome (11) Système de serrage pour le maintien solidaire des moules matrice et poinçon RTM 45 (12) Système de serrage pour le maintien de l'ensemble outillage fermé (13) joint d'étanchéité périphérique entre moule matrice et poinçon RTM [1] [2] [3] [4] [5] 2864801 5 REVENDICATIONS Procédé de réalisation d'outillages de moulage fermés pour la fabrication de pièces en matériaux composites par moulage RTM dans lesquels les moules matrices (3) et poinçons (7) sont également et intégralement moulés par RTM et sont indépendant des structures portes moules autonomes (9) et (10). Le procédé permet donc de dupliquer et de remplacer les moules qui constituent généralement la partie sensible et dégradable de l'outillage de moulage. Procédé selon la revendication [1] caractérisé par le fait que l'outillage de moulage est constitué par le moule matrice RTM (3) et sa structure porte moule (10) d'une part et du moule poinçon RTM (7) et de sa structure porte moule (9) d'autre part. Procédé selon la revendication [2] caractérisé par le fait que la structure porte moule matrice (10) n'est pas solidairement fixée au moule matrice RTM (3) et que la structure porte moule poinçon (9) n'est pas fixée solidairement au moule poinçon RTM (7) Procédé selon les revendications [2] et [3] caractérisé par le fait que les structures porte moules (10) et (9) sont autonomes Procédé selon la revendication [1] caractérisé par le fait que les moules (3) et (7) sont réalisé en matériaux composites et sont constitués d'une structure sandwich avec âme centrale inerte assurant rigidité stabilité et autoportance.