Brevet FR2894870A1 — publié le 20070622

Machine mixte de placement de rubans et de nappage L'invention concerne une machine de fabrication de pieces de formes complexes au moyen de couches de fibres et /ou de rubans preimpregnes ou non, notamment ù mais non exclusivement ù pour la fabrication de revetements de fuselages d'avions et d'enveloppes de moteurs d'avion. On utilise a 1'heure actuelle deux types de proceder en fonction de la non developpabilite des pieces a realiser. Selon le premier type, connu par exemple par le document US 4842684 au nom de la Demanderesse, on depose automatiquement sur un moule ou outillage de depose, grace a un robot muni d'une tete de drapage, un ruban large ou une nappe de fibres pour la fabrication de pieces diverses telles que des ailes d'avion, a partir d'un ruban composite constitue d'elements de fibres (carbone, verre, Kevlar , etc.) encollees, par impregnation d'une resine thermodurcissable ou thermoplastique, et supportees sur un ou deux rubans de support en papier ou en film plastique pour les preimpregnes thermodurcissables. Le ruban composite est devide d'une cassette ou d'une bobine pour passer sur la tete de drapage le ruban de fibres preimpregnees est separe du ruban de support, ce dernier etant renvoye sur un mandrin d'enroulement, tandis que le preimpregne est applique sur le moule ou les couches precedentes deja deposees par un rouleau ou un sabot applicateur lie a la tete de drapage. La tete de drapage est mobile selon plusieurs axes de maniere a s'adapter aux foimes de plus en plus complexes des pieces a realiser selon cette technique. Compte tenu des formes des pieces realisees, et notamment de leurs bords, it convient de deposer non seulement des troncons de ruban pleine largeur a quatre cotes, mais egalement des troncons de formes diverses, obtenus par decoupe complexe du ruban. Pour les decoupes traversantes de formes simples, on utilise un processus de depose monophase qui comprend la decoupe in situ des bandes a deposer et leur depose immediate par la meme machine. Un couteau mecanique ou a ultrasons coupe le ruban preimpregne directement sur son papier support sans couper ce dernier qui sera reenroule sur un mandrin apres pelage. Pour les decoupes de forme complexe, on utilise un procede biphase, 2 2894870 selon lequel la decoupe se fait en amont dans le procede, avec une premiere machine specialisee et ou les troncons successifs predecoupes sont disposes sur un ruban de support et enroules sur une cassette installee sur la fete de drapage. 5 La Demanderesse a mis au point une machine de nappage a fete double, comme montre dans le document FR 05 07 159, dont chacun des deux ensembles de depose peut 'are utilise alternativement lors d'un cycle de depose. Ces deux ensembles peuvent par exemple correspondre a des processus de depose differents ou a des largeurs de bandes differentes 10 (usuellement de 50 a 300 mm). On peut ainsi avoir sur la double fete, en autres combinaisons possibles : -monophase 300 mm et biphase 150 mm - biphase 150 mm et biphase 50 mm -biphase 150 mm et monophase 150 mm. 15 - monophase 150mm et monophase 300mm. Une telle machine a fete double reduit les temps de fabrication. Ce premier type de procede utilisant des rubans relativement larges est parfaitement adapte aux surfaces developpables ou legerement non developpables, mais quand it s'agit de fabriquer des surfaces non 20 developpables, it ne Pest plus. C'est ce qui conduit a utiliser un second type de procede. Selon ce second type de procede, derive des techniques d'enroulement filamentaire, et connu par exemple par les documents US 4 943 338 et EP 1 342 555, on depose simultanement selon un processus automatise plusieurs 25 rubans etroits de materiaux preimpregnes thermodurcissable, thermoplastique ou des fibres seches, sur un outillage de forme non developpable, place en position horizontale, correspondant par exemple A. des troncons de fuselage d'avion. Cette technique permet certes de faire toutes sortes de surfaces, mais 30 elle presente d'autres inconvenients en termes de manque de fiabilite, de taux eleve d'incidents de depose, de cherte des materiaux et de mauvaise productivite, d'autant plus mauvaise en fait que les decoupes sont petites. Le but de l'invention est de proposer une machine qui ne presente pas ces inconvenients et soit particulierement bien concue pour fabriquer dans des 35 conditions respectant une productivite elevee des pieces complexes telles que 3 2894870 les fuselages d'avions. L'invention atteint son but en proposant une machine mixte qui presente a la fois une tete de nappage de rubans relativement larges de materiaux pre-impregnes, thermoplastiques et fibres seches et une fete de 5 placement de rubans multiples relativement etroits. Par rubans relativement larges, on entend des rubans d'une largeur comprise generalement superieure a 26 mm et atteignant par exemple 300 ou 400 mm (c'est-a-dire de 1 a 16 pouces) Par rubans relativement etroits, on entend des rubans de largeur 3 a 10 26mm, (del/8e a 1 pouce). Ces rubans relativement etroits sont deposes simultanement par une tete de depose multi-rubans. En d'autres termes, 1'invention concerne une machine de fabrication de revetements d'une piece de grandes dimensions, notamment de forme non developpable, par depose de rubans de materiaux composites, ces rubans etant 15 deposes au niveau d'un outillage de formation de piece, la machine comprenant au moins un support mobile dans plusieurs directions au voisinage de 1'outillage de formation de la piece, ledit au moins un support supportant au moins une fete de depose multi-ruban pour deposer des rubans relativement etroits, caracterisee en ce qu'au moins un support supporte egalement au 20 moins une fete de drapage pour deposer des rubans relativement larges. L'invention repose sur le fait que pour realiser une surface de peau d'avion, telle qu'un fuselage, en moyenne la moitie seulement du poids depose Pest sur une pleine surface, et le reste, soit ratite moitie, Pest sur des renforts (par exemple sur les pourtours d'ouvertures) ou it y a beaucoup de petites 25 deposes, sur des longueurs suffisamment courtes pour que les problemes lies a la non-developpabilite des surfaces n'apparaissent pas en pratique. Pour ces zones de renfort, le placement de fibres ou de rubans etroits est finalement tres peu performant et fiable et la depose a partir de rubans ou d'elements de ruban predecoupes suivant le procede biphase s'avere beaucoup plus fiable et 30 beaucoup plus rapide. La machine comportant la fete de drapage peut titre une machine classique a cinq axes telle que connue par exemple par le document US 5 431 749 auquel on pourra se referer pour la definition des cinq axes classiques. 35 Avantageusement cependant, la fete de nappage est dotee non de deux 4 2894870 mais de trois libertes de mouvement, c'est-a-dire qu'un sixieme axe vient s'ajouter aux cinq axes traditionnels de mouvement des tetes de nappage, de fawn a pouvoir maitriser la normale A. la surface dans le cadre des surfaces complexes qui sont fabriquees. Ce sixieme axe est destine a permettre 5 d'orienter le rouleau de depose le long de la trajectoire de depose suivant un angle du 6e axe, comme cela se fait deja sur les fetes de placement de rubans etroits. Alternativement, on peut prevoir que le support de la piece fabriquee comporte un dispositif de rotation horizontale de la piece (tel qu'un diviseur) 10 ce qui convient bien aux pieces plus ou moins de revolution telles que les fuselages d'avion. Les outillages mis en place et les capacites de la machine permettent la fabrication de pieces de revolution entieres ou d'elements separes (panneaux) constituant la piece finale. 15 Un logiciel specifique est associe a la conception de la machine afin d'elaborer les programmes de deplacement de la machine selon la forme complexe des pieces a fabriquer et les procedes utilises. Dans les procedes connus de fabrication de grandes pieces telles que des pieces d'avion, la piece est placee avec son grand axe a 1'horizontale, et 20 les machines de placement de fibres et de drapage de ruban large sont disposees pour venir verticalement au-dessus de la piece. Autrement dit, les tetes de depose multi-ruban et de drapage sont disposees sensiblement verticalement par rapport a l'outillage de foienation. Selon un autre aspect de la presente invention, it est prevu de disposer 25 la fete de nappage par ruban large ou la fete de depose multi-ruban de maniere a venir lateralement deposer les rubans larges ou etroits sur la piece en formation ; autrement dit, les fetes de depose multi-ruban et de drapage sont disposees sensiblement lateralement et horizontalement par rapport a l'outillage de formation. Avec cette disposition, it est possible de disposer la 30 piece a fabriquer telle qu'un fuselage horizontalement mais aussi verticalement. Un avantage de cette position a axe vertical de la piece a realiser est d'eviter les flexions de piece liees a son maintien horizontal entre portees eloignees. Avantageusement, notamment dans le cadre d'une piece de revolution fabriquee entiere, la piece est montee rotative autour d'un axe 35 vertical. Autrement dit, 1'outillage de depose est dispose sur un moyen de 5 2894870 rotation a axe vertical comme lui. On peut aussi proceder a la fabrication de panneaux maintenus fixes en appui sur des supports verticaux. Dans une version de l'invention, it n'est prevu qu'un support unique pour les deux fetes differentes de placement de rubans et de nappage, mail on 5 peut aussi les disposer sur deux portiques ou deux montants suivant la configuration la plus commode, des lors que rune et 1'autre fete peuvent etre utilisees pour fabriquer la meme piece. Les placer sur deux supports distincts peut faciliter la mise en oeuvre et permettre de travailler simultanement avec les deux tetes sur une meme partie de la piece, notamment lorsque la piece est 10 fixe. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaitront a la lecture de la description suivante, en reference aux dessins annexes sur lesquels : -la figure 1 est une vue en perspective d'une installation conforme a 15 l'invention equipee de deux fetes respectivement de drapage de ruban large et de depose de rubans multiples etroits., la depose se faisant essentiellement verticalement. - la figure 2 est une vue en coupe transversale de 1'installation de la figure 1. 20 -la figure 3 est une vue en perspective d'un second mode de realisation d'installation selon l'invention, dans lequel la depose se fait essentiellement lateralement. Deux outillages montes sur deux diviseurs rotatifs sont presentes , l'un a axe vertical, 1'autre a axe horizontal . - la figure 4 est une vue de dessus d'une variante de realisation de 25 l'installation de la figure 3. -la figure 5 est une vue plus detainee d'une fete de depose multi-rubans indiquant les axes principaux de mouvement. -la figure 6 est une vue plus detainee d'une fete de drapage indiquant les axes principaux de mouvement. 30 La figure 1 montre une installation de fabrication d'une piece d'avion 10, laquelle se trouve etre ici un troncon de fuselage, comportant des ouvertures 11. La piece 10 est disposee horizontalement entre les poupees pivotantes 12 d'un diviseur 13, pour pouvoir pivoter autour d'un axe horizontal. Cette installation de support de la piece est a moitie enterree dans 35 une fosse 14 de maniere a reduire la hauteur de portique necessaire pour 6 2894870 supporter les fetes de depose. Le portique est compose d'un pont roulant 20 mobile en translation sur des chemins de roulement 21 disposes de part et d'autre de la fosse 14. Le pont 20 porte d'une part la machine de drapage 20 et la machine de depose 5 multi-ruban 40. L'une et 1'autre sont mobiles en translation horizontale lateralement sur le pont 20, entre une position laterale de garage et une ou plusieurs positions de travail ou la tete 31, 41 respective se trouve verticalement au-dessus de la piece a fabriquer 10. L'une et 1autre tetes 31, 41 sont aussi montees mobiles verticalement sur leur support respectif monte sur 10 le pont 20. La figure 2 montre sur le meme dessin differentes positions des fetes (positions de garage 31 et 41', positions de travail hautes 31' et 41, positions de travail basses 31" et 41"). La fete de drapage 31 est montre inclinable sur un axe horizontal grace a un secteur angulaire 32, comme connu par exemple par le document US 15 5 431 749. Elie comporte comme connu en soi une cassette 33 de ruban dispose sur un support et pourvu d'un film protecteur 33, des moyens pour couper, deposer et compacter le ruban depose sur la piece. La fete 31 peut etre double et comporter deux ensembles distincts de depose de bandes, entierement de part et d'autre d'un plan vertical passant par le lieu de depose 20 sur la piece a napper tel que decrit dans le document anterieur de la Demanderesse FR 05 07159. La fete de depose multi-ruban 41 recoit sa pluralite de rubans a deposer d'une pluralite de bobines 43. Les figures 3 et 4 montrent une autre installation de fabrication dans 25 laquelle la depose, au lieu de se faire essentiellement verticalement, par le dessus, se fait horizontalement, par le cote de la piece. Un montant vertical 21 susceptible de coulisser horizontalement sur un chemin de roulement 22 porte d'une part la machine de drapage 30 avec sa fete 31 et d'autre part la machine de depose multi-ruban 40 avec sa fete 41, toutes deux disposees 30 horizontalement. La piece 10 peut etre dispose horizontalement, comme dans le premier mode de realisation, eventuellement en oblique par rapport au chemin de roulement 22 pour tenir compte de 1'aspect plus ou moins conique de la piece 10. 35 Mais selon un aspect avantageux de ce mode de realisation, la piece 10' 7 2894870 a fabriquer, toujours un troncon de fuselage d'avion, peut etre disposee avec son axe principal vertical, comme represents. La piece 10' peut are disposee sur un plateau tournant 16 monte lui-meme sur un chariot 15 coulissant horizontalement.permettant ainsi de realiser des pieces de diametre differents 5 en limitant la course horizontale de 1'axe support tete de depose de rubans ou de fibres. Au lieu de travailler sur une piece d'avion de revolution entiere, on peut, comme represents sur la variante d'installation illustree en figure 4, aussi prevoir une structure verticale d'appui 17 maintenue par des equerres 18 10 permettant de maintenir une partie de piece (un panneau de fuselage par exemple) sur laquelle on va pouvoir venir travailler sensiblement horizontalement. Sur la figure 4, on n'a represents que la fete 40 de depose multi-ruban, mail cet aspect de l'invention, concernant la depose laterale, pourrait 15 s'appliquer aussi a la fete de drapage 30, et l'installation pourrait etre une installation mixte comme celle de la figure 3. La figure 5 illustre une tete de placement multi-ruban de type classique (disposee horizontalement) avec ses trois axes de mouvement propres Cl, C2 et A s'ajoutant aux trois axes du support pour former les six axes mentionnes 20 precedemment. La figure 6 illustre un exemple de fete de drapage simple 31 (disposee verticalement) avec sa cassette 33 et son rouleau de compactage 34. La fete 31 peut pivoter selon 1'axe vertical Cl du support principal 35, autour de 1'axe horizontal C2 du support secondaire 36, et avantageusement autour de 1'axe A 25 correspondant au pivotement du rouleau de compactage. 8 REVENDICATIONS 1) Machine de fabrication de revetements d'une piece (10, 10') de grandes dimensions par depose de rubans de materiaux composites, ces rubans etant deposes au niveau d'un outillage de formation de piece, la machine comprenant au moins un support (20, 21) mobile dans plusieurs directions au voisinage de l'outillage de formation de la piece, ledit au moins un support (20, 21) supportant au moins une tete (41) de depose multi-ruban pour deposer des rubans relativement etroits, caracterisee en ce qu'au moins un support (20, 21) supporte egalement au moins une tete (31) de drapage pour deposer des rubans relativement larges. 2) Machine selon la revendication 1, caracterisee en ce que la tete (31) de drapage est double. 3) Machine selon rune quelconque des revendications 1 ou 2, caracterisee en ce que l'outillage de formation de piece comporte des moyens (13, 16) de rotation de la piece en formation (10, 10') selon son axe. 4) Machine selon tune quelconque des revendications 1 a 3, caracterisee en ce que les testes (41, 31) de depose multi-ruban et de drapage sont disposees sensiblement verticalement par rapport a l'outillage de formation. 5) Machine selon rune quelconque des revendications 1 a 3, caracterisee en ce que les testes (41, 31) de depose multi-ruban et de drapage sont disposees sensiblement lateralement et horizontalement par rapport a l'outillage de formation. 6) Machine selon rune quelconque des revendications 1 a 5, 9 2894870 caracterisee en ce que la tete de drapage (31) dispose de 6 axes. 7) Machine selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterisee en ce que la piece (10, 10') en formation est de 5 forme non developpable