Brevet FR2902368A1 — publié le 20071221

Procédé et Machine de placement de fibres pour pièces longues 5 L'invention concerne une machine de fabrication de pièces de formes allongées au moyen de couches de fibres et /ou de rubans préimprégnés ou non, notamment ù mais non exclusivement ù pour la fabrication de pièces 10 aéronautiques. On utilise à l'heure actuelle pour la fabrication des pièces aéronautiques trois types de procédés en fonction des pièces à réaliser. Pour les pièces d'une certaine étendue, comme les revêtements de fuselages d'avions et les enveloppes de moteurs d'avion, on utilise deux 15 procédés industriels automatisés, selon la développabilité des pièces. Selon le premier type, connu par exemple par le document US 4842684 au nom de la Demanderesse, on dépose automatiquement sur un moule ou outillage de dépose, grâce à un robot muni d'une tête de drapage, un ruban large ou une nappe de fibres pour la fabrication de pièces diverses telles que 20 des ailes d'avion, à partir d'un ruban composite constitué d'éléments de fibres (carbone, verre, Kevlar , etc.) encollées, par imprégnation d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique, et supportées sur un ou deux rubans de support en papier ou en film plastique pour les préimprégnés thermodurcissables. Le ruban composite est dévidé d'une cassette ou d'une 25 bobine pour passer sur la tête de drapage où le ruban de fibres préimprégnées est séparé du ruban de support, ce dernier étant renvoyé sur un mandrin d'enroulement, tandis que le préimprégné est appliqué sur le moule ou les couches précédentes déjà déposées par un rouleau ou un sabot applicateur lié à la tête de drapage. La tête de drapage est mobile selon 30 plusieurs axes de manière à s'adapter aux formes de plus en plus complexes des pièces à réaliser selon cette technique. Compte tenu des formes des pièces réalisées, et notamment de leurs bords, il convient de déposer non seulement des tronçons de ruban pleine largeur à quatre cotés, mais également des tronçons de formes diverses, obtenus par découpe complexe du ruban. Pour les découpes traversantes de formes simples, on utilise un processus de dépose monophase qui comprend la découpe in situ des bandes à déposer et leur dépose immédiate par la même machine. Un couteau mécanique ou à ultrasons coupe le ruban préimprégné directement sur son papier support sans couper ce dernier qui sera réenroulé sur un mandrin après pelage. Pour les découpes de forme complexe, on utilise un procédé biphase, selon lequel la découpe se fait en amont dans le procédé, avec une première machine spécialisée et où les tronçons successifs prédécoupés sont disposés sur un ruban de support et enroulés sur une cassette installée sur la tête de drapage. La Demanderesse a mis au point une machine de nappage à tête double, comme montré dans le document FR 05 07 159, dont chacun des deux ensembles de dépose peut être utilisé alternativement lors d'un cycle de dépose. Ces deux ensembles peuvent par exemple correspondre à des processus de dépose différents ou à des largeurs de bandes différentes (usuellement de 50 à 300 mm). On peut ainsi avoir sur la double tête, 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. - monophase 150mm et monophase 300mm. Une telle machine à tête double réduit les temps de fabrication. Ce premier type de procédé utilisant des rubans relativement larges est parfaitement adapté aux surfaces développables ou légèrement non développables, mais quand il s'agit de fabriquer des surfaces non développables, il ne l'est plus. C'est ce qui conduit à utiliser un second type de procédé. Selon ce second type de procédé, dérivé des techniques d'enroulement filamentaire, et connu par exemple par les documents US 4 943 338 et EP 1 342 555, on dépose simultanément, au contact comme pour le drapage, selon un processus automatisé, plusieurs rubans étroits de matériaux préimprégnés thermodurcissable, thermoplastique ou des fibres sèches, sur un outillage de forme non développable. Cette technique permet de faire toutes sortes de surfaces complexes, en respectant la trajectoire des fibres définie par la conception de la structure de la pièce. Traditionnellement, pour réaliser des pièces aéronautiques longues et étroites, tels que des renforts, des raidisseurs, des poutres, des longerons, caractérisées par un rapport longueur sur largeur très élevé (par exemple la longueur peut être de 30 à 40 m et la largeur inférieure à 10 cm), la fabrication se fait selon un procédé manuel. II est clair que le drapage n'est pas adapté à la réalisation de pièces allongées et étroites, parce qu'il entraîne un taux de chute très important et une faible productivité. Par ailleurs, l'homme du métier considérait jusqu'à aujourd'hui que le second procédé automatisé n'était pas adapté puisqu'il ne l'utilisait que dans les cas où la géométrie tourmentée des pièces (leur caractère non développable, les reliefs très accusés à forte courbure locale) le requérait. Néanmoins, la fabrication manuelle est coûteuse. L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication de pièces longues et étroites qui ne présente pas les inconvénients de la fabrication manuelle. L'invention atteint son but grâce à un procédé de fabrication de pièces longues en fibres composites caractérisé en ce qu'il utilise une tête de placement de fibres composites pour déposer des fibres sur un outillage de dépose de grande longueur. Ainsi, contrairement au préjugé négatif de l'homme du métier, la Demanderesse s'est aperçu qu'on peut avantageusement utiliser une tête de placement de fibres composites pour réaliser des pièces allongées, alors que ces pièces n'ont pas du tout les caractéristiques géométriques qui, ordinairement, suggéraient ce choix technique. Une fabrication mécanisée, conformément à l'invention, présente non seulement l'avantage de permettre des montées en cadence et d'avoir une traçabilité du processus industriel, mais encore d'optimiser le poids des pièces composites et donc celui de la pièce finale, ce qui est particulièrement important dans le domaine de l'aéronautique. De plus, le taux de chutes dans la fabrication mécanisée selon l'invention peut être largement inférieur à ce qu'il était dans la fabrication manuelle. Des études de la Demanderesse ont 4 montré que le taux de chute de matière qui est couramment de 50 à 100% en drapage manuel pour la réalisation de pièces longues peut être ramené à une fourchette de 2 à 15% grâce à la solution mécanisée de l'invention. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre dans une machine spécifique dédiée à la fabrication de pièces longues. Elle comporte une tête de placement de fibres composites mobile longitudinalement sur une très grande course et un outillage de dépose de grande longueur disposé parallèlement à la course de la tête. La tête de placement de fibres ou de mini-rubans est capable de disposer par exemple de 8 à 32 mini-rubans de largeur comprise entre 1/8e et '/2 pouce (de 3 à 26 mm). La machine offre 5 ou 6 axes pour la tête, voire un 7e axe diviseur porte-pièce. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante faire en référence au dessin unique annexé qui représente une machine de placement de fibres spécifique pour pièces longues selon l'invention. La machine spécifique de l'invention est une machine de très grande course (par exemple de l'ordre de 40 m), comportant une tête 1 de placement de fibres, de type connu en soi, susceptible de déposer sur un outillage ou moule allongé en forme 2, plan ou de forme complexe, des fibres ou des minirubans venant de bobines 3 disposées sur un cantre 4. La tête 1 et le cantre 4 sont portés par un support 5 mobile transversalement sur un chariot 6 lui-même mobile longitudinalement le long d'au moins une voie 7 placée sur un banc 8. L'entraînement se fait grâce à un moteur linéaire 9 coopérant avec une voie d'aimants 10. L'outillage de dépose 2 représenté sur la figure est fixe mais il peut comprendre un diviseur. Il peut servir à la formation simultanée de plusieurs pièces longues et étroites fabriquées côte-à-côte. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de pièces longues en fibres composites caractérisé en ce qu'il utilise une tête (1) de placement de fibres composites pour déposer des fibres sur un outillage (2) de dépose de grande longueur. 2) Machine pour la fabrication de pièces longues en fibres composites. caractérisée en ce qu'elle comporte une tête (1) de placement de fibres composites mobile longitudinalement sur une très grande course et un outillage (2) de dépose de grande longueur disposé parallèlement à la course de la tête. 3) Machine selon la revendication 2, caractérisée par un entraînement de la tête sur sa course longitudinale par moteur linéaire (9).