Brevet FR2944224A1 — publié le 20101015

La présente invention concerne un outil pour la réalisation d'une pièce en un matériau composite. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une telle pièce avec un tel outil. Dans le domaine aéronautique, pour ne citer qu'un seul domaine d'application pour la présente invention, on utilise de plus en plus de pièces composites en fibres de carbone pour obtenir des structures de plus en plus légères sans pour autant renoncer à la rigidité et à d'autres caractéristiques nécessaires, mais aussi pour obtenir des éléments présentant un aspect plus agréable qu'une pièce en métal tout en assurant une résistance au feu. Des pièces en matériau composite sont généralement réalisées en utilisant des moules qui, selon la taille et la forme de la pièce, sont revêtus à l'intérieur ou à l'extérieur avec le matériau composite et sont ensuite introduits dans un autoclave pour faire polymériser (� cuire �) le matériau composite. Lorsque le moule est utilisé comme un mandrin sur lequel la pièce sera formée, on se sert souvent de la technique du vide pour appliquer le matériau composite fermement sur le mandrin avant de le soumettre à la cuisson. Une des difficultés techniques de la réalisation de pièces avec ce type d'outil réside dans la mise sous vide du matériau composite déposé (� drapé �) sur le moule avant sa polymérisation. Traditionnellement, on utilise des bâches à vide planes pour recouvrir le matériau composite. Les bâches sont positionnées de façon manuelle sur un mastic d'étanchéité posé sur le pourtour de la pièce. Il faut alors prendre soin à ne pas créer de plis sur la bâche. Ce processus manuel utilisé traditionnellement est incompatible avec des cadences industrielles. Il est également très complexe à organiser dans le cas de pièces de grandes dimensions. Il est donc nécessaire d'imaginer des systèmes automatisés ou semi-automatisés. Pour des pièces ayant une forme de révolution et une surface développable tels que des cylindres ou des cônes, le problème est simple à résoudre puisqu'il suffit d'enrouler et de fixer la bâche autour de la pièce. Comme la surface est développable, il ne se forme pas de plis lors de la dépose. Mais ce système n'est plus applicable dans le cas d'une pièce, de section circulaire ou non, dont la surface n'est pas développable, telles des pointes avant d'avion ou de parties de fuselage qui n'ont pas de section circulaire ni elliptique. Déposer la bâche à vide sur de telles pièces sans faire de plis est impossible par la méthode décrite au paragraphe précédent. Une autre solution est l'utilisation de bâches moulées en silicone à la forme du moule. Toutefois, ces bâches ont un coût élevé par rapport aux bâches traditionnelles et ne sont réutilisables que pour un nombre limité de cycles de cuisson. En outre, pour des pièces de grandes dimensions, leur mise en place sur le moule est très délicate. Le but de l'invention est de proposer un système de mise en place de bâches à vide traditionnelles élastiques et planes pour des pièces ayant une surface non développable. Le but de l'invention est atteint avec un outil pour la réalisation d'une pièce en un matériau composite, l'outil comprenant un moule destiné à mettre en forme le matériau composite, une bâche et des moyens permettant d'appliquer la bâche au moule. Conformément à l'invention, l'outil comprend des moyens de positionnement et de fixation étanche permettant de tenir la bâche tout autour du moule et au-delà des deux extrémités du moule, des moyens permettant de former un espace étanche à l'air entre la bâche et le moule, ainsi que des moyens permettant de générer un vide entre la bâche et le moule. La solution proposée par la présente invention consiste donc à installer aux deux extrémités du moule, deux outillages de positionnement et de fixation comprenant une structure porteuse permettant d'entourer le moule sur sa longueur entière et même au-delà des extrémités opposées du moule, d'une bâche à vide. L'outillage comprend en outre des moyens pour monter cette structure de façon étanche aux extrémités du moule et pour fixer la bâche de façon étanche sur la structure afin qu'un vide puisse être généré entre le moule et la bâche. Grâce à cette disposition de l'invention, la bâche prolonge la surface du moule de façon continue et à chacune des deux extrémités, jusqu'à une section, circulaire ou non, de la structure porteuse. Les dimensions de ces deux sections, par exemple les diamètres en cas de sections circulaires, sont déterminées de manière à ce que la surface du moule soit entièrement contenue à l'intérieur du volume reliant les deux extrémités. L'étanchéité entre cette bâche et le moule de drapage est assurée par des joints. Sur les sections d'extrémités des outillages, un système de fixation étanche de la bâche est positionné. Il peut être constitué par exemple de deux gorges de prise de vide, ou bien d'un autre système qui remplit les mêmes fonctions. Les formes et les dimensions des deux sections d'extrémités sont déterminées essentiellement en fonction de la forme de la pièce à obtenir, et dans tous les cas de façon que la bâche enferme un volume ayant une surface développable avant de la déformer sur la surface d'un moule ayant une surface non développable et que la forme du volume s'approche le plus possible de celle du moule afin de minimiser la déformation de la bâche. Ainsi, lorsque la pièce présente une forme plutôt cylindrique de révolution, l'outillage présentera des sections d'extrémités circulaires de diamètres égales ou proches l'un de l'autre. Et lorsque la forme de la pièce est plutôt conique ou tronconique, l'outillage présentera des sections d'extrémités circulaires si différentes que le volume enfermé par la bâche est de forme tronconique. De manière analogue, lorsque la pièce à obtenir n'a pas de forme de révolution, les sections d'extrémités auront des formes et des dimensions déterminées de façon à s'approcher le plus possible à celles de la pièce, afin d'entourer le moule garni le plus proche possible sans formation de plis sur la bâche, comme cela sera expliqué en davantage de détails en référence aux dessins. Le moule de drapage dispose quant à lui du dispositif classique de mise sous vide : deux mastics d'étanchéité et deux pistes de vides situées sur ses deux sections périphériques. Pendant la polymérisation, ces pistes de vide permettent de mettre sous vide le matériau qui a été étendu (drapé) sur le moule. Dans le cadre de l'invention, ces pistes de vide remplissent la fonction d'aspirer et de déformer progressivement la bâche à vide vers la surface non développable jusqu'au contact avec le mastic d'étanchéité périphérique. Ainsi, la présente invention concerne également les caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toute combinaison techniquement possible : - les moyens permettant de générer un vide entre la bâche et le moule comprennent une source de vide et des moyens permettant de relier l'espace étanche formé entre la bâche et le moule à la source de vide ; - le moule comprend deux extrémités opposées dont chacune est pourvue d'une zone circonférentielle destinée à coopérer avec la bâche à vide pour conserver, après génération d'un vide entre le moule et la bâche, une étanchéité au vide ; - la zone circonférentielle est conformée pour 35 recevoir un cordon de mastic d'étanchéité ; - la zone circonférentielle est garnie d'un cordon de mastic d'étanchéité formé sur le moule ; - la zone circonférentielle est garnie d'un cordon de mastic d'étanchéité préformé ; - les moyens de positionnement et de fixation étanche sont conformés pour que la bâche forme un volume tronconique étanche incluant la surface du moule ; - le moule est pourvu de deux pistes de vide circonférentielles formées respectivement à l'une et à l'autre des deux extrémités opposées du moule. Le but de la présente invention est également atteint avec un procédé de réalisation d'une pièce en un matériau composite avec un moule destiné à mettre en forme le matériau composite, le procédé comprenant les étapes de couvrir le moule du matériau composite, disposer une bâche autour du moule de façon à enfermer un volume ayant une surface développable et la fixer de manière étanche par rapport au moule, générer du vide entre la bâche et le moule jusqu'à ce que la bâche se déforme afin de recouvrir étroitement 20 le moule, faire polymériser le matériau composite et démouler la pièce obtenue. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, selon lequel on utilise un outil comprenant un moule destiné à 25 mettre en forme le matériau composite, une bâche à vide et des moyens permettant d'appliquer la bâche au moule par génération de vide, le procédé comprend les étapes de couvrir le moule du matériau composite, monter, aux extrémités du moule, des moyens de 30 positionnement et de fixation étanche permettant de tenir la bâche tout autour du moule et au-delà des deux extrémités du moule de façon à présenter une surface développable, appliquer un cordon de mastic circonférentiel à 35 chacune des deux extrémités du moule, disposer la bâche autour du moule et la fixer de manière étanche sur les moyens de positionnement et de fixation étanche de manière à créer une surface développable à l'intérieur de laquelle est inclus le moule, générer du vide entre la bâche et le moule jusqu'à 5 ce que la bâche se déforme afin de recouvrir étroitement le moule, découper la bâche à l'extérieur des cordons de mastic, retirer les moyens de positionnement et de fixation 10 étanche du moule, faire polymériser le matériau composite dans un autoclave et démouler la pièce obtenue. En d'autres termes, conformément à l'invention, 15 - on part d'un moule sur lequel a été étendu/drapé un matériau composite et sur lequel ont été positionnés, aux extrémités du moule, deux mastics d'étanchéité ; - ensuite, deux outillages de positionnement et de fixation de la bâche sont installés aux extrémités du 20 moule ; - la bâche est enroulée et fixée avec des rubans adhésifs sur les sections d'extrémités des outillages ; comme la surface ainsi formée est développable, cette opération peut se faire par enroulement de la bâche 25 autour du moule, sans qu'il ne se forme de pli ; - le système de fixation étanche est mis en route, par exemple en formant le vide dans les deux gorges de vide formées dans les outillages; la bâche est alors fixée aux outillages de façon étanche ; 30 - un joint d'étanchéité est positionné sur les deux bords de la bâche qui se rejoignent pour joindre les deux extrémités de la bâche ; la bâche forme ainsi une surface tronconique entièrement étanche ; - le vide est formé dans les pistes de vide 35 situées en périphérie de la zone de drapage du moule ; la bâche est alors progressivement déformée jusqu'à recouvrir étroitement la zone de drapage du moule ; grâce à cette déformation, il ne se forme aucun pli sur la bâche ; à la fin de cette séquence, le vide est formé sur toute la surface du moule et la bâche à vide est plaquée sur les mastics d'étanchéité du moule ; - la bâche est alors découpée à l'extérieur des mastics d'étanchéité ; - les deux outillages de fixation de la bâche sont retirés et le moule est transféré vers l'autoclave pour polymérisation ; - après la cuisson, la pièce est démoulée. La solution technique proposée présente les avantages suivants . - Le procédé permet de déposer une bâche à vide élastique plane sans faire de plis. Les deux outillages d'extrémités forment une surface développable sur laquelle peut être positionnée par enroulement la bâche à vide. Ensuite, grâce au double système de vide, la bâche est fixée sur les extrémités puis déformée de manière à recouvrir toute la zone drapée. Lors de ces deux phases, il ne se forme pas de pli. - Le procédé minimise les opérations manuelles, ce qui permet un temps de cycle réduit et une répétabilité pour une production de série. Le principe de l'invention qui consiste à fixer une bâche à vide d'abord sur une surface développable puis à la déformer sur la surface du moule peut être adapté à d'autres géométries de moule : des moules tubulaires de section non circulaire et également des moules qui ne forment qu'une partie d'un fuselage cylindrique comme par exemple des panneaux de fuselage. Les outillages de fixation de la bâche sont alors positionnés sur tous les côtés du moule. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci- après d'un mode de réalisation de l'invention. Cette description est faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente en coupe axiale un outil selon l'invention avec une pièce à réaliser et les figures 2 et 3 représentent, en coupe axiale, l'outil de la figure 1 et la pièce à obtenir respectivement en cours de réalisation et en fin de réalisation. La figure 1 représente un outil selon l'invention en une coupe axiale, montrant en même temps la disposition d'un matériau composite pour obtenir une pièce cylindrique par moulage. L'outil selon l'invention comprend un moule 10 ayant deux extrémités opposées 18a, 18b et constituant un mandrin sur lequel une pièce sera formée. A cet effet, un matériau composite 11 préimprégné par exemple d'une résine époxy ou d'une résine polyimide et des tissus de drainage 12 sont étendus sur le moule 10, le moule 10 est donc � drappé �. Afin de pouvoir fixer le matériau composite 11 sur la surface circonférentielle du moule 10 et de lui donner la forme de la pièce à obtenir, le moule dispose sur sa périphérie de deux pistes de vide 13a, 13b situées dans des zones d'extrémité 19a, 19b aux deux extrémités opposées 18a, 18b du moule 10. Les pistes de vide 13a, 13b sont conformées pour, et destinées à, coopérer avec la bâche à vide 17 pour conserver, après génération d'un vide entre le moule 10 et la bâche 17, une étanchéité au vide. Plus particulièrement, les pistes de vide 13a, 13b sont conformées pour pouvoir être reliées à une source de vide 20. Parallèlement aux pistes de vide 13a, 13b sont réservées deux pistes pour déposer des cordons de mastic d'étanchéité 14a, 14b. Dans la description ci-après, les numéros de référence 14a, 14b désignent indifféremment lesdites pistes et les cordons de mastic. Par ailleurs, l'outil de l'invention comprend des structures porteuses 15a, 15b permettant de positionner et de tenir la bâche 17 tout autour du moule 10 et au- delà des deux extrémités 18a, 18b du moule 10. Les structures porteuses 15a, 15b sont positionnés aux extrémités du moule 10 et comprennent des moyens de fixation étanche 16a, 16b avec, par exemple, des doubles gorges pourvues de prises de vide permettant de fixer la bâche 17 sur le moule 10 et de maintenir l'étanchéité entre la bâche 17 et le moule 10. Les moyens de fixation étanche 16a, 16b permettent ainsi de tenir la bâche 17 de façon à former un espace 21 étanche à l'air entre la bâche 17 et le moule 10. Dans le présent exemple de réalisation, l'espace ou volume 21 a une forme tronconique formée par la bâche à vide 17 et incluant la surface du moule 10. La figure 1 montre que les dimensions des moyens 15a, 15b pour tenir la bâche 17 sont déterminées de façon que la bâche 17 se rapproche le plus possible des tissus de drainage 12 étendus sur le moule 10, sans trahir pour autant la forme tronconique de la bâche tendue. De cette manière, la bâche 17 enveloppe entièrement, sans faire de plis et de préférence sans s'appuyer dessus, le moule 10 garni du matériau composite 11 et des tissus de drainage 12 tout en formant le volume 21 le plus petit possible. La figure 2 représente l'outil de l'invention avec le moule 10 garni au cours de l'application de vide pour plaquer, c'est-à-dire pour presser, ou plutôt pour aspirer, le matériau composite 11 sur le moule 10. Le vide est appliqué de manière contrôlée sur les pistes de vide 13a, 13b qui sont reliées à une source de vide 20 telle une pompe à vide. L'application contrôlée du vide garantit que la bâche se déforme de façon continue et notamment à partir de la zone où elle est le plus proche du moule, vers les deux extrémités 18a, 18b du moule 10, et cela sans faire de plis sur toute la surface de drapage du moule. Il est aisé de comprendre à partir de la figure 2, ou pour le moins en regardant la suite que forment les figures 1 à 3, comment l'outil de l'invention fonctionne et que ce principe de fonctionnement n'est pas limité au moulage de pièces ayant une forme de révolution. En même temps, il ressort à nouveau clairement que le terme � mandrin � utilisé dans le présent texte pour désigner le moule, n'a aucun caractère limitatif en ce qui concerne la forme du moule. Ce terme ne fait allusion qu'au fait du moule d'être destiné à être enroulé ou embobiné par le matériau composite. Lorsque la source de vide 20 est activée, la bâche 17 est aspirée progressivement et presse le matériau composite 11 et les tissus de drainage 12 sur la surface du moule 10, et cela à partir de la zone où elle est le plus proche du moule 10, vers les extrémités du moule. Ceci a pour effet que, au cours de cette progression, la bâche 17 entre, non nécessairement simultanément, en contact avec les deux cordons de mastic d'étanchéité 14a, 14b et, par la pression causée par le vide, forme des liaisons étanches à l'air entre le moule 10 et la bâche 17. La source de vide 20 est désactivée, tout en maintenant bien sûr le vide, lorsque la bâche épouse entièrement le moule 10 (figure 3). Ensuite seulement, la bâche 17 est découpée à l'extérieur des cordons de mastic 14a, 14b, c'est-à-dire autour des structures porteuses 15a, 15b et notamment sans blesser la liaison étanche entre le moule 10 et la bâche 17. Après avoir été séparé des structures porteuses 15a, 15b, le moule 10 est disposé dans un autoclave pour faire polymériser le matériau composite 11 et pour obtenir ainsi la pièce moulée. Après la cuisson, la pièce est démoulée. Le démoulage de la pièce obtenue selon la présente invention est effectué suivant la conception du moule soit par retrait du moule en une seule pièce, soit par retrait un à un des différents éléments qui composent le moule. REVENDICATIONS1. Outil pour la réalisation d'une pièce en un matériau composite, l'outil comprenant un moule (10) destiné à mettre en forme le matériau composite, une bâche (17) et des moyens (13a, 13b, 20) permettant d'appliquer la bâche (17) au moule (10), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de positionnement et de fixation étanche (15a, 15b, 16a, 16b) permettant de disposer et tenir la bâche (17) tout autour du moule (10) et au-delà des deux extrémités (18a, 18b) du moule (10) sur une surface développable et de former un espace (21) étanche à l'air entre la bâche (17) et le moule (10), ainsi que des moyens permettant de générer un vide entre la bâche (17) et le moule (10). 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens permettant de générer un vide entre la bâche (17) et le moule (10) comprennent une source de vide (20) et des moyens (13a, 13b) permettant de relier l'espace (21) étanche formé entre la bâche (17) et le moule (10) à la source de vide (20). 3. Outil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moule (10) comprend deux extrémités opposées (18a, 18b) dont chacune est pourvue d'une zone circonférentielle (19a, 19b) destinée à coopérer avec la bâche à vide (17) pour conserver, après génération d'un vide entre le moule (10) et la bâche (17), une étanchéité au vide. 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone circonférentielle (19a, 19b) est conformée pour recevoir un cordon de mastic d'étanchéité (14a, 14b). 5. Outil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la zone circonférentielle (19a, 19b) est garnie d'un cordon de mastic d'étanchéité (14a, 14b) formé sur le moule (10). 6. Outil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la zone circonférentielle (19a, 19b) est garnie d'un cordon de mastic d'étanchéité (14a, 14b) préformé. 7. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de positionnement et de fixation étanche (15a, 15b) sont conformés pour que la bâche (17) forme un volume tronconique étanche incluant la surface du moule (10). 8. Outil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le moule (10) est pourvu de deux pistes de vide (13a, 13b) circonférentielles formées respectivement à l'une (18a) et à l'autre (18b) des deux extrémités opposées du moule (10). 9. Procédé de réalisation d'une pièce en un matériau composite avec un moule (10) destiné à mettre en forme le matériau composite, le procédé comprenant les étapes de couvrir le moule (10) du matériau composite, disposer une bâche (17) autour du moule sur une surface développable et la fixer de manière étanche par rapport au moule (10), générer du vide entre la bâche (17) et le moule (10) 30 jusqu'à ce que la bâche (17) recouvre étroitement le moule (10), faire polymériser le matériau composite et démouler la pièce obtenue. 35 10. Procédé selon la revendication 9, mis en oeuvre avec un outil comprenant un moule (10) destiné à mettre en forme le matériau composite, une bâche à vide (17) etdes moyens (13a, 13b, 20) permettant d'appliquer la bâche (17) au moule (10) par génération de vide, avec les étapes de couvrir le moule (10) du matériau composite, monter, aux extrémités (18a, 18b) du moule (10), des moyens de positionnement et de fixation étanche (15a, 15b, 16a, 16b) permettant de tenir la bâche (17) tout autour du moule (10) et au-delà des deux extrémités (18a, 18b) du moule (10) de façon à présenter une surface développable, appliquer un cordon de mastic (14a, 14b) circonférentiel à chacune des deux extrémités (18a, 18b) du moule (10), disposer la bâche (17) autour du moule et la fixer de manière étanche sur les moyens de positionnement et de fixation étanche (15a, 15b) de manière à créer une surface développable à l'intérieur de laquelle est inclus le moule (10), générer du vide entre la bâche (17) et le moule (10) 20 jusqu'à ce que la bâche (17) se déforme afin de recouvrir étroitement le moule (10), découper la bâche (17) à l'extérieur des cordons de mastic (14a, 14b), retirer les moyens de positionnement et de fixation 25 étanche (15a, 15b, 16a, 16b) du moule (10), faire polymériser le matériau composite dans un autoclave et démouler la pièce obtenue.