Brevet FR2959694A1 — publié le 20111111

L'invention se rapporte à un dispositif de fabrication de pièces en matériau composite par moulage par transfert de résine et d'autre part, à un procédé de mise en oeuvre dudit dispositif. Plusieurs procédés de moulage connus par imprégnation de fibres avec de la résine peuvent être utilisés pour réaliser les pièces en matériau composite et, notamment, les procédés de moulage employant des moules fermés. En premier lieu, on peut citer le procédé de moulage par transfert de résine ou RTM, pour "Resin Transfert Molding". Dans ce procédé RTM, un ensemble d'éléments fibreux est positionné de manière particulière autour d'un support et l'ensemble est placé à l'intérieur d'un moule fermé dont la forme générale correspond à celle de la pièce à réaliser. Dans le procédé RTM traditionnel, ce moule est constitué d'un moule femelle ou matrice et d'une partie contre-moule ou poinçon. On injecte alors une résine dans le moule puis on la polymérise en lui apportant de l'énergie. Les molécules de cette résine commencent alors à se lier entre elles et à former un réseau solide. On obtient ainsi une pièce rigide en matériau composite formé de fibres et de résine polymérisée. On peut, également, citer le procédé de moulage par infusion de résine. De façon générale, un tel procédé met en oeuvre plusieurs étapes parmi lesquelles figure la mise en place d'éléments de renfort fibreux sur la forme d'un moule. Le moule est ensuite refermé par l'intermédiaire d'un couvercle souple permettant le passage contrôlé d'une résine qui va infuser à l'intérieur des éléments de renfort fibreux puis polymériser, afin de donner une pièce rigide. La propagation de la résine se fait par une force motrice créée par 30 une dépression en certains points du couvercle, vers lesquels la résine introduite dans le moule se déplace. Dans le procédé d'infusion traditionnel, l'outillage de moulage est ainsi formé d'un moule matrice et d'un couvercle étanche tel qu'une bâche comme partie contre moule. 35 Ces procédés, qu'ils soient RTM standard ou moulage par infusion de résine, sont des technologies dans lesquelles l'outillage de moulage est lourd et conçu pour une forme de pièce spécifique destinée à être réalisée. Ceci engendre des coûts élevés d'outillage pour pouvoir produire des pièces très variées. De plus, cet outillage peut avoir une longévité très limitée. En effet, on comprend que, dans un outillage RTM standard, la détérioration du moule matrice ou du contre-moule ou des deux implique la détérioration de l'outillage ainsi constitué dans son ensemble. Enfin, de part la mise au point complexe d'un outillage de moulage adapté à un type spécifique de pièce en matériau composite, ces technologies sont limitées aux formes de pièces en matériau composite peu ou moyennement complexes, dont les caractéristiques sont peu élaborées. La demande FR 09/00300 non encore publiée fournit un dispositif permettant d'améliorer la fabrication de pièces composites et de répondre aux inconvénients précités. Toutefois, certaines difficultés subsistent dans la fabrication de pièces en matériaux composites par ces techniques d'infusion. Une difficulté majeure est le respect du positionnement des zones de singularités telles que des renforcements, sandwich, inserts, par exemple, et ce notamment dans les pièces de précision fabriquées entre autres pour des applications aéronautiques. En effet, ces singularités dans les pièces composites sont positionnées pour optimiser notamment les passages d'efforts dans la pièce et sa tenue mécanique. Leur positionnement précis est donc essentiel. La présente invention vise à pallier l'inconvénient précédemment mentionné et consiste pour ce faire en un dispositif de fabrication d'une pièce en matériau composite par moulage par transfert de résine comprenant un moule de fabrication dans lequel est destiné à être disposée au moins une préforme de la pièce destinée à être imprégnée de résine lors du processus de transfert de résine, le moule étant subdivisé en une matrice et un ou plusieurs éléments structurels mobiles destinés à être indexés sur la matrice, l'ensemble formant, après assemblage, une empreinte correspondant à la forme de la pièce à fabriquer, caractérisé en ce que le moule est associé à au moins un cadre de mise en position possédant un faible coefficient de dilatation thermique dans au moins une direction, ou un coefficient de dilatation quelconque mais anticipé sur le cadre de mise en position et/ou sur le cycle de polymérisation, ou un coefficient de dilatation quelconque si le cadre de mise en position est thermiquement isolé, le cadre de mise en position étant conçu de manière à permettre l'indexation et le maintien d'un ou plusieurs éléments structurels mobiles, correspondant à au moins une singularité, sur la matrice. Ainsi, en prévoyant l'association d'un cadre de mise en position possédant un faible coefficient de dilatation linéaire selon une ou plusieurs directions selon les cas, et plus généralement donc les déformations de dilatation sont stables ou maîtrisées, il est possible de maintenir en position précise l'ensemble des éléments destinés au moulage des singularités (renforts, sandwich, etc ...) de la pièce composite. Le cadre de mise en position peut également être constitué d'un matériau dont le comportement thermique (dilatation) est suffisamment prédictible pour être prise en compte, par exemple l'aluminium. Cependant, le différentiel de coefficients de dilatation thermique peut entraîner des transferts de contrainte non négligeables. Les risques encourus vont de la déformation pièce, des difficultés de démoulage jusqu'à l'affectation de la santé matière (délaminages, micro fissurations de la résine...) Le cadre de mise en position peut également être constitué d'un matériau à comportement thermique quelconque, dans la mesure ou celui-ci est thermiquement isolé du reste de l'outillage. L'élévation de la température nécessaire à la polymérisation de la résine n'induit pas de déplacement des éléments du cadre de mise en position. Dans ce cas, la dilatation de la pièce composite est négligeable par rapport aux tolérances de mise en position souhaitées. Cette démarche permet de réaliser des pièces avec un outillage de base, notamment une matrice, à faible coût, seuls les éléments nécessitant un positionnement précis étant réalisés dans des matériaux techniques plus coûteux, ou dans des matériaux techniques à faible coût dans le cas ou le cadre de mise en position est thermiquement isolée. Avantageusement, le cadre de mise en position possède un faible coefficient de dilatation thermique selon les trois directions de l'espace. Préférentiellement le maintien des éléments structurels s'effectue au moins en partie par un moyen de pression équipant le cadre de mise en position ou par un degré de liberté perpendiculaire à la pièce composite. Préférentiellement encore, le moyen de pression est situé au niveau d'un index de position de l'élément structurel correspondant. Idéalement ce mécanisme de pression garantit une pression de compactage constante malgré la réduction d'épaisseur de la préforme (fibres sèches). De manière préférentielle, la matrice est réalisée à base 5 d'aluminium. Avantageusement, le cadre de mise en position est équipé d'au moins un pied d'indexation support. Selon une variante de réalisation, la matrice présente une forme plane. 10 Préférentiellement, les éléments structurels démontables sont des blocs géométriques tridimensionnels indépendants dont la forme et les dimensions sont adaptées à la forme et aux dimensions de la pièce à fabriquer. Avantageusement, le dispositif comprend au moins un moyen d'injection de résine. 15 De manière complémentaire, le dispositif pourra également comprendre les options suivantes : - les éléments structurels démontables pourront inclure des noyaux souples ou rigides de tout type dont la forme et les dimensions sont adaptées aux structures creuses. 20 - les éléments structurels sont aptes à assurer un rôle d'évent. - le dispositif comprend des moyens d'injection adaptés pour réaliser une imprégnation de manière simultanée ou séquencée de la préforme avec la résine injectée. - les moyens d'injection sont répartis sur la surface du moule de 25 sorte qu'elle favorise la diffusion de la résine de façon transverse et/ou laminaire. - le dispositif comprend, en outre, un système d'étanchéité des éléments structurels vis-à-vis de la résine injectée dans le moule de fabrication. La présente invention se rapporte également à un procédé de mise 30 en oeuvre d'un dispositif de fabrication d'une pièce en matériau composite par moulage par injection de résine selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes visant à : indexer un ou plusieurs éléments structurels mobiles du moule sur la matrice du moule à l'aide du cadre de mise en position de sorte que 35 l'ensemble forme, après assemblage, une empreinte correspondant à la forme de la pièce à fabriquer. exercer une force de maintien en position et de compactage des éléments structurels indexés à l'aide dudit cadre de mise en position, procéder au préformage de la pièce et notamment des fibres sèches _ procéder au moulage de la pièce par injection de résine. De manière avantageuse, on réalise une imprégnation transverse par rapport à un plan de la préforme et/ou une imprégnation laminaire par rapport à ce plan de la préforme. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique est une représentation schématique en coupe transversale d'un dispositif selon l'invention. Le principe général du dispositif modulaire comprenant une matrice et des éléments structurels mobiles indexés sur la matrice peut être trouvé dans la demande FR 09/00300. En substance, la fabrication d'une pièce en matériau composite consiste essentiellement à mouler grâce à un dispositif de fabrication adapté un élément composite par injection d'une résine liquide dans une armature de fibres de renfort essentiellement sèches préalablement préformées suivant la forme du profil de la pièce et prédisposées dans un moule fermé. Un tel dispositif 1 de moulage est représenté schématiquement sur la figure unique. Ce dispositif 1 comprend un moule 10 définissant une cavité de moulage destinée à recevoir une préforme 2 susceptible d'être imprégnée de résine pour réaliser la pièce en matériau composite. Le moule 10 est subdivisé en une matrice 11 de moulage sur laquelle vont venir reposer et être indexés un ou plusieurs éléments structurels 12 de moulage indépendants et mobiles de sorte que l'ensemble forme, après assemblage, une empreinte correspondant à la forme du profil de la pièce à concevoir. La matrice 11 de moulage est, en l'espèce et à titre d'exemple seulement, plane. Les éléments structurels 12, quant à eux, sont aptes à être déplacés sur la matrice de moulage 11 en fonction de la forme des pièces à réaliser. Ce sont des blocs géométriques tridimensionnels dont la forme, les dimensions, l'épaisseur et le positionnement sur la matrice 11 sont adapatés suivant la forme du profil de la pièce à réaliser. Ils respectent, ainsi, les contraintes géométriques, dimensionnelles et d'épaisseur de la pièce. Ces éléments structurels permettent notamment de réaliser des singularités, tels que des renforts 21, par exemple, et les positionner en 5 fonction de chaque pièce à réaliser. En pratique, pour imprégner la préforme 1 avec de la résine, le moule 10 est relié à un conteneur de résine (non représenté) lui-même placé à l'intérieur de moyens de chauffage (non représentés) tels qu'un four ou tout autre moyen de chauffage approprié. Le conteneur est relié au moule 10 par 10 des moyens d'injection de résine. Par ailleurs, le moule 10 pourra être associé à une bâche destinée à refermer le moule 10 et assurer le rôle de contre moule. Le moule 10 est également équipé de joints périphériques d'étanchéité assurant l'étanchéité entre la bâche et le moule 10, l'ensemble 15 constituant ainsi un volume étanche matérialisant le volume de la pièce à réaliser. Conformément à l'invention et afin de maintenir les éléments structurels 12 précisément en position au cours de la phase d'injection de résine, le dispositif 1 comprend également un cadre de mise en position 30 20 maintenu à l'aide d'un pied d'indexation 31 par l'intermédiaire d'une liaison 32 entre ledit cadre 30 et le pied 31. Conformément à l'invention encore, ce cadre de mise en position possède un faible coefficient de dilatation thermique dans l'axe de la matrice 11, ou un coefficient de dilatation quelconque si son expansion est prévisible et 25 que le cycle de température appliqué est adapté, ou un coefficient de dilatation quelconque si le cadre de mise en position est thermiquement isolé et donc ne s'expanse pas. Le cadre de mise en position 30 possède également un moyen de pression 33 élastique (ressort par exemple) apte à exercer sur les éléments 30 structurels 12 une pression de maintien en position. La pression de compactage peut également résulter de la dépression présente dans le contre moule. Les éléments de mise en position présentent dans ce cas un degré de liberté dans la direction perpendiculaire à la pièce composite. L'opération de préformage et de compactage de fibres sèches 35 permet d'obtenir un taux volumique important. Un liant peut être utilisé afin de fixer le volume de fibres obtenu. Dans ce cas, un cycle de polymérisation du liant est appliqué pendant l'opération de préformage. Ce concept d'outillage permet de réaliser l'opération de préformage et de moulage dans le même outillage. Ainsi, grâce au cadre de mise en position, les éléments structurels 5 12 peuvent être précisément placés et maintenus en position indépendamment de toute déformation par dilatation de la matrice 11. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs 10 combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de fabrication d'une pièce en matériau composite par moulage par transfert de résine comprenant un moule (10) de fabrication dans lequel est destiné à être disposé au moins une préforme (2) de la pièce destinée à être imprégnée de résine lors du processus de transfert de résine, le moule étant subdivisé en une matrice (11) et un ou plusieurs éléments structurels (12) mobiles destinés à être indexés sur la matrice, l'ensemble formant, après assemblage, une empreinte correspondant à la forme de la pièce à fabriquer, caractérisé en ce que le moule est associé à au moins un cadre (30) de mise en position possédant un faible coefficient de dilatation thermique dans au moins une direction, ou un coefficient de dilatation quelconque mais anticipé sur le cadre de mise en position et/ou sur le cycle de polymérisation, ou un coefficient de dilatation quelconque si le cadre de mise en position est thermiquement isolé, le cadre de mise en position étant conçu de manière à permettre l'indexation et le maintien d'un ou plusieurs éléments structurels mobiles, correspondant à au moins une singularité (21), sur la matrice. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (30) de mise en position possède un faible coefficient de dilatation thermique selon les trois directions de l'espace. 3. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le maintien des éléments structurels (12) s'effectue au moins en partie par un moyen de pression (33) équipant le cadre (30) de mise en position, ou par un degré de liberté perpendiculaire à la pièce composite. 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de pression (33) est situé au niveau d'un index de position de l'élément structurel (12) correspondant. 5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 35 caractérisé en ce que la matrice (11) est réalisée à base d'aluminium. 6. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cadre (30) de mise en position est équipé d'au moins un pied d'indexation (31) support. 7. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matrice (11) présente une forme plane. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments structurels (12) démontables sont des blocs géométriques tridimensionnels indépendants dont la forme et les dimensions sont adaptées à la forme et aux dimensions de la pièce à fabriquer. 9. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen d'injection de résine. 15 10. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositif (1) de fabrication d'une pièce en matériau composite par moulage par injection de résine selon l'une quelconques des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes visant à : 20 - indexer un ou plusieurs éléments structurels (12) mobiles du moule sur la matrice (11) du moule à l'aide du cadre (30) de mise en position de sorte que l'ensemble forme, après assemblage, une empreinte correspondant à la forme de la pièce à fabriquer. - exercer une force de maintien et de compactage en position des 25 éléments structurels indexés à l'aide dudit cadre de mise en position - procéder au préformage de la pièce - procéder au moulage de la pièce par injection de résine.