Brevet FR3013627A1 — publié le 20150529

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la mise en forme de textures 5 fibreuses lors de la fabrication de pièces en matériau composite. De manière simplifiée, la fabrication d'une pièce en matériau composite comprend les étapes suivantes : a) tissage d'une texture fibreuse destinée à former le renfort de la pièce, 10 b) mise en forme de la texture suivant une géométrie correspondant à celle de la pièce à réaliser, c) densification de la texture fibreuse maintenue en forme, par exemple par injection de résine. On obtient ainsi une pièce rigide de forme déterminée composée 15 d'un renfort de fibres densifié par une matrice (par exemple carbone). L'étape de mise en forme de la texture fibreuse qui consiste à former à partir d'une texture à plat une préforme ayant une géométrie tridimensionnelle est réalisée manuellement par un opérateur. A cet effet, l'opérateur dépose la texture fibreuse sur un moule ayant la forme de la 20 pièce à réaliser puis manipule la texture portion par portion de manière à la conformer à la forme du moule. Cependant, cette mise en forme manuelle de la texture fibreuse est relativement délicate. Il est, par conséquent, difficile d'obtenir une mise en forme identique pour chaque structure fibreuse, ce qui entraîne une 25 dispersion dans la production d'un même lot de pièces. En outre, la mise en forme manuelle a un impact significatif sur la durée de fabrication de la pièce. Aussi, il existe un besoin pour permettre une mise en forme rapide et répétable des textures fibreuses lors de la fabrication de pièces en 30 matériau composites. Objet et résumé de l'invention A cet effet, selon l'invention, il est proposé un outillage de mise en forme d'une texture fibreuse, l'outillage comprenant un plateau support 35 destiné à recevoir une texture fibreuse à mettre en forme suivant une forme de référence, le plateau support étant constitué d'une pluralité de supports unitaires, chaque support unitaire étant monté sur un actionneur indépendant apte à placer le support unitaire correspondant à une hauteur déterminée par rapport aux autres supports unitaires, l'outillage comprenant en outre des moyens de commande reliés aux actionneurs, les moyens de commande étant configurés pour modifier la géométrie du plateau support entre au moins une géométrie initiale dans laquelle le plateau support présente une surface plane et une géométrie de mise en forme dans laquelle le plateau présente une forme correspondant à la forme de référence pour la mise en forme de la texture fibreuse. Ainsi avec l'outillage de l'invention, les textures fibreuses peuvent 10 être mises en forme automatiquement, ce qui permet d'assurer une répétabilité à chaque opération de mise en forme et de diminuer très significativement la dispersion de production. En outre, l'automatisation de cette opération permet de réduire le temps nécessaire à la mise en forme de la texture fibreuse par rapport à une mise en forme manuelle. 15 Selon une variante de réalisation de l'outillage de l'invention, chaque support unitaire est relié à un actionneur indépendant par une liaison mobile apte à permettre l'orientation de chaque support unitaire dans différentes directions. Cela permet d'avoir une surface de plateau support quasi-continue lorsque que celui-ci est dans sa géométrie de mise 20 en forme et un contact optimal entre les supports unitaires et la texture fibreuse à mettre en forme. Selon un aspect particulier de l'outillage de l'invention, chaque support unitaire est constitué d'une facette, les facettes étant adjacentes les unes aux autres lorsqu'elles sont maintenues à la même hauteur. Dans 25 ce cas, des toiles peuvent être fixées entre les bords adjacents des facettes de manière à combler les jours qui peuvent apparaître entre deux facettes décalées en hauteur. Selon une autre variante de réalisation de l'outillage de l'invention, chaque support comporte une ou plusieurs aiguilles sur sa face destinée à 30 recevoir la texture fibreuse à mettre en forme. L'utilisation d'aiguilles sur les supports permet, en augmentant le maintien de la texture sur le plateau support, de faciliter la mise en forme de la texture fibreuse lors du mouvement des supports unitaires. Selon encore une autre variante de réalisation de l'outillage de 35 l'invention, celui-ci comprend une peau en matériau élastiquement déformable recouvrant les supports unitaires. L'utilisation d'une telle peau permet de combler les jours pouvant apparaître entre les supports lors de leur décalage en hauteur et éviter des pincements ou accrochage de la texture avec les supports. La présente invention a également pour objet un procédé de mise 5 en forme d'une texture fibreuse comprenant les étapes suivantes : - placement de la texture fibreuse sur le plateau support d'un outillage de mise en forme conformément à l'invention, - modification de la géométrie du plateau support pour placer celui-ci dans sa géométrie de mise en forme de manière à réaliser la mise 10 forme la texture fibreuse suivant une forme prédéfinie. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de 15 la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un outillage de mise en forme conformément à un mode de réalisation de l'invention, le plateau 20 support de l'outillage étant dans sa configuration initiale, la figure 2 est une vue en perspective de l'outillage de la figure 1 avec une texture fibreuse placée sur le plateau support de l'outillage, - la figure 3 est une vue en perspective de l'outillage de la 25 figure 2 après placement du plateau support dans sa géométrie de mise en forme, les figures 4A et 4B sont des vues de détail montrant l'utilisation de toiles entre les facettes adjacentes du plateau support conformément à une variante de réalisation de l'invention, 30 - la figure 5 est une vue de détail montrant l'utilisation d'aiguilles sur les supports unitaires du plateau support conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 6 est une vue en perspective d'un outillage de mise en forme conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, le 35 plateau support de l'outillage étant dans sa configuration de mise en forme, la figure 7 est une vue de détail de la figure 6 montrant la liaison mobile entre les supports unitaires et les actionneurs. Description détaillée de modes de réalisation L'invention s'applique d'une manière générale à la mise en forme de textures fibreuses destinées à former des renforts pour des pièces en matériau composite, la structure fibreuse étant densifiée par formation d'une matrice dans tout ou partie du volume de celle-ci, le matériau constitutif de la matrice pouvant être déposé dans la texture de façon connue en soi par le procédé voie liquide, le procédé voie gazeuse, ou une combinaison de ces deux procédés. La structure fibreuse est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement. La texture fibreuse peut être réalisée par tissage bidimensionnel ou tissage tridimensionnel. Par « tissage bidimensionnel », on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seul couche de chaîne ou inversement. Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D » ou encore « tissage multicouche », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement. Un exemple de tissage tridimensionnel est le tissage dit à armure « interlock ». Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. D'autres types de tissage multicouche connus pourront être utilisés, 30 comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755. La figure 1 illustre un outillage de mise en forme 100 conformément à un mode de réalisation de l'invention qui comprend un plateau support 120 constitué d'une pluralité de supports unitaires 121 formé ici par des facettes carrées 122. Chaque support 121 est monté sur 35 une tige 111 d'un actionneur ou vérin 110, l'extrémité de chaque tige étant fixée sur la face arrière d'une facette. Les actionneurs sont logés dans un châssis 101. Ainsi, la position en hauteur de chaque support unitaire 121 peut être ajustée par l'actionneur 110 qui lui est associé, l'actionneur déplaçant la tige 111, et par conséquent le support unitaire fixé à la tige correspondante, suivant un axe vertical indiqué par la flèche VD sur la figure 1. L'outillage 100 comprend en outre des moyens de commande programmables (non représentés sur la figure 1) qui sont configurés pour agir individuellement sur chaque actionneur 110 et placer chaque support unitaire à une hauteur déterminée par rapport aux autres supports du plateau 120. Les moyens de commande sont notamment programmés pour modifier la géométrie du plateau support 100 entre au moins une géométrie initiale dans laquelle le plateau support présente une surface plane comme illustrée sur la figure 1 et une géométrie de mise en forme dans laquelle le plateau présente une forme correspondant à la forme de référence pour la mise en forme de la texture fibreuse comme illustrée sur la figure 3. Le procédé de mise en forme d'une texture fibreuse selon l'invention débute, comme illustré sur la figure 2, par le placement d'une texture fibreuse 200 à mettre en forme sur le plateau support 120 de l'outillage 100. A cette étape du procédé, le plateau support 120 présente une géométrie plane, les éléments de supports unitaires 120, ici les facettes 121, étant tous maintenu à la même hauteur les uns par rapport aux autres. Dans l'exemple décrit ici, la texture fibreuse 200 est destinée à constituer le renfort d'une aube de moteur aéronautique en matériau composite. Une fois la texture fibreuse correctement positionnée sur le plateau support 120, les moyens de commande de l'outillage vont commander les actionneurs un à un pour procéder à la mise en forme automatique de la texture fibreuse 200. Les moyens de commande sont programmés pour agir sur les actionneurs 110 suivant une séquence prédéterminée permettant une mise en forme progressive de la texture 200. La séquence de commande des actionneurs, qui définit l'ordre dans lequel chaque actionneur est activé, peut être notamment programmée en fonction de la forme de référence visée et des capacités de déformation de la texture afin de mieux contrôler la mise en forme de la texture, par exemple en déformant plus lentement et progressivement une zone de la texture soumise à des contraintes importantes. A la fin de la séquence de commande des actionneurs 110, le plateau 120 présente, comme illustré sur la figure 3, une géométrie correspondant à la forme de référence visée, la texture fibreuse 200 étant alors mise en forme suivant cette forme de référence. La préforme fibreuse ainsi obtenue est ensuite densifiée par une matrice, par exemple par imprégnation de la préforme avec une résine précurseur de carbone, afin de former une pièce en matériau composite, ici une aube de moteur aéronautique. L'utilisation de supports unitaires chacun mobiles individuellement en hauteur permet de réaliser des mises en forme précises et répétables, et ce même pour des formes géométriques tridimensionnelles complexes. Selon une variante de réalisation de l'outillage de mise en forme de l'invention, les supports unitaires 121 peuvent être munis d'une ou plusieurs aiguilles ou picots 140 sur sa face destinée à recevoir la texture fibreuse comme le montre la figure 5. Les aiguilles 140 permettent de maintenir la texture et de faciliter sa déformation lors du mouvement des actionneurs. Selon une autre variante de réalisation de l'outillage de mise en forme de l'invention, des toiles peuvent être fixées entre les supports unitaires du plateau support. Comme illustré sur les figures 4A et 4B, des toiles 130 sont fixées entre les bords adjacents des facettes 122. Sur la figure 4A, les toiles 130 sont lâches lorsque les facettes adjacentes 122 sont à la même hauteur. Lorsque les facettes adjacentes sont positionnées à des hauteurs différentes les toiles 130 se tendent afin de combler les jours apparaissant entre les tablettes. On évite ainsi les risques d'accrochage ou de pincement des fils de la texture fibreuse entre des facettes décalées en hauteur. Cette variante de réalisation peut être combinée avec l'utilisation d'aguilles ou de picots comme décrits ci-avant. Selon une autre variante de réalisation de l'outillage, une peau en matériau élastiquement déformable, par exemple en silicone, peut être disposée sur la surface du plateau support de manière à s'interposer entre les supports unitaires du plateau et la texture fibreuse. De même que pour les toiles 130, cette peau permet de combler les jours apparaissant entre les supports unitaires lorsque ceux-ci sont décalés en hauteur les uns par rapport aux autres et d'éviter l'accrochage ou le pincement des fils de la texture. Cette variante de réalisation peut être combinée avec l'utilisation d'aguilles ou de picots comme décrits ci-avant, les aiguilles ou picots transperçant la peau souple afin d'atteindre la texture fibreuse. La figure 6 illustre un outillage 200 qui diffère de l'outillage 100 décrit ci-avant en ce que chaque support unitaire 221, constitué ici par une facette 222, est monté sur la tige 211 de son actionneur indépendant 210 par l'intermédiaire d'une liaison mobile 230 permettant d'orienter chaque support unitaire dans différentes directions. Dans l'exemple décrit ici, la liaison mobile 230 est une liaison rotule formée par une tête sphérique 231 présente à l'extrémité de chaque tige 211 qui est disposée dans une logement sphérique 232 ménagé dans chaque support unitaire 221, ici dans la face arrière de chaque facette 222 (figure 7). De même que pour l'outillage 100 déjà décrit, l'outillage 200 15 comprend en outre un châssis 201 dans lequel sont logés les actionneurs indépendants et des moyens de commande programmables (non représentés sur la figure 6) qui sont configurés pour agir individuellement sur chaque actionneur 210 et placer chaque support unitaire 221 à une hauteur déterminée par rapport aux autres supports du plateau 220 20 lorsque ce dernier est dans sa géométrie de mise en forme dans laquelle le plateau présente une forme correspondant à la forme de référence pour la mise en forme de la texture fibreuse 300 comme illustrée sur la figure 6. Lorsque le plateau support 220 est dans sa géométrie de mise en 25 forme, les facettes 222 s'orientent de manière à former une surface quasi- continue en contact avec la texture fibreuse 300. Dans ce cas, le contact entre la texture fibreuse et les supports unitaires est optimal, ce qui augmente encore la précision de mise en forme de la texture. L'orientation des supports unitaires peut être libre, c'est-à-dire que 30 les supports unitaires s'orientent naturellement en fonction de la géométrie de la partie de la texture fibreuse avec laquelle ils sont en contact comme c'est le cas avec la liaison rotule 230. L'orientation des supports unitaires peut être également contrôlée. Dans ce cas, la liaison mobile est réalisée avec des moyens d'orientation contrôlables tels qu'une 35 rotule motorisée. Selon des variantes de réalisation, les supports unitaires de l'outillage 200 peuvent être munis d'aguilles ou picots et/ou de toiles fixées entre les supports unitaires adjacents comme déjà décrits ci-avant en relation avec l'outillage 100. De même, une peau en matériau élastiquement déformable peut être disposée sur la surface du plateau support. REVENDICATIONS1. Outillage de mise en forme (100) d'une texture fibreuse, ledit outillage comprenant un plateau support (120) destiné à recevoir une texture fibreuse (200) à mettre en forme suivant une forme de référence, ledit plateau support (120) étant constitué d'une pluralité de supports unitaires (121), chaque support unitaire (121) étant monté sur un actionneur indépendant (110) apte à placer le support unitaire correspondant à une hauteur déterminée par rapport aux autres supports unitaires (121), l'outillage (100) comprenant en outre des moyens de commande reliés aux actionneurs (121), les moyens de commande étant configurés pour modifier la géométrie du plateau support (120) entre au moins une géométrie initiale dans laquelle le plateau support présente une surface plane et une géométrie de mise en forme dans laquelle le plateau présente une forme correspondant à la forme de référence pour la mise en forme de la texture fibreuse (200). 2. Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque support unitaire est relié à un actionneur indépendant par une liaison mobile apte à permettre l'orientation de chaque support unitaire dans plusieurs directions. 3. Outillage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque support unitaire (121) est constitué d'une facette (122), les 25 facettes étant adjacentes les unes aux autres lorsqu'elles sont maintenues à la même hauteur. 4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que des toiles (130) sont fixées entre les bords adjacents des facettes (122). 30 5. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque support unitaire (121) comporte une ou plusieurs aiguilles (140) sur la face dudit support destinée à recevoir la texture fibreuse (200) à mettre en forme. 35 6. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une peau en matériau élastiquement déformable recouvrant les supports unitaires (121). 7. Procédé de mise en forme d'une texture fibreuse (200) comprenant les étapes suivantes : - placement de la texture fibreuse (200) sur le plateau support (120) d'un outillage de mise en forme (100) conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 5, ledit plateau support (120) étant dans sa géométrie initiale, - modification de la géométrie du plateau support (120) pour placer celui-ci dans sa géométrie de mise en forme de manière à réaliser la mise forme la texture fibreuse (200) suivant une forme prédéfinie.