Brevet FR3044580A1 — publié le 20170609

L'invention appartient au domaine des dispositifs et procédés d'application de fibres pour la réalisation de pièces en matériaux composites. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une machine d'application de fibres comprenant : - une tête d'application de fibres avec un système de compactage comprenant au moins un rouleau d'application et des moyens de guidage pour guider les fibres sur le rouleau d'application, - un robot poly-articulé apte à déplacer la tête d'application dans une zone de drapage pour réaliser le drapage des fibres, avec un premier bras monté autour d'une liaison axiale par rapport à un bras porteur et un deuxième bras monté autour d'une liaison axiale par rapport au premier bras, le bras porteur étant monté autour d'un premier axe de rotation par rapport à une embase fixée au sol, la tête d'application étant reliée au deuxième bras, - un cantre pour le stockage de fibres continues, et - des moyens d'acheminement pour acheminer les fibres, d'une embouchure du cantre à la tête d'application. Une telle machine est divulguée par le document WO 2012/126815. La machine comprend en outre un support d'application, disposé dans la zone de drapage, et formé d'une table rotative autour d'un axe de rotation vertical, et l'embouchure du cantre appartient au plan porté par le premier axe de rotation du robot et l'axe de rotation de la table. Cet agencement connu conduit à la constatation selon laquelle les moyens d'acheminement des fibres, de l'embouchure à la tête d'application, passent au-dessus du robot pour les positions occupées par la tête d'application. Le chemin d'acheminement des fibres s'avère relativement long. Par ailleurs, la machine présente un encombrement au sol relativement important. Le document WO 2015/110187 divulgue une machine d'application de fibres dans laquelle le système de déplacement de type portique est apte à déplacer la tête d'application dans la zone de drapage dans la direction verticale et une première direction horizontale. La machine comprend une table montée pivotante autour d'un axe de rotation vertical, et mobile en translation dans une deuxième direction horizontale, perpendiculaire à la première direction horizontale, ainsi qu'un cantre en deux parties disposées de part et d'autre du portique. Les 3044580 2 fibres sont acheminées par un système de poulies, de deux embouchures du cantre à la tête d'application. Cet agencement connu conduit là encore à la constatation selon laquelle les fibres empruntent un chemin d'acheminement complexe qui passe au-dessus du portique de 5 déplacement de la tête d'application. L'invention a ainsi pour but de proposer une solution visant à pallier les inconvénients précités et notamment de réduire le chemin d'acheminement des fibres, de l'embouchure du cantre à la tête d' application. 10 A cet effet, l'invention a pour objet une machine d'application de fibres comprenant : - une tête d'application de fibres avec un système de compactage comprenant au moins un rouleau d'application pour l'application d'au moins une fibre sur une surface d'application, et de préférence des 15 moyens de guidage pour guider les fibres sur le rouleau d'application, - un robot poly-articulé apte à déplacer la tête d'application dans une zone de drapage pour réaliser le drapage des fibres avec un premier bras monté autour d'une liaison axiale par rapport à un bras porteur et un deuxième bras monté autour d'une liaison axiale par rapport au premier 20 bras, le bras porteur étant monté autour d'un premier axe de rotation par rapport à une embase, fixe, par exemple fixée au sol, la tête d'application étant reliée au deuxième bras, - un cantre pour le stockage d'au moins une fibre continue, et, - des moyens d'acheminement pour acheminer au moins une fibre, 25 d'une embouchure du cantre à la tête d'application, ladite zone de drapage s'étend entre deux plans limites, parallèles à un premier plan de référence porté par le premier axe de rotation, caractérisée en ce que les deux plans limites sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un deuxième plan de référence, 30 parallèle au premier plan de référence, l'un des deux plans limites étant intercalé entre les deux plans de référence, les deux plans limites et les deux plans de référence étant distincts, non confondus, et l'embouchure du cantre appartient à un plan médian parallèle aux plans de référence et disposé entre les deux plans limites. 35 Une telle disposition de l'embouchure du cantre permet d'acheminer les fibres sans faire passer les moyens d'acheminement au- 3044580 3 dessus du robot, pour les positions occupées par la tête d'application entre les deux plans limites de la zone de drapage. Il en résulte une réduction du chemin d'acheminement des fibres et donc une augmentation de la vitesse de travail de la machine. Par ailleurs, grâce à 5 cette disposition, les fibres lors de leur acheminement du cantre à la tête restent sensiblement dans un plan moyen d'acheminement, ce plan moyen d'acheminement restant proche dudit plan médian passant par l'embouchure, en particulier lorsque la machine est utilisée dans une configuration dans laquelle la tête applique les fibres selon des 10 trajectoires dans lesquelles l'axe du rouleau d'application reste sensiblement perpendiculaire audit plan médian. Le frottement des fibres lors de leur acheminement est ainsi limité, ce qui et autorise des vitesses de drapage élevées. La machine selon l'invention s'avère simple de conception et de 15 réalisation. Le robot poly-articulé peut être formé d'un robot standard de type bras poly-articulé 6 axes ou 4 axes, connu en soi, et classiquement utilisé dans le secteur automobile ou dans le domaine la palettisation. La zone de drapage est la zone dans laquelle la tête peut draper des fibres sur une surface de drapage. La zone de drapage, en particulier les 20 plans limites précités, sont définis par la portée du robot, et éventuellement en fonction de limites supplémentaires pour l'encombrement souhaité de la machine. La zone de drapage peut correspondre à une surface de drapage d'un outillage particulier. De préférence, la machine est prévue pour l'application simultanée 25 de plusieurs fibres, la machine comprenant au moins un rouleau d'application apte à appliquer une bande formée de plusieurs fibres sur une surface d'application, un cantre pour le stockage de plusieurs fibres continues, de préférence sous forme de bobines de fibres montées autour de mandrins du cantre, et des moyens d'acheminement pour acheminer 30 les fibres, d'une embouchure du cantre à la tête d'application. Selon un mode de réalisation, la machine comprend un support d'application apte à entraîner en rotation une surface d'application, par exemple la surface d'un moule ou outillage, autour d'un deuxième axe de rotation, parallèle ou perpendiculaire au premier axe de rotation, 35 disposé dans la zone de drapage. 3044580 4 L'invention peut plus particulièrement être exécutée avec, pour support d'application, une table montée autour du deuxième axe de rotation, parallèle au premier axe de rotation et le deuxième plan de référence est porté par ce deuxième axe de rotation. Dans ce cas, la zone 5 de drapage est plus précisément définie par le cercle passant par un point extérieur extrême de la surface de drapage de l'outillage posé sur la table. Lors du drapage, le débattement du plan moyen d'acheminement autour du plan médian passant par l'embouchure peut être réduit de moitié, suivant la disposition dudit plan médian par rapport au deuxième m axe de rotation. La machine peut être utilisée de sorte que la zone de drapage effective est limitée à la moitié dudit cercle. Selon un mode de réalisation, le plan médian auquel appartient l'embouchure est disposé entre le deuxième plan de référence et le plan limite qui n'est pas intercalé entre les deux plans de référence. Selon un autre mode de 15 réalisation, dans le cas d'un robot de portée réduite, le plan médian est disposé entre le deuxième plan de référence et le plan limite qui est intercalé entre les deux plans de référence. L'invention peut également être exécutée avec un positionneur apte à entraîner en rotation une surface d'application autour du deuxième 20 axe de rotation, perpendiculaire au premier axe de rotation, et le deuxième plan de référence est porté par ce deuxième axe de rotation ou de préférence perpendiculaire à ce deuxième axe de rotation, avec de préférence le plan médian qui est confondu avec le deuxième plan de référence. 25 Selon un mode de réalisation, le cantre s'étend perpendiculairement au plan auquel appartient l'embouchure et de préférence, en direction du premier plan de référence, le cantre comprenant de préférence un ou plusieurs mandrins pour la réception de bobines de fibre, les axes des mandrins étant disposés parallèlement au 30 plan médian, et accessibles par un opérateur du côté du cantre qui est opposé à la zone de drapage. Cette disposition permet d'augmenter la compacité de la machine. Par ailleurs, les opérations de chargement/déchargement du cantre peuvent être effectuées sans entrer dans la cellule. 35 Selon un mode de réalisation, la machine comprend un système de sécurité, comprenant au moins une barrière périmétrique définissant une 3044580 5 enceinte de sécurité dans laquelle est placé le robot poly-articulé portant la tête d'application, le cantre étant placé à l'extérieur de l'enceinte. Selon un mode de réalisation, la machine comprend un système de chauffe de type laser, l'enceinte de protection formant un écran au 5 rayonnement laser, le système de chauffe comprenant une optique laser montée sur la tête d'application, une source laser disposée à l'extérieur de l'enceinte, de préférence avec son système de refroidissement associé, et au moins une fibre optique pour acheminer le faisceau laser, de la source à l'optique laser, ladite fibre traversant la paroi de l'enceinte de io manière étanche. Selon un mode de réalisation, la machine comprend une tête d'application de fibres, avec une partie fixe et une partie mobile, la tête étant montée par la partie fixe au robot poly-articulé selon un axe d'assemblage, la partie mobile, qui comprend le système de compactage, 15 et des moyens de guidage, étant montée coulissante sur la partie fixe selon un plan de coulissement, l'axe d'assemblage et le plan de coulissement étant parallèles entre eux, la partie mobile étant montée sur la partie fixe de sorte que l'axe de rotation du rouleau de compactage est disposé perpendiculairement au plan de coulissement, et du côté du plan 20 de coulissement qui est opposé à l'axe d'assemblage. Ce montage en porte-à-faux de la tête sur le robot permet un accès direct des fibres à la tête notamment lorsque l'axe de rotation du rouleau est disposé perpendiculairement au plan médian. Selon un mode de réalisation, la machine comprend une tête 25 bidirectionnelle avec un système de compactage manoeuvrable entre deux positions par rapport aux moyens de guidage pour appliquer les fibres dans deux directions opposées, par exemple avec un système de compactage à deux rouleaux d'application. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'acheminement 30 comprennent des tubes flexibles, assemblés en extrémité d'une part à la tête d'application, en particulier à la partie fixe précitée, et d'autre part au niveau de l'embouchure du cantre, de préférence en une ou plusieurs rangées parallèles entre elles et disposées perpendiculairement au deuxième plan de référence. 35 L'invention s'étend à un procédé de réalisation de pièces en matériaux composites comprenant l'application de fibres continues, de 3044580 6 préférence unidirectionnelles sur une surface d'application, caractérisé en ce que ladite application est réalisée au moyen d'une machine d'application de fibres telle que définie précédemment. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l'application 5 de fibres sur une surface d'application, de préférence une surface d'application plane horizontale et/ou une surface d'application montée sur une table pivotante, pour former plusieurs plis de fibres superposés dans différentes orientations, chaque pli étant réalisé par application d'une ou plusieurs bandes selon une orientation, chaque bande étant 10 formée d'une ou plusieurs fibres et étant appliquée par déplacement de la tête d'application dans une direction sensiblement parallèle au plan auquel appartient l'embouchure du cantre, de sorte que, lors de l'application de la bande, l'angle de débattement entre ledit plan médian auquel appartient l'embouchure et le plan vertical passant par 15 l'embouchure et la tête est compris entre 0 et ± 30°, de préférence entre 0 et ± 25°, mieux encore entre 0 et ± 20°. Dans ce mode de réalisation, la machine selon l'invention est utilisée de sorte que la tête reste proche du plan médian lors de l'application des bandes. Ainsi, le plan moyen d'acheminement des fibres de l'embouchure à la tête reste également 20 proche dudit plan médian, ledit plan moyen d'acheminement correspondant globalement audit plan vertical précité qui forme un angle de débattement maximal de 30°, de préférence de 25°, mieux encore 20°. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description des modes de réalisation illustrés par les dessins. 25 La figure 1 montre en perspective une machine selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre la machine de la figure 1 en vue de face avant. La figure 3 montre la machine de la figure 1 en vue de côté. La figure 4 montre la machine de la figure 1 en vue de dessus. 30 La figure 5 montre la zone de drapage de la machine de la figure 1. Une machine d'application de fibres, également appelée cellule d'application de fibres, comprend, en référence aux figures 1 à 3, une tête d'application 1 de fibres avec un système de compactage 3 35 comprenant au moins un rouleau d'application 5, 5', pour l'application d'une bande formée d'une ou plusieurs fibres sur la surface d'application 3 04 4 5 80 7 d'un outillage. Des moyens de guidage sont prévus pour guider les fibres sur le rouleau d'application. Un robot poly-articulé 10 est apte à déplacer la tête d'application 1 dans une zone de drapage pour réaliser le drapage des fibres. La machine comprend également un cantre 19 pour le 5 stockage de fibres continues, de préférence sous forme de bobines de fibres montées autour de mandrins, des moyens d'acheminement 21 pour acheminer les fibres, d'une embouchure 23 du cantre à la tête d'application, et un support d'application 25 pour soutenir un outillage. Figure 2, le robot poly-articulé 10 est ici formé d'un robot de type 10 poly-articulé 6 axes, connu en soi, et comprend un premier bras 11 monté autour d'une liaison axiale A2 par rapport à un bras porteur 13 et un deuxième bras 15 monté autour d'une liaison axiale A4 par rapport au premier bras 11. Le bras porteur 13 est monté autour d'un premier axe de rotation Al vertical par rapport à une embase 17 montée fixe par rapport 15 au sol. La tête d'application 1 est reliée au deuxième bras 15 par l'intermédiaire d'une articulation à trois axes de rotation dont le premier, A3, est porté par la direction axiale du deuxième bras porteur 15, le deuxième, A6, perpendiculaire au précédent et le troisième, A5, perpendiculaire au deuxième. Pourvu de cette articulation ou poignet, le 20 robot permet de déplacer la tête d'application 1 et le rouleau d'application 5, 5' suivant n'importe quelle trajectoire rectiligne ou curviligne dans la zone de drapage. Le support d'application est formé ici d'une table pivotante 25 montée autour d'un deuxième axe de rotation A7, parallèle au premier axe de rotation Al. La table porte un outillage 25 26 formé d'une plaque carrée présentant une surface d'application 26a plane. Figure 4, la zone de drapage 9 s'étend entre deux plans limites P3, P4 parallèles à un premier plan de référence Pl, porté par le premier axe de rotation Al. Les deux plans limites sont disposés symétriquement de 30 part et d'autre d'un deuxième plan de référence P2, parallèle au premier plan de référence Pl et porté par le deuxième axe de rotation A7. L'un des deux plans limites, appelé premier plan limite P4, est intercalé entre les deux plans de référence Pl et P2. La zone de drapage est définie par le cercle passant par les quatre coins de la plaque. La zone de drapage 9 35 y apparaît en plan perpendiculairement à l'axe de rotation A7, mais il convient de noter que selon la définition de l'invention, cette zone est en 3044580 8 général un espace à trois dimensions, délimité par les plans limites P3 et P4. Selon l'invention, l'embouchure 23 du cantre 19 appartient à un plan dit médian P0, parallèle aux plans de référence Pl, P2, et 5 perpendiculaire au plan P5 passant par les axes de rotation Al et A7, le plan moyen est disposé entre les deux plans limites P3, P4, et en particulier entre le deuxième plan de référence P2 et le deuxième plan limite P3. L'embouchure se projette sur le deuxième plan de référence P2, le premier plan limite intercalé P4 et le premier plan de référence Pl, 10 à trois distances non nulles et respectivement croissantes D2 REVENDICATIONS1. Machine d'application de fibres comprenant : - une tête d'application (1) de fibres avec un système de 5 compactage (3) comprenant au moins un rouleau d'application (5), - un robot poly-articulé apte à déplacer la tête d'application dans une zone de drapage (9) pour réaliser le drapage des fibres avec un premier bras (11) monté autour d'une liaison axiale (A2) par rapport à un bras porteur (13) et un deuxième bras (15) monté autour d'une liaison 10 axiale (A4) par rapport au premier bras, le bras porteur étant monté autour d'un premier axe de rotation (A1) par rapport à une embase (17), la tête d'application étant reliée au deuxième bras, - un cantre (19) pour le stockage d'au moins une fibre continue, et - des moyens d'acheminement (21) pour acheminer au moins une 15 fibre, d'une embouchure (23) du cantre à la tête d'application, ladite zone de drapage s'étend entre deux plans limites (P3, P4), parallèles à un premier plan de référence (P1) porté par le premier axe de rotation, caractérisée en ce que les deux plans limites (P3, P4) sont disposés 20 symétriquement de part et d'autre d'un deuxième plan de référence (P2), parallèle au premier plan de référence, l'un (P4) des deux plans limites étant intercalé entre les deux plans de référence, et l'embouchure (23) du cantre (19) appartient à un plan médian (P0) parallèle aux plans de référence (Pl, P2) et disposé entre les deux plans limites (P3, P4). 25 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un support d'application (25) apte à entraîner en rotation une surface d'application (26a) autour d'un deuxième axe de rotation (A7), parallèle ou perpendiculaire au premier axe de rotation (Al), disposé dans la zone de drapage (9). 30 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support d'application est une table (25) montée autour du deuxième axe de rotation (A7), parallèle au premier axe de rotation (A1) et le deuxième plan de référence (P2) est porté par ce deuxième axe de rotation (A7). 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le plan 35 médian (P0) auquel appartient l'embouchure (23) est disposé entre le 3 044 5 80 13 deuxième plan de référence (P2) et le plan limite (P3) qui n'est pas intercalé entre les deux plans de référence. 5. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support d'application est un positionneur apte à entraîner en rotation une 5 surface d'application autour du deuxième axe de rotation (A7), perpendiculaire au premier axe de rotation et le deuxième plan de référence (P2) est porté par ce deuxième axe de rotation ou est perpendiculaire à ce deuxième axe de rotation. 6. Machine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce Io que le cantre (19) s'étend perpendiculairement au plan (P0) auquel appartient l'embouchure (23). 7. Machine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de sécurité, comprenant au moins une barrière périmétrique définissant une enceinte de sécurité (27) dans 15 laquelle est placé le robot poly-articulé (10) portant la tête d'application (1), le cantre (19) étant placé à l'extérieur de l'enceinte (27). 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de chauffe de type laser, l'enceinte de protection (27) formant un écran au rayonnement laser, le système de chauffe 20 comprenant une optique laser montée sur la tête d'application (1), une source laser disposée à l'extérieur de l'enceinte, de préférence avec son système de refroidissement associé, et au moins une fibre optique pour acheminer le faisceau laser, de la source à l'optique laser. 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce 25 qu'elle comprend une tête d'application de fibres, avec une partie fixe (101) et une partie mobile (102), la tête étant montée par la partie fixe au robot poly-articulé selon un axe d'assemblage, la partie mobile, qui comprend le système de compactage et des moyens de guidage, étant montée coulissante sur la partie fixe selon un plan de coulissement, l'axe 30 d'assemblage et le plan de coulissement étant parallèles entre eux, la partie mobile étant montée sur la partie fixe de sorte que l'axe de rotation du rouleau de compactage est disposé perpendiculairement au plan de coulissement, et du côté du plan de coulissement qui est opposé à l'axe d' assemblage. 35 10. Machine selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une tête bidirectionnelle avec un système de 3044580 14 compactage manoeuvrable entre deux positions par rapport aux moyens de guidage pour appliquer les fibres dans deux directions opposées. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que lesdits moyens d'acheminement (21) comprennent des tubes 5 flexibles, assemblés en extrémité d'une part à la tête d'application (1), et d'autre part au niveau de l'embouchure (23) du cantre (19). 12. Procédé de réalisation de pièces en matériau composites comprenant l'application de fibres continues sur une surface d'application, caractérisé en ce que ladite application est réalisée au 10 moyen d'une machine d'application de fibres selon l'une des revendications 1 à 11. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend l'application de fibres sur une surface d'application pour former plusieurs plis de fibres superposés dans différentes orientations, 15 chaque pli étant réalisé par application d'une ou plusieurs bandes selon une orientation, chaque bande étant formée d'une ou plusieurs fibres et étant appliquée par déplacement de la tête d'application (1) dans une direction parallèle au plan (P0) auquel appartient l'embouchure (23) du cantre (19), de sorte que, lors de l'application de la bande l'angle de 20 débattement (a), entre ledit plan (P0) auquel appartient l'embouchure (23) et le plan (P6) vertical passant par l'embouchure et la tête est compris, entre 0 et ± 30°.