Brevet FR3054160A1 — publié le 20180126

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une préforme pour la fabrication d'une pièce mécanique composite par drapage automatique, de préférence dans le domaine aéronautique. Le procédé de drapage automatique de fibres sèches ou pré-imprégnées 5 est aujourd'hui bien connu de l'homme du métier, cependant cette technologie de dépose de fibres n'est aujourd'hui utilisée que pour fabriquer des « peaux » en composite. L'intégration d'éléments tels que des raidisseurs sur la peau se fait par l'ajout d'un élément rapporté, fabriqué à part. Le tout étant par la suite co-cuit dans le 10 cas d'un pré-imprégné, co-injecté de résine dans le cas de structures fibreuses sèches ou bien assemblé par des éléments mécaniques. Ces éléments rapportés peuvent être de différentes natures : pièces métalliques, pièces composites, pré-imprégnés, préforme sèche tissée 3D, pièce thermoplastique. Il est possible d'assembler mécaniquement ces éléments de structures 15 fibreuses sèches sur une peau fabriquée à part, par divers moyens (couture, tufting ou touffetage, aiguilletage, Z-pining) afin de renforcer leur cohésion. L'ajout d'un élément rapporté sur une peau génère plusieurs problèmes, notamment concernant le positionnement et le maintien en position de l'élément rapporté sur la peau déjà drapée, mais aussi les opérations de manutention 20 additionnelles nécessaires à l'ajout des éléments rapportés, ou encore le manque de cohésion entre la peau et l'élément rapporté. Ces inconvénients trouvent leur origine dans le fait que le drapage automatique n'est possible qu'à partir de fibres sèches se présentant sous la forme de rubans qui sont drapés ensemble à l'aide d'un automate de drapage automatique. 25 L'encombrement de la tête de dépose et l'agilité de l'automate rendant complexe le drapage de forme trop accidentées et il est necessaire de draper une peau à part, ce qui implique que les structures à intégrer soient rapportées ultérieurement au drapage de la peau. La présente invention vise à proposer une solution permettant de 30 s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique dans le drapage automatique, notamment ceux précités. À cet effet la présente invention concerne un procédé de réalisation d'une préforme pour la fabrication d'une pièce mécanique composite, la préforme comprenant au moins un ensemble de rubans principal et au moins un ensemble de 35 rubans supplémentaire caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : 3054160 2 A. étendre une première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentairesur l'au moins un ensemble de rubans principal ; et B. agencer une deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire de façon à former une structure de raidissement. Grâce à ces dispositions, la cohésion de la préforme est améliorée. En effet, la peau de la préforme constituée par l'au moins un ensemble de ruban principal et la première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire est formée avec la structure de raidissement, comprenant la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire. Selon un aspect de l'invention, la structure de raidissement comprend la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire. Selon un aspect de l'invention, l'au moins un ensemble de rubans principal constitue un pli. Selon un aspect de l'invention, l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire constitue un pli. Selon un aspect de l'invention, l'étape A est réalisée par un ensemble de drapage automatique. Selon un aspect de l'invention, le procédé de réalisation d'une préforme par drapage automatique est réalisé à l'aide d'un moyen de placement de ruban de fibre connu sous le nom d'AFP (Automated Fibre Placement) et utilisant des rubans de fibre dites « Seche » c'est-à-dire présentant une très faible quantité de liant (Binder) activé par la chaleur, pour consolidation de pièce composite par procédé LCM (Liquid Composite Moulding) d'infiltration d'une resine liquide et durcissement. La préforme est caractérisée en ce que certaines couches de rubans drapées sont volontairement partiellement non liées au reste de la preforme lors de la dépose, puis écartées et agencées pour former une structure de raidissement locale. Ainsi, les opérations manuelles sont réduites. Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend une étape A' subséquente à l'étape A, consistant à fixer la première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire à l'au moins un ensemble de rubans principal. Grâce à ces dispositions, la première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire et l'au moins un ensemble de rubans principal sont maintenus ensemble. Selon un aspect de l'invention, l'étape A' est réalisée par l'ensemble de drapage automatique. 3054160 3 Selon un aspect de l'invention, la préforme comprend un liant thermosensible, disposé sur l'au moins un ensemble de rubans principal et sur l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire. Selon un aspect de l'invention, l'étape A'consiste en chauffer puis 5 compresser l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire l'au moins un ensemble de rubans principal de façon à activer le liant thermosensible. Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape B, on redresse la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire de façon à ce que la deuxième portion fasse saillie par rapport à l'au moins un ensemble de rubans 10 principal et à la première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire. Selon un aspect de l'invention, la préforme comprend un élément rapporté destiné à coopérer avec la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire de façon à former la structure de raidissement, et le procédé 15 comprend une étape BO, antérieure à l'étape B, consistant à disposer un l'élément rapporté sur l'au moins un ensemble de ruban principal. Grâce à ces disposition, la structure de raidissement est renforcée par l'élément rapporté. Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape B, on redresse la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire de façon à étendre la 20 deuxième portion le long d'au moins une partie de l'élément rapporté. Grâce à ces dispositions, la structure de raidissement est renforcée et la cohésion de la strucure de raidissement au sein de la préforme est assurée. Selon un aspect de l'invention, la préforme comprend deux ensembles de rubans supplémentaires, et lors de l'étape B, on redresse les deuxièmes portions des 25 deux ensembles de rubans supplémentaires de façon à ce qu'elles soient agencées l'une contre l'autre, ou agencées chacune contre au moins une partie de l'élément rapporté. Grâce à ces dispositions, la structure de raidissement est renforcée, la cohésion de la strucure de raidissement au sein de la préforme est assurée et l'agencement des deuxièmes portions des deux ensembles de rubans supplémentaires 30 est facilitée. En effet, chacune des deuxièmes portions s'appuient l'une contre l'autre ou s'étendent de chaque coté de l'élément rapporté ce qui facilité la construction de la structure de raidissement. On entend par agencées l'une contre l'autre, adjacentes l'une à l'autre. Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend une étape B', 35 subséquente à l'étape B, consistant à fixer les deuxièmes portions des deux ensembles de rubans supplémentaires l'une à l'autre ou à fixer chacune des deuxièmes portions à 3054160 4 au moins une partie de l'élément rapporté. Grâce à ces dispositions, les deuxièmes portions des deux ensembles de rubans supplémentaires sotn maintenues ensemble ou sont maintenues chacune à au moins une partie de l'élément rapporté La présente invention se rapporte en outre à une préforme pour la 5 réalisation d'une pièce mécanique obtenue par un procédé conforme à l'une quelconque des étapes susmentionnées. La présente invention se rapporte en outre à un procédé de réalisation d'une pièce mécanique composite comprenant les étapes consistant à : réaliser une préforme conformément à l'une quelconque 10 des étapes susmentionnées ; imprégner la préforme d'une matrice, cuire la préforme imprégnée. Selon un aspect de l'invention, l'étape consistant à imprégner la préforme d'une matrice peut par exemple consister en une injection selon un procédé 15 de type RTM (Resin Transfer Molding) ou en une infusion, ces procédés étant bien connus de l'homme du métier. Selon un aspect de l'invention, la matrice comprend par exemple une résine. Selon un aspect de l'invention, l'ensemble de drapage automatique 20 comprend un élément chauffant et un élément compresseur. On entend par étendre la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire le long d'au moins une partie de l'élément rapporté, couvrir ou envelopper au moins une portion de l'élément rapporté à l'aide de la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire. 25 Selon un aspect de l'invention, l'élément rapporté comprend une face supérieure et au moins une face latérale. Selon un mode de réalisation, lors de l'étape B, on étend la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire uniquement sur l'au moins une face latérale de l'élément rapporté, de façon à ce que la face supérieure de 30 l'élément rapporté soit libre, c'est-à-dire non recouvert. Selon un autre mode de réalisation, lors de l'étape B, on étend la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire sur l'au moins une face latérale et la face supérieure de l'élément rapporté, de façon à recouvrir totalement l'élément rapporté. 35 D'autre part, la présente invention peut comprendre, de manière optionnelle, notamment les caractéristiques suivantes : 3054160 5 l'ensemble de raidissement est issu du redressement d'un ou deux groupes de couches de fibres partiellement liées à l'ensemble de la préforme ; l'ensemble de raidissement obtenu par redressement des groupes de 5 fibres non-liés forme une section en T ; L'ensemble de raidissement obtenu par redressement des groupes de fibres non-liés formant deux L ;l'ensemble de raidissement obtenu par redressement des groupes de fibres non-liés forme une section en Omega ; 10 La fibre neutre de l'ensemble de raidissement suit une courbe nécessitant des recouvrements de parties contigues ; le procédé comprend au moins une étape de recouvrement au moins partiel de l'élément rapporté par au moins une portion d'au moins un ruban ; le recouvrement peut être réalisé de manière à ce que la portion 15 suive le profil de l'élément rapporté ; le procédé comprend une étape d'imprégnation ; l'étape d'imprégnation peut être subséquente à l'étape de recouvrement de l'élément rapporté. La présente invention concerne aussi une préforme réalisée selon un procédé selon la présente invention comprenant un liant thermosensible. 20 La préforme selon la présente invention comprend un ensemble de raidissement. La préforme selon la présente invention peut comprendre un élément rapporté disposé au sein de la préforme, c'est-à-dire intégré dans la préforme, pouvant être un raidisseur. 25 La présente invention concerne aussi une préforme réalisée selon un procédé selon l'invention comprenant un raidisseur intégré à la préforme, c'est-à-dire fabriquée à partir de rubans utilisés pour fabriquer la préforme, une telle préforme peut aussi comprendre un élément rapporté selon la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 30 lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue partielle d'une préforme à un stade de fabrication selon un procédé de la présente invention ; la figure 2 représente la partie de la préforme de la figure 1 selon un 35 stade ultérieur de fabrication à celui de la figure 1 selon un procédé de la présente invention ; 3054160 6 la figure 3 représente un arrangement de rubans de la préforme selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 4 représente une vue partielle d'une préforme selon un premier mode de réalisation de la présente invention fabriquée selon un procédé 5 de la présente invention ; la figure 5 représente une vue partielle d'une préforme selon un second mode de réalisation de la présente invention fabriquée selon un procédé de la présente invention, impliquant un élément rapporté ; la figure 6 représente une vue partielle d'une préforme selon un 10 troisième mode de réalisation de la présente invention fabriquée selon un procédé de la présente invention, impliquant un élément rapporté ; la figure 7 représente une vue simplifiée d'un dispositif de drapage automatique selon la présente invention. Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues 15 désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. En référence à la figure 1, on décrit une vue partielle d'une préforme 1 à un stade de fabrication selon un procédé de la présente invention. La préforme 1 est fabriquée grâce à un procédé de drapage automatique à l'aide d'un automate de drapage automatique sur un moule 2 de plusieurs 20 ensembles de rubans principaux, dits ensembles 3 ci-après. Chaque ensemble de rubans comprend au moins deux rubans disposés les uns sur les autres et fabriqués à partir de fibres sèches. Les ensembles de rubans comprennent en outre un liant thermosensible disposé sur au moins une partie d'une surface de l'un des rubans destinée à venir en contact avec l'autre ruban. 25 Les rubans sont liés entre eux par le liant thermosensible lorsqu'il est chauffé. Les rubans sont ainsi liés entre eux au fur et à mesure de leur dépose permettant une grande flexibilité de construction de la préforme. En référence à la figure 2 on décrit la partie de la préforme de la figure 1 30 selon un stade ultérieur de fabrication à celui de la figure 1 selon un procédé de la présente invention. À ce stade, par rapport à la figure 1, la préforme 1 comprend un premier ensemble de rubans supplémentaire 31, et un deuxième ensemble de rubans supplémentaire 32. Les premier et deuxième ensembles de rubans supplémentaires 35 31, 32, dits les ensembles 31, 32 ci-après, comprennent chacun au moins une couche de ruban fabriquée à partir de fibres sèches, respectivement 31a et 32a. Les 3054160 7 ensembles 31, 32 sont étendus sur les ensembles 3selon le procédé de drapage automatique selon l'invention à l'aide de l'automate de drapage automatique sur l'ensemble 3 le plus éloigné du moule 2. Les ensemble 31, 32 comprennent une première portion destinée à être 5 ainsi fixée à l'ensemble 3, par activation du liant 4. Les ensembles 31, 32 sont découpés lors d'une étape de découpe du procédé selon la présente invention, de sorte que les ensembles 31 et 32 se chevauchent au niveau d'une zone de chevauchement 5 dans laquelle le liant 4 n'est pas chauffé. 10 Notamment, il est souhaitable de laisser libre, c'est-à-dire non collés, les pans des ensembles 31 et 32 se trouvant dans la zone de chevauchement 5, les pans comprenant l'extrémité de chacun des ensembles 31 et 32 se trouvant au niveau de la zone de chevauchement 5 et la délimitant de manière à pouvoir réaliser des manipulations ultérieures souhaitées sur la préforme 1 et plus particulièrement sur les 15 ensembles 31 et 32. En référence à la figure 3 on décrit un arrangement de rubans de la préforme selon un mode de réalisation de la présente invention. En effet, les ensembles 31 et 32 de rubans peuvent comprendre une pluralité de rubans fabriqués à partir de fibres sèches, respectivement 31a, 31b, 31c, 20 31d, et, 32a, 32b, 32c, 32d superposés les uns aux autres, et fixés entre eux au fur et à mesure de leur dépose. Les rubans de chaque ensemble 31 et 32 sont ici de préférence partiellement liés entre eux, de préférence au moins au niveau de deux zones de bord opposées, par un procédé selon la présente invention impliquant le liant 25 thermosensible et l'étape de chauffage, de manière à faciliter une manipulation ultérieure des ensembles 31 et 32 nécessitant des recourbements des ensembles 31 et 32. En référence à la figure 4, on décrit une étape de manipulation des ensembles 31 et 32 afin de réaliser une structure de raidissement 6 intégrée à la 30 préforme 1 selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation particulier, les ensembles 31 et 32 comprennent chacun une deuxième portion, dite ci-après extrémité 311 et 321 respectivement. Les ensembles 31, 32 sont fixés entre eux de telle sorte que les extrémités 311 et 321 sont juxtaposées. 35 Ainsi, les ensembles 31 et 32 sont accolés l'un à l'autre de manière à créer un profilé de raidissement de la préforme en s'élevant de la préforme 1. 3054160 8 Dans ce cadre, les ensembles 31 et 32 sont progressivement accolés l'un à l'autre et le liant 4 est aussi chauffé de manière progressive au fur et à mesure du déroulement des opérations visant à accoler les ensembles 31 et 32. Ainsi, on obtient une structure de raidissement totalement intégrée à la 5 préforme 1, améliorant ainsi les caractéristiques mécaniques de la pièce finale (préforme imprégnée), notamment dans la mesure où le chemin des contraintes est homogène et surtout continu. En référence à la figure 5 on décrit une autre étape de manipulation des ensembles 31 et 32 afin de réaliser une autre structure de raidissement 6 intégrée à la 10 préforme 1 selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, un élément rapporté 61 de raidissement est disposé sur la préforme 1. Les ensembles 31, 32 s'étendent le long de faces latérales de l'élément rapporté. Autrement dit, les ensembles 31, 32 recouvrent partiellement l'élément rapporté 61. Les ensembles 31 et 32 enveloppent partiellement, en suivant 15 le profil, l'élément rapporté 61 de raidissement. Dans un autre mode de réalisation, le recouvrement pourrait être total au lieu de partiel. Lors de cette dernière opération, les ensembles 31 et 32 sont progressivement fixés par chauffage du liant se trouvant sur les surfaces des ensembles 31 et 32 progressivement mises au contact de l'élément rapporté 61. 20 En référence à la figure 6, on décrit une autre étape de manipulation des ensembles 31 et 32 afin de réaliser une autre structure de raidissement 6 intégrée à la préforme 1 selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Ce mode de réalisation se distingue de celui de la figure 5 notamment en ce que l'élément rapporté 61 de raidissement est complètement enveloppé par les 25 ensembles 31 et 32. On notera dans ce mode de réalisation que les ensembles 31 et 32 se chevauchent dans la zone délimitée par leurs extrémités respectives 311 et 321. De la même manière, les ensembles 31 et 32 sont progressivement fixés par chauffage du liant se trouvant sur les surfaces des ensembles 31 et 32 30 progressivement mises au contact de l'élément rapporté 61, et pour l'ensemble 32 par chauffage du liant se trouvant sur sa surface progressivement mise au contact de l'ensemble 31. À noter que pour les modes de réalisation impliquant un élément rapporté 61, l'élément rapporté 61 peut être aussi bien une pièce métallique que 35 composite, pré-imprégnée ou sèche, par exemple tissée 3D. 3054160 9 Il est à noter que les ensembles 31 et 32 peuvent être recouvert quel que soit le mode de raidissement envisagé par d'autres ensembles 3 de rubans fabriqués à partir de fibres sèches pour renforcer la préforme 1. La figure 7 représente un ensemble de drapage automatique 7 selon un 5 mode de réalisation de la présente invention, comprenant un élément chauffant 71 un élément compresseur 72, ici un rouleau, et un dispositif de découpe. L'élément chauffant 71 est configuré pour activer le liant 4 thermosensible de façon à lier les ensembles 3, 31, 32. L'élément compresseur est configuré pour compresser progressivement les rubans formant la préforme. Les rubans sont coupés au moyen 10 du dispositif de découpe, par exemple un couteau, en fonction des longueurs désirées, par exemple pour réaliser des préformes 1 telles que divulguées dans les figures précédentes. Pour finir, la préforme subit une étape d'imprégnation, puis de cuisson pour former une pièce mécanique finale à partir de la préforme. 15 Bien entendu, la présente invention ne se limite pas simplement aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais comprend toutes les variantes et les moyens équivalents de mise en oeuvre des procédés décrits ci-dessus en tant que les procédés comprennent la fabrication d'une préforme par drapage automatique de fibres sèches en rubans liés entre eux par un liant thermosensible. 20 La présente invention comprend également toutes les préformes fabriquées selon un procédé de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une préforme pour la fabrication d'une pièce mécanique composite comprenant au moins un ensemble de rubans principal (3) et au moins un ensemble de rubans supplémentaire (31, 32) caractérisé en ce qu'il 5 comprend les étapes consistant à : A. étendre une première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire (31, 32) sur l'au moins un ensemble de rubans principal (3); et B. agencer une deuxième portion de l'au moins un ensemble de 10 rubans supplémentaire (31, 32) de façon à former une structure de raidissement (6). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape A est réalisée par un ensemble de drapage automatique. 15 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une étape A' subséquente à l'étape A, consistant à fixer la première portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire (31, 32) à l'au moins un ensemble de rubans principal (3), par exemple par un liant (4) thermosensible. 20 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l'étape B, on redresse la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire (31, 32) de façon à ce que la deuxième portion fasse saillie par rapport à l'au moins un ensemble de rubans principal (3) et à la première portion de 25 l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire (31, 32). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la préforme comprend un élément rapporté (61) destiné à coopérer avec la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire (31, 32) de façon à 30 former la structure de raidissement, le procédé comprenant une étape BO, antérieure à l'étape B, consistant à disposer un l'élément rapporté (61) sur l'au moins un ensemble de ruban principal (3). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, lors de l'étape B, on 35 redresse la deuxième portion de l'au moins un ensemble de rubans supplémentaire 3054160 11 (31, 32) de façon à étendre la deuxième portion le long d'au moins une partie de l'élément rapporté (61). 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la préforme comprend deux ensembles de rubans supplémentaires (31, 32), et dans lequel, lors de l'étape B, on redresse les deuxièmes portions des deux ensembles de rubans supplémentaires (31, 32) de façon à ce qu'elles soient agencées l'une contre l'autre, ou agencées chacune contre au moins une partie de l'élément rapporté (61). 8. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape B', subséquente à l'étape B, consistant à fixer les deuxièmes portions des deux ensembles de rubans supplémentaires (31, 32) l'une à l'autre ou à fixer chacune des deuxièmes portions à au moins une partie de l'élément rapporté (61). 9. Préforme pour la réalisation d'une pièce mécanique obtenue par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé de réalisation d'une pièce mécanique composite comprenant les étapes consistant à : réaliser une préforme (1) conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 8 ; imprégner la préforme (1) d'une matrice, - cuire la préforme (1) imprégnée.25