Brevet FR3050647A1 — publié le 20171103

DESCRIPTION : La présente invention concerne un ski ou un snowboard creux et la méthode de fabrication s'y rapportant. L'art antérieur de la fabrication des skis ou snowboards fait traditionnellement intervenir des noyaux de différentes natures (bois, mousse, nid d'abeille). Ces noyaux perdus ont une rigidité suffisante pour pouvoir être manipulés lors des différentes étapes du process de fabrication du ski avant durcissement de la matrice composite. Les couches de structure sont posées directement au contact du ou des noyaux avant positionnement de l'ensemble du ski dans un moule pour durcissement de la résine ou de la colle pour une liaison parfaite entre les couches. Mais ces noyaux perdus présentent le désavantage d'avoir une masse non négligeable. Le noyau intervient directement dans le comportement du ski mais il présente en retour le désavantage d'augmenter la masse totale du ski. Pour des raisons d'allègement, de performance ou d'esthétique on peut vouloir réaliser un ski entièrement ou partiellement creux. Plusieurs méthodes existent déjà pour atteindre cet objectif . Les brevets d'inventions WO 1 99401 91 75 A1, US 5249819 A, DE3236016 Al , décrivent les manières de réaliser des skis creux cloisonnés mais toujours avec des cloisons rectilignes et symétriques. Ces inventions proposent des méthodes pour réaliser des volumes creux à l'intérieur du ski par gonflage d'un élément souple, par utilisation d'un volume creux fabriqué en une ou plusieurs étapes. Ces volumes présentent tous des inconvénients soit parce que leurs parois sont épaisses, soit parce que leur géométrie est très simple soit parce qu'ils sont obligés d'être enfermés au milieu des couches de construction du ski. Le brevet W01994019175A1 (Process for making a hollow ski and hollow ski made thereby) décrit un moyen de créer une cloison verticale et 2 caissons creux. Avec ce procédé il est très difficile de maitriser la géométrie de la cloison. Le gonflement de la vessie interne peut ne pas être verticale ou ne pas être parallèle à l'axe principal du ski. Elle ne peut être que rectiligne et centrée. Le brevet US5249819A (Ski having a hollow body of uniform width) décrit un ski composé d'un noyau creux obtenu par extrusion, usiné et fermé sur sa face supérieure ou inférieure de sorte que la hauteur de la section varie le long de l'axe longitudinal du ski. Si cette solution présente l'avantage de permettre la réalisation de noyaux avec un nombre de cloisons interne variant de 0 à 3 (de sorte à former un nombre de caissons allant de 1 à 4) de manière simple, elle présente aussi le désavantage de ne pouvoir réaliser que des noyaux de formes rectilignes et constant, sans pouvoir faire varier ni la largeur des caissons ni faire apparaitre ou disparaitre une paroi sur une distance très localisée. De plus l'usinage et l'assemblage du profilé extrudé avec un fond ou un dessus rend peu rentable cet solution technique pour la fabrication d'un ski en série. Le brevet FR2865412 (A1) (Child's ski has hollow injection-moulded polymer body with metal edges and same polymer material used for top and sole) décrit la fabrication d'un ski creux pour enfant utilisant un seul et même matériau pour réaliser la semelle et le noyau, ce dernier comportant une partie creuse sur toute la largeur du ski et sur une bonne partie de la longueur du ski. Si cette construction présente l'avantage de ne comporter qu'un seul matériau, l'absence de cloison interne la rend mal adaptée pour un ski d'adulte, qui plus est pour un ski de compétition nécessitant des caractéristiques mécaniques incompatibles avec ce type de construction. Le brevet VV01994028984A1 décrit un ski monocoque dont l'élément porteur intérieur est recouvert par une coque réalisée en matière plastique non renforcée. La partie intérieure comprise entre la coque 3050647 supérieure et les éléments du sous-ensemble inférieur plat est rempli par un ou plusieurs corps creux dont les parois sont en matière plastique renforcée par des fibres. L'architecture décrite est très sensible à la mise en oeuvre et il sera difficile de garantir un bon positionnement des vessies gonflables et donc des cloisons sur toute la longueur du ski et donc à fortiori d'un ski à l'autre. 5 L'invention concerne plus particulièrement un ski (1) ou un snowboard réalisé en matériaux composites dont la partie interne est remplacée partiellement ou totalement par un ou des volumes vides appelés caissons (13)(14)(15) comportant un réseau de poutres (6)(7)(8) et des cloisons (4) de renfort dont les parois son orientées plus ou moins selon l'axe longitudinal du ski (5). On entend par matériaux 10 composites des matériaux utilisant des empilements de couches de renforts fibreux tissés ou non noyées dans un matrice polymère de type thermoplastique ou thermodurcissable. Les cloisons de renfort (4) et le réseau de poutres (6)(7)(8) réalisés en matériaux composites ont pour fonction de transmettre la pression exercée par le skieur vers le sol. Elles sont créées lors de la fabrication du ski (1) ou snowboard à l'aide de noyaux temporaires (20)(21)(22). Ces derniers peuvent être fabriqués dans une matière soluble ou 15 avec un point de fusion bas, idéalement compris entre 50°C et 190°C. Chaque noyau (20)(21)(22) peut être traversé de part en part verticalement (25) ou dans des directions formant des angles (26) avec l'axe longitudinal (5) et vertical du ski par des renforts (6)(7)(8) de fibres de carbone ou de fibres de verre de sections fermées quelconque correspondant à la section du perçage dans le noyau de sorte à constituer un réseau de poutres résistant à la compression sous le poids du sportif. 20 Les noyaux (20)(21)(22) supportent la structure sèche ou pré-imprégnée non encore polymérisée. Une fois la structure du ski entièrement montée sur le ou les noyaux, le ski (1) ou snowboard est placé dans un moule, sous vide ou en autoclave de sorte à lui faire subir un cycle pression-température pour polymériser la résine. Après démoulage, la structure est rigide. Le produit est alors relativement lourd du fait de la présence des 25 noyaux (20)(21)(22) à l'intérieur de la structure. L'ouverture d'une des parois du ski ou snowboard, par exemple sur la face supérieure avant (10) et/ou arrière (11) du ski (1) par un procédé d'enlèvement de matière, par exemple par usinage, permet de mettre à l'air libre une partie du ou des noyaux (20)(21)(22). Le choix matière de ces derniers a été fait de sorte qu'ils puissent fondre à une température n'affectant pas les caractéristiques mécaniques de la matrice polymère et comprise entre 50°C et 190°C ou être 30 dissout par des solvants n'attaquant pas la structure polymère du ski. La matière des noyaux va donc s'écouler par les ouvertures (10) et/ou (11) créées dans la coque supérieure (2) du ski (1) ou du snowboard. Après retrait des noyaux (20)(21)(22) par fusion ou dissolution on obtient un ski (1) ou un snowboard creux comportant des cloisons (4) créant des caissons (13)(14)(15) traversant le ski (1) ou le snowboard de part en part et un réseau de poutres (6)(7)(8). 35 Ces noyaux peuvent être fabriqués de nombreuses manières. Par exemple, ils pourront être obtenus par moulage, usinage ou fabrication additive. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 40 la figure 1 est une représentation isométrique du ski une fois vidé, les ouvertures ayant été faites sur la face supérieure du ski, 3050647 la figure 2 est une vue arrière du ski montrant l'évolution géométrique des cloisons le long de l'axe longitudinal du ski ainsi que le réseau de poutres composites obtenu après retrait des noyaux temporaires , la figure 3 est une vue en coupe partielle dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du ski 5 pour une configuration de construction conservant une portion en noyau perdu la figure 4 présente l'ensemble des noyaux tels que positionnés dans le moule. Pour une question de compréhension le reste des éléments constituants le ski n'est pas représenté la figure 5 présente une vue en coupe de la figure 4 permettant de visualiser les perçages obliques pour la réalisation des poutres non verticales en composite, 10 la figure 6 présente le même type de vue en coupe que la figure 5 mais localisée différemment pour visualiser les perçages verticaux permettant la réalisation des poutres verticales en composite, Le ski (1) présenté à la figure 1 comprend une coque supérieure (2) dont la géométrie évolue le long de 15 l'axe longitudinal (5) de manière sensiblement différente par rapport à la semelle de glisse (30) positionnée sous le ski (1). Le ski (1) est ainsi plus épais au centre pour résister au poids du skieur et affiné aux extrémités pour pouvoir se déformer et absorber les variations de terrain. Comme illustré, le ski comporte des ouvertures dans la coque supérieure à l'avant (10) et à l'arrière (11). Ces ouvertures laissent apparaitre des cloisons plus ou moins verticales (4) dont la distance aux parois 20 extérieures verticales (3) n'est pas constante le long de l'axe longitudinal (5) du ski. En fonction de la taille et de la position des ouvertures (10) et (11) les cloisons sont rattachées à une paroi ou plus du ski (1). La figure 2 montre que L'invention permet de remplacer partiellement ou totalement les noyaux perdus par un ou des volumes vides (13)(14)(15) comportant un réseau de poutres (6)(7)(8) et des cloisons (4) de renfort dont les parois sont orientées selon l'axe longitudinal du ski (5). Ces cloisons (4) ont la 25 particularité de délimiter des caissons (13)(14)(15) de sorte à apporter de la résistance en flexion et en torsion. L'épaisseur des cloisons peut évoluer. On pourra ainsi localement ajouter un tissu de renfort carbone pour résister à une sollicitation ponctuelle. L'orientation des tissus et la nature des renforts peut aussi évoluer le long des cloisons pour s'adapter aux contraintes et déformations. Les cloisons internes (4) et les parois intérieures (12)(16)(17)((18) ou (19)) sont reliées par des poutres (6)(7)(8) formant ainsi un 30 réseau collaborant mécaniquement à la tenue des cloisons. L'orientation des cloisons est différente tout au long de l'axe longitudinal (5) du ski. Un groupe de poutres verticales (8) reliant la paroi supérieure (18), ou intermédiaires (19) à la paroi inférieure (12) permettra d'amener une résistance à la compression liée à la pression que le skieur exerce vers le sol. Des groupes de poutres faisant des angles avec l'axe vertical (9) et l'axe longitudinal (5) permettent de résister à la déformation des cloisons de chaque caisson. La 35 section des poutres (6) (7) (8) évolue selon leur position dans le caisson et selon le type d'effort auxquelles elles doivent résister. Le nombre de poutres et leur orientation sont différents selon qu'elles se situent dans le caisson central (15) ou dans un des caissons extérieur (13) (14). La détermination de l'agencement des poutres est estimée par calcul par éléments finis et plus particulièrement par l'utilisation des méthodes d'optimisation topologique. L'usinage des ouvertures (10)(11) peut être fait de manière 40 ponctuelle ou plus largement sur une grande majorité de la face avant ou arrière de la coque supérieure (2) du ski (1). Dans le cas où de larges ouvertures auront été usinées, des coques composites pourront être rapportées de sorte à éviter l'introduction de neige dans les caissons lors de la pratique sportive. 3050647 Comme cela ressort de la figure 3 le ski (1) peut comporter partiellement une âme (28) perdue dans sa partie supérieure pour permettre le perçage et le montage des fixations. Cette âme qui est amenée à rester à l'intérieur du ski après fabrication peut être réalisée en bois, en mousse ou en nid d'abeille. Dans le cas d'utilisation d'une telle construction, l'âme (28) est habillée de fibre de verre ou de carbone 5 imprégnée de résine thermodurcissable. Après durcissement ces renforts constitueront une partie de la coque supérieure (2) et la cloison intermédiaire (19). Cette dernière est soutenue par les cloisons plus ou moins verticales (4) et les réseaux de poutres (6)(7)(8) des caissons (13)(14)(15). Les poutres (6)(7)(8) sont de sections fermées pleines ou creuses et comportent dans leurs zones de jonctions avec les parois des évasement (61) permettant de limiter les concentrations de contraintes. 10 Dans une variante de construction les parois verticales extérieure (3) du ski (1) peuvent être réalisées avec un matériau différent de celui employé pour réaliser la mécanisation du ski. La construction du ski (1) est faite à l'aide de couches successives de matériaux de renfort par fibre, idéalement de la fibre de carbone. Les premières couches permettent de constituer ce qui sera après retrait des noyaux la paroi inférieure (12) des différents caissons (13)(14)(15), directement en interface 15 avec la semelle de glisse (30) et contribuant fortement à la résistance à la flexion et à la torsion du ski (1) ou du snowboard. Les renforts composites constituant les cloisons (4) et poutres (6)(7)(8) ainsi que la semelle sont tous placés en même temps dans le moule. Dans une variante de construction, le vidage des noyaux est réalisé par une ou des ouvertures dans la paroi inférieure (12). La semelle de glisse (30) sera alors collée à postériori. 20 La figure 4 représente l'ensemble des noyaux solubles ou fusibles en position avant habillage de la structure composite. Les noyaux peuvent être fabriqués dans une matière soluble ou avec un bas point de fusion, idéalement compris entre 50°C et 190°C. Les noyaux (20)(21)(22) sont pleins ou disposent d'un alvéolage intérieur pour limiter la quantité de matière mise en oeuvre. Cette limitation aura pour effet de diminuer le temps d'élimination du noyau par fusion ou dissolution. Pour cette dernière technique cela 25 permettra aussi de réduire la quantité de solvant à retraiter en fin de process. Qu'ils soient pleins ou alvéolés, Les noyaux doivent résister à la température et la pression lors de la phase de moulage composite pour imposer la géométrie souhaitée, limiter le taux de résine et éviter la pénétration de résine à l'intérieur des noyaux. La première fonction des noyaux est de donner la géométrie interne du ski (1). La distance entre les 30 noyaux et les parois du moule ou entre noyaux adjacents (27) constitue l'épaisseur de structure composite disponible pour constituer les cloisons. Chaque noyau (20)(21)(22) est réalisé de manière monolithique dans l'axe longitudinal (5) du ski. Les noyaux ont une surface inférieure (29) incurvée de sorte à suivre le cambre du ski (1) après moulage. La face supérieure peut disposer d'une face plane (31) supportant la cloison horizontale intermédiaire (19). 35 Dans une construction alternative sans caisson supérieur (32), la face supérieure des noyaux (31) ne sera pas plane et suivra exactement la géométrie du moule du ski décalée de l'épaisseur de la structure composite soit idéalement une distance de 0.75mm à 2mm. Les noyaux (20)(21)(22) se terminent par une arrête fine (24) de sorte que les épaisseurs de structures composites soient toujours maitrisées et ainsi maintenir un taux de résine constant à l'intérieure de toute la structure du ski. 40 Comme illustré aux figures 5 et 6, les noyaux (20)(21)(22) en matière soluble ou à bas point de fusion peuvent être percés pour être traversé par des fils de fibre lors de l'habillage. Un perçage (26) avec un angle par rapport à l'axe vertical (9) permettra de créer une poutre pour limiter la déformation des cloisons 3050647 et jouera sur la raideur globale du ski (1). Un perçage (25) parallèle à l'axe vertical (9) permettra de créer une poutre pour résister à la compression due au poids du skieur. Chaque noyau (20)(21)(22) peut être traversé de part en part verticalement (25) ou dans des directions formant des angles (26) avec l'axe longitudinal (5) et vertical (9) du ski par des renforts (6)(7)(8) de fibres 5 de carbone ou de fibres de verre de section fermée quelconque idéalement cylindrique de sorte à constituer un réseau de poutres. La répartition des perçages (25)(26) peut être différente dans chaque caisson (13)(14) ou (15) et le long de l'axe longitudinal (5) du ski. On aura ainsi une densité de perçages (25)(26) et donc de poutres (6)(7)(8) plus importante sous le pied du skieur au centre du ski, la densité d'élément de type poutre sera plus faible de part et d'autre de cette zone centrale. Chaque perçage (25) 10 ou (26) possède en ses extrémités des rayons permettant de réaliser des congés en composites (61) de sorte à limiter les concentrations de contraintes aux liaisons poutres-cloisons. La différence de géométrie entre les noyaux et les parois du moule ou l'écart entre 2 noyaux adjacents (27) constitue l'épaisseur de structure composite disponible pour constituer les cloisons. 15 Les noyaux (20)(21)(22) supportent la structure sèche ou pré-imprégnée non encore polymérisée. Cette structure se trouve sous forme de tissus de renforts idéalement en carbone, verre ou lin, pré-découpés, et déposés sur les noyaux. Les éléments de type poutre sont réalisés en passant directement des fils de renforts dans les perçages (25)(26). Ces fils peuvent être continus entre les différents perçages de sorte que l'habillage des perçages constitue un réseau continu. Dans une construction alternative, les fils 20 peuvent avoir pour longueur l'épaisseur du noyau plus une sur-longueur. Après passage du fil dans un perçage, la sur-longueur est laissée libre de sorte que cette dernière sera noyée dans la structure à la surface de la couche de tissu adjacente. Une fois la structure du ski entièrement montée sur le ou les noyaux (20)(21)(22), le ski (1) est placé dans un moule, sous vide ou en autoclave de sorte à lui faire subir un cycle pression-température pour 25 polymériser la résine. Après démoulage, la structure est rigide. Le produit est alors relativement lourd du fait de la présence des noyaux (20)(21)(22) à l'intérieur de la structure. Les zones où sont localisées les noyaux sont alors ouvertes. Les ouvertures sur la face supérieure avant (10) et/ou arrière (11) du ski (1) par un procédé d'enlèvement de matière, idéalement de l'usinage, permettent de mettre à l'air libre une partie du ou des noyaux (20)(21)(22). En fonction de leur nature, ils seront retirés par montée en 30 température du ski (1) au dessus du point de fusion de la matière du noyau mais en dessous de la température de vitrification de la matrice thermodurcissable afin de ne pas endommager cette dernière. Placé verticalement, le ski (1) sera alors vidé par écoulement gravitaire de la matière du noyau (20)(21)(22). Dans une autre alternative de construction, on peut retirer le noyau par trempage du ski dans un bain de solvants adéquat attaquant la matière du noyau mais pas la matrice du composite 35 constituant la structure du ski. Après retrait des noyaux on obtient un ski (1) ou un snowboard creux comportant des cloisons (4) créant des tunnels traversant le ski (1) ou le snowboard de part en part et un réseau de poutres (6)(7)(8). REVENDICATIONS1. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant, en matière plastique renforcée par des fibres caractérisé en ce que le ski ou le snowboard est creux et comporte des cloisons non rectilignes ainsi qu'un réseau de poutres 2. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la géométrie des cloisons évolue dans tous les plans le long de l'axe longitudinal du ski ou du snowboard 3. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les cloisons internes sont continues ou discontinues suivant l'axe longitudinal du ski 4. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce des éléments poutres reliant 2 parois internes forment un angle avec l'axe longitudinal du ski 5. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les poutres de sections fermées pleines ou creuses varient en densité et en orientation le long de l'axe longitudinal du ski ou de la planche de snowboard 6. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les renforts de type poutre sont obtenus dans la même étape de fabrication que l'ensemble de la structure 7. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les cloisons sont créées par juxtaposition dans le moule de noyaux temporaires habillés de structure en matériaux composites 8. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les renforts de type poutres sont obtenus par le passage de torons de fibre de même nature que le reste de la structure à travers le ou les noyaux lors de l'habillage de la structure 9. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le ski ou planche de snowboard comporte des ouvertures sur une des parois en amont et en aval de la zone de montage de la fixation de sorte à retirer le noyau temporaire 10. Ski ou snowboard et procédés de fabrication s'y rattachant selon les revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le ou les noyaux sont obtenus pas fabrication additive.