Brevet FR3073168A1 — publié le 20190510

Procédé de fabrication d'une pièce aéronautique tridimensionnelle ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce pour aéronef notamment d'une pièce de cockpit d'aéronef, de cabine ou encore d'une zone technique (soute, ...), ce procédé permettant de réaliser des pièces moulées, ayant des caractéristiques techniques répondant aux normes de sécurité dans le domaine aéronautique notamment de tenue au feu et/ou en température, de tenue mécanique et aux chocs, tout en présentant éventuellement un état de surface agréable au toucher et/ou ayant un aspect esthétique particulier. Elle concerne également une pièce pour aéronef tel qu'un composant moulé d'un cockpit, de cabine ou encore d'une zone technique, directement obtenue 15 par ce procédé, cette pièce étant éventuellement configurée pour recevoir et supporter au moins un instrument de vol ou module d'équipement. Arrière-plan technologique La présente invention intervient dans un contexte global de recherche constante d'améliorations des aéronefs et de leur sécurité. 20 De nombreuses recherches sont ainsi menées pour améliorer l'aménagement intérieur d'une cabine, d'une zone technique telle qu'une soute, ou encore du poste de pilotage d'aéronef, appelé aussi cockpit d'aéronef. Typiquement, dans un aéronef à usage commercial ou privé, c'est-à25 dire pour le transport de passagers et/ou de marchandises, sont disposés 2 des éléments d'aménagement tels que des planches de bord, une console centrale séparant les sièges de pilote, des panneaux définissant des parois du poste de pilotage, notamment celles d'un petit couloir donnant accès à une porte blindée protégeant l'accès au poste de pilotage, de meubles électriques, 5 de coffres à bagages, d'habillages hublots ou encore de meubles d'office d'aéronef. Ces éléments d'aménagement sont généralement réalisés en sandwich composite, ce qui leur confère une grande rigidité pour une faible masse. Ces éléments comprennent ainsi typiquement une âme en nid d'abeille, ou autre, 10 flanquée de part et/ou d'autre d'une peau en fibre. Toutefois, on constate que la réalisation de pièces pour aéronef ayant des formes complexes, notamment des cuvettes pour recevoir des instruments ou modules d'équipement, ou ayant des formes gauches complexes ou tridimensionnelles, est difficile. En effet, et à titre purement illustratif, ces pièces sont souvent réalisées par assemblage de panneaux plats par des techniques conventionnelles de menuiserie (tenon/mortaise, ...) et par collage. Par conséquent, il existe un besoin pressant pour une solution permettant de réaliser des pièces composites répondant aux contraintes ci-20 dessus énoncées. Objet de l'invention La présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de fabrication d'une pièce composite, moulée, simple dans sa conception et dans son mode opératoire, rapide et 25 économique, permettant de renforcer efficacement cette pièce notamment lorsqu'elle est de forme complexe, sans l'alourdir de manière trop importante. Un autre objet de la présente invention est un tel procédé permettant de réaliser des pièces composites moulées présentant une meilleure tenue 30 lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées et/ou au feu. 3 Encore un objet de la présente invention est un tel procédé permettant de conférer aux pièces moulées un état de surface agréable au toucher et/ou un aspect esthétique particulier. Encore un autre objet de la présente invention est un tel procédé 5 permettant d'intégrer de manière très aisée des éléments de renfort et/ou des inserts. La présente invention concerne encore une pièce composite moulée obtenue directement par ce procédé de fabrication, telle qu'un composant de cockpit d'aéronef ou un meuble technique, cette pièce étant d'un seul tenant, 10 rigide tout en présentant une faible masse. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce pour un aéronef, ladite pièce étant d'un seul tenant et renforcée par des fibres. 15 Selon l'invention, on produit en une seule fois ladite pièce par moulage de fibres de renforcement et d'une mousse de polyuréthane (PUR) et/ou d'une mousse de polyisocyanurate (PIR), au moins certaines desdites fibres de renforcement étant des fibres courtes intégralement positionnées dans ladite mousse de polyuréthane (PUR) et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR). La pièce pour aéronef ainsi obtenue ne résulte donc pas de l'assemblage de plis produits séparément mais est, au contraire, avantageusement formée par moulage en une seule opération (« one-shot process »). Il en résulte des temps de production plus courts. Grâce à ce procédé, la pièce aéronautique obtenue peut présenter 25 directement une forme et un état de surface ne nécessitant aucune étape supplémentaire de finition après réalisation de celle-ci. Cela présente l'avantage de s'affranchir d'opérations engendrant des coûts supplémentaires (outillage, temps de réalisation, assemblage, bordurage, ...). Il est aussi possible de conférer directement un état de surface 30 apparent à cette pièce aéronautique, par exemple au moyen d'une peau placée directement sur une paroi du moule. Cette peau peut être utilisée 4 pour conférer à la pièce moulée un toucher agréable et/ou une apparence esthétique particulière. Toutefois, et bien entendu, la pièce ainsi obtenue peut aussi être soumise à un ou plusieurs traitements supplémentaires pour renforcer ses 5 caractéristiques techniques intrinsèques, par exemple une étape de recuit. Bien que la présente invention ait été conçue pour la réalisation de pièces moulées d'un seul tenant dans le domaine aéronautique, elle pourra s'appliquer également à la réalisation de pièces dans les domaines automobile et ferroviaire. 10 Le présent procédé autorise ainsi l'utilisation de matériaux qualifiés pour les domaines aéronautiques, automobiles ou encore ferroviaires, et notamment des formulations spécialement développées pour leur faible inflammabilité, pour présenter des dégagements réduits de fumées, une faible toxicité et une émission de chaleur réduite selon les normes FAR 25 et 15 ABD0031. Ce procédé permet encore de varier localement les épaisseurs de la pièce moulée pour aéronef en jouant localement sur la quantité de mousse projetée ou coulée. A titre purement illustratif, ces épaisseurs peuvent varier entre 2 et 100 mm. Un tel procédé est particulièrement avantageux en ce que 20 contrairement aux panneaux sandwich de l'état de l'art, aucun usinage, notamment de l'âme, n'est requis pour ajuster l'épaisseur d'une zone locale d'une pièce. Chaque mousse comporte un agent d'expansion pour assurer son expansion. A titre purement d'exemple, cet agent d'expansion est de l'eau (1-120) ou de l'hydrofluorocarbure (HFC). De manière avantageuse, on peut contrôler la quantité de mousse déposée ou coulée ainsi que son taux d'expansion pour ajuster localement l'épaisseur de ladite pièce. La réaction est avantageusement exothermique permettant, dans des conditions normales de températures, la polymérisation de l'ensemble. De préférence, ce procédé peut être mis en oeuvre pour fabriquer un élément de cockpit tel qu'une planche de bord, un élément d'une console configurée pour soutenir un ou plusieurs instruments, un élément de cabine 5 ou d'une zone technique (soute, ...), un meuble ou encore un panneau d'habillage. Un tel panneau composite moulé est ainsi dépourvu d'une âme en nid d'abeille, en balsa ou encore en caoutchouc. 5 Selon un aspect du procédé de l'invention, lesdites fibres courtes sont réparties de manière homogène, ou sensiblement homogène, dans l'ensemble de ladite pièce pour former un réseau de fibres. On s'assure ainsi d'une meilleure reprise des efforts susceptibles de s'appliquer sur la pièce tridimensionnelle moulée. 10 il est possible d'ajuster le taux de fibres de 0 à 50% en poids. De manière avantageuse, cette variation du taux de fibres courtes permet d'adapter, ou ajuster, le comportement mécanique de la pièce ainsi créée, notamment en termes de traction, de flexion, de résistance à l'arrachement, ... Selon un autre aspect du procédé de l'invention, lesdites fibres courtes 15 sont obtenues par découpage et introduites de manière continue dans ladite mousse de polyuréthane (PUR) et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR) lors de sa coulée dans ou projection sur ledit moule. Ce procédé permet ainsi avantageusement de générer les fibres courtes au fur et à mesure de la fabrication de la pièce par découpe par exemple de 20 fibres longues. Ce découpage peut être réalisé au moyen d'au moins un outil de découpe configuré pour fournir des dimensions longitudinales données auxdites fibres courtes, ces dimensions étant éventuellement ajustables. A titre d'exemple, l'outil de découpe comporte au moins une lame coupante. 25 De manière avantageuse, cette variation de longueur des fibres courtes permet d'adapter, ou ajuster, le comportement mécanique de la pièce ainsi créée, notamment en termes de traction, de flexion, de résistance à l'arrachement, ... Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, ladite mousse 30 de polyuréthane (PUR) et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR) peuvent être chargées, de base, en fibres courtes sans qu'il soit ainsi nécessaire d'ajouter des fibres lors de la coulée ou injection. 6 Selon un aspect supplémentaire du procédé de l'invention, lesdites fibres de renforcement comprennent également des fibres longues appartenant à au moins un revêtement fibreux sec placé sur une ou au moins une des faces dudit moule utilisé pour la fabrication de ladite pièce avant 5 introduction de ladite mousse de polyuréthane (PUR) et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR). A titre d'exemple, chaque revêtement fibreux se présente sous forme d'un tissu, d'une bande, d'une nappe, d'une tresse ou d'une mèche. Chaque revêtement fibreux est donc sec et imprégné par ladite ou lesdites mousses 10 lors de sa ou de leur coulée ou projection dans ledit moule. Afin de maintenir en position un tel revêtement fibreux sur une face correspondante dudit moule, lorsque cette dernière présente une empreinte de la pièce à produire, la surface externe de ce revêtement peut être encollée, par exemple au moyen d'un adhésif pulvérisable. 15 De manière alternative, ou en supplément, au moins un renfort thermoplastique est placé sur ladite ou au moins une des faces dudit moule utilisé pour la fabrication de ladite pièce avant introduction de ladite mousse de polyuréthane (PUR) et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR) chargée en fibres courtes. 20 Selon un autre aspect du procédé de l'invention, au moins un élément choisi dans le groupe comprenant un élément de renfort, une fixation, un insert, une gaine et des combinaisons de ces éléments, est placé dans et/ou sur ladite ou au moins une des faces dudit moule utilisé pour la fabrication de ladite pièce avant introduction de ladite mousse de polyuréthane (PUR) 25 et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR) chargée en fibres courtes. A titre d'exemple, ladite pièce étant obtenue par coulée ou par projection de la ou des mousses dans un moule, on positionne au préalable ledit au moins un élément de renfort tel qu'une tige ou barre de renfort et/ou ledit au moins un insert dans l'espace vide délimité par les parois dudit moule ou par 30 au moins un revêtement fibreux déposé sur au moins une des faces de ce moule et/ou par une face de ce moule. 7 Ces éléments de renfort peuvent être métalliques, en plastique, en bois, ... A titre purement illustratif, il peut s'agir d'une tige ou d'une barre. On réalise ainsi en une seule étape une pièce aéronautique équipée d'au moins un élément de renfort, d'une fixation, d'un insert, d'une gaine et des 5 combinaisons de ces éléments. Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, on chauffe le moule à une température comprise entre 30 et 60 C. Selon un autre aspect du procédé de l'invention, on réalise une étape de post-traitement consistant en une chauffe de la pièce aéronef 10 tridimensionnelle ainsi obtenue à une température comprise entre 80°C et 180°C. Un tel post-traitement permet avantageusement d'augmenter les caractéristiques mécaniques de tenue en température de cette pièce pour aéronef. 15 Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, ladite mousse de polyuréthane (PUR) et/ou mousse de polyisocyanurate (PIR) comprennent un ou plusieurs agents retardateurs de flamme et/ou un ou plusieurs agents anti-UV et/ou un ou plusieurs anti-oxydants. On pourra également ajouter des anti-oxydants pour limiter le jaunissement 20 lors de la fabrication de la pièce tels que les composés phosphorés (phosphonites et/ou phosphites) et les phénoliques encombrés. On peut ajouter ces antioxydants dans des quantités inférieures à 10% en masse de la masse totale de la composition et préférentiellement de 0,1 à 5%. De la même manière, des agents retardateurs de flamme peuvent également 25 être ajoutés à ladite ou auxdites mousses. Ces agents peuvent être halogénés ou non-halogénés. Parmi les agents halogénés, on peut citer les produits chlorés. On peut également utiliser comme agent non-halogéné les additifs à base de phosphore tels que le phosphate d'ammonium, de polyphosphate, de phosphinate ou de pyrophosphate, le cyanurate de mélamine, le 30 pentaérythritol, les zéolithes ainsi que les mélanges de ces agents. Il est encore possible d'utiliser de l'oxyde d'aluminium trihydrate (ATH - "Alumina Trihydrate") et du borate de zinc. La composition peut comprendre ces 8 agents dans des proportions allant de 3 à 50% par rapport à la masse totale de la composition. On pourra également ajouter des composés colorants ou azurants. Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, lesdites fibres 5 sont choisies dans le groupe comprenant des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de basalte et des combinaisons de ces éléments. Bien entendu, d'autres fibres de renfort pourraient être mises en oeuvre telles que des fibres naturelles. L'emploi de fibres de basalte assure de manière avantageuse une meilleure 10 tenue en température de la pièce pour aéronef. Elles sont donc préférées pour la réalisation de pièces composites moulées devant présenter une bonne tenue au feu et/ou à la chaleur et/ou au froid. Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, lesdites fibres courtes sont des fibres ayant des dimensions comprises entre 6 mm et 200 15 111111. Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, ladite mousse de polyuréthane ou mousse de polyisocyanurate est introduite sous forme d'une mousse ayant une masse volumique comprise entre 40 et 500 Kg/m3, de préférence comprise entre 50 et 300 Kg/m3. 20 Selon encore un autre aspect du procédé de l'invention, ladite mousse de polyuréthane ou ladite mousse de polyisocyanurate est coulée ou projetée, par exemple au moyen d'une tête de pulvérisation. Selon un autre aspect du procédé de l'invention, au moins un revêtement additionnel est préalablement disposé sur au moins une face 25 dudit moule pour obtenir un effet de finition. Il peut s'agir d'un élément choisi dans le groupe comprenant gelcoat, d'au moins une couche de peinture, d'une peau en polyuréthane souple, d'une peau en polyisocyanurate souple, d'un tissu de finition tel qu'en cuir, TEP, alcantara, ...) et des combinaisons de ces éléments. 30 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but 9 explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels: - la Figure 1 est une représentation schématique d'une première étape du procédé de fabrication d'une pièce moulée pour aéronef selon un mode 5 de réalisation particulier de la présente invention, dans laquelle on place des éléments de renfort dans un moule ; - la Figure 2 montre une deuxième étape du procédé de fabrication illustré à la Fig. 1, selon laquelle on introduit par coulée ou par projection/pulvérisation une mousse de polyuréthane chargée en fibres 10 courtes dans ledit moule ; - la Figure 3 montre une troisième étape du procédé de fabrication illustré à la Fig. 1, selon laquelle on ferme ledit moule et on démarre l'expansion de ladite mousse ; - la Figure 4 montre une quatrième étape du procédé de fabrication 15 illustré à la Fig. 1, cette étape correspondant à la fin de l'expansion de ladite mousse dans ledit moule ; - la Figure 5 montre une cinquième étape du procédé de fabrication illustré à la Fig. 1, selon laquelle on polymérise ladite mousse ; - la Figure 6 montre une sixième étape du procédé de fabrication 20 illustré à la Fig. 1, selon laquelle on démoule ladite pièce ainsi obtenue ; - la Figure 7 montre une première alternative à la première étape du procédé de fabrication illustré à la Fig. 1, dans laquelle on place en plus des éléments de renfort, un insert dans le moule avant introduction de la mousse; 25 - la Figure 8 montre une deuxième alternative à la première étape du procédé de fabrication illustré à la Fig. 1, dans laquelle on place en plus des éléments de renfort, un insert et des tissus secs présentant des fibres longues dans le moule avant introduction de la mousse ; - la Figure 9 montre une troisième alternative à la première étape du 30 procédé de fabrication illustré à la Fig. 1, dans laquelle on place en plus des éléments de renfort, un insert et des revêtements additionnels tels que des peaux, dans le moule avant introduction de la mousse ; 10 DESCRIPTION DETAILLEE DE MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Tout d'abord, on note que les figures ne sont pas à l'échelle. Les Figures 1 à 6 représentent schématiquement les étapes de fabrication d'une pièce composite aéronautique selon un mode de réalisation 5 particulier de la présente invention. La figure 2 montre la coulée ou projection d'une mousse de polyuréthane (PUR) rigide chargée en fibres courtes dans un moule 10 après avoir préalablement disposé dans l'espace intérieur vide de ce moule 10 des éléments de renfort 11, métalliques ou réalisés en matière plastique. 10 Cet espace vide est ici déterminé par les seules faces de ce moule 10 mais au moins un revêtement fibreux pourrait avoir été préalablement déposé sur au moins une de ses faces, chaque revêtement fibreux présentant ainsi des fibres longues. Les fibres pourraient être choisies dans le groupe comprenant des 15 fibres de carbone, de verre, de basalte, de kevlar ou autre. Les fibres longues et courtes ne sont pas nécessairement identiques en fonction des applications envisagées pour la pièce. Les fibres courtes qui sont ici des fibres de basalte, présentent, à titre purement illustratif, des dimensions d'environs 50 mm. Le poids en fibres de renforcement est à titre purement 20 illustratif de l'ordre de 40% du poids total de la pièce obtenue. La quantité de mousse 12 de polyuréthane rigide ainsi introduite dans le moule 10 est déterminée de sorte qu'après fermeture du moule 10 et expansion de cette mousse, l'intégralité de l'espace intérieur du moule 10 est remplie avec ladite mousse et lesdits éléments de renfort 11 (étapes 2 et 3). 25 De manière avantageuse, au moins une des parois du moule 10 est une empreinte, ou sensiblement l'empreinte, d'une surface externe de la pièce pour aéronef à fabriquer de manière à conférer à la pièce ainsi moulée, sa forme définitive. Après la fin de l'expansion (Fig. 4), on laisse polymériser ladite mousse 30 12 pour obtenir une pièce durcie (étape 5) puis on démoule 10 cette pièce (étape 6). 11 Alternativement, ce procédé de fabrication pourrait comprendre les étapes suivantes : projection sur un moule 10 ouvert d'une mousse de polyuréthane (PUR) rigide ou de polyisocyanurate (PIR) rigide, chargée de fibres courtes en ayant préalablement posé un ou plusieurs revêtement 5 fibreux sur les faces pour obtenir un effet sandwich. La Figure 8 montre une deuxième alternative à la première étape du procédé de fabrication illustré aux Fig. 1 à 6, dans laquelle on place en plus des éléments de renfort 11, un insert et des tissus 13 secs présentant des fibres longues dans le moule 10 avant introduction de la mousse. Les 10 éléments portant les mêmes références que ceux représentés sur les Fig. 1 à 6 représentent les mêmes objets lesquels ne seront pas décrits de nouveau ci-après. Chaque tissu 13 sec est mis en forme et maintenu en position en étant collé contre une face correspondante du moule 10. La Figure 9 montre une troisième alternative à la première étape du 15 procédé de fabrication illustré aux Fig. 1 à 6, dans laquelle on place en plus des éléments de renfort 11, un insert et des revêtements 14 additionnels tels que des peaux, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce pour un aéronef, ladite pièce 5 étant d'un seul tenant et renforcée par des fibres, caractérisé en ce qu'on produit en une seule fois ladite pièce par moulage de fibres de renforcement et d'une mousse (12) de polyuréthane (PUR) et/ou d'une mousse (12) de polyisocyanurate (PIR), au moins certaines desdites fibres de renforcement étant des fibres courtes intégralement positionnées dans ladite mousse (12) 10 de polyuréthane (PUR) et/ou mousse (12) de polyisocyanurate (PIR). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres courtes sont réparties de manière homogène ou sensiblement homogène dans l'ensemble de ladite pièce pour former un réseau de fibres. 15 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites fibres courtes sont obtenues par découpage et introduites en continue dans ladite mousse (12) de polyuréthane (PUR) et/ou mousse (12) de polyisocyanurate (PIR) lors de sa coulée dans ou projection sur ledit moule 20 (10). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites fibres de renforcement comprennent également des fibres longues appartenant à au moins un revêtement fibreux sec placé sur une ou 25 au moins une des faces dudit moule (10) utilisé pour la fabrication de ladite pièce avant introduction de ladite mousse (12) de polyuréthane (PUR) et/ou mousse (12) de polyisocyanurate (PIR). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 30 en ce que au moins un renfort thermoplastique est placé sur ladite ou au moins une des faces dudit moule (10) utilisé pour la fabrication de ladite 13 pièce avant introduction de ladite mousse (12) de polyuréthane (PUR) et/ou mousse (12) de polyisocyanurate (PIR). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé 5 en ce qu'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant un élément de renfort, une fixation, un insert, une gaine et des combinaisons de ces éléments est placé dans et/ou sur ladite ou au moins une des faces dudit moule (10) utilisé pour la fabrication de ladite pièce avant introduction de ladite mousse (12) de polyuréthane (PUR) et/ou mousse (12) de 10 polyisocyanurate (PIR). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite pièce d'aéronef est un élément de cockpit tel qu'une planche de bord, un élément d'une console configurée pour soutenir un ou plusieurs 15 instruments, un élément de cabine ou d'une zone technique (soute, ...), un meuble ou encore un panneau. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on réalise une étape de post-traitement consistant en une chauffe de 20 la pièce aéronef tridimensionnelle ainsi obtenue à une température comprise entre 80°C et 180°C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite mousse (12) de polyuréthane (PUR) et/ou mousse (12) de 25 polyisocyanurate (PIR) comprennent un ou plusieurs agents retardateurs de flamme et/ou un ou plusieurs anti-oxydants. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites fibres sont choisies dans le groupe comprenant 30 des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de kevlar ou des fibres de basalte. 14 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque revêtement fibreux se présente sous forme d'un tissu, d'une bande, d'une nappe, d'une tresse ou d'une mèche. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite mousse (12) de polyuréthane ou mousse (12) de polyisocyanurate a une masse volumique comprise entre 40 et 500 Kg/m3. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 10 caractérisé en ce qu'au moins un revêtement additionnel est préalablement disposé sur au moins une face dudit moule (10) pour obtenir un effet de finition.