Brevet FR3074084A1 — publié le 20190531

La présente invention se rapporte à une tête d'application spécialement conçue pour une machine d'application de fibres pour réaliser des pièces en matériaux composites, et plus particulièrement à une tête d'application de fibres équipée d'un système de blocage particulier. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de pièces en matériaux composites au moyen d'une tête d'application correspondante. Il est connu des machines d'application de fibre pour l'application au contact sur un outillage de drapage, tel qu'un moule mâle ou femelle, d'une fibre ou d'une bande large formée d'une ou plusieurs fibres plates continues, de type mèches, sèches ou imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique, notamment des fibres de carbone, constituées d'une multitude de fils ou filaments de carbone. Ces machines d'application de fibre, appelées également machines de placement de fibre, comprennent classiquement une tête d'application, un système de déplacement apte à déplacer la tête d'application, des moyens de stockage pour stocker les fibres et des moyens d'acheminement pour acheminer les fibres des moyens de stockage jusqu'à la tête d'application. Cette dernière comprend classiquement un rouleau d'application pour l'application d'une fibre ou d'une bande formée de plusieurs fibres sur une surface d'application d'un outillage de drapage, un système de guidage pour guider les fibres vers le rouleau d'application, et pour chaque fibre, un système de coupe pour couper une fibre, des moyens de réacheminement pour réacheminer la fibre jusqu'au rouleau d'application après une coupe effectuée par le système de coupe, et un système de blocage pour bloquer la fibre venant d'être coupée. Chaque système de blocage comprend classiquement un outil et un contre- outil de blocage. Dans certains systèmes de blocage proposés, notamment dans le document WO 2008/132301 ou le document EP 846 551, un mors mobile se déplace en translation entre une position inactive et une position active suivant une direction de blocage et vient en butée dans la position active contre un contre-outil fixe par rapport à la tête ou par rapport à la direction de blocage. On a constaté que ces systèmes de blocage ne permettaient pas toujours de déterminer avec précision la position dans le plan de guidage, de l'extrémité de la fibre coupée par le système de coupe. Cette imprécision provient du fait que la fibre coupée a tendance à subir un recul dû à l'existence d'une tension de fibre entre les 2 moyens de stockage de la machine d'application ou de placement de fibre et le rouleau de la tête d'application. Ce recul est d'autant plus important que le temps mis par le mors mobile pour se déplacer de la position inactive à la position active est plus grand. 5 On a également constaté que la fibre déplacée par le mors mobile vers le contre-outil peut présenter une courbure préjudiciable à son application par le rouleau de la tête d'application. Cela peut également perturber leur réacheminement. Par ailleurs, notamment dans le cas d'une fibre pré-imprégnée d'une résine thermodurcissable, la fibre peut rester collée au mors mobile, ou plus fréquemment 10 au contre-outil fixe, après avoir été bloquée dans la position active. Le but de l'invention est de proposer une solution visant à pallier au moins l'un des inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet une tête d'application spécialement conçue pour réaliser des pièces en matériaux, comprenant un système d'application, par 15 exemple un rouleau d'application, des moyens de guidage définissant un plan de guidage et un système de blocage pour bloquer une fibre guidée par les moyens de guidage et appliquée par le système d'application, le système de blocage comprenant un premier mors mobile en translation suivant une direction de blocage entre une position inactive et une position active, caractérisée en ce qu'elle comprend un 20 deuxième mors mobile en translation suivant la direction de blocage entre une position inactive et une position active, les premier et deuxième mors étant en butée l'un contre l'autre dans leurs positions actives respectives pour bloquer entre eux une fibre. Par cet agencement, on augmente la vitesse de blocage par rapport à ce 25 qu'elle était dans les systèmes de blocage antérieurs. En effet, les deux mors viennent plus rapidement en butée l'un contre l'autre dans leurs positions actives respectives lorsqu'ils sont mobiles l'un et l'autre en translation suivant la direction de blocage. La tête selon l'invention équipée d'un tel système de blocage facilite la synchronisation du système de coupe et du système de blocage et assure un blocage 30 plus précis de la fibre et ainsi une bonne précision dans le positionnement des extrémités coupées de fibre lors du drapage. Cet agencement permet avantageusement de bloquer une fibre « au milieu », c'est-à-dire sans déviation par rapport à un plan médian disposé à égale distance des 3 moyens de guidage. On choisira de préférence les positions inactives des deux mors de façon symétrique par rapport au plan médian et on déplacera lesdits mors en sens opposé à une même vitesse de translation pour les faire venir en butée l'un contre l'autre dans ledit plan médian. Par cet agencement on réduit ainsi le risque de 5 déformer la fibre lors du blocage. Selon un mode de réalisation, la tête selon l'invention comprend en outre, de préférence pour chaque fibre, un système de coupe pour couper une fibre, ainsi que de préférence des moyens de réacheminement pour réacheminer une fibre jusqu'au système d'application après une coupe effectuée par le système de coupe. 10 Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, la tête d'application comprend des moyens dévétisseurs fixes suivant la direction de blocage, dans des positions vis-à-vis desquelles les positions inactives des mors sont en retrait. Les positions inactives des mors en retrait par rapport aux moyens dévétisseurs permettent de décoller facilement une fibre qui serait restée collée aux mors en butée 15 l'un contre l'autre dans leurs positions actives respectives. Ainsi, on réduit voire élimine le risque de coller la fibre sur l'un ou l'autre mors mobiles, en particulier dans le cas de fibres pré-imprégnées. Les mors peuvent être déplacés suivant la direction de blocage par deux moyens de commande respectifs. De préférence, la tête d'application comprend un moyen de commande apte à déplacer les deux mors en 20 translation suivant la direction de blocage. Un moyen de commande commun permet de réduire l'encombrement du système de blocage dans la tête de d'application. De préférence encore, le moyen de commande comprend un vérin actionnant une tige de vérin coopérant avec les mors par l'intermédiaire d'un cône de transmission ou d'un premier levier et d'un deuxième 25 levier reliés respectivement auxdits mors. Dans un mode avantageux de réalisation, la tête d'application comprend un deuxième moyen de commande apte à déplacer les mors et les éventuels moyens dévétisseurs, en translation suivant le plan de guidage. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une 30 pièce en matériau composite comprenant l'application de fibres continues sur une surface d'application, caractérisé en ce que l'application de fibres est réalisée au moyen d'une tête d'application de fibres tel que décrit précédemment, par 4 déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface de drapage selon des trajectoires de dépose. Les fibres classiquement utilisées sont des fibres plates continues, appelées également mèches, généralement unidirectionnelles, et comprenant une multitude de 5 filaments. Les fibres déposées peuvent être des fibres sèches ou des fibres pré- imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique. Les fibres présentent typiquement des largeurs de 1/8, 1/4 ou 1/2 pouces. Dans la présente, le terme «fibre » désigne également des fibres de plus grande largeur, supérieure à 1/2 pouce, classiquement appelée bande dans la technologie du placement, par exemple de 1 10 pouce, 1,5 pouce ou 2 pouces. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description de modes d'exécution illustrés par les dessins. La Fig. 1 est une vue schématique du système de blocage selon un premier mode de réalisation de l'invention, illustrant les mors dans une position initiale suivant 15 un plan de guidage et dans deux positions inactives suivant une direction de blocage. La Fig. 2 est une vue schématique du système de blocage, illustrant les mors dans la position initiale suivant le plan de guidage et dans deux positions actives suivant la direction de blocage. La Fig. 3 est une vue schématique du système de blocage, illustrant les mors 20 dans une position finale suivant le plan de guidage et dans les positions actives suivant la direction de blocage. La Fig. 4 est une vue schématique du système de blocage, illustrant les mors dans la position finale suivant le plan de guidage et dans les positions inactives suivant la direction de blocage. 25 La Fig. 5 est une vue schématique du système de blocage selon une variante de réalisation, illustrant les mors dans la position initiale suivant le plan de guidage et dans les positions inactives suivant la direction de blocage. La Fig. 6 est une vue schématique du système de blocage de la figure 5, illustrant les mors dans la position initiale suivant le plan de guidage et dans les 30 positions actives suivant la direction de blocage. 5 La Fig. 7 est une vue schématique d'une tête d'application, illustrant un système de coupe et le système blocage dans des positions initiales suivant le plan de guidage. La Fig. 8 est une vue schématique de la tête d'application, dans laquelle des 5 lames du système de coupe se sont déplacées dans une position finale dans le plan de guidage. La Fig. 9 est une vue schématique de la tête d'application, dans laquelle les mors se sont déplacés dans une position finale dans le plan de guidage. La Fig. 10 est une vue schématique de la tête d'application, dans laquelle les 10 lames du système de coupe sont à nouveau dans la position initiale dans le plan de guidage. Selon un premier mode d'exécution de l'invention, illustré par les figures 1 à 4, une tête d'application comprend un rouleau d'application 1, et pour chaque fibre, des moyens de guidage 3 définissant un plan de guidage P pour guider la fibre entrant 15 dans la tête selon un plan de guidage en direction du rouleau, et un système de blocage 7. Les moyens de guidage d'une fibre sont par exemple formés d'un canal de guidage formé à l'interface d'assemblage de deux plaques, le plan de guidage correspondant à un plan longitudinal médian du canal. Lorsque la tête est prévue pour 20 l'application d'une bande de plusieurs fibres, la tête comprend un canal de guidage par fibre et un système de coupe par fibre, et peut comprendre un seul rouleau pour appliquer toutes les fibres, ou plusieurs rouleaux, par exemple un rouleau pour chaque fibre. D'autres moyens de guidage peuvent comprendre des tronçons de tube ou une ou plusieurs poulies. 25 Le système de blocage 7 comprend des premier et deuxième outils de blocage 71, 73 mobiles suivant une direction de blocage Tb entre deux positions inactives 01, 03 et deux positions actives 02, 04 où ils sont en butée l'un contre l'autre. Lesdits outils de blocage comprennent un premier et un deuxième mors ou plot. Un moyen de commande 8 est apte à déplacer les premier et deuxième mors 71, 73 en translation 30 suivant la direction de blocage Tb. Il comprend un vérin 81 de type à pinces parallèles, actionnant une tige de vérin 83 coopérant avec les premier et deuxième outils de blocage 71, 73 par l'intermédiaire d'un cône de transmission 85. 6 Lesdits outils de blocage 71, 73 sont mobiles ensemble en translation entre deux positions de blocage initiale pl et finale r32 représentant une variation de distance suivant le plan de guidage P. Ils sont déplacés par un moyen de commande 10 comprenant un vérin 101 actionnant une tige de vérin 103 apte à déplacer le vérin 81 5 du moyen de commande 8. Des moyens dévétisseurs 41, 43 sont fixes par rapport à une structure servant de support au montage de la tête d'application et donc fixes l'un par rapport à l'autre suivant la direction de blocage Tb. Les positions inactives 01, 03 des premier 71 et deuxième 73 mors sont en retrait suivant la direction de blocage Tb par rapport aux 10 positions fixes des moyens dévétisseurs 41, 43. Les moyens dévétisseurs 41, 43 sont mobiles avec lesdits mors 71, 73 en translation suivant le plan de guidage P. Figure 1, les deux mors 71, 73 sont dans leur position initiale pi suivant le plan de guidage P et sont dans leurs positions inactives 01, 03 suivant la direction de blocage Tb, en retrait par rapport aux positions Ti, T3 des moyens dévétisseurs 41, 15 43. Le retrait tient au fait que les moyens dévétisseurs sont distants d'une distance 5 inférieure à la distance A entre lesdites positions inactives 01, 03 desdits mors 71, 73 suivant la direction de blocage Tb. Figure 2, les deux mors 71, 73 sont restés dans la position initiale pi illustrée par la figure 1 mais se sont déplacés, suivant la direction de blocage Tb, de leurs 20 positions inactives 01, 03 aux positions actives 02, 04 pour lesquelles ils sont en butée l'un contre l'autre. Figure 3, les deux mors 71, 73 se sont déplacés dans leur position finale (32 suivant le plan de guidage pour laquelle la distance suivant le plan de guidage entre la direction de blocage Tb et la position fixe des moyens de réacheminement est égale 25 à A. Les moyens dévétisseurs 41, 43 se sont également déplacés en bloc avec les mors 71, 73 en translation suivant le plan de guidage P. Figure 4, les deux mors 71, 73 sont restés dans la position finale p2 illustrée par la figure 3 mais se sont déplacés, suivant la direction de blocage Tb, de leurs positions actives 02, 04 aux positions inactives 01, 03 pour lesquelles ils sont en retrait 30 vis-à-vis des positions Ti, T3 des moyens dévétisseurs 41, 43. Une variante de réalisation du moyen de commande 8 des moyens de blocage 71, 73 tient en ce que la tige 83 du vérin 81 coopère avec les premier et deuxième 7 mors 71, 73 par l'intermédiaire de premier 87 et deuxième 89 leviers articulés auxdits mors. Le vérin 81 est un vérin de type à pinces parallèles. Il permet avantageusement des démultiplier les efforts de blocage. Figure 5, la tige 83 est en position rentrée et commande les mors 71, 73 dans leurs positions inactives 01, 03 suivant la direction 5 de blocage Tb. Figure 6, la tige 83 est en position sortie et commande les mors 71, 73 dans leurs positions actives 02, 04 suivant la direction de blocage Tb. La tête d'application selon l'invention est spécialement conçue pour être installée dans une machine de placement de fibres pour la réalisation de pièces en matériaux composites. Elle est complétée, figures 7 à 10, pour chaque fibre par un 10 système de coupe 5 et des moyens de réacheminement 9. Le système de coupe 5 comprend des première et deuxième lames 51, 53 mobiles en translation suivant une direction de coupe Tc entre deux positions inactives et deux positions actives. Lesdites lames 51, 53 sont mobiles ensemble entre deux positions de coupe initiale yi et finale kv2 représentant une variation de distance 15 suivant le plan de guidage P. Un moyen de commande intégré 6 est apte à déplacer les première et deuxième lames 51, 53 en translation suivant la direction de coupe Tc et à les déplacer ensemble entre les positions de coupe initiale yi et finale 1j12, en rotation autour d'une direction parallèle à l'axe de rotation 11 du rouleau d'application 1, ledit moyen de 20 commande intégré étant apte à déplacer les lames entre leurs positions inactives et initiale et leurs positions actives et finale. Le moyen de commande intégré comprend un levier de commande 61 mobile autour d'un premier axe de rotation A1 et pourvu d'un premier 63 et d'un deuxième 65, 66 bras de levier. Un premier porte-lame 57 porteur de la première lame 51 est 25 articulé au premier bras de levier 63. Un deuxième porte-lame 59 porteur de la deuxième lame 53 est articulé au deuxième bras de levier 65, 66 par l'intermédiaire d'une biellette 69. Le levier 61 est commandé en déplacement par la tige 67 d'un vérin, articulée au deuxième bras de levier 65, 66. Le premier porte-lame 57 est articulé à un deuxième axe de rotation A2 par l'intermédiaire d'une biellette 60 et 30 lesdits premier et deuxième porte-lames 57, 59 étant reliés entre eux par un moyen de liaison 68 en coulissement suivant la direction de coupe. Les axes de rotation A1 et A2 sont fixes par rapport à une structure support de la tête d'application le vérin étant monté fixe par son corps de vérin à ladite structure 8 support. A noter que la liaison entre la tige 67 du vérin et la biellette intermédiaire 66 possède un jeu, par exemple sous la forme d'une lumière oblongue. En variante, le vérin est monté avec un jeu par rapport à la structure support de montage. Les moyens de réacheminement 9 comprennent un premier galet 91 et un 5 deuxième galet 93 dont les axes de rotation 95 et 97 sont alignés suivant une direction R distante de l'axe de rotation 11 du rouleau d'application 1. Lesdits moyens de réacheminement 9 occupent une position fixe par rapport au rouleau d'application 1, entre les lames 51, 53 d'une part et les mors 71, 73 d'autre part. Figure 7, les deux lames 51, 53 sont dans leur position initiale yi pour laquelle 10 la distance suivant le plan de guidage P entre la direction de coupe Tc et la position fixe de moyens de réacheminement est égale à Dl. De même, les deux mors 71, 73 sont dans leur position initiale 13i pour laquelle la distance suivant le plan de guidage P entre la direction de blocage Tb et la position fixe des moyens de réacheminement est égale à Ai. Suivant la direction de coupe Tc, les lames 51, 53 sont dans leurs 15 positions inactives. Suivant la direction de blocage Tb, les mors 71, 73 sont dans leurs positions inactives 01, 03 (figure 1). Figure 8, les deux lames 51, 53 se sont déplacées ensemble dans leur position finale kv2 pour laquelle la distance suivant le plan de guidage P entre la direction de coupe Tc et la position fixe de moyens de réacheminement est égale à 20 D2. Les deux mors 71, 73 sont restés dans la position initiale pi illustrée par la figure 7. Suivant la direction de coupe Tc, les lames 51, 53 se sont déplacées dans leurs positions actives. Suivant la direction de blocage Tb, les mors 71, 73 se sont déplacés dans leurs positions actives 02, 04(figure 2). Figure 9, les deux lames 51, 53 sont restées dans leur position finale W2 25 illustrée par la figure 8. Les deux mors 71, 73 se sont déplacés ensemble dans leur position finale [32 pour laquelle la distance suivant le plan de guidage entre la direction de blocage Tb et la position fixe des moyens de réacheminement est égale à A2. Figure 10, les deux lames 51, 53 se sont déplacées ensemble dans leur position initiale 'Iii illustrée par la figure 7. Les deux mors 71, 73 sont restés dans leur 30 position finale 02 illustrée par la figure 9. Suivant la direction de coupe Tc, les lames 51, 53 se sont déplacées dans leurs positions inactives. 9 Les distances initiales D1 et A1 sont inférieures aux distances finales D2 et A2. Ainsi, les positions de coupe initiale yi et finale W2 représentent une variation positive de distance D2 - D1 suivant le plan de guidage P et les positions de blocage initiale 13i et finale 132 représentent une variation positive de distance A2 - Al suivant le plan 5 de guidage P. Il importe de noter que la direction R des moyens de réacheminement est une référence arbitraire pour repérer les distances D1, Al, D2 et 42. La direction perpendiculaire au plan de guidage P et passant par l'axe 11 du rouleau d'application 1 est une autre référence arbitraire qui permet de repérer lesdites distances. Il suffit 10 que la direction de référence soit perpendiculaire au plan de de guidage et occupe une position fixe dans la tête d'application. Une fibre 2 est appliquée sur un support (non représenté) par le rouleau d'application 1 au fur et à mesure du déplacement de la tête d'application par rapport audit support. La fibre est guidée par les éléments de guidage dans le plan de guidage 15 P. Une opération de « coupe à la volée » comprend les étapes suivantes : - première étape : figure 7, en cours de drapage, la fibre 2 circule librement à travers les lames 51, 53 et les mors 71, 73. Les positions inactives des lames définissent un état au repos suivant la direction de coupe T. De même, les positions 20 inactives 01, 03 des mors définissent un état au repos suivant la direction de blocage Tb. - deuxième étape : figure 8, la fibre 2 est coupée par les lames 51, 53 et bloquée par les mors 71, 73. Les positions actives des lames définissent un état actif suivant la direction de coupe T. De même, les positions actives 02, 04 des mors 25 définissent un état actif suivant la direction de blocage Tb. Entre les première et deuxième étapes, les lames ont subi, suivant le plan de guidage P la variation positive de distance D2 - D1. Cette variation permet de déplacer la direction de coupe Tc en même temps que la fibre 2 et conduit ainsi à annuler l'inclinaison de l'extrémité coupée de ladite fibre. 30 Les positions inactives 01, 03 suivant la direction de blocage Tb sont avantageusement choisies de façon symétrique par rapport au plan de guidage P. 10 Les mors 71, 73 sont déplacés vers leurs positions actives 02, 04 à une même vitesse de translation. Ainsi, on parvient à bloquer la fibre 2 « au milieu », c'est-à-dire sans déviation par rapport au plan de guidage P.. - troisième étape : figure 9, les lames 51, 53 restent dans l'état actif. De même, 5 les outils de blocage 71, 73 restent dans l'état actif. Entre les deuxième et troisième étapes, les mors 71, 73 ont subi, suivant le plan de guidage P, la variation positive de distance A2 - Ai. Cette variation permet de déplacer la fibre 2 coupée et bloquée, en sens contraire au sens de défilement imposé par le sens de rotation du rouleau d'application 1. 10 - quatrième étape : figure 10, les lames 51, 53 sont à nouveau dans l'état au repos. Les mors 71, 73 restent dans l'état actif. Entre les troisième et quatrième étapes, les lames 51, 53 ont subi, suivant le plan de guidage P, la variation négative de distance D1 - D2. La variation de distance A2 - Ai des mors 71, 73 est choisie supérieure à la variation de distance D2 - D1 des 15 lames pour permettre le retour de ces derniers à la distance D1 des moyens de réacheminement 9 sans risquer d'entrer en contact avec la fibre 2. - cinquième étape : les mors 71, 73 sont à nouveau dans l'état au repos. Les lames 51, 53 restent dans l'état au repos. La fibre 2 circule librement après avoir été réacheminée par les moyens de réacheminement. 20 Entre la cinquième étape et la première étape de la prochaine coupe à la volée, les mors 71, 73 subiront, suivant le plan de guidage P, la variation négative de distance Ai - A2. L'opération de coupe « à la volée » décrite ci-dessus peut être exécutée avec une tête d'application dans laquelle un seul des deux outils de coupe est mobile en 25 translation suivant la direction de coupe, l'autre outil occupant une position fixe suivant ladite direction. Le document WO 2008/132301 décrit par exemple une lame mobile venant, dans la position active, en butée contre un contre-outil fixe suivant la direction de coupe, formé d'une REVENDICATIONS1. Tête d'application spécialement conçue pour réaliser des pièces en matériaux composites, comprenant un système d'application (1), des moyens de guidage (3) définissant un plan de guidage (P) et un système de blocage (7) pour bloquer une fibre (2) guidée par les moyens de guidage (3) et appliquée par le système d'application (1) et, le système de blocage (7) comprenant un premier mors (71) mobile en translation suivant une direction de blocage (Tb) entre une position (01) inactive et une position active (02), caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième mors (73) mobile en translation suivant la direction de blocage (Tb) entre une position inactive(03) et une position active (04), les premier et deuxième mors (71, 73) étant en butée l'un contre l'autre dans leurs positions actives respectives (02, 04). 2. Tête d'application selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens dévétisseurs (41, 43) fixes suivant la direction de blocage (Tb) dans des positions (T1, T3) vis-à-vis desquelles les positions inactives des mors (71, 73) sont en retrait. 3. Tête d'application selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de commande (8) apte à déplacer les deux mors (71, 73) en translation suivant la direction de blocage (Tb). 4. Tête d'application selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moyen de commande (8) comprend un vérin (81) actionnant une tige de vérin (83) coopérant avec les mors (71, 73) par l'intermédiaire d'un cône de transmission (85) ou d'un premier levier (87) et d'un deuxième levier (89) reliés respectivement auxdits mors (71, 73). 5. Tête d'application selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième moyen de commande (10) apte à déplacer ensemble les mors (71, 73), en translation suivant le plan de guidage (P). 6. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant l'application de fibres continues sur une surface d'application, caractérisé en ce que l'application de fibres est réalisée au moyen d'une tête d'application de fibres selon l'une des revendications 1 à 5, par déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface de drapage selon des trajectoires de dépose.