Brevet FR3080323A1 — publié le 20191025

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE COMPRENANT AU MOINS UNE DECOUPE ET PIECE EN MATERIAU COMPOSITE AINSI OBTENUE La présente demande se rapporte à un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins une découpe ainsi qu'à une pièce en matériau composite obtenue à partir dudit procédé. Sur les figures 1 à 3, on a représenté un cadre 10 d'une entrée d'air d'une nacelle comprenant : - une âme 12 en forme d'anneau qui présente un bord intérieur et un bord extérieur, - un premier renfort 14 en forme de L positionné au niveau du bord intérieur, et - un deuxième renfort 16 en forme de T positionné au niveau du bord extérieur. L'âme 12 a une section transversale en forme d'oméga et présente une partie centrale 12.1, des premier et deuxième flancs inclinés 12.2, 12.3 disposés de part et d'autre de la partie centrale 12.1, les flancs inclinés étant prolongés par des première et deuxième ailes 12.4, 12.5 positionnées dans des plans parallèles à la partie centrale 12.1. L'âme 12 comprend au moins une découpe 18, 18'. Selon un mode opératoire, un procédé de fabrication d'un cadre en matériau composite comprend une première étape de réalisation d'une préforme 20 en empilant plusieurs plis 22 de fibres pré-imprégnées sur un moule 24, ladite préforme 20 ayant des formes approximativement proches de celles de l'âme 12, comme illustré sur la figure 4A. Le moule 24 présente une zone centrale 24.1, des premier et deuxième pans inclinés 24.2, 24.3 disposés de part et d'autre de la zone centrale 24.1, les premier et deuxième pans inclinés 24.2, 24.3 étant prolongés par des première et deuxième surfaces d'appui 24.4, 24.5 positionnées dans des plans parallèles à la zone centrale 24.1. Comme illustré sur la figure 4A, les plis 22 de fibres peuvent ne pas exactement suivre les formes du moule 24, plus particulièrement au niveau des zones de jonction entre la zone centrale 24.1 et les deux pans inclinés 24.2, 24.3, ce qui engendre un défaut appelé effet de pont 25. Après l'étape de réalisation de la préforme 20, cette dernière est soumise à un cycle de pression et de température de manière à obtenir l'âme 12 grâce à la consolidation des plis 22 2 de fibres. A cet effet, la préforme 20 est comprimée entre le moule 24 et un contre-moule 26, comme illustré sur la figure 4B. A l'issue de cette étape de consolidation, l'âme 12 est démoulée. Le relâchement de contraintes, induites par différents paramètres liés au mode de réalisation, génère lors de 5 l'étape de démoulage un retour élastique qui engendre une déformation de l'âme 12. De manière à obtenir une âme 12 qui présente une géométrie conforme à celle souhaitée, les formes du moule 22 et du contre-moule 26 sont adaptées pour tenir compte de ce retour élastique. Après l'étape de démoulage, les découpes 18, 18' sont réalisées lors d'une étape d'usinage 10 de l'âme 12 consolidée, comme illustré sur la figure 4C. Comme précédemment, le relâchement de contraintes internes génère lors de l'étape d'usinage un retour élastique qui engendre une déformation de l'âme 12. Contrairement à celui engendré par la phase de consolidation, le retour élastique généré lors de l'étape d'usinage est plus aléatoire. Il est donc plus difficile à prédire et à compenser. 15 Ainsi, il est nécessaire de faire de nombreux essais réels pour tenter d'adapter la géométrie du moule et du contre-moule, les paramètres des étapes de réalisation de la préforme, de consolidation et d'usinage afin d'obtenir un cadre 10 qui présente une géométrie conforme à celle souhaitée à l'issue de l'étape d'usinage. La réalisation de ces nombreux essais réels engendre des surcoûts et requiert un certain 20 temps. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins une découpe, le procédé comportant les étapes de : - réalisation d'une préforme en empilant des plis de fibres sur un moule qui présente 25 une surface d'empilage correspondant à une première face de la pièce, - consolidation de la préforme pour obtenir la pièce, et - démoulage de la pièce. Selon l'invention, le procédé comprend, préalablement à l'étape de consolidation, une étape de réalisation d'au moins un évidement dans la préforme correspondant à au moins une des découpes de la pièce. 3 Les fibres des plis étant sectionnées au droit de chaque évidement réalisé dans la préforme, les fibres peuvent glisser les unes par rapport aux autres lors de l'étape de consolidation, limitant l'apparition de contraintes à l'intérieur de la pièce. Par ailleurs, la présence des évidements dans la préforme lors de l'étape de consolidation permet de rendre moins 5 aléatoire le retour élastique si bien qu'il est plus facile de le quantifier sans avoir besoin de recourir à des essais réels. Selon un premier mode opératoire, pour au moins un des évidements de la préforme, l'évidement est obtenu en découpant la préforme après l'empilement des plis sur le moule. Selon un deuxième mode opératoire, pour au moins un des évidements de la préforme, les 10 plis de fibres sont découpés avant d'être empilés et les plis de fibres découpés sont empilés en faisant coïncider leurs découpes de manière à obtenir un évidement dans la préforme. Selon une autre caractéristique, préalablement à l'étape de consolidation, un contre-moule qui présente une surface de contact correspondant à une deuxième face de la pièce est positionné sur la préforme, le contre-moule comprenant une ouverture pour chaque 15 évidement de la préforme. L'invention a également pour objet une pièce en matériau composite obtenue à partir du procédé selon l'une des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l'invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés 20 parmi lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective d'un cadre d'une entrée d'air d'une nacelle d'aéronef qui illustre un exemple de pièce concernée par l'invention, - La figure 2 est une vue de face du cadre visible sur la figure 1, - La figure 3 est une coupe selon la ligne III-Ill de la figure 2, 25 - La figure 4A est une représentation schématique d'une préforme mise en place sur un moule qui illustre un mode de réalisation de l'art antérieur, - La figure 4B est une représentation schématique de la préforme, visible sur la figure 4A, lors d'une étape de consolidation qui illustre un mode de réalisation de l'art antérieur, 30 - La figure 4C est une représentation schématique de la préforme consolidée après une étape de découpe qui illustre un mode de réalisation de l'art antérieur, 4 - La figure 5A est une représentation schématique d'une préforme mise en place sur un moule qui illustre un mode de réalisation de l'invention, - La figure 5B est une représentation schématique de la préforme visible sur la figure 5A après une étape de découpe qui illustre un mode de réalisation de l'invention, 5 - La figure 5C est une représentation schématique de la préforme usinée visible sur la figure 5B lors d'une étape de consolidation qui illustre un mode de réalisation de l'invention, et - La figure 5D est une représentation schématique de la préforme usinée et consolidée qui illustre un mode de réalisation de l'invention. 10 Le procédé est décrit appliqué à un cadre d'une entrée d'air d'une nacelle d'aéronef tel que décrit précédemment au regard des figures 1 à 3. Bien entendu, l'invention n'est aucunement limitée à cette pièce. Ainsi, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour réaliser une pièce 30 en matériau composite présentant une forme complexe et au moins une découpe 32, 32', comme illustré sur la figure 5D. 15 Par une forme complexe, on entend que la pièce 30 comprend au moins une forme concave, plus généralement des formes concave(s) et convexe(s). Par découpe, on entend aussi bien une découpe 32 avec un contour fermé qu'une découpe 32' avec un contour ouvert prévue au niveau d'un des bords de la pièce 30, comme illustré sur la figure 5D. 20 Selon un mode de réalisation, la pièce 30 a une section transversale en forme d'oméga et présente une partie centrale 30.1, des premier et deuxième flancs inclinés 30.2, 30.3 disposés de part et d'autre de la partie centrale 30.1, les premier et deuxième flancs inclinés étant prolongés par des première et deuxième ailes 30.4, 30.5 positionnées dans des plans parallèles à la partie centrale 30.1. 25 La partie centrale 30.1 et le premier flanc incliné 30.2 (ou le deuxième flanc incliné 30.3) forment une zone de jonction concave. Le premier flanc incliné 30.2 et la première aile 30.4 ou le deuxième flanc incliné 30.3 et la deuxième aile 30.5 forment des zones de jonction convexes. La pièce 30 comprend une première face F1 et une deuxième face F2 opposée à la première 30 face F1. Selon un premier mode opératoire, le procédé comprend, dans l'ordre, les étapes de : 5 - réalisation d'une préforme 34 en empilant des plis 36 de fibres sur un moule 38 qui présente une surface d'empilage 40 correspondant à la première face F1 de la pièce 30, comme illustré sur la figure 5A, - découpe de la préforme 34 de manière à obtenir au moins un évidement 42 5 correspondant à au moins une des découpes 32, 32' de la pièce 30, comme illustré sur la figure 5B, - consolidation de la préforme 34 pour obtenir la pièce 30, et - démoulage de la pièce 30. La surface d'empilage 40 du moule 38 présente une zone centrale 38.1, des premier et 10 deuxième pans inclinés 38.2, 38.3 disposés de part et d'autre de la zone centrale 38.1, les premier et deuxième pans inclinés 38.2, 38.3 étant prolongés par des première et deuxième surfaces d'appui 38.4, 38.5 positionnées dans des plans parallèles à la zone centrale 38.1. La découpe de la préforme 34 est réalisée à l'aide d'au moins un emporte-pièce, de ciseaux, d'un cutter ou de tout autre outil tranchant. Un martyr peut être utilisé afin d'éviter de 15 marquer la préforme 34. Selon un deuxième mode opératoire, le procédé comprend, dans l'ordre, les étapes de : - réalisation d'au moins une découpe dans des plis 36 de fibres à empiler, ladite découpe correspondant à au moins une des découpes 32, 32' de la pièce 30, - réalisation d'une préforme 34 en empilant les plis 36 de fibres découpés sur un moule 20 38 qui présente une surface d'empilage 40 correspondant à la première face F1 de la pièce 30, les plis 36 étant empilés en faisant coïncider leurs découpes de manière à obtenir un évidement 42 dans la préforme 34, - consolidation de la préforme 34 pour obtenir la pièce 30, et - démoulage de la pièce 30. 25 Selon ce deuxième mode opératoire, les plis 36 de fibres sont découpés préalablement à leur empilage les uns sur les autres sur le moule 38. Les découpes dans les plis 36 de fibres sont réalisées à l'aide d'au moins un emporte-pièce, de ciseaux, d'un cutter ou de tout autre outil tranchant. Un martyr peut être utilisé afin d'éviter de marquer les plis 36. Quel que soit le mode opératoire, concernant l'étape de réalisation de la préforme, les fibres 30 des plis 36 de fibres peuvent être pré-imprégnées ou non. La dépose des plis peut être manuelle ou automatisée. 6 La nature de la résine, des fibres, l'orientation des fibres, le nombre de plis sont choisis en fonction des caractéristiques souhaitées pour la pièce 30. Concernant l'étape de consolidation, le cycle de température et de pression est ajusté en fonction de la pièce 30 à réaliser. Préalablement à l'étape de consolidation, un contre-moule 5 44 est positionné sur la préforme 34 et une vessie 46 est mise en place au-dessus du contre- moule 44. Cette vessie 46 est reliée au moule 38 de manière étanche tout autour de la préforme 34. Le contre-moule 44 comporte une surface de contact 48 correspondant à la deuxième face F2 de la pièce 30. 10 Selon une caractéristique de l'invention, le contre-moule 44 comprend, pour chaque évidement 42 de la préforme 34, une ouverture 50 sensiblement identique à l'évidement 42 de sorte que la vessie 46 soit en contact avec le moule 38 au droit de l'évidement 42 lors de l'étape de consolidation, comme illustré sur la figure 5. Cette configuration permet d'éviter la présence d'une zone sans fibres sous le contre-moule 44. 15 Quel que soit le mode opératoire, l'étape de réalisation d'au moins un évidement 42 dans la préforme 34 est réalisée avant l'étape de consolidation, soit pour au moins un des évidements 42 après l'empilement des plis 36 sur le moule 38 et/ou soit pour au moins un des évidements 42 avant l'empilement des plis 36. Un évidement 42 est réalisé dans la préforme 34 pour chaque découpe 32, 32' de la pièce 30. Les dimensions de chaque 20 évidement 42 de la préforme 34 sont légèrement inférieures ou égales à celles de la découpe 32, 32' correspondante de la pièce 30 de manière à supprimer les étapes d'usinage après l'étape de démoulage ou à les réduire au maximum. Lorsque les évidements 42 jouxtent une forme concave du moule 38, comme par exemple une zone de jonction entre la zone centrale 38.1 et les premier et deuxième pans inclinés 25 38.2, 38.3, les effets de pont sont limités en raison de la présence des évidements 42. Par ailleurs, les fibres des plis étant sectionnées au droit de chaque évidement 42 réalisé dans la préforme 34, les fibres peuvent glisser les unes par rapport aux autres lors de l'étape de consolidation, limitant l'apparition de contraintes à l'intérieur de la pièce 30. Ainsi, le retour élastique lors du démoulage est moins important que pour l'art antérieur. 30 Par ailleurs, la présence des évidements 42 dans la préforme 34 lors de l'étape de consolidation permet de rendre moins aléatoire le retour élastique si bien qu'il est plus facile 7 de le quantifier sans avoir besoin de recourir à des essais réels. Ainsi, il est possible de déterminer, par des calculs prédictifs, la géométrie de la surface d'empilage 40 du moule 38 et de la surface de contact 48 du contre-moule 44 afin qu'après l'étape de démoulage, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (30) en matériau composite comprenant au moins une découpe (32, 32'), le procédé comportant les étapes de : - réalisation d'une préforme (34) en empilant des plis (36) de fibres sur un moule (38) qui présente une surface d'empilage (40) correspondant à une première face (F1) de la pièce (30), - consolidation de la préforme (34) pour obtenir la pièce (30), et - démoulage de la pièce (30), caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à l'étape de consolidation, une étape de réalisation d'au moins un évidement (42) dans la préforme (34) correspondant à au moins une des découpes (32, 32') de la pièce. 2. Procédé de fabrication d'une pièce (30) en matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour au moins un des évidements (42) de la préforme (34), l'évidement (42) est obtenu en découpant la préforme (34) après l'empilement des plis (36) sur le moule (38). 3. Procédé de fabrication d'une pièce (30) en matériau composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour au moins un des évidements (42) de la préforme (34), les plis (36) de fibres sont découpés avant d'être empilés et les plis (36) de fibres découpés sont empilés en faisant coïncider leurs découpes de manière à obtenir un évidement (42) dans la préforme (34). 4. Procédé de fabrication d'une pièce (30) en matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape de consolidation, un contre-moule (44), qui présente une surface de contact (48) correspondant à une deuxième face (F2) de la pièce (30), est positionné sur la préforme (34), le contre-moule (44) comprenant une ouverture (50) pour chaque évidement (42) de la préforme (34). 5. Pièce en matériau composite obtenue à partir du procédé selon l'une des revendications précédentes.