Brevet FR3087376A1 — publié le 20200424

Procédé de fabrication de pièces automobiles comportant une étape d'enduction d'un support liquide dans un moule, et pièces issues du procédé 1 DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui de la fabrication de pièces destinées à équiper des moyens de transport, et notamment des véhicules automobiles. L'invention concerne plus précisément le fait que les pièces sont fabriquées en enduisant un moule d'un support liquide qui se rigidifie lors du séchage, la pièce ainsi produite est enlevée après durcissement du support. 2 ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE La présente invention concerne la fabrication de pièces automobiles en matériau composite utilisant des matières plastiques et de la mousse expansé, ou des panneaux durs, découpés et collés. Elle concerne particulièrement un procédé permettant la fabrication de pièces automobiles et plus particulièrement de pièces de carrosseries. De nos jours, un véhicule automobile peut comprendre de nombreuses pièces en plastiques habituellement réalisées par un procédé de moulage par injection. Les pièces obtenues peuvent être des pièces structurelles ou semi-structurelles du véhicule automobile en question. Le procédé actuel de fabrication consiste à placer au fond d'un moule une peau (ou « Gel Coat » en langue Anglo-saxonne) qui donnera à la fin l'aspect extérieur. La pièce automobile doit généralement être renforcée par des fibres de verre ou de carbone enduites de résine qui sont disposées sur la peau et collées avec elle. Toujours maintenue dans son moule, la pièce est alors soit recouverte d'une couche déterminée de mousse qui s'expanse et durcit en séchant, soit collée à des panneaux de mousse durcie. Dans le cas de mousse expansée, une fois sèche et dure, elle peut être travaillée pour obtenir l'épaisseur voulue, par exemple à l'aide d'une fraise qui élimine les surépaisseurs. La pièce est alors démoulée et éventuellement détourée avec une fraise pour lui donner ses dimensions définitives. Certaines pièces automobiles doivent présenter un bel aspect sur les deux côtés. Dans ce cas, ces pièces sont constituées de deux panneaux qui sont collés l'un contre l'autre en laissant un vide entre les deux. La mousse est alors injectée entre les deux panneaux, qui une fois durcie, assure le collage entre les deux panneaux. 2 Dans le cas de pièces nécessitant une grande rigidité, un ou plusieurs inserts sont intégrés dans le procédé de fabrication. Ces inserts sont des pièces préformées incorporées à, et/ou solidaires de ladite pièce moulée qui servent en général à renforcer ladite pièce moulée et/ou à la fixation ultérieure d'éléments mécaniques. Ces inserts 5 peuvent être réalisés en bois, en acier, aluminium ou en matières plastiques composites. Ces inserts sont solidarisés avec la résine et les fibres de verre et de carbone, et recouverts de mousse. Dans le cas de mousse expansée, le procédé de fabrication actuel nécessite une période de séchage de celle-ci qui monopolise la chaine de fabrication pour une pièce 10 pendant un temps important, typiquement quelques heures. Il existe donc un réel besoin pour mettre en oeuvre un nouveau procédé qui raccourcit la durée de fabrication des pièces automobiles. De plus, le procédé de fabrication actuel est complexe car il nécessite plusieurs éléments pour fabriquer les pièces. Il serait avantageux de simplifier le procédé en 15 éliminant l'utilisation de certaines couches et en réduisant au maximum le temps de séchage entre les composants utilisés. 3 RESUME Selon l'invention, il est ainsi proposé un procédé de fabrication de pièces 20 destinées à être installées dans un véhicule, comprenant les étapes successives suivantes : enduction d'un support sous forme liquide sur la paroi intérieure d'un moule ouvert suivie d'une étape de séchage dudit support au cours de laquelle le support se rigidifie ; 25 enlèvement de la pièce formée après durcissement du support. Ainsi, l'invention se propose de produire des pièces pour l'industrie automobile selon un procédé plus rapide et plus simple, tout en fournissant des pièces de grande rigidité et présentant un bel aspect. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé de fabrication comporte en 30 outre une étape de projection de mousse sur ledit support suivi d'une étape d'une première durée déterminée au cours de laquelle la mousse durcit. Selon un autre mode particulier de réalisation, le moule comporte une arête se 3 terminant en un angle aigu, ladite arête délimitant en tout ou partie le contour de la pièce à fabriquer, le procédé comportant une étape de passage d'un rouleau venant presser le support en cours de séchage au niveau de l'arête afin de le couper, ladite étape de passage du rouleau intervenant entre l'étape d'enduction et l'étape de 5 projection de mousse. De cette manière, la découpe du support est facilitée. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comporte une étape de passage d'une lame circulaire tranchante roulant sur le support au-dessus d'une surface métallique du moule se situant en périphérie, ladite étape de passage de ladite lame intervenant entre l'étape d'enduction et l'étape de projection de mousse. De cette 10 manière, la découpe du support est facilitée et le moule n'est pas abimé par la découpe. Selon un mode particulier de réalisation, la mousse est projetée par un bras motorisé se déplaçant pour couvrir la surface interne du moule, la vitesse de déplacement du bras étant fonction de l'épaisseur de mousse à obtenir. De cette manière, l'épaisseur de la mousse dans la pièce en cours de fabrication est facile à 15 contrôler. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comporte une étape de mise en place de fibres, telles que de la fibre de verre. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comporte une étape d'usinage de la couche de mousse durcie de façon à rendre lisse la surface, l'étape 20 d'usinage intervenant lorsque la pièce est encore dans le moule. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comporte une étape préalable à celle d'enduction du support de projection d'une peinture de fond de moule. Selon un mode particulier de réalisation, l'épaisseur de la couche de peinture varie de 0,1 à 0,2 millimètre et en ce que l'épaisseur du support est supérieure à 1 25 millimètre. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comporte une étape préalable d'enduction du fond de moule par un produit démoulant. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comporte une étape de traitement du moule, tel qu'un balayage plasma, afin de lui conférer un pouvoir de 30 démoulage semi-permanent. 4 4 LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : 5 la figure 1 présente un exemple d'ordinogramme des principales étapes pour la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de pièces automobiles ; la figure 2 représente un schéma montrant un moule destiné à recevoir un support liquide et entouré d'une bande de masquage de protection ; la figure 3 représente un schéma en coupe d'un dispositif de coupage du 10 support en utilisant un rouleau ; la figure 4 présente sur un schéma d'un moule contenant une pièce au début de la projection de la mousse ; la figure 5 présente sur un schéma d'un moule contenant une pièce à la fin de l'étape de projection de mousse ; 15 la figure 6 représente un schéma en coupe d'une pièce automobile produite par le procédé selon un exemple de réalisation de l'invention. 5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Sur toutes les figures du présent document, les éléments et étapes identiques 20 sont désignés par une même référence. Le principe général de la technique décrite repose sur un procédé de fabrication de pièces automobiles consistant à déposer au fond d'un moule ouvert un support sous forme liquide qui se rigidifie au cours du séchage et, une fois le support sec, à extraire la pièce ainsi fabriquée du moule. Le procédé de fabrication revendiquée assure 25 également une protection juridique pour la pièce fabriquée selon ledit procédé. En référence à la Fig. 1, il est présenté un ordinogramme listant les principales étapes pour la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de pièces automobiles, selon un exemple de réalisation de l'invention. Les pièces sont fabriquées à partir d'un moule ouvert qui définit les dimensions 30 définitives de la pièce, sur au moins une face. Dans un premier temps et à l'étape 1.1, le procédé comporte une étape de nettoyage du moule et notamment les parties qui 5 seront en contact avec la pièce à produire. Cette étape permet notamment d'éliminer des impuretés qui risqueraient d'être visibles lors du démoulage. Les surfaces non utilisées du moule qui sont généralement situées à la périphérie de la pièce, sont ensuite recouvertes d'une bande de masque permettant de 5 protéger ces zones de l'enduction du support et de la projection de la mousse (étape 1.2). Ce masquage est avantageusement réalisé à l'aide d'un ruban adhésif de 4 centimètres de large environ. A l'étape 1.3, un démoulant est appliqué sur la surface utile délimité par la bande de masquage. Ce démoulant limite l'adhérence du support enduit sous forme 10 liquide au fond du moule et se rigidifiant ensuite au cours du séchage, ce qui facilite grandement l'extraction de la pièce. L'application du démoulant s'effectue avantageusement en appliquant plusieurs couches avec un temps d'attente entre chaque couche pour permettre le séchage. A la fin de l'étape 1.3, une opération de lustrage peut être réalisée, cette opération améliore l'aspect lisse et brillant de la pièce 15 réalisée. Selon une variante de réalisation, la surface du moule peut subir un traitement, tel qu'un balayage plasma, afin de lui conférer un pouvoir de démoulage semipermanent. La Fig. 2 représente un schéma montrant un moule ouvert destiné à recevoir un support liquide et entouré d'une bande de masquage de protection. 20 Une fois séchée(s) la ou les couche(s) de démoulant, le fond du moule peut alors être enduit d'un support sous forme liquide (étape 1.4). Le support se rigidifie lors du séchage et donne l'aspect extérieur fini de la pièce, ce support doit donc respecter des caractéristiques techniques de couleur, d'aspect (mat, brillant satiné, ...), et de résistance aux chocs, .... L'enduction s'effectue avec un pistolet à peinture manié 25 manuellement ou à l'aide d'un bras robotisé. Selon une variante de réalisation, le pistolet à peinture est fixe et c'est le moule ouvert qui se déplace devant lui à l'aide de bras robotisés. Une seule couche de support peut suffire, ce qui n'exclut en rien, dans le cadre de cette invention, de prévoir au moins deux couches, une première couche donnant la couleur apparente de la pièce et une seconde constituant le support 30 proprement dit. L'épaisseur de la couche de peinture varie de 0,1 à 0,2 millimètre et celle du support qui est plus résistante, est supérieure à 1 millimètre. Le matériau du 6 support est choisi pour ses caractéristiques mécaniques (rigidité, résistance aux chocs, allongement à la rupture, ..). La couche optionnelle de peinture permet une grande flexibilité de variation de couleur sans nuire aux performances mécaniques du support, tout en présentant des caractéristiques avantageuses telles que : résistance aux 5 ultraviolets, autonettoyante, .... Dans tous les cas, un temps de séchage est à prévoir à la suite de l'enduction d'une couche pour que le support se rigidifie et devienne alors une « peau » dans le jargon de l'homme du métier, cette peau forme une surface résistante aux chocs, aux agents chimiques et aux ultraviolets. Cette peau peut présenter une certaine souplesse, nécessitant une rigidification par le collage d'une 10 autre matière, telle que de la mousse expansée. Le séchage peut être accéléré par le soufflage d'une lame d'air (soit de l'air chaud, soit de l'air à température ambiante). Dans le cas de pièces nécessitant une rigidité importante, le procédé comporte une étape optionnelle 1.5 de projection simultanée de fibres et de résine permettant de réaliser une peau dure ayant des caractéristique mécanique pouvant être maitrisées 15 selon le choix de la résine, des fibres et de ratio (exprimé souvent par une fraction volumique de fibre et de résine). Pour remplacer le polyester précédemment utilisé qui est long à sécher, on utilise de la résine, et les fibres sont en verre ou en carbone. Au cours de l'étape de séchage du support, la peau est suffisamment souple pour être facilement découpée aux dimensions précises de la pièce à produire (étape 20 1.6). Selon un premier exemple de réalisation, illustré par la Fig. 3, la découpe s'effectue au moyen d'un dispositif de coupage en utilisant un rouleau 4 exerçant une pression sur la peau 3. Le moule 1 comporte une arête 2 aigüe dirigée vers l'extérieur du moule, qui se positionne précisément à la périphérie de la pièce à produire. Après enduction, la peau 3 recouvre cette arête et s'étend de chaque coté. Après séchage de la peau, un 25 rouleau 4 est appliqué au niveau de l'arête. Ledit rouleau 4 tourne autour d'un axe 5 animé en rotation en exerçant verticalement une forte pression verticale dirigée vers la peau. L'arête 2 est suffisamment tranchante pour couper la peau sous la pression du rouleau. La forme de l'arête 2 permet de repousser naturellement la peau découpée au-delà de l'arête et facilite son évacuation. Cette opération de détourage peut 30 avantageusement être réalisée par un bras robotisé déplaçant le rouleau 4 au dessus de l'arête et garantissant une pression constante sur la peau. 7 Selon une variante de réalisation, la découpe s'effectue au moyen d'une lame circulaire fine et tranchante roulant sur la peau et exerçant une pression suffisante pour la découper. Pour ne pas détériorer le moule situé en dessous de la ligne de découpe, celui-ci est doté d'une surface métallique du moule d'une largeur de quelques 5 centimètres. Cette lame circulaire est du même type que les roulettes à tarte et à pizza utilisées dans le domaine de la cuisine. Après un certain temps permettant à la peau de durcir (étape 1.7), et selon un mode particulier de réalisation, une couche de mousse expansée peut être projetée. La Fig. 4 représente un schéma d'un moule contenant une pièce au début de la projection 10 de mousse. On peut voir un cordon de mousse projetée sur une longueur au fond du moule. L'étape 1.7 peut être mise en oeuvre manuellement (ce qui a été le cas lors des étapes de test et de mise au point). Elle peut avantageusement être mise en oeuvre par un bras robotisé qui contrôle les déplacements d'une tête de pulvérisation de la mousse 15 et qui est intégré dans une chaine de fabrication de pièces automobiles. Selon une variante de réalisation, la tête de pulvérisation est montée fixe sur un portique et le moule se déplace devant la tête par des bras robotisé. La mousse expansée est appliquée par projection selon un débit constant pendant toute l'opération, la vitesse de déplacement relative entre la tête de pulvérisation et le moule étant fonction de 20 l'épaisseur de mousse à obtenir. Si la couche de mousse dépasse une épaisseur maximale, il est nécessaire d'effectuer plusieurs passes et donc de pulvériser dans le moule plusieurs couches de mousses. L'expérimentation a montré qu'il n'est pas utile d'attendre le séchage complet d'une couche pour projeter la suivante, de sorte que le temps intervenant entre deux couches est plus court que celui terminant le séchage. De 25 cette manière, le temps global de fabrication de la pièce est ainsi réduit. La mousse augmente la solidité de la pièce à produire et améliore l'isolation entre l'habitacle d'un véhicule et son environnement ambiant (mousse isolante). Une fois polymérisée, la mousse devient solide et peut être usinée. Selon un perfectionnement, la mousse peut également être recouverte d'une couche de matériau 30 pour donner un bel aspect au coté opposé à celui de la peau, ou lui garantir une meilleure stabilité et une bonne étanchéité. Cette couche de matériau de finition 8 permet aussi de rigidifier la pièce par un effet sandwich : peau + mousse + couche, et assurer la stabilité dimensionnelle des pièces en limitant les déformations dues au processus lent de polymérisation de la mousse dans le temps. La Fig. 5 présente sur un schéma d'un moule contenant une pièce à la fin de 5 l'étape 1.7 de projection de la mousse en fin de fabrication. On peut constater sur cette figure l'aspect irrégulier de la surface de la mousse. Une fois projetée en une ou plusieurs couches, la pièce est laissée au repos afin que la mousse s'expanse et durcissent (étape 1.8), le durcissement de la mousse contribue grandement à la rigidité de la pièce automobile. Étant toujours dans son 10 moule, la pièce ne se déforme pas au cours de cette étape de durcissement. La durée de cette étape varie en fonction de l'épaisseur de la mousse projetée et du nombre de couches réalisées. L'expérimentation a montré que pour une couche de mousse expansée de 70 millimètres d'épaisseur en moyenne, il est nécessaire d'effectuer au moins deux couches. Dans tous les cas, le temps de séchage d'une couche qui vient 15 d'être projetée dépend de son épaisseur. Pour améliorer l'aspect de la surface de mousse et notamment en lisser l'épaisseur, le procédé peut comporter une étape d'usinage (étape 1.9) à l'aide d'une fraise portée sur un bras motorisé par exemple, ou avec tout autre moyen, notamment abrasif conçu pour éliminer du matériau en surface. Cette étape s'effectue 20 avantageusement lorsque la pièce est encore dans le moule, ou lorsque la pièce une fois extraite est ensuite placée sur un support spécifique. Lorsque la mousse est durcie, la pièce est retirée du moule (étape 1.10). L'extraction s'effectue de préférence à l'aide de soupapes d'éjection à air comprimé permettant d'exercer une pression uniforme entre le moule et la pièce ainsi produite et 25 ainsi d'éviter des contraintes mécaniques trop importantes. Tout autre moyen pour extraire la pièce est aussi possible, par exemple la déformation appropriée du moule à certains endroits pour projeter la pièce rigide à l'extérieur. Selon un perfectionnement, des inserts peuvent être intégrés à la pièce lors de l'étape 1.7 de projection de mousse. Ces inserts sont des tiges en bois, en métal ou en 30 fibres permettant de renforcer la rigidification de la pièce automobile. La Fig. 6 représente un schéma en coupe d'une pièce automobile produite par le 9 procédé selon un exemple de réalisation de l'invention. La coupe de la pièce ainsi fabriquée comporte : une peau 10 comprenant une couche de support recouverte d'une peinture, une couche 11 de fibre de verre ou de carbone enduite de résine (optionnel), 5 une couche 12 optionnelle de mousse expansée, obtenue soit par projection, soit à la suite du collage de panneaux de mousse contre le support, une couche 13 de matériau de finition (optionnel), un ou plusieurs inserts 14 pour rigidifier la pièce (optionnel). Les étapes du procédé sont avantageusement mises en oeuvre dans une chaine 10 de fabrication où les éléments (moule, moyen de nettoyage du moule, bras robotisés pour projeter le démoulant, pour enduire le moule et pour pulvériser la mousse, dispositif de soufflage pour accélérer le séchage, dispositif d'extraction et d'usinage de la pièce..) sont placés dans un îlot isolé avec unité de conditionnement du renouvellement d'air. 15 Bien que décrits à travers un certain nombre d'exemples de réalisation détaillés, le procédé proposé et les dispositifs correspondants comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme de l'art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention, telle que définie par les revendications qui 20 suivent. De plus, différents aspects et caractéristiques décrits ci-dessus peuvent être mis en oeuvre ensemble, ou séparément, ou bien substitués les uns aux autres, et l'ensemble des différentes combinaisons et sous combinaisons des aspects et caractéristiques font partie de la portée de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de pièces destinées à être installées dans un véhicule, comprenant les étapes successives suivantes enduction (1.4) d'un support sous forme liquide sur la paroi intérieure .5 d'un moule ouvert suivie d'une étape de séchage dudit support au cours de laquelle le support se rigidifie ; enlèvement (1.10) de la pièce formée après durcissement du support, 2. Procédé de fabrication de pièces selon la revendication 1, caractérisé en 10 ce qu'il comporte en outre une étape de projection (1.7) de mousse sur ledit support suivi d'une étape d'une première durée déterminée au cours de laquelle la mousse durcit. 3. Procédé de fabrication de pièces selon la revendication 2, caractérisé en 15 ce que ledit moule comporte une arête se terminant en un angle aigu, ladite arête délimitant en tout ou partie de contour de la pièce à fabriquer, le procédé comportant une étape (1.6) de passage d'un rouleau venant presser le support en cours de séchage au niveau de l'arête afin de le couper, ladite étape de passage du rouleau intervenant entre l'étape d'enduction et l'étape de projection de mousse 20 4. Procédé de fabrication de pièces selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (1.6) de passage d'une lame circulaire tranchante roulant sur le support au-dessus d'une surface métallique du moule se situant en périphérie, ladite étape de passage de ladite lame intervenant entre l'étape d'enduction et l'étape 25 de projection de mousse 5. Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la mousse est projetée par un bras motorisé se déplaçant pour couvrir la surface interne du moule, la vitesse de déplacement du bras étant fonction de l'épaisseur de mousse à obtenir. 11 6. Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en cequ'ilmporte une étape (1.5) de mise en place de fibres, telles que de la fibre de verre. Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des revendications précédentes sous la dépendance de la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (1.9) d'usinage de la couche de mousse durcie de façon à rendre lisse la surface, ladite étape d'usinage intervenant lorsque la pièce est encore dans le moule ou placée sur un support spécifique. 10 8. Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable à celle d'enduction du support de projection d'une peinture de fond de moule. 15 9. Procédé de fabrication de pièces selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de peinture varie de 0,1 à 0,2 millimètre et en ce que l'épaisseur du support est supérieure à 1 millimètre. 10. Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable d'enduction du fond de moule par un produit démoulant. 11. Procédé de fabrication de pièces selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de traitement du 25 moule, tel qu'un balayage plasma, afin de lui conférer un pouvoir de démoulage semi-- permanent.