Brevet FR3098225A1 — publié le 20210108

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF DE REALISATION D'UNE PREFORME EN 3D, PROCEDE DE REALISATION EN 3D AVEC LEDIT DISPOSITIF, PREFORME EN 3D AINSI OBTENUE [pool j L'invention concerne un dispositif de réalisation d'une préforme en 3D, notamment à partir de rubans ou de fils. L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'une préforme en 3D à partir du dispositif selon l'invention, notamment pour la fabrication de pièces en matériaux composites. L'invention couvre aussi la préforme en 3D ainsi obtenue. [0002] La demande de pièces en matériaux composites en 3D est croissante et la réalisation reste complexe. Or les séries sont souvent des séries avec un nombre restreint de pièces et l'écriture d'un logiciel, l'utilisation de machines complexes et coûteuses restent non envisageables pour de petites séries. De plus, les pièces en matériaux composites deviennent de plus en plus complexes car elles visent à intégrer non plus uniquement des fils mais aussi des rubans, des fils conducteurs, et les machines actuelles ne peuvent pas travailler avec des longueurs définies de fils ou de rubans de façon à obtenir une préforme 3D de dimensions données, apte à être utilisée directement sur un outil de réalisation d'un matériau composite. Un autre intérêt est aussi de pouvoir intégrer des rubans de matériaux de polymère de synthèse mais aussi des rubans ou fils, tissés, tressés, métalliques. Par exemple, il peut être intéressant de viser une pièce dans laquelle sont intégrés des rubans en matériaux conducteurs pour du chauffage ou de la circulation d'informations. Or, pour certaines pièces composites complexes, le drapage d'un tissu n'est aucunement adapté, voire impossible lorsque les formes sont complexes. Il faudrait pouvoir disposer d'une armature en 3D, au profil exact de l'outil de réalisation du produit en matériau composite ou au moins conformable pour draper au mieux sans distendre ladite préforme. Il faut pouvoir soit partir d'une préforme en 3D au profil final soit partir d'une préforme en 3D qui sera ensuite mise en forme définitive sur un outil adapté et noyé dans une matrice de résine afin de réaliser la pièce en matériaux composites en forme recherchée, mais avec une parfaite répartition des rubans/fils. En effet, une pièce en 2D tissée que l'on souhaite draper, présente nécessairement une disparité de la densité des rubans/fils lors de la mise en forme car les variations de longueur induites par les courbures interdit une équirépartition desdits rubans/fils. Ceci est encore plus vrai lorsqu'il s'agit de pouvoir effectuer des essais de pièces prototypes par exemple. Le présent dispositif vise à proposer, pour un utilisateur, un dispositif de tissage d'une préforme 3D au même titre qu'une imprimante 3D, permettant la réalisation d'une pièce en matériau composite avec un outil destiné à 2 recevoir ladite préforme, le tout à la demande. [0003] Le dispositif de réalisation d'une préforme en 3D, selon l'invention, à partir d'au moins deux rubans/fils de chaîne disposés dans un premier plan et d'au moins un ruban/fil de trame disposé dans un second plan, les premier et second plan faisant un angle déterminé, se caractérise par des moyens d'alimentation en rubans/fils de chaîne et des moyens d'alimentation en rubans/fils de trame ainsi que des moyens de manoeuvre des rubans/fils de chaîne par rapport aux rubans/fils de trame suivant un profil donné. Les moyens d'alimentation en rubans/fils de chaîne comprennent des modules de déplacement en translation des rubans/fils de chaîne. Les moyens d'alimentation en rubans/fils de chaîne comprennent des modules de mise en forme desdits rubans/fils de chaîne. Les modules de mise en forme comprennent chacun un guide, à travers lequel passe un des au moins deux rubans/fils de chaîne, chaque guide étant associé à deux rails de guidage, disposés dans le second plan des rubans/fils de trame. De plus, selon une autre caractéristique, les rails de guidage sont conformables et comprennent des moyens de conformation desdits rails. Quant aux moyens d'alimentation en rubans/fils de trame, ils comprennent un ensemble de deux galets motorisés de façon à faire avancer un ruban/fil de trame dans le plan horizontal, ledit ruban/fil de trame étant introduit entre les deux rails. Selon un perfectionnement, le dispositif comprend des moyens de liaison, par point, des rubans/fils de chaîne et de trame, à l'intersection. [0004] L'invention couvre un procédé de réalisation d'une préforme 3D, par mise en oeuvre du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - disposer au moins deux rubans/fils de chaîne, dans un premier plan, - disposer au moins un ruban/fil de trame, dans un second plan, perpendiculaire au premier plan, chaque ruban/fil étant introduit entre les rubans/fils de chaîne, - guider et déplacer chaque ruban/fil de chaîne sur une longueur donnée dans le premier plan et suivant un profil donné des rubans/fils de chaîne, dans le second plan, - guider et déplacer chaque ruban/fil de trame, dans le second plan, sur une longueur donnée suivant ledit profil, entre les rubans/fils de chaîne. [0005] Selon une autre caractéristique du procédé, une étape consiste à disposer les au moins deux rubans/fils de chaîne, de part et d'autre du profil donné, alternativement, avec un passage entre lesdits rubans/fils de chaîne pour l'introduction du au moins un ruban/fil de trame entre lesdits au moins deux rubans/fils de chaîne. Selon encore une autre variante, le procédé consiste à assurer la liaison des rubans/fils de chaîne et des rubans/ fils de trame, au fur et à mesure de l'avance des rubans/fils de chaîne, suivant le profil donné. [0006] Plus particulièrement, l'invention couvre la préforme 3D obtenue par le procédé de 3 réalisation, à l'aide du dispositif et cette préforme comporte des rubans/fils de chaîne et des rubans/fils de trame de longueurs différentes et au moins une liaison par point entre un ruban/fil de chaîne et un ruban/fil de trame. [0007] La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des illustrations jointes, dans lesquelles : [0008] [fig.1] représente une vue schématique en perspective simplifiée du dispositif de tissage en 3D selon la présente invention. [0009] [fig.2] représente une vue schématique en perspective, complète du dispositif de tissage 3D selon la présente invention. [0010] [fig.3] représente une vue schématique de dessus du dispositif de la figure 1. [0011] [fig.4] représente une vue en élévation latérale de face du dispositif de la figure 1. [0012] [fig.5] représente une vue en élévation latérale de côté du dispositif de la figure 1. [0013] [fig.6] représente un mode de réalisation d'un module de déplacement d'un ruban/fil de chaîne. [0014] [fig.7] représente une vue schématique du tissage avec alternance de rubans/fils de chaîne et de trame. [0015] [fig.8] représente un exemple d'une préforme en 3D à réaliser, sous forme numérique, permettant le calcul des longueurs en rubans/fils de chaîne et de trame. [0016] La description qui va suivre se rapporte au tissage d'une préforme, c'est-à-dire à un ensemble chaîne/trame et un passage dessus/dessous des rubans/fils de chaîne et de trame. Néanmoins, d'ores et déjà, la présente demande vise aussi la réalisation d'une préforme 3D par superposition d'au moins deux nappes, par extension au moins une nappe de chaîne et une nappe de trame avec des liaisons mécaniques aux points d'intersection des rubans/fils, par exemple par fusion ou par collage. [0017] Le dispositif selon la présente invention, illustré sur les différentes figures, comprend un bâti 10, des moyens d'alimentation 12 en rubans/fils de chaîne 18 et des moyens d'alimentation 14 en rubans/fils de trame 20, ainsi que des moyens de manoeuvre 16 des rubans/fils de chaîne 18 par rapport aux rubans/fils de trame 20. L'ensemble est disposé dans un châssis de machine 22. [0018] Le châssis de machine 22 supporte le bâti 10 et les moyens d'alimentation 12 en rubans/fils de chaîne 18. Ces moyens d'alimentation 12 en rubans/fils de chaîne 18 comprennent des modules de déplacement en translation 12-1 des rubans/fils de chaîne 18, en l'occurrence un déplacement vertical, visibles sur la figure 6. Des moyens de légère tension, non représentés, peuvent être mis en place aux extrémités inférieures des rubans/fils de chaîne 18 lors de l'amorçage de la préforme. Ces modules de déplacement en translation 12-1 des rubans/fils, sont représentés schématiquement par des rouleaux 12-2 et 12-3 sur la figure 6. Chaque module de déplacement en translation 12-1 des rubans/fils de chaîne 18 comprend par exemple deux rouleaux 12-2 et 12-3, pressés l'un contre l'autre et mis en rotation par un micromoteur, non représenté, de façon individualisée, ce type d'entraînement étant connu. Un pilote programmable PP assure les commandes desdits rnicromotcurs. Un tel pilote programmable PP provoque la mise en rotation des rouleaux 12-2 et 12-3 et donc l'avance du ruban/fil de chaîne 18, placé entre lesdits rouleaux, pas à pas, d'une longueur donnée pour chacun des rubans/fils de chaîne 18. [0019] Les moyens d'alimentation 12 en rubans/fils de chaîne 18 comprennent en plus des modules de déplacement en translation 12-1 des rubans/fils de chaîne 18, des modules de mise en forme 12-4 desdits rubans/fils de chaîne 18. Ces modules de mise en forme 12-4 comprennent chacun un guide 12-5, à travers lequel passe un des rubans/fils de chaîne 18. Chaque guide 12-5 est associé à deux rails de guidage 12-6, un rail de guidage avant 12-6AV et un rail de guidage arrière 12-6AR, disposés dans le plan du bâti 10, c'est-à-dire dans le plan des rubans/fils de trame 20 et des moyens d'alimentation 14 en rubans/fils de trame 20. Ces rails de guidage 12-6 sont conformablcs et ces rails de guidage 12-6 comprennent des moyens de conformation 12-7. Ces moyens de conformation 12-7 comprennent des micro-vérins MV, dans le mode de réalisation retenu. Ces micro-vérins MV sont solidaires, chacun, par son piston aux rails arrière 12-6AR, par exemple tandis que le corps de chacun de ces micro vérins est solidarisé au châssis 10. Ainsi, le mouvement de chacun des micro-vérins déplace chacun des rails de guidage 12-6 et les positionne dans le plan horizontal, en l'occurrence, suivant le profil recherché, comprenant une ou plusieurs courbures définies. Dans la représentation de la figure 1, il est représenté une courbe en vue de réaliser la préforme 3D de la figure 8. Les deux rails sont parallèles et espacés d'un écart donné mais peuvent être rapprochés. Les guides 12-5 sont associés aux deux rails, avant 12-6AV ou arrière 12-6AR, au choix, en fonction des besoins. Des moyens de solidarisation temporaire, de chacun des guides 12-5, par exemple des électroaimants, non représentés, solidaires des deux rails peuvent retenir les guides 12-5 contre un rail ou contre l'autre et assurer un déplacement d'un rail à l'autre. Pour arriver à un tissage, il faut en effet que le premier guide 12-5 avec son ruban/fil de chaîne 18 puisse être alternativement sur le rail arrière 16-6AR puis sur le rail avant 16-6AV, le deuxième guide 12-5 qui lui est juxtaposé étant lui sur le rail opposé de celui du premier guide. De la même manière, l'alternance peut être tous les deux guides, le choix du tissage étant programmable. [0020] Selon une variante de réalisation en lieu et place des déplacements d'un rail à l'autre, les guides 12-5 peuvent être montés de façon basculante, ce qui permet aussi à partir d'un rail et de l'autre, de réaliser éventuellement une mise en position des fils de chaîne, pour assurer le tissage recherché. [0021] Les moyens d'alimentation 14 en trame comprennent un ensemble de deux galets 14-1 et 14-2 motorisés de façon à faire avancer au moins un ruban/fil de trame 20 dans un plan de trame faisant un angle déterminé par rapport au plan contenant les rubans/ fils de chaîne 18, sans déformation. En l'occurrence le plan de trame fait toujours un angle de 90° par rapport au plan des rubans/fils de chaîne sans déformation dans la direction perpendiculaire aux fils de chaîne mais peut être plus ou moins incliné dans le plan des rubans/fils de chaîne. Les rubans/fils de trame font un angle variant de 1' à 1790 par rapport aux rubans/fils de chaîne. On entend par plan, le plan perpendiculaire au plan des rubans/fils de chaîne sans déformation. Ledit au moins un ruban/fil de trame est introduit entre les deux rails 12-6, avant 12-6AV et arrière 12-6AR. Chaque ruban/fil de trame est ainsi introduit entre les rubans/fils de chaîne 18 qui sont déjà en place dans le cas du tissage. La longueur de chaque ruban/fil de trame 20 est adaptée en fonction de la forme de la préforme 3D à réaliser et donc adaptée pour pouvoir suivre la longueur développée des rails lorsque ceux-ci ont été courbés pour donner une forme courbe au premier plan. Les deux rails avant et arrière assurent le guidage à travers les rubans/fils de chaîne et donc le tissage. Des moyens de coupe, non représentés, assurent la coupe de chaque ruban/fil de trame à la longueur adaptée. [0022] Selon un perfectionnement du dispositif, il est prévu des liaisons 24, par point, des rubans/fils de chaîne et de trame, sur au moins certains points d'intersection, en l'occurrence à l'intersection des points de croisement du tissage. Si les rubans/fils de chaîne et de trame sont en matériaux susceptibles d'être soudés, ces liaisons consistent en des soudures et selon une variante, il peut ou non y avoir apport de matière. Les liaisons peuvent aussi être des déposes de points de colle, par exemple des points de colle hot-melt sur au moins certaines intersections. Les liaisons sont réalisées au droit des points de croisement des rubans/fils de chaîne et de trame, de façon à assurer le maintien, au fur et à mesure de l'avance et du guidage des rubans/fils de chaîne, maintenant ainsi le profil donné. [0023] Selon une variante, les au moins un rubans/fils de trame 20 peuvent être positionnés devant ou derrière les fils de chaîne 18 et directement liés entre eux, aux points d'intersection, les liaisons peuvent également être des soudures par fusion et/ou par apport de matière, ou encore par dépose de points de colle. On entend par "point" pour la présente description, les zones de recouvrement ou de superposition, donc le point peut se présenter avec une zone surfacique, non nécessairement un disque si les têtes de fusion ont des formes différentes ou comportent des pics pour réaliser du multipoints sur une zone d'intersection, surtout, si ce sont deux rubans par exemple. [0024] Le procédé de réalisation d'une préforme 3D, suivant la présente invention, prévoit les étapes qui consistent à : - disposer au moins deux rubans/fils de chaîne 18, dans un premier plan, 6 - disposer au moins un ruban/fil de trame 20, dans un second plan, ledit second plan faisant un angle déterminé par rapport au premier plan, chacun des au moins un ruban/ fil de trame 20 étant introduit entre les rubans/fils de chaîne 18 ou chacun des au moins un ruban/fil de trame 20 étant superposé aux rubans/fils de chaîne 18 - guider et déplacer chaque ruban/fil de chaîne 18 sur une longueur donnée dans le premier plan et suivant un profil donné des rubans/fils de chaîne 18, - guider et déplacer chaque ruban/fil de trame 20, dans le second plan, suivant l'angle déterminé, sur une longueur donnée suivant ledit profil défini par les fils de chaîne, entre ou sur les rubans/fils de chaîne 18. [0025] Le procédé consiste à disposer les au moins deux rubans/fils de chaîne 18, de part et d'autrc du profil donné, alternativement, en générant un passage entre lesdits rubans/ fils de chaîne pour l'introduction du au moins un ruban/fil de trame 20 entre lesdits au moins deux rubans/fils de chaîne 18. [0026] Le procédé consiste également à ménager des liaisons par soudure par fusion et/ou avec apport de matière, au moins à certains points d'intersection. [0027] Le procédé consiste à disposer le au moins deux rubans/fils de chaîne 18, dans le plan du profil donné, avec un passage entre lesdits rubans/fils de chaîne pour l'introduction du au moins un ruban/fil de trame 20 entre lesdits au moins deux rubans/ fils de chaîne 18. [0028] Le procédé consiste à assurer la liaison des rubans/fils de chaîne 18 et des rubans/fils de trame 20, au fur et à mesure de l'avance des rubans/fils de chaîne 18, suivant le profil donné. [0029] Le procédé consiste à calculer la longueur des rubans/fils de chaîne et la longueur des rubans/fils de trame, suivant le profil de la préforme 3D à réaliser de façon à obtenir une préforme 3D finie. Dans ce cas, le procédé consiste à réaliser au moins les liaisons par points en périphérie de ladite préforme 3D pour le principal et éventuellement en certains points particuliers. Une telle préforme 3D peut ainsi être conformée sur un outil de fabrication de la pièce en matériau composite destiné à recevoir ladite préforme 3D. La répartition des rubans/fils de chaîne et de trame est alors homogène car la longueur a été calculée en fonction du développé dudit outil de fabrication. [0030] La préforme 3D, représentée sur la figure 7, numérisée permet de déterminer les longueurs des rubans/fils de chaîne 18 et les rubans/fils de trame 20, suivant leur position. La préforme numérisée permet également de déterminer les mouvements des moyens de confoimation 12-7 à faire effectuer par le pilote programmable PP. La présente invention vise la préforme 3D obtenue par le procédé, à l'aide du dispositif et comportant des rubans/fils de chaîne et des rubans/fils de trame de longueurs différentes et au moins une liaison par point entre un ruban/fil de chaîne 18 et un ruban/fil de trame 20. 7 [0031] La forme de la préforme n'est pas nécessairement celle du produit fini qui sera conformé sur l'outil final lors de la fabrication du produit en matériau composite. Les longueurs de chacun des rubans/fils de trame sont adaptées pour que la préforme couvre l'outil et présente une répartition homogène des rubans/fibres. 8 REVENDICATIONS[Revendication I] Dispositif de réalisation d'une préforme en 3D, à partir d'au moins deux rubans/fils de chaîne (18) disposés dans un premier plan et d'au moins un ruban/fil de trame (20) disposé dans un second plan, les premier et second plans faisant un angle déterminé, caractérisé en cc qu'il comprend des moyens d'alimentation (12) en rubans/fils de chaîne (18) et des moyens d'alimentation (14) en rubans/fils de trame (20) ainsi que des moyens de manoeuvre (16) des rubans/fils de chaîne (18) par rapport aux rubans/fils de trame (20) suivant un profil donné. [Revendication 2] Dispositif de tissage d'une préforme 3D selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens d'alimentation (12) en rubans/fils de chaîne (18) comprennent des modules de déplacement en translation (12-1) des rubans/fils de chaîne (18). [Revendication 3] Dispositif de réalisation d'une préforme 3D selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (12) en rubans/fils de chaîne (18) comprennent des modules de mise en forme (12-4) desdits rubans/fils de chaîne (18). [Revendication 4] Dispositif de réalisation d'une préforme 3D selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les modules de mise en forme (12-4) comprennent chacun un guide (12-5), à travers lequel passe un des au moins deux rubans/fils de chaîne (18), chaque guide (12-5) étant associé à deux rails de guidage (12-6), disposés dans le second plan des rubans/fils de trame (20). [Revendication 5] Dispositif de réalisation d'une préforme 3D selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les rails de guidage (12-6) sont confonnables et comprennent des moyens de conformation (12-7) desdits rails. [Revendication 6] Dispositif de réalisation d'une préforme 3D selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce que les moyens d'alimentation (14) en rubans/fils de trame (20) comprennent un ensemble de deux galets (14-1, 14-2) motorisés de façon à faire avancer un ruban/fil de trame (20) dans le plan horizontal, ledit ruban/fil de trame (20) étant introduit entre les deux rails de guidage (12-6). [Revendication 7] Dispositif de réalisation d'une préforme 3D, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de liaison (24), par point, des rubans/fils de chaîne (18) et de trame (20), à l'intersection. [Revendication 8] Procédé de réalisation d'une préforme 3D, par mise en oeuvre du 9 [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - disposer au moins deux rubans/fils de chaîne (18), dans un premier plan, - disposer au moins un ruban/fil de trame (20), dans un second plan, perpendiculaire au premier plan, chaque ruban/fil étant introduit entre les rubans/fils de chaîne (18), - guider et déplacer chaque ruban/fil de chaîne (18) sur une longueur donnée dans le premier plan et suivant un profil donné des rubans/fils de chaîne, dans le second plan, - guider et déplacer chaque ruban/fil de trame (20), dans le second plan, sur une longueur donnée suivant ledit profil, entre les rubans/fils de chaîne (18). Procédé de réalisation d'une préforme 3D, selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les au moins deux rubans/fils de chaîne (18), de part et d'autre du profil donné, alternativement, avec un passage entre lesdits rubans/fils de chaîne (18) pour l'introduction du au moins un ruban/fil de trame (20) entre lesdits au moins deux rubans/fils de chaîne (18). Procédé de réalisation d'une préforme 3D, selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer la liaison des rubans/fils de chaîne (18) et des rubans/fils de trame (20), au fur et à mesure de l'avance des rubans/fils de chaîne (18), suivant le profil donné. Préforme 3D obtenue par le procédé de réalisation selon l'une des revendications 8 à 10, à l'aide du dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle comporte des rubans/fils de chaîne (18) et des rubans/fils de trame (20) de longueurs différentes et au moins une liaison par point entre un ruban/fil de chaîne (18) et un ruban/fil de trame (20).