Brevet FR3105074A1 — publié le 20210625

Outillage (110) pour la fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite, cet outillage comportant une cavité (116) configurée pour recevoir une préforme fibreuse comportant des fibres enrobées avec une résine polymérisable, caractérisé en ce que l’outillage comprend en outre au moins un élément (122) de forme allongée en silicone qui est logé dans une rainure (124) débouchant dans la cavité, le long d’un bord périphérique de cette dernière, ledit élément étant configuré pour avoir à température ambiante un premier volume tel que l’élément est entièrement logé dans la rainure, et pour avoir à une température K prédéterminée un second volume tel que l’élément est au moins en partie en saillie à l’extérieur de la rainure et à l’intérieur de la cavité et prend appui sur la préforme en vue d’exercer sur un bord de celle-ci une pression d’essorage. Figure pour l'abrégé : Figure 2 OUTILLAGE ET PROCEDE POUR LA FABRICATION D’UNE PIECE AERONAUTIQUE EN MATERIAU COMPOSITE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un outillage et un procédé pour la fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite. Aval-plan technique L’utilisation de matériaux composites est particulièrement avantageuse dans l’industrie aéronautique car ces matériaux sont relativement légers et ont de bonnes propriétés mécaniques. Un matériau composite classiquement utilisé pour l’aéronautique comprend une préforme fibreuse noyée dans une résine polymérique. La préforme peut être issue d’un tissage en trois dimensions ou peut être obtenue par drapage et superposition de plusieurs tissus. La résine peut être injectée dans la préforme ou bien la préforme peut être préalablement imprégnée avec la résine. La mise en forme de la pièce finale est en général réalisée au moyen d’un outillage comportant un moule. Dans le cas où une résine doit être injectée dans une préforme, la préforme est disposée dans la cavité d’un moule et le moule est recouvert d’un contre-moule. L’outillage comprend un port d’injection de résine dans la cavité du moule ainsi qu’un port de mise sous vide de la cavité du moule. Dans le cas où la préforme est déjà imprégnée avec la résine, la préforme est disposée dans la cavité d’un moule qui peut être recouverte avec un contre-moule ou une bâche souple. L’outillage comprend également un port d’injection de résine dans la cavité du moule ainsi qu’un port de mise sous vide de la cavité du moule. Dans le cas de l’utilisation d’une bâche, celle-ci applique une pression sur la préforme du fait de la mise sous vide de la préforme située entre la bâche et le moule. L’utilisation d’un contre-moule à la place d’une bâche permet de mieux maîtriser l’épaisseur de la pièce finale. Au cours de la polymérisation de la résine dans l’outillage, celle-ci se rétracte et il est connu d’injecter un surplus de résine dans la cavité de l’outillage afin de mettre sous pression la préforme et sa résine, et éviter ainsi l’apparition de porosités dans la pièce finale. Ce procédé permet d’obtenir une bonne géométrie de pièce et une bonne santé matière. L’inconvénient majeur de ce procédé est qu’il faut réaliser un apport de résine pour réaliser la mise sous pression mais que cette résine ne sera pas présente dans la pièce finale. Ce n’est que de la perte de matière. La présente invention concerne la technologie précitée de fabrication d’une pièce à partir d’une préforme pré-imprégnée et de l’utilisation d’un moule et d’un contre-moule. La présente invention propose un perfectionnement à cette technologie, qui est simple, efficace et économique. L’invention concerne un outillage pour la fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite, cet outillage comportant un moule et un contre-moule définissant entre eux une cavité configurée pour recevoir une préforme fibreuse comportant des fibres enrobées avec une résine polymère ou céramique, l’outillage comportant en outre au moins un port de mise sous vide de la cavité, caractérisé en ce que l’outillage comprend en outre au moins un élément de forme allongée en matériau thermiquement expansible qui est logé dans une rainure débouchant dans la cavité, le long d’un bord périphérique de cette dernière, ledit élément étant configuré pour avoir à température ambiante un premier volume tel que l’élément est entièrement logé dans la rainure, et pour avoir à une température K prédéterminée un second volume tel que l’élément est au moins en partie en saillie à l’extérieur de la rainure et à l’intérieur de la cavité et prend appui sur la préforme en vue d’exercer sur un bord de celle-ci une pression d’essorage. L’invention permet ainsi de supprimer la mise en pression par de la résine de la technique antérieure. Cette mise en pression est ici réalisée par l’élément en matériau thermiquement expansible. Ce matériau est de préférence un silicone. Le silicone est un matériau qui résiste à des températures importantes, en général supérieure à 200°C et par exemple jusqu’à 300°C. Le matériau thermiquement expansible est ici choisi pour sa capacité à se dilater. Son volume à température ambiante est choisi pour qu’il ne gêne pas le montage de la préforme imprégnée dans la cavité de l’outillage. Lors du chauffage de la préforme en vue de la polymérisation de la résine, l’élément est destiné à se dilater et à occuper un volume tel qu’il exerce une pression d’essorage sur au moins un bord de la préforme. La pression exercée par la résine injectée est donc remplacée par la pression du matériau dilaté. L’invention est particulièrement avantageuse car cette mise en pression est automatique et ne nécessite aucune intervention particulière puisque le volume du matériau dépend directement de la température de cuisson de la préforme. L’outillage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - l’outillage comprend au moins un élément en matériau thermiquement expansible disposé le long d’au moins un bord périphérique de ladite cavité, - l’outillage comprend au moins deux éléments en matériau thermiquement expansible disposés le long de deux bords périphériques opposés de ladite cavité matériau thermiquement expansible - ledit au moins un élément est réalisé en silicone, - ledit au moins un élément a ledit second volume à une température supérieure ou égale à 100°C, de préférence supérieure ou égale à 150°C, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 180°C. - ledit au moins un élément a un coefficient de dilatation cubique compris entre 10 -4 et 10 -3 K -1 . L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite au moyen d’un outillage tel que décrit ci-dessus, dans lequel il comprend les étapes de : - installation d’une préforme fibreuse dans la cavité, entre le moule et le contre-moule, cette préforme fibreuse comportant des fibres, les fibres étant enrobées avec une résine qui peut être polymère par exemple thermodurcissable ou thermoplastique, ou une résine céramique ; les fibres sont sèches ou préimprégnées ; - chauffage de la préforme fibreuse à une température K prédéterminée de façon à entraîner la polymérisation de la résine polymère ou céramique, la température K étant choisie pour que ledit au moins un élément de l’outillage se dilate et exerce une pression d’essorage sur au moins un bord de la préforme. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - ladite température est supérieure ou égale à 100°C, de préférence supérieure ou égale à 150°C, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 180°C, - ladite pièce est un carter ou une portion de carter, en particulier de compresseur basse pression, - ladite pression d’essorage est telle que la pièce obtenue a un taux de fibres supérieur ou égal à 65% en volume au niveau dudit bord, et un taux de fibres compris entre 55 et 65% ailleurs, - l’étape de chauffage est précédée d’une étape de mise sous vide de la cavité. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue très schématique d’un outillage de fabrication d’une pièce aéronautique, selon la technique antérieure, la figure 2 est une vue schématique en coupe d’un outillage selon un mode de réalisation de l’invention, et illustre une étape d’un procédé de fabrication d’une pièce, lorsque l’outillage est à température ambiante, la figure 3 est une vue schématique en coupe d’un outillage selon un mode de réalisation de l’invention, et illustre une étape d’un procédé de fabrication d’une pièce, lorsque l’outillage est à une température de traitement. Description détaillée de l'invention La figure 1 représente un outillage 10 pour la fabrication d’une pièce aéronautique, telle qu’un carter de soufflante ou un carter de compresseur basse pression d’une turbomachine d’aéronef. Cette pièce est réalisée en matériau composite à partir d’une préforme fibreuse dont les fibres sont enrobées ou imprégnées de résine polymérisable et en particulier réticulable. L’outillage 10 comprend un moule 12 et un contre-moule 14, le moule et le contre-moule définissant entre eux une cavité 16 configurée pour recevoir la préforme fibreuse. L’outillage 10 comporte au moins un port 18 de mise sous vide de la cavité 16. Lors de la fabrication d’une pièce, l’outillage est ouvert et une préforme fibreuse est disposée dans la cavité 16. Cette disposition peut être faite avec des tissus qui sont drapés et superposés dans la cavité 16. Cette étape peut être faite manuellement ou mécaniquement (par exemple robot, machine spéciale …). L’outillage est ensuite fermé en fixant de manière étanche le contre-moule 14 sur le moule 12. L’outillage 10 est chauffé pour augmenter la température de la résine et entraîner sa polymérisation. Lors de cette étape, de la résine est injectée dans la cavité 16 par au moins un port d’injection 20. L’injection de résine dans la cavité 12 permet d’exercer une pression sur la préforme et d’éviter que des bulles d’air et microporosités apparaissent dans la pièce finale. La présente invention propose de supprimer le port 20 et de le remplacer par une solution dont le fonctionnement est autonome car il est fonction de la température de l’outillage ou de la cavité. Les figures 2 et 3 représentent un exemple de réalisation d’un outillage 110 selon l’invention qui comprend également un moule 112 et un contre-moule 114 définissant entre eux la cavité 116 de réception de la préforme fibreuse. Cet outillage 110 comprend un port 118 de mise sous vide de la cavité 116. Dans l’exemple représenté, la cavité 116 a une forme générale rectangulaire en section et peut donc avoir une forme générale parallélépipédique. En variante, la cavité 116 pourrait avoir une forme annulaire. La mise en pression de la préforme est réalisée par serrage et plus exactement essorage de deux bords opposés de la préforme. La notion d’essorage signifie que la préforme est comprimée ce qui chasse au moins une partie de la résine dans la zone de compression et provoque une augmentation du taux de fibres (en volume) dans cette zone. Cette mise en pression est obtenue grâce à au moins un élément 122 de forme allongée en silicone qui est logé dans une rainure 124 débouchant dans la cavité 116, le long d’un bord périphérique de cette dernière. L’élément 122 est configuré pour avoir à température ambiante (figure 2) un premier volume tel que l’élément est entièrement logé dans la rainure 124, et pour avoir à une température K prédéterminée (figure 3) un second volume tel que l’élément est au moins en partie en saillie à l’extérieur de la rainure 124 et à l’intérieur de la cavité 116 pour prendre appui sur la préforme en vue d’exercer la pression d’essorage sur cette préforme. Comme la rainure 124 et l’élément 122 sont situés sur un côté de la cavité 116, ils seront situés sur un côté de la préforme. Les éléments 122 sont situés sur deux côtés opposés de la cavité et donc de la préforme et sont donc destinés à exercer des pressions d’essorage sur ces deux bords opposés. La résine contenue dans la préforme, entre les éléments 122, est donc maintenue dans cette zone et est comprimée, ce qui limite le risque d’apparition de bulles dans la pièce finale obtenue. L’élément ou chaque élément a une forme adaptée à celle de la cavité et de la préforme. Il peut avoir une forme allongée plus ou moins longue mais peut aussi avoir une forme annulaire dans le cas de la fabrication d’un carter cylindrique ou tronconique par exemple. En section, l’élément 122 a par exemple une forme générale circulaire ou elliptique à température ambiante, comme cela est visible à la figure 2. A l’état dilaté, il a par exemple une forme circulaire ou elliptique en section (figure 3). La température à laquelle le ou chaque élément 122 passe du premier volume au second volume peut être supérieure ou égale à 100°C, de préférence supérieure ou égale à 150°C, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 180°C. L’élément 122 a de préférence un coefficient de dilatation cubique compris entre 10 -4 et 10 -3 K -1 et par exemple compris entre 3.10 -4 et 4.10 -4 K -1 . A titre d’exemple non limitatif, un silicone choisi parmi les matériaux suivants pourrait être utilisé dans le cadre de la présente invention : BLUESIL® RTV 147 A&B – RTV 148 A & 147B, ELASTOSIL® M 14370 A/B, etc. Lors de la fabrication d’une pièce au moyen de cet outillage 110, une première étape comprend l’installation de la préforme fibreuse dans la cavité 116, entre le moule 112 et le contre-moule 114. L’air contenu dans la cavité est alors aspiré par le port 118 pour mettre la cavité à un vide partiel. La préforme fibreuse est ensuite chauffée à une température K prédéterminée de façon à entraîner la réticulation de la résine. La température K est choisie pour que le ou chaque élément 122 de l’outillage se dilate et exerce une pression d’essorage sur au moins un bord de la préforme. La pression d’essorage est de préférence telle que la pièce obtenue a un taux de fibres supérieur ou égal à 65% en volume au niveau du ou de chaque bord pressé, et un taux de fibres compris entre 55 et 65% en dehors de ce(s) bord(s). Outillage (110) pour la fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite, cet outillage comportant un moule (112) et un contre-moule (114) définissant entre eux une cavité (116) configurée pour recevoir une préforme fibreuse comportant des fibres enrobées avec une résine polymère ou céramique, l’outillage comportant en outre au moins un port (118) de mise sous vide de la cavité, caractérisé en ce que l’outillage comprend en outre au moins un élément (122) de forme allongée en matériau thermiquement expansible qui est logé dans une rainure (124) débouchant dans la cavité, le long d’un bord périphérique de cette dernière, ledit élément étant configuré pour avoir à température ambiante un premier volume tel que l’élément est entièrement logé dans la rainure, et pour avoir à une température K prédéterminée un second volume tel que l’élément est au moins en partie en saillie à l’extérieur de la rainure et à l’intérieur de la cavité et prend appui sur la préforme en vue d’exercer sur un bord de celle-ci une pression d’essorage. Outillage (110) selon la revendication 1, dans lequel il comprend au moins deux éléments (122) en matériau thermiquement expansible disposés le long de deux bords périphériques opposés de ladite cavité (116). Outillage (110) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un élément (122) est réalisé en silicone. Outillage (110) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément (122) a ledit second volume à une température supérieure ou égale à 100°C, de préférence supérieure ou égale à 150°C, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 180°C Outillage (110) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément (122) a un coefficient de dilatation cubique compris entre 10 -4 et 10 -3 K -1 . Procédé de fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite au moyen d’un outillage (110) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend les étapes de : - installation d’une préforme fibreuse dans la cavité (116), entre le moule (112) et le contre-moule (114), cette préforme fibreuse comportant des fibres enrobées avec une résine polymère ou céramique, - chauffage de la préforme fibreuse à une température K prédéterminée de façon à entraîner la polymérisation de la résine, la température K étant choisie pour que ledit au moins un élément de l’outillage se dilate et exerce une pression d’essorage sur au moins un bord de la préforme. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ladite température est supérieure ou égale à 100°C, de préférence supérieure ou égale à 150°C, et plus préférentiellement supérieure ou égale à 180°C Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel ladite pièce est un carter ou une portion de carter, en particulier de compresseur basse pression. Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel ladite pression d’essorage est telle que la pièce obtenue a un taux de fibres supérieur ou égal à 65% en volume au niveau dudit bord, et un taux de fibres compris entre 55 et 65% ailleurs. Procédé selon l’une des revendications 6 à 9, dans lequel l’étape de chauffage est précédée d’une étape de mise sous vide de la cavité.