Brevet FR3131706A1 — publié le 20230714

Tête d’application pour le placement automatique de fibres La présente invention concerne une tête (1) d’application pour le placement automatique de fibres, comprenant au moins : - un rouleau (3) applicateur destiné à l’application des fibres sur une forme (F) et mobile en rotation autour de son axe pour l’application des fibres sur la forme, et - un dispositif d’alimentation (10) comprenant un enroulement d’une bande (12) de fibres (16) à orientation prédéfinie, ladite bande de fibres étant configurée pour être transférée par déroulement du dispositif d’alimentation vers le rouleau applicateur avec une partie au moins des fibres de la bande orientées de manière non perpendiculaire à l’axe du rouleau. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Tête d’application pour le placement automatique de fibres L’invention concerne une tête d’application pour placement automatique de fibres qui est apte à déposer des fibres dans une orientation prédéfinie, transversale à la direction de déplacement du rouleau applicateur afin de permettre d’obtenir une orientation du renfort souhaitée pour des pièces en matériau composite de géométrie particulière et de taille importante, comme des aubes ou hélices ayant un pied présentant une surépaisseur. Les pièces aéronautiques en matériau composite comprennent un renfort fibreux qui peut être fabriqué par tissage. Néanmoins lorsque ces pièces ont des dimensions importantes, la fabrication du renfort par tissage peut être compliquée. Cela peut en particulier être le cas d’hélices propulsives pour des structures sans carter (dites « open-rotor »). Ces hélices peuvent classiquement pivoter autour de l’axe en ayant un pied de fixation au disque ayant une partie de surépaisseur, dit « pied bulbe » ou « pied tulipe », ayant par exemple une forme sphérique qui peut être difficile à fabriquer par tissage tridimensionnel. Les méthodes de placement automatique de fibres (« Automated Fiber Placement » dites « AFP ») peuvent être envisagées pour former de telles pièces en vue de répondre aux limitations des techniques de tissage. Néanmoins, on peut rencontrer avec les méthodes classiques un problème d’encombrement de la tête de machine de dépose au niveau du cou, c’est-à-dire la zone de diamètre réduit juste au-dessus du pied tulipe. En effet, lorsque la tête effectue un mouvement selon l’axe longitudinal de la pièce, la tête risque alors de toucher le cou de la pièce. Une solution est de modifier localement la forme de la pièce mais cette dernière étant établie pour une fonction particulière, cette démarche n’est pas complètement satisfaisante. L’invention propose de répondre aux limitations des techniques antérieures. L’invention concerne une tête d’application pour le placement automatique de fibres, comprenant au moins : - un rouleau applicateur destiné à l’application des fibres sur une forme et mobile en rotation autour de son axe pour l’application des fibres sur la forme, et - un dispositif d’alimentation comprenant un enroulement d’une bande de fibres à orientation prédéfinie, ladite bande de fibres étant configurée pour être transférée par déroulement du dispositif d’alimentation vers le rouleau applicateur avec une partie au moins des fibres de la bande orientées de manière non perpendiculaire à l’axe du rouleau. L’invention met en œuvre, de manière caractéristique, une bande de fibres avec une orientation prédéfinie qui permet de réaliser le dépôt de celles-ci transversalement au déplacement du rouleau applicateur (lequel est perpendiculaire à son axe) et non parallèlement à ce déplacement comme dans les techniques de placement automatique de fibres classiques. De la sorte et comme il sera décrit plus en détails dans la suite, l’invention permet d’accéder à une large variété d’orientations du renfort pour des géométries particulières, telles qu’un pied tulipe, sans risque que la tête ne touche la forme utilisée pour la fabrication de la pièce. L’invention permet ainsi d’optimiser la fabrication du renfort pour des formes de pièces de formes variées. Dans un exemple de réalisation, la tête comprend en outre un rouleau pré-applicateur en amont du rouleau applicateur apte à être déplacé entre une position rétractée configurée pour ne pas appliquer la bande sur la forme et une position de dépôt configurée pour appliquer la bande sur la forme. La position de dépôt permet d’assurer un début d’application de la bande sur la forme et la position rétractée permet laisser plus de liberté cinématique de mouvement de la tête vis-à-vis de la surface à draper. Le rouleau pré-applicateur peut être mobile transversalement à la surface de la forme. Dans un exemple de réalisation, la bande est revêtue d’un film séparateur et la tête comprend en outre un dispositif de détachement apte à détacher le film séparateur de la bande en amont du rouleau applicateur. Une telle caractéristique permet avantageusement d’utiliser une bande imprégnée de résines ayant un pouvoir collant à température ambiante et de s’affranchir de la nécessité de chauffer la bande lors de son dépôt sur la forme. La bande peut être imprégnée par le matériau de matrice ou par un précurseur de ce matériau, ou par un liant destiné à donner du pouvoir collant pour la dépose des fibres mais ne constituant pas ou pas totalement la matrice à obtenir. Par ailleurs, le film séparateur peut avoir une fonction de support permettant de maintenir les fibres orientées. Le dispositif de détachement peut être apte à enrouler le film séparateur détaché. Dans un exemple de réalisation, les fibres de la bande forment un angle inférieur ou égal à 45°, par exemple inférieur ou égal à 30°, avec l’axe du rouleau, par exemple sont sensiblement parallèles à l’axe du rouleau. Dans un exemple de réalisation, la tête comprend en outre un dispositif de découpe apte à découper la bande. Le dispositif de découpe permet de découper la bande à la fin de chaque phase de dépose. On notera que la présence de ce dispositif de découpe est optionnelle pour des fibres de la bande formant un angle faible par rapport à l’axe du rouleau pour lesquelles l’arrêt de la fourniture de la bande alors que le rouleau applicateur continue d’avancer peut suffire à séparer la portion de bande déposée de la portion présente sur le rouleau non encore déposée. Dans un exemple de réalisation, la bande comprend au moins une première couche de fibres ayant une première orientation prédéfinie et une deuxième couche de fibres, superposée à la première couche de fibres, ayant une deuxième orientation prédéfinie distincte de la première orientation. Une telle configuration de machine permet de déposer de façon organisée simultanément plusieurs couches de fibres sans plissures et donne accès à une orientation du renfort plus complexe permettant de mieux s’adapter aux besoins. Ainsi on combine à la fois une tenue mécanique optimisée d’ensemble et un temps de drapage réduit. Dans un exemple de réalisation, la tête comprend en outre au moins un deuxième dispositif d’alimentation apte à fournir un ou plusieurs rubans de fibres configurés pour être transférés du deuxième dispositif d’alimentation vers le rouleau applicateur avec les fibres de ce ou ces rubans orientées perpendiculairement à l’axe du rouleau. Une telle caractéristique concerne une tête d’application « hybride » capable de déposer, simultanément ou de manière séquentielle, des rubans orientés le long du déplacement du rouleau, tels qu’utilisés dans les techniques AFP classiques, et des bandes de fibres orientées transversalement à ce déplacement. Une telle tête est particulièrement adaptée à la fabrication de pièces de forme complexe nécessitant des alternances d’orientations de fibres, notamment des aubes et pieds d’aube. Dans la suite ces rubans pourront être désignés sous le terme de « rubans AFP ». L’invention vise également un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse par placement automatique de fibres mettant en œuvre une tête d’application telle que décrite plus haut, comprenant au moins le dépôt de la bande de fibres sur la forme par le rouleau applicateur, une partie au moins des fibres de la bande étant déposées transversalement à une direction de déplacement du rouleau applicateur. En particulier, le procédé peut en outre comprendre le dépôt du ou des rubans sur la forme par le rouleau applicateur, séquentiellement ou simultanément au dépôt de la bande, les fibres de ce ou ces rubans pouvant être déposées le long de la direction de déplacement du rouleau applicateur. Ce cas concerne le cas où la préforme est réalisée à l’aide d’une même tête d’application (tête « hybride » évoquée plus haut) qui embarque à la fois le ou les rubans AFP et la bande fibreuse. On ne sort bien entendu pas du cadre de l’invention si l’on utilise pour former la préforme fibreuse une première tête d’application embarquant la bande fibreuse orientée telle que décrite plus haut, et une deuxième tête d’application distincte embarquant le ou les rubans de fibres correspondant à une tête d’application classique AFP. En particulier, une largeur de la bande de fibres déposée peut être supérieure à une largeur totale du ou des rubans de fibres déposés. Selon cet exemple, les fibres transversales recouvrent, en s’étendant au-delà, le ou les rubans ce qui permet avantageusement d’assurer une continuité de tenue mécanique par leur collage avec les drapages superposés et décalés. Dans un exemple de réalisation, la préforme fibreuse est une préforme d’un pied tulipe d’aube ou d’hélice et la tête est déplacée au moins autour d’un axe longitudinal de la forme pour réaliser le placement de fibres permettant de former la préforme fibreuse. L’invention trouve un intérêt particulier pour la formation d’un pied tulipe car elle permet en particulier de fabriquer une structure à propriétés mécaniques optimisées présentant un pied épais et une continuité avec la partie de pale. L’invention vise également une préforme d’un pied tulipe d’aube ou d’hélice susceptible d’être obtenue par mise en œuvre du procédé tel que décrit plus haut, comprenant au moins un premier ensemble de portions de bande fibreuse dont les fibres sont orientées avec une composante non nulle le long d’un axe longitudinal du pied tulipe, et un deuxième ensemble de portions de rubans fibreux dont les fibres sont orientées de manière circonférentielle autour de cet axe longitudinal et sont transversales aux fibres du premier ensemble. La représente, de manière schématique et partielle, un exemple d’une tête d’application pour le placement automatique de fibres selon l’invention. La représente les orientations des fibres déposées à l’aide de la tête de la par rapport à l’axe du rouleau applicateur et à sa direction de déplacement. La représente une autre orientation possible pour les fibres de la bande fibreuse. La représente, de manière schématique et partielle, une variante d’une tête d’application selon l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, la formation d’une préforme fibreuse d’un pied tulipe d’aube ou d’hélice à l’aide d’une tête d’application selon l’invention. La illustre une préforme de pied tulipe selon l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une variante de bande multicouches à fibres orientées utilisable dans le cadre de l’invention. Tête (1) d’application pour le placement automatique de fibres, comprenant au moins : - un rouleau (3) applicateur destiné à l’application des fibres sur une forme (F) et mobile en rotation autour de son axe (X) pour l’application des fibres sur la forme, et - un dispositif d’alimentation (10) comprenant un enroulement d’une bande (12) de fibres (16) à orientation prédéfinie, ladite bande de fibres étant configurée pour être transférée par déroulement du dispositif d’alimentation vers le rouleau applicateur avec une partie au moins des fibres de la bande orientées de manière non perpendiculaire à l’axe du rouleau. Tête (1) selon la revendication 1, dans laquelle la tête comprend en outre un rouleau (40) pré-applicateur en amont du rouleau (3) applicateur apte à être déplacé entre une position rétractée (PR) configurée pour ne pas appliquer la bande (12) sur la forme (F) et une position de dépôt (PD) configurée pour appliquer la bande sur la forme. Tête (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la bande (12) est revêtue d’un film (14) séparateur et la tête comprend en outre un dispositif (20) de détachement apte à détacher le film séparateur de la bande en amont du rouleau (3) applicateur. Tête (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les fibres (16) de la bande forment un angle (α) inférieur ou égal à 45° avec l’axe (X) du rouleau. Tête (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la tête comprend en outre un dispositif (30) de découpe apte à découper la bande (12). Tête (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la bande (220) comprend au moins une première couche de fibres (220a) ayant une première orientation prédéfinie et une deuxième couche de fibres (220b), superposée à la première couche de fibres, ayant une deuxième orientation prédéfinie distincte de la première orientation. Tête (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la tête comprend en outre au moins un deuxième dispositif d’alimentation (4) apte à fournir un ou plusieurs rubans (5) de fibres configurés pour être transférés du deuxième dispositif d’alimentation vers le rouleau (3) applicateur avec les fibres de ce ou ces rubans orientées perpendiculairement à l’axe (X) du rouleau. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse par placement automatique de fibres mettant en œuvre une tête (1) d’application selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant au moins le dépôt de la bande (12) de fibres (16) sur la forme (F) par le rouleau (3) applicateur, une partie au moins des fibres de la bande étant déposées transversalement à une direction (DD) de déplacement du rouleau applicateur. Procédé selon la revendication 8 mettant en œuvre la tête (1) selon la revendication 7, dans lequel le procédé comprend en outre le dépôt du ou des rubans (5) sur la forme (F) par le rouleau (3) applicateur, séquentiellement ou simultanément au dépôt de la bande (12), les fibres de ce ou ces rubans étant déposées le long de la direction de déplacement (DD) du rouleau applicateur. Procédé selon la revendication 9, dans lequel une largeur (LB) de la bande (12) de fibres (16) déposée est supérieure à une largeur totale (LR) du ou des rubans (5) de fibres déposés. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la préforme fibreuse est une préforme d’un pied tulipe d’aube ou d’hélice et dans lequel la tête (1) est déplacée au moins autour d’un axe (XF) longitudinal de la forme pour réaliser le placement de fibres permettant de former la préforme fibreuse. Préforme fibreuse (100) d’un pied tulipe d’aube ou d’hélice susceptible d’être obtenue par mise en œuvre du procédé selon la revendication 11 rattaché à la revendication 9 ou 10, comprenant au moins un premier ensemble de portions de bande fibreuse dont les fibres (16) sont orientées avec une composante non nulle le long d’un axe longitudinal (XF) du pied tulipe, et un deuxième ensemble de portions de rubans fibreux dont les fibres (52) sont orientées de manière circonférentielle autour de cet axe longitudinal et sont transversales aux fibres du premier ensemble.