Brevet FR3133785A1 — publié le 20230929

Procédé amélioré de fabrication d’une peau pour moteur aéronautique Procédé de fabrication d’au moins une peau (12), notamment de panneau acoustique (10) pour moteur aéronautique, comprenant le drapage d’un matériau thermoplastique (TP) sur une surface (S) d’un outillage de drapage (200), par l’intermédiaire d’un outil de dépose (100) configuré pour exercer une pression sur le matériau thermoplastique (TP) et pour chauffer ce dernier au cours de son drapage, dans lequel l’outillage de drapage (200) comprend un dispositif de régulation thermique configuré pour chauffer localement la surface (S) de l’outillage de drapage (200). Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Procédé amélioré de fabrication d’une peau pour moteur aéronautique Le présent exposé concerne le domaine des peaux utilisées dans les moteurs aéronautiques, notamment, mais pas uniquement, dans les carters ou les panneaux acoustiques de ces moteurs. Plus précisément, le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’une telle peau, et une peau obtenue par un tel procédé. De manière connue, les peaux utilisées dans les moteurs aéronautiques, par exemple dans les carters où les panneaux acoustiques présents dans ces moteurs, sont déposées par drapage automatisé de composite à matrice thermodurcissable. Plus précisément, une peau est drapée sur un outillage de drapage, plus précisément sur la surface (ou substrat) dudit outillage. Ce drapage est effectué par des outils de dépose connus en soi, tels que des robots dits « AFP », pour « automated fiber placement » en anglais, déposant successivement des mèches, ou bandes pré-imprégnées parallèles entre elles et sur plusieurs couches, dites « plis », ou encore par « ATL » pour « automated tape layer » en anglais, par dépôt de nappes pré-imprégnées de largeur plus importante que les bandes déposées dans la technique « AFP ». Ces nappes sont déposées l’une après l’autre. La peau est ensuite polymérisée dans un autoclave pendant plusieurs heures. A l’heure actuelle, des matériaux composites à matrice thermoplastique sont également utilisés et présentent de nombreux avantages par rapport aux thermodurcissables. En particulier, les liaisons chimiques, dans une résine thermoplastique, se créent de manière réversible. Il suffit de chauffer la résine pour qu’elle fonde et pour pouvoir ainsi la réutiliser (à l’inverse, une résine thermodurcissable, une fois polymérisée, ne peut plus être utilisée, ou difficilement). Les matériaux thermoplastiques peuvent donc être réutilisés « à l’infini ». Ils peuvent également être stockés à température ambiante. Parmi les résines thermoplastiques connues dans l’industrie aéronautique et compatibles avec l’environnement moteur, les résines dites « semi-cristallines » sont utilisées. Les matériaux semi-cristallins présentent comme avantages d’être résistants aux agents chimiques, au feu, à l’abrasion. Ils possèdent également de meilleures propriétés mécaniques. Cependant, pour obtenir les propriétés cibles de ce matériau, notamment un niveau de cristallinité souhaité, il est nécessaire de maitriser le cycle thermique de mise en œuvre. Lors du drapage des peaux, les outils de dépose précités permettent d’apporter la pression nécessaire et la chaleur nécessaire à l’adhésion du dernier pli déposé avec celui en cours de dépôt, mais ne permettent pas de maitriser le cycle thermique et donc le niveau de cristallinité. Pour ce faire, la gestion du cycle thermique est aujourd’hui obtenue par un deuxième processus, via l’application d’un cycle thermique en autoclave ou en étuve. Ces solutions de consolidation en autoclave et en étuve engendrent de fortes consommations d’énergie, et sont couteuses. De plus, le processus de fabrication de ces peaux est morcelé, ce qui ralentit le cycle de fabrication. Il existe donc un besoin pour palier au moins en partie les inconvénients précités. Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’au moins une peau, notamment de panneau acoustique pour moteur aéronautique, comprenant le drapage d’un matériau thermoplastique sur une surface d’un outillage de drapage, par l’intermédiaire d’un outil de dépose configuré pour exercer une pression sur le matériau thermoplastique et pour chauffer ce dernier au cours de son drapage, dans lequel l’outillage de drapage comprend un dispositif de régulation thermique configuré pour chauffer localement la surface de l’outillage de drapage. On comprend que la peau est déposée par drapage directement sur l’outillage de drapage, plus précisément sur la surface (ou substrat) dudit outillage. Le drapage de la peau est effectué par un outil de dépose pouvant être un robot « AFP » ou « ATL », par dépôts successifs de bandes ou de nappes de renforts pré-imprégnées de matériau thermoplastique. L’outil de dépose peut par exemple comprendre une tête de dépose permettant d’apporter la pression et la chaleur nécessaires à l’adhésion des bandes entre elles, notamment du dernier pli déposé avec celui en cours de dépôt. Par ailleurs, le dispositif de régulation thermique de l’outillage de drapage permet d’apporter localement de la chaleur à la surface de l’outillage de drapage, et donc de chauffer ou refroidir localement le matériau thermoplastique déjà déposé sur ladite surface. Cette modulation et cet apport de chaleur supplémentaire de manière locale et ciblée permettent de contrôler le refroidissement du matériau thermoplastique venant d’être déposé, et venant donc d’être chauffé par l’outil de dépose. Plus précisément, grâce à l’apport locale de chaleur, le gradient de température en refroidissement est maitrisé. La vitesse de refroidissement du matériau thermoplastique venant d’être chauffé par l’outil de dépose peut ainsi être contrôlée, en étant notamment plus lente que si le matériau thermoplastique était immédiatement exposé à la température ambiante. On comprend ainsi que l’apport local de chaleur par le dispositif de régulation thermique est effectué de préférence à une température inférieure à la chaleur apportée par l’outil de dépose, et supérieure à la température ambiante. Un apport de chaleur locale à la surface de l’outillage de drapage avant que le matériau thermoplastique ne soit déposé peut également permettre une montée en températures progressive de ladite surface avant la dépose. L’apport local de chaleur permet notamment de cibler les zones devant être plus ou moins rapidement chauffées ou refroidies, de manière à obtenir le degré de cristallinité souhaité en fonction des zones de la peau, et des épaisseurs de celle-ci, pas nécessairement homogènes sur toute sa surface, car dépendants du nombre de plis. Ce procédé permet ainsi de maîtriser le niveau de cristallinité du matériau, et ainsi d’assurer la santé matière et les bonnes propriétés du matériau, en lui apportant notamment une bonne adhésion entre les fibres et la matrice du matériau, et ce, sans nécessité de cycles thermiques supplémentaires en autoclave à forte consommation d’énergie. Il est ainsi possible de limiter les coûts et d’améliorer la rapidité des cycles de fabrication. Dans certains modes de réalisation, l’outillage de drapage comprend une pluralité de cellules disposées sous la surface dudit outillage de drapage sur lequel est fabriquée la peau, le dispositif de régulation thermique étant configuré pour chauffer chaque cellule individuellement. Par « cellules », on comprend des cavités, ou compartiments, disposés sous la surface de l’outillage de drapage. En chauffant individuellement chacune de ces cellules, il est ainsi possible de chauffer localement la surface de l’outillage de drapage. Cela permet de préchauffer certaines zones de la surface de l’outillage de drapage, juste avant que n’y soit déposé le matériau thermoplastique, de sorte à maitriser le gradient thermique en chauffe subi par celui-ci, et également d’améliorer le contrôle du refroidissement du matériau thermoplastique venant d’être déposé sur cette surface au cours de la fabrication de la peau. Dans certains modes de réalisation, le chauffage local de la surface de l’outillage de drapage est effectué par induction, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur ou par air pulsé. En outre, lorsque l’outillage de drapage comprend une pluralité de cellules disposées sous la surface de l’outillage de drapage, chaque cellule peut être chauffée individuellement par induction, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur ou par air pulsé. En particulier, le chauffage local par air pulsé permet de varier d’une manière significative la quantité et la durée de l’application de l’apport calorifique avec chaque pli déposé, ce qui est particulièrement avantageux compte tenu de la forte capacité d’isolation thermique des résines thermoplastiques. Cette technique permet notamment une variation dynamique en température compatible avec les vitesses de drapage automatisé pouvant aller de 0,1 m/min à 60 m/min. En outre, le chauffage par air pulsé permet une faible consommation d’énergie du fait sa capacité de variation dynamique locale en température. Dans certains modes de réalisation, le chauffage local de la surface de l’outillage de drapage est effectué par air pulsé, chaque cellule étant alimentée en air pulsé par l’intermédiaire d’un conduit, chaque conduit étant équipé d’un élément de chauffe contrôlé individuellement par le dispositif de régulation thermique. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de régulation thermique comprend une unité de contrôle configurée pour synchroniser le chauffage local de la surface de l’outillage de drapage avec le déplacement de l’outil de dépose. En particulier, lorsque l’outillage de drapage comprend une pluralité de cellules disposées sous la surface de l’outillage de drapage, l’unité de contrôle peut contrôler individuellement chaque cellule, et notamment chaque élément de chauffe, pour apporter de la chaleur localement en fonction de la position de l’outil de dépose et de son déplacement. Cette synchronisation permet d’améliorer encore le contrôle du refroidissement local du matériau thermoplastique venant d’être déposé et donc chauffé par l’outil de dépose, et ainsi de maîtriser davantage le degré de cristallinité du matériau, améliorant par conséquent la santé matière du matériau. Dans certains modes de réalisation, une surface de dépose étant définie comme la surface de contact entre l’outil de dépose et la surface de l’outillage de drapage, l’outil de dépose étant configuré pour chauffer la surface de l’outillage de drapage à une première température en aval de la surface de dépose, et le dispositif de régulation thermique étant configuré pour chauffer localement la surface de l’outillage de drapage en amont de la surface de dépose à une deuxième température inférieure à la première température, un sens amont aval étant défini par rapport au sens de déplacement de l’outil de dépose par rapport à la surface de l’outillage de drapage. On comprend que lors de la fabrication de la peau par drapage, l’outil de dépose se déplace par rapport à la surface de l’outillage de drapage, et la surface de dépose se déplace donc en conséquence. Cette surface de dépose peut notamment être la surface de contact entre un rouleau de compactage et la surface de l’outillage de drapage. Ainsi, en amont de la surface de dépose se trouve la (ou les) bande(s) pré-imprégnée(s) de matériau thermoplastique venant d’être déposée(s) par l’outil de dépose au cours de son déplacement, et en aval de la surface de dépose se trouve la région de la surface de l’outillage de drapage, juste avant que ladite (ou lesdites) bande(s) ne soi(en)t déposée(s). Le chauffage de cette région aval à la première température permet de faciliter la dépose et d’améliorer l’adhésion des bandes de matériau thermoplastique entre elles. Par ailleurs, le chauffage local de la surface de l’outillage de drapage, en amont de la surface de dépose où se trouve la bande de renfort pré-imprégnée de matériau thermoplastique venant d’être déposée par l’outil de dépose et chauffée par ce dernier, à la deuxième température inférieure à la première température, permet de refroidir ce matériau tout en diminuant la différence de températures subie par ce dernier, et donc en contrôlant son refroidissement. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de régulation thermique est configuré pour réguler localement la température de la surface de l’outillage de drapage par gradients locaux de chauffe compris entre 30°C/min et 100°C/min. Il est ainsi possible de chauffer ou refroidir localement le matériau thermoplastique par rampes de chauffe plus ou moins rapides, en fonction du niveau de cristallinité souhaité. Dans certains modes de réalisation, le matériau thermoplastique est un polyétheréthercétone, un polyéthercétonecétone ou un polyaryléthercétone. Ces résines thermoplastiques dites « semi-cristallines » présentent l’avantage d’être particulièrement performantes et compatibles avec l’environnement moteur aéronautique. Dans certains modes de réalisation, au cours de la fabrication de la première peau, l’outil de dépose des bandes successives de renfort pré-imprégnées du matériau thermoplastique, par l’intermédiaire d’un rouleau de compactage exerçant la pression sur le matériau thermoplastique au cours de son drapage. L’outil de dépose appuie ainsi sur les bandes pré-imprégnées de matériau thermoplastique, à la manière d’un rouleau de scotch déroulé à l’aide d’un pistolet dévidoir ou d’un dérouleur, par l’intermédiaire du rouleau de compactage. Cette pression exercée par le rouleau de compactage permet d’améliorer l’adhésion des bandes de matériau thermoplastique entre elles, d’une couche à l’autre, c’est-à-dire d’un pli à l’autre. Dans certains modes de réalisation, l’outil de dépose chauffe le matériau thermoplastique au cours de son drapage par l’intermédiaire d’un laser. L’utilisation du laser permet de faciliter l’orientation de la source de chaleur, en orientant notamment le laser vers le rouleau de compactage, et donc vers la bande de matériau thermoplastique en cours de drapage. Cet apport ciblé de chaleur par l’outil de dépose permet d’améliorer l’adhésion des bandes entre elles, notamment du dernier pli déposé et celui en cours de dépose. De manière alternative, l’outil de dépose peut chauffer le matériau thermoplastique au cours de son drapage par l’intermédiaire d’une lampe, d’une torche, ou tout autre moyen adapté. Le présent exposé concerne également un panneau acoustique, comprenant une peau obtenue par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Le présent exposé concerne également un moteur aéronautique comprenant un panneau acoustique selon le présent exposé, le moteur aéronautique étant un turboréacteur. Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’un panneau acoustique pour moteur aéronautique, comprenant : - la fabrication d’une première peau par un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, - la fabrication d’un complexe acoustique comprenant une pluralité d’alvéoles, sur la première peau, et - la fabrication d’une deuxième peau par drapage du matériau thermoplastique sur le complexe acoustique, par l’intermédiaire de l’outil de dépose. On comprend que la première peau est déposée par drapage directement sur l’outillage de drapage, plus précisément sur la surface (ou substrat) dudit outillage, tandis que la deuxième peau est déposée sur le complexe acoustique, lui-même formé préalablement sur la première peau, par exemple par fabrication additive. Dans certains modes de réalisation, le complexe acoustique est fabriqué en utilisant un matériau compatible avec la première et la deuxième peau, de préférence en utilisant le même matériau thermoplastique que pour la première et la deuxième peau. Dans certains modes de réalisation, le complexe acoustique comprend un matériau thermoplastique renforcé. Le matériau thermoplastique peut par exemple comprendre une matrice thermoplastique et des charges en fibre de carbone, permettant de renforcer la tenue mécanique du panneau acoustique. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La représente une vue en section d'un turboréacteur comprenant un panneau acoustique comprenant une peau selon un mode de réalisation de l'invention, dans un plan longitudinal du turboréacteur, La représente une vue partielle en perspective d'un panneau acoustique comprenant une peau selon un mode de réalisation de l'invention, La représente schématiquement un outil de dépose se déplaçant sur un outillage de drapage dans un procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l'invention, La représente schématiquement une vue du dessous d’un ensemble de cellules d’un outillage de drapage utilisé dans un procédé de fabrication d’une peau selon un mode de réalisation de l'invention, La représente schématiquement les différentes étapes d’un procédé de fabrication de panneau acoustique, Procédé de fabrication d’au moins une peau (12), notamment de panneau acoustique (10) pour moteur aéronautique, comprenant le drapage d’un matériau thermoplastique (TP) sur une surface (S) d’un outillage de drapage (200), par l’intermédiaire d’un outil de dépose (100) configuré pour exercer une pression sur le matériau thermoplastique (TP) et pour chauffer ce dernier au cours de son drapage, dans lequel l’outillage de drapage (200) comprend un dispositif de régulation thermique configuré pour chauffer localement la surface (S) de l’outillage de drapage (200). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’outillage de drapage (200) comprend une pluralité de cellules (222) disposées sous la surface (S) dudit outillage de drapage (200) sur lequel est fabriquée la peau (12), le dispositif de régulation thermique étant configuré pour chauffer chaque cellule (222) individuellement. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le chauffage local de la surface (S) de l’outillage de drapage (200) est effectué par induction, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur ou par air pulsé. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le chauffage local de la surface (S) de l’outillage de drapage (200) est effectué par air pulsé, chaque cellule (222) étant alimentée en air pulsé par l’intermédiaire d’un conduit (234), chaque conduit (234) étant équipé d’un élément de chauffe (236) contrôlé individuellement par le dispositif de régulation thermique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de régulation thermique comprend une unité de contrôle (240) configurée pour synchroniser le chauffage local de la surface (S) de l’outillage de drapage (200) avec le déplacement de l’outil de dépose (100). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, une surface de dépose (P) étant définie comme la surface de contact entre l’outil de dépose (100) et la surface (S) de l’outillage de drapage (200), l’outil de dépose (100) étant configuré pour chauffer la surface (S) de l’outillage de drapage (200) à une première température en aval de la surface de dépose (P), et le dispositif de régulation thermique étant configuré pour chauffer localement la surface (S) de l’outillage de drapage (200) en amont de la surface de dépose (P) à une deuxième température inférieure à la première température, un sens amont aval étant défini par rapport au sens de déplacement (D) de l’outil de dépose (100) par rapport à la surface (S) de l’outillage de drapage (200). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif de régulation thermique est configuré pour réguler localement la température de la surface (S) de l’outillage de drapage (200) par gradients locaux de chauffe compris entre 30°C/min et 100°C/min. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau thermoplastique (TP) est un polyétheréthercétone, un polyéthercétonecétone ou un polyaryléthercétone. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, au cours de la fabrication de la première peau (12), l’outil de dépose (100) dépose des bandes successives de renfort pré-imprégnées du matériau thermoplastique (TP), par l’intermédiaire d’un rouleau de compactage (130) exerçant la pression sur le matériau thermoplastique (TP) au cours de son drapage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’outil de dépose (100) chauffe le matériau thermoplastique (TP) au cours de son drapage par l’intermédiaire d’un laser (140). Panneau acoustique (10), comprenant une peau obtenue par un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé de fabrication d’un panneau acoustique (10) pour moteur aéronautique, comprenant : - la fabrication d’une première peau (12) par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, - la fabrication d’un complexe acoustique (16) comprenant une pluralité d’alvéoles (18), sur la première peau (12), et - la fabrication d’une deuxième peau (14) par drapage du matériau thermoplastique (TP) sur le complexe acoustique (16), par l’intermédiaire de l’outil de dépose (100).