Brevet FR3126640A1 — publié le 20230310

Outillage pour l’enroulement d’une texture fibreuse et procédé d’enroulement associé La présente invention concerne un outillage pour l’enroulement d’une texture fibreuse autour d’un support permettant la modification progressive de la forme du support au fur et à mesure de l’enroulement et comprenant des dispositifs de compaction, de sorte à réduire les plissements de la texture obtenue après compaction. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Outillage pour l’enroulement d’une texture fibreuse et procédé d’enroulement associé La présente invention concerne un outillage pour l’enroulement d’une texture fibreuse, obtenue notamment par tissage tridimensionnel, afin d’obtenir une préforme fibreuse d’une pièce en matériau composite, ainsi qu’un procédé d’enroulement associé. L’invention s’applique à la fabrication de pièces utiles dans différents domaines et de formes variées, notamment à la fabrication de pièces d’aéronef, comme des pièces de train d’atterrissage ou de turbomachine. La fabrication de pièces en matériau composite par enroulement d’une texture fibreuse autour d’une forme et introduction subséquente d’un matériau de matrice dans la porosité de la texture est connue. A la sortie du métier à tisser, la texture fibreuse est « foisonnée », c’est-à-dire qu’elle présente un volume libre significatif de porosité non occupé par des fibres. La texture fibreuse foisonnée présente, en général, un taux volumique de fibres qui est inférieur au taux volumique de fibres souhaité dans la pièce finale. Une compaction de la texture enroulée est donc réalisée afin de réduire l’épaisseur de chacune des couches et augmenter ainsi le taux volumique de fibres à la valeur souhaitée. Néanmoins, des sur-longueurs de la texture sont générées lors de la compaction, qui aboutissent à des plissements de la texture (aussi appelés défauts de flambement local) lors de la conformation dans un moule d’injection lesquels peuvent dégrader la tenue aux efforts de la pièce en fonctionnement. Une illustration des sur-longueurs produites lors de la compaction est fournie aux figures 1 et 2. La concerne le cas où la texture enroulée 1 a une géométrie localement circulaire. Selon cette configuration, les couches enroulées 3a-3n autour de la forme F reçoivent, lors de la compaction matérialisée par les flèches C, une sur-longueur qui augmente plus la couche est située vers l’extérieur de l’enroulement. Cette différence s’explique du fait de l’accroissement du périmètre des couches au fur et à mesure de l’enroulement. Ainsi, la sur-longueur Sn générée pour la couche externe 3n est maximale. La illustre, quant à elle, la génération de sur-longueurs dans une préforme enroulée 1 ayant localement une forme rectiligne. Sur cette partie rectiligne, chaque couche enroulée 3a-3n reçoit une sur-longueur identique lors de la compaction C qui fait la passer d’une longueur L1 à une longueur L2 supérieure à L1. Il est souhaitable de fournir un outillage pour l’enroulement d’une texture fibreuse et un procédé associé qui permette de réduire, voire de supprimer, la présence de défauts de plissement dans la texture compactée destinée à former le renfort fibreux de la pièce à obtenir. L’invention concerne un outillage pour l’enroulement d’une texture fibreuse, comprenant au moins un support sur lequel la texture fibreuse est destinée à être enroulée autour d’un premier axe d’enroulement, le support ayant au moins deux régions d’extrémité espacées le long d’un deuxième axe transversal au premier axe, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de déplacement configuré pour modifier la forme du support entre une configuration rétractée et une configuration étendue en rapprochant progressivement ou en éloignant les régions d’extrémité le long du deuxième axe, et en ce qu’il comprend un premier dispositif de compaction apte à réaliser une compaction sur les régions d’extrémité au moins dans la configuration rétractée et un deuxième dispositif de compaction, distinct du premier dispositif de compaction, apte à réaliser une compaction sur une région centrale située entre les régions d’extrémité dans la configuration étendue. L’invention propose un outillage permettant de rapprocher les régions d’extrémité au fur et à mesure de l’enroulement, c’est-à-dire à chaque tour de texture fibreuse ou fraction de tour de texture fibreuse, afin d’ajuster le périmètre de chaque couche enroulée à une valeur prédéterminée permettant de compenser les disparités de sur-longueurs générées pour les différentes couches lors de la compaction par le premier dispositif de compaction. Ainsi, la texture sera enroulée en réduisant, à chaque tour ou fraction de tour supplémentaire, la distance entre les régions d’extrémité pour tenir compte de l’augmentation des sur-longueurs générées lors de la compaction plus la couche est externe à l’enroulement (voir ) jusqu’à atteindre pour le dernier tour une distance minimale correspondant à la configuration du support dite « rétractée ». Après la compaction par le premier dispositif de compaction dans la configuration rétractée, la distance entre les régions d’extrémité est augmentée jusqu’à passer dans la configuration dite « étendue » où les couches enroulées sont tendues en éliminant les plis avec éventuellement des zones de compactions locales, avec une distance entre les régions d’extrémité qui correspond sensiblement à une dimension finale de la pièce à obtenir. On procède alors à la compaction par le deuxième dispositif de compaction dans la région centrale afin de mettre en forme la texture dans cette région. On obtient ainsi après compaction une préforme de la pièce à obtenir au taux volumique de fibres souhaité et avec des défauts de plissement de la texture fortement réduits, voire entièrement dépourvue de tels défauts. L’invention s’applique à la fabrication de renfort fibreux délimitant un volume intérieur et formant un contour fermé, avantageusement à partir d’une texture fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel. Comme il sera décrit plus bas, l’invention trouve un intérêt pour des géométries variées de pièces, telles que des pièces présentant une alternance entre des zones élancées, s’étendant sensiblement de manière rectiligne, et des zones courbées ou arrondies, ou encore pour des pièces de géométrie circulaire ou elliptique. Dans un exemple de réalisation, chaque région d’extrémité comprend une extrémité distale et deux portions latérales situées de part et d’autre de l’extrémité distale et situées du côté de la région centrale, et dans laquelle le premier dispositif de compaction comprend un premier élément de compaction apte à réaliser la compaction sur l’extrémité distale de chaque région d’extrémité, et un deuxième élément de compaction apte à réaliser la compaction sur les portions latérales de chaque région d’extrémité avec une composante de compaction dirigée vers la région centrale. L’application d’une composante de compaction dirigée vers la région centrale permet de favoriser le refoulement des sur-longueurs générées lors de la compaction des régions d’extrémité vers la région centrale afin de neutraliser davantage encore de plissements lors du passage dans la configuration étendue. En particulier, le deuxième élément de compaction peut présenter au moins une face latérale qui fait un angle non nul avec la normale au support prise au niveau de cette face. Une telle caractéristique participe avantageusement au refoulement des sur-longueurs générées lors de la compaction des régions d’extrémité vers la région centrale afin de neutraliser davantage encore de plissements lors du passage dans la configuration étendue. Le premier dispositif de compaction peut être configuré pour réaliser la compaction par le deuxième élément de compaction après réalisation de la compaction par le premier élément de compaction. La réalisation de la compaction sur les régions d’extrémité de manière séquentielle, d’abord sur l’extrémité distale puis sur les portions latérales, permet de favoriser davantage encore le refoulement des sur-longueurs vers la région centrale. Dans un exemple de réalisation, les régions d’extrémité définissent une surface d’enroulement ayant une forme arrondie. L’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse mettant en œuvre un outillage tel que décrit plus haut, comprenant au moins : - l’enroulement de la texture fibreuse sur le support autour du premier axe d’enroulement en réduisant progressivement la distance entre les régions d’extrémité le long du deuxième axe à des valeurs prédéterminées lors de l’enroulement jusqu’à faire passer le support dans la configuration rétractée, - une première compaction de l’enroulement dans les régions d’extrémité par le premier dispositif de compaction avec le support en configuration rétractée, - le passage du support de la configuration rétractée à la configuration étendue, après la première compaction, en augmentant la distance entre les régions d’extrémité le long du deuxième axe de sorte à tendre l’enroulement dans la région centrale, et - une deuxième compaction de l’enroulement dans la région centrale par le deuxième dispositif de compaction avec le support en configuration étendue. Dans un exemple de réalisation, la première compaction comprend la réalisation de la compaction par le premier élément de compaction sur les extrémités distales de l’enroulement, puis la réalisation de la compaction sur les portions latérales des régions d’extrémité par le deuxième élément de compaction avec la composante de compaction dirigée vers la région centrale. Dans un exemple de réalisation, la texture fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel. Dans un exemple de réalisation, la texture fibreuse présente une zone de diminution d’épaisseur adjacente à chacune de ses extrémités. Une telle caractéristique permet avantageusement de ne pas avoir de variation locale trop brutale du taux volumique de fibres pour les zones de démarrage et de fin d’enroulement. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, comprenant au moins : - la fabrication d’une préforme fibreuse par mise en œuvre d’un procédé tel que décrit plus haut, et - la formation d’une matrice dans une porosité de la préforme fibreuse ainsi fabriquée afin d’obtenir la pièce en matériau composite. La matrice peut typiquement être formée par introduction d’un matériau de matrice dans la porosité de la préforme fibreuse puis cuisson du matériau de matrice. On peut ainsi injecter une résine dans la porosité de la préforme fibreuse et réticuler cette résine afin d’obtenir la matrice. La pièce formée peut être en matériau composite à matrice organique, ou en variante en matériau composite à matrice céramique. La illustre, de manière schématique, la génération de sur-longueurs lors de la compaction d’un enroulement de couches de texture fibreuse ayant une forme locale circulaire. La illustre, de manière schématique, la génération de sur-longueurs lors de la compaction d’un enroulement de couches de texture fibreuse ayant une forme locale rectiligne. La représente, de manière schématique, le premier tour d’enroulement d’une texture fibreuse dans le cadre d’un exemple selon l’invention. La représente, de manière schématique, la texture fibreuse à la fin de son enroulement dans le cadre de l’exemple selon l’invention avec entre-axe de l’outillage en configuration rétractée. La représente, de manière schématique, la compaction de la texture fibreuse enroulée sur les régions d’extrémité du support par le premier dispositif de compaction dans le cadre de l’exemple selon l’invention, avec entre-axe de l’outillage en configuration rétractée. La représente le passage dans la configuration étendue et la compaction par le deuxième dispositif de compaction dans cette configuration dans le cadre de l’exemple selon l’invention. La représente, de manière schématique, un détail d’une variante de texture fibreuse pouvant être mise en œuvre dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique, le passage en configuration rétractée selon une variante de l’invention. La représente, de manière schématique, une variante d’outillage selon l’invention adapté à la fabrication d’un carter de turbomachine. Outillage (10) pour l’enroulement d’une texture fibreuse (12 ; 120 ; 220), comprenant au moins un support (14 ; 140 ; 240) sur lequel la texture fibreuse est destinée à être enroulée autour d’un premier axe (X1) d’enroulement, le support ayant au moins deux régions d’extrémité (16 ; 160 ; 260 ; 18 ; 180 ; 280) espacées le long d’un deuxième axe (X2) transversal au premier axe, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de déplacement configuré pour modifier la forme du support entre une configuration rétractée et une configuration étendue en rapprochant progressivement ou en éloignant les régions d’extrémité le long du deuxième axe, et en ce qu’il comprend un premier dispositif de compaction (20) apte à réaliser une compaction (PC1 ; PC2) sur les régions d’extrémité au moins dans la configuration rétractée et un deuxième dispositif de compaction (32), distinct du premier dispositif de compaction, apte à réaliser une compaction (PC3) sur une région centrale (17) située entre les régions d’extrémité dans la configuration étendue. Outillage (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque région d’extrémité (16 ; 18) comprend une extrémité distale (16a ; 18a) et deux portions latérales (16b ; 18b) situées de part et d’autre de l’extrémité distale et situées du côté de la région centrale (17), et dans lequel le premier dispositif de compaction (20) comprend un premier élément (22) de compaction apte à réaliser la compaction (PC1) sur l’extrémité distale de chaque région d’extrémité, et un deuxième élément (24) de compaction apte à réaliser la compaction (PC2) sur les portions latérales de chaque région d’extrémité avec une composante de compaction dirigée vers la région centrale. Outillage selon la revendication 2, dans lequel le deuxième élément de compaction (24) présente au moins une face latérale (24a) qui fait un angle (α) non nul avec la normale (N) au support (14 ; 140 ; 240) prise au niveau de cette face. Outillage (10) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le premier dispositif de compaction (20) est configuré pour réaliser la compaction (PC2) par le deuxième élément (24) de compaction après réalisation de la compaction (PC1) par le premier élément (22) de compaction. Outillage (11) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les régions d’extrémité (16 ; 160 ; 260 ; 18 ; 180 ; 280) définissent une surface d’enroulement ayant une forme arrondie. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse mettant en œuvre un outillage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant au moins : - l’enroulement de la texture fibreuse (12 ; 120 ; 220) sur le support (14 ; 140 ; 240) autour du premier axe (X1) d’enroulement en réduisant progressivement la distance entre les régions d’extrémité le long du deuxième axe (X2) à des valeurs prédéterminées lors de l’enroulement jusqu’à faire passer le support dans la configuration rétractée, - une première compaction de l’enroulement dans les régions d’extrémité par le premier dispositif de compaction (20) avec le support en configuration rétractée, - le passage du support de la configuration rétractée à la configuration étendue, après la première compaction, en augmentant la distance entre les régions d’extrémité le long du deuxième axe de sorte à tendre l’enroulement dans la région centrale (17), et - une deuxième compaction de l’enroulement dans la région centrale par le deuxième dispositif de compaction (32) avec le support en configuration étendue. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la première compaction comprend la réalisation de la compaction (PC1) par le premier élément de compaction (22) sur les extrémités distales (16a ; 18a) des régions d’extrémité, puis la réalisation de la compaction (PC2) sur les portions latérales (16b ; 18b) des régions d’extrémité par le deuxième élément de compaction (24) avec la composante de compaction dirigée vers la région centrale (17). Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel la texture fibreuse (12 ; 120 ; 220) est obtenue par tissage tridimensionnel. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la texture fibreuse (12 ; 120 ; 220) présente une zone de diminution d’épaisseur (122a ; 122b) adjacente à chacune de ses extrémités (120a ; 120b). Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, comprenant au moins : - la fabrication d’une préforme fibreuse par mise en œuvre d’un procédé selon la revendication 8 ou 9, et - la formation d’une matrice dans une porosité de la préforme fibreuse ainsi fabriquée afin d’obtenir la pièce en matériau composite.