Brevet FR3134330A1 — publié le 20231013

Noyaux auto-centreurs pour la fabrication par thermocompression d’une pièce composite à géométrie complexe Noyau fusible (10, 10’) pour moulage par thermocompression d’une pièce en matériau à matrice composite et à géométrie complexe, le noyau (10, 10’) comportant un talon (11) et au moins une portion en saille du talon, le talon (11) comportant une première et une deuxième faces (12, 13), et quatre faces latérales (14 à 17), la première et la deuxième faces (12 et 13) étant opposées l’une à l’autre et s’étendant parallèlement à un plan principal comprenant une première et une deuxième directions (X et Y) orthogonales, et les quatre faces latérales (14 à 17) s’étendant entre la première et la deuxième faces (12 et 13) selon une troisième direction (Z) orthogonale au plan principal, ladite au moins une portion s’étendant en saillie de la deuxième face (13) du talon (11) selon ladite troisième direction (Z) et étant destinée à former au moins une cavité dans la pièce à former. Au moins deux faces latérales adjacentes (15, 16) sont des faces latérales d’assemblage ayant chacune une forme non rectiligne dans un plan parallèle audit plan principal. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Noyaux auto-centreurs pour la fabrication par thermocompression d’une pièce composite à géométrie complexe La présente invention se rapporte au domaine général des pièces composites à géométrie complexe fabriquée par thermocompression, et plus particulièrement à des noyaux auto-centreurs pour la fabrication par thermocompression d’une pièce composite à géométrie complexe. L’invention peut être utilisée pour des matériaux composites pouvant être mis en œuvre par thermocompression (pré-imprégné standard, mat de fibres longues discontinues, etc.) et dont la géométrie suggère l’utilisation de plusieurs cales ou éléments mobiles. L’invention s’applique à des pièces de moteurs d’avion, de train d’atterrissage ou de nacelles, par exemple à des redresseurs de flux, des capotages, des éléments d’inverseurs de poussée, des panneaux acoustiques, panneaux structuraux, etc. La fabrication, par thermocompression, de pièces à géométrie complexe comportant plusieurs jours ou parties évidées traversantes, assimilable à une grille et constituées de formes non démoulables peut se faire grâce à des noyaux fusibles dont l’extraction est permise par fusion ou dissolution. Selon la pièce fabriquée, ces noyaux peuvent être répétés plusieurs fois dans une ou plusieurs directions pour reproduire les formes non démoulables. Sur la est représenté schématiquement une vue de dessus d’un ensemble de noyaux dans une enceinte de thermocompression selon l’état de la technique. Comme cela est illustré, dans le cadre de la fabrication de grilles d’inverseurs de poussée, un noyau fusible 1 est utilisé pour chacune des nombreuses alvéoles permettant de rediriger le flux. Ces noyaux 1 disposent de surfaces de contact avec la matière (surfaces non visible car située sous la face visible sur la ) et de surfaces de contact avec les noyaux adjacents ou avec d’autres éléments d’outillage telles que les butées d’outillage fixes 2 et les butées d’outillage mobiles 3. Ces dernières surfaces de contact, les surfaces de contact avec les noyaux adjacents ou avec d’autres éléments d’outillage permettent d’obtenir la géométrie globale de la pièce recherchée et garantissent notamment les dimensions globales de la pièce et les épaisseurs des différents éléments constituant la pièce. L’utilisation de matériaux à fibres longues discontinues (DLF) permet de fabriquer des formes localement non développables sans avoir à positionner de plis pour suivre chaque variation de géométrie ou compenser une variation d’épaisseur. Le matériau DLF possède, grâce aux fibres discontinues, une capacité à se déformer sous l’application de chaleur et de pression (thermocompression) qui permet de réaliser un drapage simple et d’obtenir une forme complexe après thermocompression. Ce caractère permet donc de gagner en compétitivité en fabricant des grilles en matière DLF ou comportant au moins une zone en matière DLF. Les matériaux DLF peuvent se présenter sous deux formats, en vrac et en nappe. L’utilisation de matière en nappe est préférable avec des éléments mobiles car elle permet de disposer la matière proche de sa destination finale et de limiter les risques de coincement. La matière DLF en nappe est obtenue typiquement par dispersion de morceaux de plis pré-imprégnés à fibres unidirectionnelles. La dispersion de ces coupons est aléatoire dans le plan pour obtenir des propriétés quasi-isotropes dans le pan de la nappe. Ce caractère aléatoire entraine un défaut important des matières DLF en nappe, une variabilité de masse surfacique importante. Cette variabilité de masse surfacique cause une variabilité importante dans la masse des différents éléments de préformes découpés dans la nappe mère. Ainsi les éléments DLF introduits dans la grille ont une masse variable mais une géométrie figée. Cette masse variable entraine une incapacité à maitriser les dimensions locales de la pièce en butée matière (c’est à dire que c’est la matière qui arrête la thermocompression car l’outillage n’a plus la possibilité de la déplacer). De plus, cette variabilité entre les différents éléments d’une rangée entraine un déséquilibre dans l’application de la charge de thermocompression et entraine la rotation de certains noyaux. Une fois la rotation de ceux-ci entamée, les désaxages s’enchainent, les frottements augmentent et engendrent des blocages outillages, des manques de pression locaux, des porosités, des non conformités géométriques. Des phénomènes de frottements plus importants d’un côté des noyaux engendrés par l’outillage et/ou la matière lors de la thermocompression entrainent une rotation des noyaux sur leur axe vertical comme cela est illustré sur la qui représente une vue de dessus schématique de l’ensemble de noyaux de la après compression. La conception actuelle des noyaux ne permet pas de s’assurer de la géométrie de l’ensemble de la pièce (la matière étant foisonnée, c’est-à-dire son épaisseur initiale étant plus de 2 fois supérieure à son épaisseur finale, les talons ne se touchent pas initialement, et les noyaux ont donc la liberté de tourner). En effet, la forme rectangulaire des talons des noyaux ne peut pas assurer un guidage suffisant pour atteindre la géométrie. De plus les arêtes verticales vives des talons ne permettent pas un glissement facile et empêchent un retour à la position souhaitée lorsqu’une légère rotation des noyaux a eu lieu lors de la compression. Ce type de procédé devant s’inscrire dans une logique de réduction des coûts, une solution simple et peu coûteuse doit être proposée. La solution ne peut proposer qu’une modification concernant les talons des noyaux, les surfaces de contacts matière étant les surfaces moulantes, elles doivent rester intactes. La présente invention propose un système de noyaux auto-centreurs, visant à garantir le bon alignement des noyaux entre eux, pour garantir notamment la bonne géométrie d’une pièce à géométrie complexe de type redresseurs de flux ou inverseurs de poussées, en matériau composite constituée d’une ou plusieurs formes qui ne puisse pas être démoulée avec une solution simple et peu coûteuse. Selon un objet de l’invention, ce but est atteint grâce à un noyau fusible pour moulage par thermocompression d’une pièce en matériau à matrice composite et à géométrie complexe, le noyau comportant un talon et au moins une portion en saille du talon, le talon comportant une première face, une deuxième face, ainsi que quatre faces latérales, la première face et la deuxième face étant opposées l’une à l’autre et s’étendant parallèlement à un plan principal comprenant une première direction et une deuxième direction orthogonales l’une à l’autre, et les quatre faces latérales s’étendant entre la première face et la deuxième face selon une troisième direction orthogonale aux première et deuxième directions, ladite au moins une portion en saillie s’étendant en saillie de la deuxième face du talon selon ladite troisième direction et étant destinée à être insérée dans une préforme fibreuse en matériau à matrice composite pour former au moins une cavité dans la pièce à former. Dans un mode de réalisation, la pièce en matériau composite peut être une pièce en matériau composite à fibres longues discontinues. Des fibres seront dites longues par exemple quand leur longueur est comprise entre 2 et 100 mm. Selon une caractéristique générale de l’invention, au moins deux faces latérales adjacentes sont des faces latérales d’assemblage ayant chacune une forme non rectiligne dans un plan parallèle audit plan principal. Ainsi, les talons des noyaux fusibles selon l’invention permettent d’assurer leur auto-alignement et de minimiser leur mise en contrainte locale les uns par rapport aux autres ou par rapport à l’outillage lorsque plusieurs noyaux coopèrent ensemble. Plus particulièrement, la géométrie des talons permet de former des faces latérales non droites, c’est-à-dire avec des logements et/ou des portions en saillie externes. Ces logements et ces saillies peuvent alors s’imbriquer les uns dans les autres et ainsi réaliser un centrage des noyaux entre eux. Avec l’imbrication des noyaux les uns dans les autres, l’ordre dans lequel a lieu la thermocompression, longitudinale puis transversale ou transversale puis longitudinale, n’a plus d’importance. Si un noyau entame une rotation à cause d’un désaxage initial ou d’un déséquilibrage initial dans la charge, la forme des talons redresse le noyau. Avantageusement, au moins une des faces latérales d’assemblage peut comprendre un logement dans le talon selon un plan parallèle audit plan principal. De préférence, le logement dans le talon rentre dans le talon d’une longueur supérieure ou égale à 15% de la longueur du talon selon la direction d’insertion du logement dans le talon. Avantageusement, au moins une des faces latérales d’assemblage peut comprendre une portion en saillie externe du talon selon un plan parallèle audit plan principal. De préférence, la portion en saillie externe du talon sort du talon d’une longueur supérieure ou égale à 15% de la longueur du talon selon la direction de la portion en saillie. Dans un mode de réalisation, le talon peut comprendre au moins un coin formé par deux faces latérales adjacentes présentant une forme arrondie dans un plan parallèle audit plan principal. Dans l’état de la technique, les arêtes vives verticales des talons des noyaux connus peuvent interférer avec le mouvement des noyaux lors de la compression. C’est pourquoi, au moins une partie des sommets du polygone formé par l’assemblage des quatre faces latérales comprend des congés, c’est-à-dire une forme arrondie. En effet, de cette façon, les points d’accroches et de concentration de l’effort de compression sont limités. Les noyaux ont alors moins de chances de pivoter et plus de chances de revenir à la position recherchée même si la rotation s’est produite. L’invention permet ainsi de réduire voire supprimer les contraintes sur la longueur des parties en saillie et des logements, celles-ci dépendant uniquement des dimensions des éléments répétés. La géométrie des talons des noyaux fusibles permet ainsi d’augmenter leur flexibilité de mouvement grâce au coulissement favorisé via les congés, tout en fournissant un auto-alignement des noyaux entre eux, et en minimisant la dispersion d’une pièce à l’autre. Dans un autre objet, il est proposé un ensemble de noyaux fusibles, comprenant des noyaux fusibles tels que définis ci-dessus, chaque face latérale d’assemblage de chaque noyau fusible ayant au moins une face complémentaire parmi les faces latérales d’assemblage des autres noyaux fusibles de l’ensemble, les noyaux fusibles de l’ensemble coopérant via les faces latérales d’assemblage pour former un quadrilatère lorsque les noyaux sont compressés ensemble selon la première direction et la deuxième direction. De préférence, les noyaux fusibles destinés à former le périmètre externe dudit quadrilatère comprennent une ou deux faces latérales de butées ayant une forme rectiligne dans un plan parallèle audit plan principal. Les formes complémentaires des non rectilignes entre faces latérales d’assemblage de noyaux différents permettent de centrer les noyaux entre eux. Les formes non rectilignes peuvent être des formes de pointes construites à partir de deux segments adjacents, des formes circulaires. En outre, la forme des faces latérales d’assemblage peut également varier selon un plan comprenant la troisième direction et une des première ou deuxième direction, c’est-à-dire dans l’épaisseur du talon. Cette variation ou cette orientation de la face latérale d’assemblage dans l’épaisseur du talon peut permettre d’assurer le plaquage dans le plan des éléments mobiles. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue de dessus d’un ensemble de noyaux dans une enceinte de thermocompression selon l’état de la technique. La , déjà décrite, représente schématiquement une vue de dessus de l’ensemble de noyaux de la après compression. La représente schématiquement une vue de dessus d’un premier noyau fusible selon un mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une vue de dessus d’un second noyau fusible selon un mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une vue de dessus d’un ensemble de noyaux dans une enceinte de thermocompression selon un mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une vue de dessus de l’ensemble de noyaux de la après compression. La représente schématiquement une vue en perspective du premier noyau fusible de la . Noyau fusible (10, 10’) pour moulage par thermocompression d’une pièce en matériau à matrice composite et à géométrie complexe, le noyau (10, 10’) comportant un talon (11) et au moins une portion en saille du talon (11), le talon (11) comportant une première face (12), une deuxième face (13), ainsi que quatre faces latérales (14 à 17), la première face (12) et la deuxième face (13) étant opposées l’une à l’autre et s’étendant parallèlement à un plan principal comprenant une première direction (X) et une deuxième direction (Y) orthogonales l’une à l’autre, et les quatre faces latérales (14 à 17) s’étendant entre la première face (12) et la deuxième face (13) selon une troisième direction (Z) orthogonale aux première et deuxième directions (X et Y), ladite au moins une portion en saillie s’étendant en saillie de la deuxième face (13) du talon (11) selon ladite troisième direction (Z) et étant destinée à être insérée dans une préforme fibreuse en matériau à matrice composite pour former au moins une cavité dans la pièce à former, caractérisé en ce qu’au moins deux faces latérales adjacentes (15, 16) sont des faces latérales d’assemblage ayant chacune une forme non rectiligne dans un plan parallèle audit plan principal. Noyau fusible (10, 10’) selon la revendication 1, dans lequel au moins une des faces latérales d’assemblage (14, 15) comprend un logement (20, 21) dans le talon (11) selon un plan parallèle audit plan principal. Noyau fusible (10, 10’) selon la revendication 2, dans lequel le logement (20, 21) dans le talon (11) rentre dans le talon d’une longueur (h1, h2) supérieure ou égale à 15% de la longueur (D1, D2) du talon selon la direction (X, Y) d’insertion du logement (20, 21) dans le talon (11). Noyau fusible (10, 10’) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une des faces latérales d’assemblage (16, 17) comprend une portion (22, 23) en saillie externe du talon (11) selon un plan parallèle audit plan principal. Noyau fusible (10, 10’) selon la revendication 4, dans lequel la portion (22, 23) en saillie externe du talon (11) sort du talon d’une longueur (h3, h4) supérieure ou égale à 15% de la longueur (D1, D2) du talon (11) selon la direction (X, Y) de la portion en saillie. Noyau fusible (10, 10’) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le talon (11) comprend au moins un coin (18, 19) formé par deux faces latérales adjacentes présentant une forme arrondie dans un plan parallèle audit plan principal. Ensemble de noyaux fusibles (100), comprenant des noyaux fusibles (10, 10’) selon l’une des revendications 1 à 6, chaque face latérale d’assemblage de chaque noyau fusible ayant au moins une face complémentaire parmi les faces latérales d’assemblage des autres noyaux fusibles de l’ensemble, les noyaux fusibles de l’ensemble coopérant via les faces latérales d’assemblage pour former un quadrilatère lorsque les noyaux sont compressés ensemble selon la première direction et la deuxième direction. Ensemble de noyaux fusibles selon la revendication 7, dans lequel les noyaux fusibles (10’) destinés à former le périmètre externe dudit quadrilatère comprennent une ou deux faces latérales de butées (14’, 17’) ayant une forme rectiligne dans un plan parallèle audit plan principal.