Brevet FR3146089A1 — publié le 20240830

L’invention concerne un dispositif de thermocompression pour la fabrication de pièces mécaniques comprenant une première partie et une seconde partie configurées pour former, par emboîtement, une cavité ayant la forme d’une pièce mécanique à fabriquer et une première zone interstitielle, formée entre la première partie et la seconde partie lorsqu’elles sont emboîtées, et s’étendant dans une première direction. Le dispositif de thermocompression comprend en outre au moins une seconde zone interstitielle, formée entre la première partie et la seconde partie lorsqu’elles sont emboîtées, s’étendant entre la cavité et la chambre de compression, selon une seconde direction distincte la première direction. Figure pour l'abrégé : Figure 5 DISPOSITIF DE THERMOCOMPRESSION POUR LA FABRICATION DE PIECES MECANIQUES L’invention est relative au domaine de la fabrication de pièces mécaniques et elle concerne en particulier un dispositif de thermocompression pour cette fabrication. Il est connu de fabriquer certaines pièces mécaniques, notamment des pièces mécaniques de turbomachine d’aéronef par un procédé de moulage dit de thermocompression, c’est-à-dire un procédé dans lequel de la matière est mise sous pression, à une température déterminée, dans un moule (i.e. dans une cavité formée dans le moule) ayant la forme d’une pièce à fabriquer pour obtenir in fine ladite pièce. La montre un mode de réalisation d’un moule 101 (ou dispositif de thermocompression) selon l’art antérieur et la montre un agrandissement d’une partie de ce dispositif 101. Le dispositif de thermocompression 101 comprend une première partie 103, aussi appelée poinçon, et une seconde partie 105, aussi appelée matrice. Le poinçon 103 et la matrice 105 sont configurés pour s’emboîter l’un dans l’autre et former en leur sein, une fois emboîtés, une cavité 107 ayant des dimensions prédéterminées correspondant à celles de la pièce mécanique à fabriquer. Dans l’exemple représenté, le poinçon 103 comprend un système d’injection 109 de polymère fondu dans la cavité 107 tandis que la matrice 105 est configurée pour recevoir une préforme fibreuse 111 dans le but de fabriquer une pièce mécanique en matériau composite. En particulier, comme il est représenté de manière simplifiée à la , lors d’une première étape de fabrication de la pièce (représentée dans la partie gauche), le polymère fondu est injecté dans la cavité 107. Ensuite, lors d’une deuxième étape, (représentée dans la partie droite), sous l’effet combiné d’une température déterminée à laquelle est porté le dispositif 101 et de la pression générée dans la cavité 107 par l’emboîtement du poinçon 103 dans la matrice 105, le polymère fondu se répand dans la cavité et se diffuse dans la préforme fibreuse de manière à former la pièce mécanique 117 en matériau composite. Dans l’exemple représenté, le poinçon 103 s’enfonce dans la matrice 105 dans le sens symbolisé par les flèches 115 jusqu’à générer la pression voulue dans la cavité 107 pour former la pièce mécanique 117. Par ailleurs, outre les éléments déjà décrits, le dispositif de thermocompression 101 comprend aussi des chambres de compression 113. Il s’agit de zones interstitielles, distinctes de la cavité, formées entre le poinçon 103 et la matrice 105 lorsqu’ils sont emboîtées et qui s’étendent selon la direction d’enfoncement du poinçon 103 dans la matrice 105. En effet, au niveau des parois respectives du poinçon 103 et de la matrice 105 qui coulissent l’une le long de l’autre lorsque le poinçon 103 s’enfonce dans la matrice 105, se trouve une zone interstitielle dans laquelle s’engage ou peut s’engager du matériau utilisé pour la fabrication de la pièce. Ainsi, chaque chambre de compression 113 est susceptible, lors de la fabrication de la pièce, de se remplir en tout ou partie du matériau de la pièce sous l’effet de la pression générée dans le dispositif 101. Le remplissage de la chambre de compression 113 provoque l’existence d’une excroissance de la pièce qui est finalement extraite du dispositif. Cette excroissance s’étend selon la direction de la chambre de compression 113. La montre de façon schématique un exemple de pièce 117 extraite d’un dispositif de thermocompression tel que le dispositif de thermocompression 101 décrit en référence aux figures 1 et 2. Les bavures 301 sont des défauts de la pièce 117 qui est extraite du dispositif de thermocompression qui doivent être supprimés par la suite pour obtenir une pièce finie aux dimensions souhaitées. En particulier, l’obtention de la pièce finie requiert une opération dite d’ébavurage qui consiste à retirer les bavures existantes. Comme l’illustre la , une telle opération peut, par exemple, être réalisée par un opérateur humain utilisant un outil spécifique pour retirer les bavures existantes. Dans tous les cas, compte-tenu de la forme et de la disposition des bavures générées par un tel dispositif, l’ébavurage est une opération complexe et longue. La présente invention propose une solution à ces inconvénients. Ainsi, un objectif de l’invention est de déporter la ou les chambres de compression d’un dispositif de thermocompression, par l’introduction d’une zone intermédiaire entre la cavité du dispositif et la chambre de compression, de manière à obtenir une pièce plus facile à ébavurer et, par conséquent, de manière à simplifier la fabrication d’une pièce finie. À cet effet, l’invention selon un premier aspect a pour objet un dispositif de thermocompression pour la fabrication de pièces mécaniques comprenant : - au moins une première partie et une seconde partie configurées pour former, par emboîtement de ladite première partie dans ladite seconde partie selon une première direction, une cavité ayant la forme d’une pièce mécanique à fabriquer ; et, - au moins une première zone interstitielle dite chambre de compression, distincte de la cavité, formée entre la première partie et la seconde partie lorsque ladite première partie et ladite seconde partie sont emboîtées, et s’étendant longitudinalement selon la première direction, ledit dispositif de thermocompression étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une seconde zone interstitielle dite zone de bavure, formée entre la première partie et la seconde partie lorsque ladite première partie et ladite seconde partie sont emboîtées, et s’étendant longitudinalement entre la cavité et la première zone interstitielle, selon une seconde direction distincte de la première direction, de préférence perpendiculaire à ladite première direction. Ainsi, grâce au fait que la chambre de compression est déportée de l’extrémité de la pièce par l’ajout d’une petite largeur de pincement de matière à épaisseur finale nulle ou très faible, l’invention permet d’obtenir des bavures qui s’étendent dans le prolongement de la forme de la pièce et qui sont donc plus faciles à éliminer par une opération de finition simple voire de supprimer complètement l’existence même de bavure à l’issue de la thermocompression. Le dispositif de thermocompression 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 : - la pièce mécanique à fabriquer est une pièce mécanique de turbomachine d’aéronef. - le dispositif comprend en outre un système d’injection d’un matériau liquéfiable dans la cavité, formé dans la première partie et comprenant moins un conduit traversant ladite première partie depuis une surface externe de ladite première partie jusque la cavité de manière à permettre l’injection dudit matériau liquéfiable depuis l’extérieur du dispositif de thermocompression jusque dans ladite cavité. - l’au moins une zone de bavure a une épaisseur sensiblement constante selon la seconde direction. - l’au moins une zone de bavure a une épaisseur croissante, selon la seconde direction, de la cavité jusqu’à la chambre de compression. - l’au moins une zone de bavure a une épaisseur décroissante, selon la seconde direction, de la cavité jusqu’à la chambre de compression. - l’au moins une zone de bavure a une longueur selon la seconde direction comprise entre 0,5mm et 10mm, de préférence comprise entre 0,5 et 4mm. - le dispositif de thermocompression comprend un nombre de parties supérieur ou égal à 4, positionnées côte à côte selon une matrice bidirectionnelle, formant des cavités entre chaque partie lorsque lesdites parties sont emboîtées, de manière à fabriquer une pièce mécanique en forme de grille, de préférence une grille d’inversion de poussée pour une nacelle d’aéronef. - l’au moins une zone de bavure n’est pas située au niveau d’une arête de la cavité. - le matériau liquéfiable est un polymère et la seconde partie est configurée pour recevoir une préforme fibreuse de sorte que ledit dispositif de thermocompression permet de fabriquer une pièce mécanique en matériau composite, par exemple une pièce d’un ensemble propulsif ou une pièce de type grille. En outre, l’invention selon un second aspect concerne un procédé d’utilisation d’un dispositif selon le premier aspect comprenant les étapes de : positionnement d’une matière comportant au moins une structure fibreuse entre la première et deuxième partie ; compression de la matière par déplacement de la première partie vers la seconde partie ; consolidation de la matière par solidification ; et, démoulage de la pièce. La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression selon l’art antérieur ; la est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’une partie d’un dispositif de thermocompression selon l’art antérieur ; la est une représentation schématique d’une pièce mécanique fabriquée par un dispositif de thermocompression selon l’art antérieur ; la est une illustration de l’ébavurage d’une pièce mécanique fabriquée par un dispositif de thermocompression selon l’art antérieur ; la est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression selon l’invention ; la est une représentation schématique d’un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression selon l’invention ; la est une représentation schématique d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression selon l’invention ; la est une représentation schématique d’une pièce mécanique fabriquée par un dispositif de thermocompression selon l’invention ; la est une représentation schématique d’un quatrième mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression selon l’invention ; et, la est un diagramme d’étape d’un mode de mise en œuvre d’un procédé d’utilisation du dispositif selon l’invention. En référence à la , nous allons maintenant décrire un mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression 501 selon l’invention. La ne représente qu’une partie du dispositif située au niveau d’un bord d’une cavité du dispositif décrit ci-après. Le dispositif 501 est un dispositif de thermocompression pour la fabrication de pièces mécaniques telles que, par exemple, des pièces mécaniques de turbomachine d’aéronef. Le dispositif 501 comprend une première partie 503 et une seconde partie 505 qui sont configurées pour former, par emboîtement de la première partie 503 dans la seconde partie 505 selon une première direction X, une cavité 507 ayant la forme d’une pièce mécanique à fabriquer. Dans différent modes de réalisation de l’invention, l’emboîtement des deux parties du dispositif peut impliquer le déplacement d’une partie qui est mobile vers l’autre partie qui est fixe ou le déplacement de deux parties mobiles l’une vers l’autre, dans tous les cas selon la première direction X. Le dispositif 501 comprend en outre une zone interstitielle 509 dite chambre de compression qui est distincte de la cavité et formée entre la première partie et la seconde partie lorsqu’elles sont emboîtées. Cette chambre de compression 509 s’étend longitudinalement selon la direction X. En particulier, comme il est visible à la figue 5, la chambre de compression 509 se situe au niveau de parois de la première partie 503 et de la seconde partie 505 qui se déplacent en vis-à-vis l’une de l’autre et l’une le long de l’autre lorsque les deux parties 503 et 505 sont emboîtées. L’exemple de dispositif de compression 501 représenté à la ne montre qu’une seule chambre de compression 509, toutefois l’homme du métier appréciera que l’invention s’applique, de manière générale, à un dispositif de thermocompression comprenant un nombre de chambre de compression supérieur ou égal à 1. Le dispositif de thermocompression 501 comprend en outre au moins une seconde zone interstitielle 511 dite zone de bavure qui est formée entre la première partie 503 et la seconde partie 505 lorsqu’elles sont emboîtées. La zone de bavure s’étend longitudinalement entre la cavité 507 et la chambre de compression 509 selon une seconde direction Y distincte de la première direction X. La direction Y peut former avec la direction X un angle compris entre 30° et 90°, de préférence proche de 90°. Dans l’exemple non-limitatif représenté, la seconde direction Y est perpendiculaire à la première direction X et s’étend sensiblement dans le prolongement de la forme de la cavité 507. Ainsi, dans le dispositif de thermocompression 501, un matériau liquéfiable (lors de la fabrication de la pièce) mis sous pression dans la cavité 507 peut s’écouler jusque dans la chambre de compression 509 par l’intermédiaire de la zone de bavure 511. Dans différentes configurations d’utilisation du dispositif 501, le matériau utilisé pour fabriquer la pièce mécanique peut être soit positionné au préalable entre la première partie 503 et la seconde partie 505 avant leur emboîtement, soit injecté, en tout ou partie, entre les deux parties, au cours de la compression. Ainsi, le dispositif de thermocompression 501 peut comprendre un système d’injection d’un matériau liquéfiable dans la cavité 507 tel que celui représenté à la . Un tel système d’injection peut être formé dans une des deux parties du dispositif, par exemple la première partie 503, et comprendre au moins un conduit traversant cette partie depuis une surface externe de cette partie jusque la cavité de manière à permettre l’injection du matériau liquéfiable depuis l’extérieur du dispositif de thermocompression jusque dans la cavité. A titre d’exemple non-limitatif, le matériau liquéfiable injecté dans la cavité peut être un polymère et l’une des parties du dispositif, par exemple la seconde partie 505, peut être configurée pour recevoir une préforme fibreuse de sorte que le dispositif de thermocompression permet de fabriquer une pièce mécanique en matériau composite. La montre un exemple d’une pièce mécanique 701 obtenue à partir du dispositif de thermocompression 501. La pièce 701 comporte deux bavures 703. Chaque bavure 703 a une portion qui s’étend sensiblement dans le prolongement de forme de la pièce 701 (générée par l’écoulement du matériau dans la zone de bavure) et une portion qui s’étend sensiblement perpendiculairement à l’autre (générée par l’écoulement du matériau dans la chambre de compression). Avantageusement, le profil des bavures ainsi obtenues simplifie l’ébavurage en évitant de requérir à des opérations complexes pour retirer de la matière en excédent et/ou diminue le nombre d’opérations nécessaires pour parvenir à la forme finale de la pièce. En outre, le meilleur contrôle du profil des bavures (i.e. de leur forme et de leur emplacement) simplifie également la fabrication de pièces mécaniques présentant une forme complexe au niveau de leurs extrémités. Typiquement, chaque zone de bavure 511 peut avoir une longueur selon la seconde direction Y comprise entre 0,5mm et 10mm, par exemple comprise entre 0,5 et 4 mm, par exemple égale à 1mm pour obtenir l’effet (de simplification de l’ébavurage) indiqué plus haut sans requérir l’utilisation d’un espace trop important au sein du dispositif de thermocompression. En outre, le dispositif de thermocompression peut être configuré pour que chaque zone de bavure 511 ne soit pas située au niveau d’une arête de la cavité 507 (comme c’est le cas dans l’exemple illustré à la ) afin notamment d’éviter un endommagement de la pièce au moment de l’ébavurage ou de rendre l’ébavurage trop complexe. Par ailleurs, comme l’illustre également la , la bavure étant décalée de l’arête de pièce, elle n’impacte pas la géométrie de la pièce moulée dans cette zone. Dans tous les cas, l’homme du métier saura adapter la position et les dimensions de chaque zone de bavure en fonction des objectifs visés. Par exemple, dans différents modes de réalisation de l’invention chaque zone de bavure 511 peut avoir soit une épaisseur sensiblement constante selon la seconde direction Y comme représenté à la , soit une épaisseur croissante, selon la seconde direction Y, de la cavité 507 jusqu’à la chambre de compression 509 comme représenté à la , soit encore une épaisseur décroissante, selon la seconde direction Y, de la cavité 507 jusqu’à la chambre de compression 509 comme représenté à la . Avantageusement, une configuration telle que celle représenté à la permet de créer une ligne de faiblesse plus marquée (au niveau de la jonction entre la cavité et la zone de bavure) pour faciliter davantage l’ébavurage tandis qu’une configuration telle que celle représentée à la permet de faciliter le réengagement de la matière dans la cavité. La illustre encore un autre mode de réalisation d’un dispositif de thermocompression 801 selon l’invention. Dans l’exemple représenté, le dispositif de thermocompression 801 comprend 4 parties 803, 805, 807 et 809 qui sont positionnées côte à côte selon une matrice dite bidirectionnelle, c’est-à-dire une matrice qui comporte deux directions sécantes, qui peuvent former, par exemple, des éléments carrés, rectangulaires, losanges, ou même encore des triangles. Toutes les parties forment deux à deux des cavités (i.e. une cavité entre chaque paire de parties) lorsqu‘elles sont emboîtées. En outre, les cavités sont toutes reliées entre elles et forment ainsi une seule cavité globale 811 remplie par le matériau liquéfiable lorsque celui-ci est injecté dans la cavité globale 811 mise sous pression. Un tel dispositif, avec un nombre de parties supérieur ou égal à 4, positionnées de la sorte, permet notamment de fabriquer une pièce mécanique en forme de grille, comme par exemple une grille d’inversion de poussée pour une nacelle de turbomachine d’aéronef. En outre, comme pour les modes de réalisation décrits plus haut, chaque cavité formée entre une paire de parties du dispositif de thermocompression 801 comprend au moins une chambre de compression 813 et une zone de bavure 815 qui permettent de générer des bavures dont la forme et la disposition facilitent l’élimination. Enfin, dans une variante du dispositif de thermocompression 501, les parties du dispositif elles-mêmes peuvent être soit des éléments solides décomposables en morceaux pour pouvoir les démouler facilement de la pièce, soit des éléments liquéfiables, qui sont éliminés de la pièce après compression (par exemple par chaleur pour entrainer leur fonte ou par dissolution dans un liquide). En référence à la , nous allons maintenant décrire un procédé 901 d’utilisation du dispositif décrit plus haut. L’étape 903 consiste en le positionnement d’une matière comportant au moins une structure (i.e. une préforme) fibreuse entre la première et deuxième partie. La structure fibreuse peut être pré-imprégnée (c’est-à-dire qu’elle intègre une quantité de matériau liquéfiable en son sein) ou sèche (sans intégrer de matériau liquéfiable). En outre, comme évoqué plus haut en référence au dispositif, dans les différents modes de mise en œuvre du procédé, du matériau liquéfiable peut être injecté directement dans la cavité formée entre la première partie et la seconde partie grâce à un système d’injection après qu’elles aient été emboîtées ou tout ou partie de la matière peut avoir été positionnée entre la première et la seconde partie avant qu’elles ne soient emboitées l’une avec l’autre. L’étape 905 consiste en la compression de la matière par déplacement de la première partie vers la seconde partie. Il s’agit donc d’emboîter la première partie dans la seconde partie en translatant la première partie selon la direction X. L’étape 907 consiste en la consolidation de la matière par solidification. Concrètement, la matériau qui enrobe les fibres (de la structure fibreuse) se solidifie et donne ainsi à la pièce sa forme finale (avec d’éventuelles bavures). L’étape 909 consiste en le démoulage de la pièce. En outre, suivant l’état final de la pièce démoulée, une étape d’ébavurage (simplifiée grâce au dispositif et au procédé) peut être réalisée pour obtenir la pièce finie. Dispositif de thermocompression (501) pour la fabrication de pièces mécaniques comprenant : - au moins une première partie (503) et une seconde partie (505) configurées pour former, par emboîtement de ladite première partie (503) dans ladite seconde partie (505) selon une première direction (X), une cavité (507) ayant la forme d’une pièce mécanique à fabriquer ; et, - au moins une première zone interstitielle (509) dite chambre de compression, distincte de la cavité (507), formée entre la première partie (503) et la seconde partie (505) lorsque ladite première partie (503) et ladite seconde partie (505) sont emboîtées, et s’étendant longitudinalement selon la première direction (X), ledit dispositif de thermocompression (501) étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une seconde zone interstitielle (511) dite zone de bavure, formée entre la première partie (503) et la seconde partie (505) lorsque ladite première partie (503) et ladite seconde partie (505) sont emboîtées, et s’étendant longitudinalement entre la cavité (507) et la première zone interstitielle (509), selon une seconde direction (Y) distincte de la première direction (X), de préférence formant un angle compris entre 30° et 90° par rapport à ladite première direction (X). Dispositif de thermocompression (501) selon la revendication 1, comprenant en outre un système d’injection d’un matériau liquéfiable dans la cavité (507), formé dans la première partie (503) et comprenant au moins un conduit traversant ladite première partie (503) depuis une surface externe de ladite première partie (503) jusque la cavité (507) de manière à permettre l’injection dudit matériau liquéfiable depuis l’extérieur du dispositif de thermocompression (501) jusque dans ladite cavité (507). Dispositif de thermocompression (501) selon la revendication 2, dans lequel le matériau liquéfiable est un polymère et la seconde partie (505) est configurée pour recevoir une préforme fibreuse de sorte que ledit dispositif de thermocompression (501) permet de fabriquer une pièce mécanique en matériau composite. Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une zone de bavure (511) a une épaisseur sensiblement constante selon la seconde direction (Y). Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une zone de bavure (511) a une épaisseur croissante, selon la seconde direction (Y), de la cavité (507) jusqu’à la chambre de compression (509). Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une zone de bavure (511) a une épaisseur décroissante, selon la seconde direction (Y), de la cavité (507) jusqu’à la chambre de compression (509). Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une zone de bavure (511) a une longueur selon la seconde direction (Y) comprise entre 0,5mm et 10mm, de préférence comprise entre 0,5mm et 4mm. Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif de thermocompression (501) comprenant un nombre de parties (803, 805, 807, 809) supérieur ou égal à 4, positionnées côte à côte selon une matrice bidirectionnelle, formant des cavités entre chaque partie lorsque lesdites parties (803, 805, 807, 809) sont emboîtées, de manière à fabriquer une pièce mécanique en forme de grille. Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une zone de bavure (511) n’est pas située au niveau d’une arête de la cavité (507). Dispositif de thermocompression (501) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce mécanique à fabriquer est une pièce mécanique de turbomachine d’aéronef, par exemple une pièce d’un ensemble propulsif ou une pièce de type grille. Procédé (901) d’utilisation du dispositif de compression (501) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé (901) comprenant les étapes de : - positionnement (903) d’une matière comportant au moins une structure fibreuse entre la première et deuxième partie ; - compression (905) de la matière par déplacement de la première partie vers la seconde partie ; - consolidation (907) de la matière par solidification ; et, - démoulage (909) de la pièce.