Brevet FR3163014A1 — publié le 20251212

[Title] Procédé de fabrication d’une pièce en une matière thermoplastique renforcée de fibres Procédé de fabrication de fabrication d’au moins une pièce (1 ; 18) comprenant au moins localement une forme arrondie et/ou un angle et formée en matière thermoplastique renforcée de fibres, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : - au moins une étape (100 ; 110) d’enroulement d’au moins une fibre pré-imprégnée d’une matière thermoplastique autour d’un mandrin (M) pour former sur le mandrin un drapage (8 ; 21) comprenant une couche de fibres enroulée ou plusieurs couches de fibres enroulées et superposées, - au moins une étape (200 ; 210) de découpe du drapage (8 ; 21) formé, et - au moins une étape (300 ; 310) de retrait du mandrin (M) du drapage découpé. Procédé de fabrication d’une pièce en une matière thermoplastique renforcée de fibres Domaine technique de l’invention La présente invention concerne, de manière générale, les pièces en matériau composite comprenant une matière thermoplastique renforcée de fibres. Plus précisément, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce comprenant au moins localement une forme arrondie et/ou un angle, et formée en une matière thermoplastique renforcée de fibres, telle qu’une ferrure servant à connecter au moins deux membres. Etat de la technique antérieure L'utilisation d'une ferrure en matériau composite, notamment en une matière thermoplastique renforcée de fibres, telles que des fibres de carbone ou de verre, est particulièrement intéressante en remplacement de ferrures métalliques pour les domaines où le gain de poids est essentiel, comme par exemple en aéronautique. Certains types de ferrures présentent au moins localement des formes complexes, arrondies et/ou comportant un angle. Il est connu de fabriquer ces ferrures à partir de nappes formées par un empilement à plat de couches de fibres liées par une matière thermoplastique. Les nappes sont déformées et assemblées pour la réalisation d’une préforme. Certaines portions des nappes sont plissées, pliées, voire découpées et déplacées pour former les portions arrondies et les angles de la ferrure à fabriquer. Cependant, le plissage des nappes pour la réalisation de formes non déployables, arrondies ou angulaires selon un tel procédé de fabrication implique des faiblesses mécaniques ce qui nuit grandement aux performances de la ferrure en diminuant ses propriétés de résistance mécanique. De plus, l’agencement correct de la matière des nappes des portions arrondies et des angles pour former la préforme reste complexe, ce qui freine l’industrialisation. L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé de fabrication simple d’une pièce, telle qu’une ferrure, en une matière thermoplastique renforcée de fibres et comportant des portions complexes non déployables, qui conserve les propriétés mécaniques de la pièce. Il est donc proposé un procédé de fabrication d’une ou plusieurs pièces comprenant au moins localement une forme arrondie et/ou un angle et formées en matière thermoplastique renforcée de fibres, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes : - au moins une étape d’enroulement d’au moins une fibre pré-imprégnée d’une matière thermoplastique autour d’un mandrin pour former sur le mandrin un drapage comprenant une couche de fibres enroulée ou plusieurs couches de fibres enroulées et superposées, - au moins une étape de découpe du drapage formé, et - au moins une étape de retrait du mandrin du drapage découpé. Dans un mode de mise en œuvre, ladite pièce à fabriquer est obtenue directement à partir du drapage découpé. Dans un autre mode de mise en œuvre, le procédé de fabrication comprend l’obtention d’une ou plusieurs préformes de ladite pièce à fabriquer à partir du drapage découpé, et comprend en outre une étape d’insertion d’une ou plusieurs desdites préformes à l’intérieur d’un moule et de surmoulage à partir d’une matière thermoplastique. Pour des raisons de process, le drapage découpé ou la préforme peuvent avoir une forme légèrement différente de la forme de la pièce finale à fabriquer, l’étape de surmoulage dans le moule pourra permettre d’obtenir la forme finale souhaitée. Dans un mode de réalisation, le procédé de fabrication peut comprendre une pluralité d’étapes d’enroulement, une pluralité d’étapes de découpe des drapages formés, une pluralité d’étapes de retrait du mandrin d’une ou plusieurs préformes de ladite pièce à fabriquer à partir de chaque drapage découpé, le procédé de fabrication comprenant en outre une étape de superposition d’une pluralité des préformes obtenues, ladite étape de surmoulage étant réalisée sur ladite superposition de préformes. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de découpe du drapage peut conduire à l’obtention de deux pièces identiques lors de l’étape de retrait du mandrin. De préférence, l’étape d’enroulement de la fibre autour du mandrin est pilotée par ordinateur. Avantageusement, l’étape d’enroulement peut être assistée par chauffage laser pour maintenir la matière thermoplastique de la fibre pré-imprégnée à l’état liquide. De préférence, la fibre est enroulée autour du mandrin de façon à former une pluralité d’angles par rapport à l’axe du mandrin. Par exemple, le matériau des fibres enroulées autour du mandrin peut être choisi parmi : du carbone du verre du Kevlar®, ou un mélange de ceux-ci. Avantageusement, plusieurs drapages découpés ou plusieurs préformes peuvent être liées par une étape de soudage, telle qu’une étape de soudage par ultrasons. Selon une alternative, plusieurs drapages découpés ou plusieurs préformes peuvent être liées par une étape de consolidation par chauffage. Le chauffage permet de refaire fondre la matière thermoplastique. Les différents drapages découpés ou les différentes préformes à assembler chauffées se lient l’une à l’autre lors du refroidissement de la matière thermoplastique. L’invention concerne également une ferrure en matériau composite fabriquée par la mise en œuvre du procédé de fabrication comme précédemment décrit. Brève description des figures D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 illustre une première ferrure à fabriquer, FIG. 2 est un logigramme illustrant les étapes d’un procédé de fabrication de la première ferrure illustrée à la FIG. 1 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, FIG. 3 , FIG. 3 , FIG. 3 , FIG. 3 et FIG. 3 sont des vues schématiques en perspective de la première ferrure illustrée à la FIG. 1 à différentes étapes de sa fabrication selon un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication de l’invention, FIG. 4 illustre une deuxième ferrure à fabriquer, FIG. 5 est un logigramme illustrant les étapes d’un procédé de fabrication de la deuxième ferrure illustrée à la FIG. 4 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, et FIG. 6 et FIG. 6 sont des vues schématiques en perspective de la deuxième ferrure illustrée à la FIG. 4 à différentes étapes de sa fabrication selon un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication de l’invention. Description détaillée de l’invention La FIG. 1 illustre un premier mode de réalisation d’une pièce à fabriquer 1. La pièce à fabriquer 1 est une ferrure en forme de T servant à connecter deux membres en mouvement relatif de rotulage, notamment destinée à être utilisée dans le domaine de l’aéronautique. Dans ce qui suit, la ferrure selon le premier mode de réalisation est nommée « première ferrure ». La première ferrure 1 comprend un corps 2. Le corps 2 comprend une première partie 2a, aussi nommée voile, et une deuxième partie 2b prenant la forme d’une base et comprenant une zone de fixation du premier membre à connecter. La première partie 2a comporte un trou 3 traversant ménagé près d’une extrémité supérieure et destiné à accueillir une liaison rotule. La première partie 2a et la deuxième partie 2b sont monoblocs et s’étendent respectivement selon des plans géométriques essentiellement perpendiculaires. Par essentiellement perpendiculaire, on entend ici que l’angle formé entre les deux plans géométriques est inclus dans l’intervalle 60° et 90°C. Le voile 2a comporte ici des première et deuxième faces 4 et 5 principales opposées. Les deux faces principales 4, 5 sont essentiellement parallèles et divergent en s’écartant l’une de l’autre dans une partie inférieure du voile jusqu’à arriver en contact avec la base. La première ferrure 1 illustrée comporte deux portions de forme complexe chacune constituée par un bossage. Un premier bossage 6 s’étend à la jonction de la première face 4 et de la base 2b et un deuxième bossage similaire s’étend à la jonction entre la deuxième face 5 et la base 2b. Ces bossages 6 donnent un aspect ondulé au corps 2 et permet d’améliorer la rigidité de la première ferrure 1. Un premier exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, visant la fabrication de la première ferrure 1 en matériau composite formée en matière thermoplastique renforcée de fibres est décrit en référence au logigramme de la FIG. 2 . Comme cela est illustré à la FIG. 3 , lors d’une étape 100, une ou plusieurs fibres pré-imprégnées d’une matière thermoplastique sont enroulées autour d’un mandrin M pour former, sur le mandrin M, un drapage 8 constitué d’une pluralité de couches de fibres enroulées et superposées les unes sur les autres. En variante, le drapage 8 peut comprendre une unique couche de fibres enroulées. Dans l’exemple illustré, une fibre sous la forme d’une bande est enroulée autour du mandrin M. Selon une alternative, plusieurs fibres peuvent être enroulées simultanément autour du mandrin M. Chaque fibre est initialement pré-enroulée sur une tête. Pour réaliser l’enroulement filamentaire, le mandrin M est mis en rotation autour de son axe X. Une sous-étape d’enroulement initiale des fibres pré-imprégnées autour du mandrin M permet de former une première couche autour du mandrin M. Cette première couche est formée avec la rotation du mandrin M autour de son axe X et le déplacement des têtes supportant les fibres parallèlement à l’axe X. Puis, une succession de sous-étapes d’enroulement des fibres permet de former le drapage 8 par superposition de couches les unes sur les autres autour du mandrin M. Selon une alternative, le drapage 8 peut être constitué d’une unique couche de fibres enroulées. Avantageusement, l’étape 100 d’enroulement des fibres autour du mandrin M peut être pilotée par ordinateur et ainsi automatisée. De préférence, chaque fibre est enroulée autour du mandrin M de façon à former avantageusement une pluralité d’angles par rapport à l’axe du mandrin M afin d’améliorer les propriétés finales de résistance mécanique de la première ferrure 1 fabriquée. De préférence, l’angle varie entre 0 et 90°. Par exemple, pour une même couche de fibres, l’angle formé par rapport à l’axe X du mandrin M peut être sensiblement constant à plus ou moins 5°, et pour chaque nouvelle couche l’angle formé par rapport à l’axe X du mandrin M pour cette nouvelle couche peut être différent de l’angle de la couche précédente en étant sensiblement constant à plus ou moins 5° lors de la formation de cette nouvelle couche. Par exemple, les fibres peuvent être des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de Kevlar®, ou tout autre matériau approprié. La matière thermoplastique est, par exemple, choisie parmi les matériaux suivants : PEEK, PEKK, PPS, PEAK ou tout autre matériau approprié. En référence aux figures 3A et 3B, dans ce premier exemple de mise en œuvre, le mandrin M présente une surface extérieure comportant des première et deuxième gorges M1 et M2 radialement opposées et destinées à former des première et deuxième gorges 13 et 14 sur le drapage 8, et les premier et deuxième bossages 6 de la première ferrure 1 à fabriquer. Dans une étape 200, le drapage 8 obtenu à l’issue de l’étape 100 d’enroulement filamentaire est découpé. Le nombre de découpes peut varier en fonction du nombre et de la forme des préformes à obtenir pour la fabrication de la pièce à fabriquer souhaitée. Comme cela est illustré à la FIG. 3 , dans le premier mode de réalisation illustré, quatre découpes sont effectuées sur le drapage 8. Bien entendu, le nombre de découpes peut être différents. Ensuite, dans une étape 300, les parties découpées du drapage 8 sont retirées du mandrin M en vue d’obtenir la pièce à fabriquer qui, dans ce premier exemple illustré est la première ferrure 1. Les première et deuxième extrémités 9 et 10 du drapage 8 sont retirées via deux découpes réalisées dans un plan perpendiculaire à l’axe du mandrin M et ne sont pas exploitées. Deux autres découpes sont effectuées dans deux plans distincts et parallèles à l’axe X du mandrin M de façon à obtenir des première et deuxième parties centrales identiques formant respectivement des première et deuxième préformes 11 et 12 sensiblement identiques. Chacune des première et deuxième préformes 11 et 12 comprend l’une des première et deuxième gorges 13 et 14. Comme on peut le voir sur la FIG. 3 , les première et deuxième faces principales opposées sont chacune formées à partir d’une des préformes ainsi obtenues à partir du drapage 8 commun formé à l’étape 100 d’enroulement filamentaire et positionnées l’une contre l’autre. Dans l’exemple illustré, en référence à la FIG. 3 , les première et deuxième préformes 11 et 12 sont ensuite positionnées à l’intérieur d’un moule 15 pour la réalisation d’une étape 500 supplémentaire de surmoulage, également appelée surinjection. Le surmoulage est réalisé à partir d’une matière thermoplastique. De préférence, le surmoulage est réalisé à partir d’une matière thermoplastique identique à la matière thermoplastique des fibres pré-imprégnées utilisées pour l’étape 100 d’enroulement filamentaire autour du mandrin M. La matière thermoplastique peut, par exemple, être renforcée de fibres. Dans l’exemple illustré, de la matière thermoplastique 16 renforcée de fibres est ajoutée par surmoulage sur les première et deuxième préformes 11 et 12 de manière à lier les première et deuxième préformes 11 et 12 et former la base 2b de la première ferrure 1. Selon une alternative à l’étape 500 de surmoulage, les première et deuxième préformes 11 peuvent être liées par une étape de soudage, telle qu’une étape de soudage par ultrasons. Après l’étape de surmoulage, la pièce 17 obtenue, représentée à la FIG. 3 est extraite hors du moule 15 dans une étape 600. Selon des modes de mise en œuvre, l’étape 600 d’extraction peut être suivie d’étapes 700 optionnelles de finition de la pièce 17, par exemple des étapes d’usinage et/ou de polissage et/ou de traitement de surface et d’application d’un revêtement et/ou d’insertion d’une rotule pour l’obtention de la première ferrure 1 telle qu’illustrée à la FIG. 1 . La FIG. 4 illustre un deuxième mode de réalisation d’une pièce à fabriquer. La pièce à fabriquer est une ferrure, connue sous la dénomination coint de malle, servant à joindre, renforcer et rigidifier trois plans ensemble, et notamment destinée à être utilisée dans le domaine de l’aéronautique. Dans ce qui suit, la ferrure selon le deuxième mode de réalisation est nommée « deuxième ferrure ». La deuxième ferrure 18 comprend un corps 19. Le corps 19 comprend une première partie 19a, une deuxième partie 19b et une troisième partie 19c monoblocs et s’étendent respectivement selon des plans géométriques différents. Les première et deuxième parties 19a et 19b forment deux ailes dont la jonction forme une ligne de pliage 20 et s’étendant dans deux plans essentiellement perpendiculaires. La troisième partie 19c s’étend selon dans un plan essentiellement perpendiculaire au plan de la première partie 19a et essentiellement perpendiculaire au plan de la deuxième partie 19b, et s’étend d’une première extrémité de la première partie 19a jusqu’à une première extrémité de la deuxième partie 19b. Par essentiellement perpendiculaire, on entend ici que l’angle formé entre les plans géométriques considérés deux à deux est inclus dans l’intervalle 60° et 90°C. La face extérieure de chacune des première partie 19a, deuxième partie 19b et troisième partie 19c forme une zone d’accouplement avec l’un des trois plans d’un ensemble sur lequel la deuxième ferrure 18 est destinée à être fixée. Un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, visant la fabrication simultanée de deux deuxièmes ferrures 18 en matériau composite formées en matière thermoplastique renforcée de fibres est décrit en référence au logigramme de la FIG. 5 . Comme cela est illustré à la FIG. 6 , lors d’une étape 110, une ou plusieurs fibres pré-imprégnées d’une matière thermoplastique sont enroulées autour d’un mandrin M pour former, sur le mandrin M, un drapage 21 constitué d’une pluralité de couches de fibres enroulées et superposées les unes sur les autres. Dans l’exemple illustré, une fibre sous la forme d’une bande est enroulée autour du mandrin M. Selon une alternative, plusieurs fibres peuvent être enroulées simultanément autour du mandrin M. Chaque fibre est initialement pré-enroulée sur une tête. Pour réaliser l’enroulement filamentaire, le mandrin M est mis en rotation autour de son axe X. Une sous-étape d’enroulement initiale des fibres pré-imprégnées autour du mandrin M permet de former une première couche autour du mandrin M. Cette première couche est formée avec la rotation du mandrin M autour de son axe X et le déplacement des fibres parallèlement à l’axe X. Puis, une succession de sous-étapes d’enroulement des fibres permet de former le drapage 21 par superposition de couches les unes sur les autres autour du mandrin M. Selon une alternative, le drapage 21 peut être constitué d’une unique couche de fibres enroulées. Avantageusement, l’étape 110 d’enroulement des fibres autour du mandrin M peut être pilotée par ordinateur et ainsi automatisée. De préférence, chaque fibre est enroulée autour du mandrin M de façon à former avantageusement une pluralité d’angles par rapport à l’axe X du mandrin M par rapport à l’axe du mandrin M afin d’améliorer les propriétés finales de résistance mécanique de la deuxième ferrure 18 fabriquée. De préférence, l’angle varie entre 0 et 90°. Par exemple, pour une même couche de fibres, l’angle formé par rapport à l’axe X du mandrin M peut être sensiblement constant à plus ou moins 5°, et pour chaque nouvelle couche l’angle formé par rapport à l’axe X du mandrin M pour cette nouvelle couche peut être différent de l’angle de la couche précédente en étant sensiblement constant à plus ou moins 5° lors de la formation de cette nouvelle couche. Par exemple, les fibres peuvent être des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de Kevlar®, ou tout autre matériau approprié. En référence, aux figures 6A et 6B, dans ce deuxième exemple de mise en œuvre, le mandrin M présente des première et deuxième portions angulaires M3 et M4 radialement opposées, qui s’étendent axialement entre les deux extrémités du mandrin M, et destinées à chacune former une ligne de pliage de l’un des deux deuxièmes ferrures 18 à fabriquer. Dans une étape 210, le drapage 21 obtenu à l’issue de l’étape 110 d’enroulement filamentaire est découpé. Comme cela est illustré à la FIG. 6 , dans le deuxième mode de réalisation illustré, une unique découpe est effectuée sur le drapage 21. Bien entendu, le nombre de découpes peut être différents. Ensuite, dans une étape 310, les parties découpées du drapage 21 sont retirées du mandrin M en vue d’obtenir les pièces à fabriquer qui, dans ce deuxième exemple illustré, sont les deux deuxième ferrures 18. La découpe est effectuée dans un plan oblique par rapport à l’axe X du mandrin M de façon à obtenir deux deuxième ferrures 18 sensiblement identiques à partir du drapage 21 commun. Selon des modes de mise en œuvre, l’étape 210 de découpe peut être suivie d’étapes 610 optionnelles de finition des deuxièmes ferrures 18, par exemple des étapes d’usinage et/ou de polissage et/ou d’ajout de matière et/ou de traitement de surface et d’application d’un revêtement. Dans un autre mode de mise en œuvre, le procédé de fabrication peut comprendre une pluralité d’étapes d’enroulement 100, 110 comprenant chacune l’enroulement d’une ou plusieurs fibres pré-imprégnées d’une matière thermoplastique autour du mandrin M. Le drapage 8, 21 formé à l’issue de chaque étape d’enroulement est découpé et retiré du mandrin M pour l’obtention de plusieurs préformes. Alternativement, la pluralité d’étapes d’enroulement 100, 110 peut être réalisées sur plusieurs mandrins distincts. Le procédé de fabrication comprend également une étape de superposition de plusieurs des préformes obtenues à l’issue de différentes étapes d’enroulement. L’étape de surmoulage 500 est ainsi réalisée sur la superposition de préformes obtenue, à l’intérieur du moule 15. Les première et deuxième ferrures 1, 18 obtenues selon les premier et deuxième modes de mise en œuvre ne sont que des exemples possibles de pièce à fabriquer selon le procédé de fabrication selon l’invention, et d’autres formes ou configurations sont possibles sans sortir du cadre de l’invention. Procédé de fabrication d’une ou plusieurs pièces (1 ; 18) comprenant au moins localement une forme arrondie et/ou un angle et formées en matière thermoplastique renforcée de fibres, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes : - au moins une étape (100 ; 110) d’enroulement d’au moins une fibre pré-imprégnée d’une matière thermoplastique autour d’un mandrin (M) pour former sur le mandrin un drapage (8 ; 21) comprenant une couche de fibres enroulée ou plusieurs couches de fibres enroulées et superposées, - au moins une étape (200 ; 210) de découpe du drapage (8 ; 21) formé, et - au moins une étape (300 ; 310) de retrait du mandrin (M) du drapage (8 ; 21) découpé. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel ladite pièce à fabriquer (18) est obtenue directement à partir du drapage découpé (21). Procédé de fabrication selon la revendication 1, comprenant l’obtention d’une ou plusieurs préformes (11, 12) de ladite pièce à fabriquer (18) à partir du drapage (21) découpé, et comprenant en outre une étape (400) d’insertion d’une ou plusieurs desdites préformes (11, 12) à l’intérieur d’un moule (15) et une étape (500) de surmoulage d’une matière thermoplastique. Procédé de fabrication selon la revendication 3, comprenant une pluralité d’étapes (100 ; 110) d’enroulement, une pluralité d’étapes (200 ; 210) de découpe des drapages formés, une pluralité d’étapes (300 ; 310) de retrait du mandrin d’une ou plusieurs préformes de ladite pièce à fabriquer à partir de chaque drapage découpé, le procédé de fabrication comprenant en outre une étape de superposition d’une pluralité des préformes obtenues, ladite étape de surmoulage étant réalisée sur ladite superposition de préformes. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs drapages découpés ou plusieurs préformes peuvent être liées par une étape de soudage, telle qu’une étape de soudage par ultrasons. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape (310) de découpe du drapage (21) conduit à l’obtention de deux pièces (18) identiques lors de l’étape (300 ; 310) de retrait du mandrin (M). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape (100 ; 110) d’enroulement est assistée par chauffage laser pour maintenir la matière thermoplastique de la fibre pré-imprégnée à l’état liquide. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fibre est enroulée autour du mandrin (M) de façon à former une pluralité d’angles par rapport à l’axe (X) du mandrin (M). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau des fibres enroulées autour du mandrin (M) est choisi parmi : du carbone du verre du Kevlar®, ou un mélange de ceux-ci. 0 Ferrure en matériau composite, caractérisée en ce qu’elle est fabriquée par la mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes.