Brevet FR3163597A1 — publié le 20251226

Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire Un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire comprend : - le placement d’une partie (110) d’une ébauche fibreuse (100) humidifiée sur une feuille en un matériau souple (10), - le positionnement d’une pièce à section circulaire (20) sur ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100), - l’enroulement de la partie (110) de l’ébauche fibreuse (100) autour de la pièce à section circulaire (20), - le serrage circulaire de la feuille en matériau souple (10) de manière à compacter la partie (110) de l’ébauche fibreuse (100), - le séchage de l’ébauche fibreuse, - le retrait de la feuille en matériau souple (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse tubulaire ou une préforme avec une partie de préforme tubulaire. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire La présente invention se rapporte au domaine des préformes fibreuses utilisées pour réaliser des pièces en matériau composite. Elle concerne plus particulièrement la mise en forme et le compactage de préformes fibreuse de forme tubulaire. La nouvelle génération de moteurs non-carénés (dits « open fan » ou « open rotor » en anglais) nécessite des pieds d’aube plus compacts. Ce besoin vient de la nécessité de pouvoir faire pivoter l’aube autour de son axe vertical afin d’adapter son incidence au régime de vol (aube ou pale à pas variable). Ce besoin, combiné au fait que l’aube doit être intégrée le plus bas possible sur le disque, impose de réduire fortement l’encombrement du pied. A cet effet, les pieds des aubes de nouvelle génération présentent une forme axisymétrique ou sensiblement axisymétrique ainsi que des dimensions réduites comme l’aube divulguée dans le document WO 2023/209289. Le pied d’aube est formé à partir d’une partie de préforme tubulaire de pied réalisée par tissage tridimensionnel et comportant un logement interne. La partie de préforme de pied est mise en forme par introduction d’un insert ou d’un manchon interne métallique dans le logement interne de la partie de préforme de pied. Une coque externe métallique est en outre fixée sur la surface externe de la partie de préforme de pied. Cependant, la mise en forme de tube de la partie de préforme de préforme de pied et son compactage peuvent s’avérer délicats lorsque ces deux opérations sont réalisées sur une préforme interposée entre un insert et une coque externe. Il est donc souhaitable de pouvoir proposer une solution pour la réalisation de préformes fibreuses tubulaires qui permet d’améliorer le contrôle de la mise en forme et du compactage d’une préforme fibreuse lorsque celle-ci est destinée à être intégrer entre un insert et une pièce externe. A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire ou d’une partie de préforme tubulaire destinée à former le renfort fibreux d’une pièce ou d’une partie d’une pièce en matériau composite, le procédé comprenant : - le tissage tridimensionnel d’au moins une première ébauche fibreuse, - le placement d’au moins une partie de la première ébauche fibreuse sur une surface interne d’une feuille, - l’humidification de la première ébauche fibreuse avant ou après le placement de la partie de la première ébauche fibreuse sur la surface interne de la feuille, - le positionnement d’une pièce de formage sur la partie de la première ébauche fibreuse, - l’enroulement de la partie de la première ébauche fibreuse autour de la pièce de formage, - le serrage circulaire de la feuille de manière à compacter la partie de la première ébauche fibreuse, - le séchage de ladite première ébauche fibreuse, - le retrait de la feuille de manière à obtenir une préforme fibreuse tubulaire ou une préforme avec une partie de préforme tubulaire. L’utilisation d’une feuille comme outillage de mise en forme et le serrage circulaire de cette feuille permet à la fois une grande flexibilité dans la mise en forme de l’ébauche fibreuse et une bonne maîtrise de l’effort de serrage. On améliore ainsi significativement le contrôle du dimensionnel et du compactage visés permettant ainsi une bonne répétabilité de fabrication. L’outillage de mise en forme est en outre réutilisable. Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, la feuille est en matériau souple. Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, la pièce de formage présente une section circulaire. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la feuille comporte des perforations. Cela permet de faciliter le séchage de l’ébauche fibreuse mise en forme et compactée avant son extraction de la feuille. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la partie de la première ébauche fibreuse s’étend en longueur suivant une direction longitudinale et en largeur suivant une direction transversale, la partie de la première ébauche fibreuse comprenant au moins une première portion ayant une première largeur et une deuxième portion ayant une deuxième largeur inférieure à la première largeur, et dans lequel la pièce de formage comporte des première et deuxième parties respectivement présentes sur les première et deuxième portions de la partie de la première ébauche fibreuse, la première partie de la pièce de formage ayant un diamètre inférieur au diamètre de la deuxième partie de ladite pièce de formage. Le procédé de l’invention est ainsi parfaitement adapté à la mise en forme et au compactage de préformes tubulaires ayant des sections et/ou des dimensions variables. En effet, en adaptant les dimensions de la pièce de formage en fonction de la largeur des portions de l’ébauche ou de la partie de l’ébauche destinées à former une préforme tubulaire, on obtient une résultante d’effort de serrage équilibrée sur toute la longueur de l’ébauche ou de la partie de l’ébauche présente dans la feuille. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, l’effort de serrage circulaire appliqué par la feuille sur ladite au moins une partie de la première ébauche fibreuse est déterminé en fonction d’une épaisseur de compactage prédéterminée. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci comprend en outre, après l’enroulement de ladite au moins une partie de la première ébauche fibreuse autour de la pièce de formage, l’enroulement d’au moins une partie d’une deuxième ébauche fibreuse humidifiée autour de ladite au moins une partie de la première ébauche fibreuse. Cela permet de former des préformes tubulaires dites « double-scarf ». Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la partie de préforme tubulaire correspond à une partie de préforme de pied d’une aube ou d’une hélice. Le procédé de l’invention trouve notamment une application avantageuse dans la réalisation de partie de préforme de pied ou d’hélice pour la nouvelle génération de moteurs non-carénés (dits « open fan » ou « open rotor » en anglais) qui présente une forme de révolution. Dans ce cas, le procédé peut comprendre en outre le placement d’une coque externe autour de la partie de préforme de pied. La maîtrise du dimensionnel de la partie de préforme tubulaire permet de faciliter et de sécuriser la fixation de la coque externe. L’invention a également pour objet un outillage pour la fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire ou d’une partie de préforme tubulaire destinée à former le renfort fibreux d’une pièce ou d’une partie d’une pièce en matériau composite, l’outillage comprenant au moins une feuille, une pièce de formage et une pluralité d’organes de serrage circulaires. Selon une caractéristique particulière de l’outillage de l’invention, la feuille est en matériau souple. Selon une autre caractéristique particulière de l’outillage de l’invention, la pièce de formage présente une section circulaire. Selon une autre caractéristique particulière de l’outillage de l’invention, la feuille (10) comporte des perforations. FIG. 1 La FIG. 1 est une vue schématique illustrant une ébauche fibreuse pour la fabrication d’une aube ou d’une hélice, FIG. 2 La FIG. 2 est une vue schématique de l’ébauche fibreuse de la FIG. 1 disposée dans un outillage de mise forme et de compactage conformément à un mode de réalisation de l’invention, FIG. 3 La FIG. 3 est une vue schématique montrant la fermeture de l’outillage de la FIG. 2 , FIG. 4 La FIG. 4 est une vue schématique montrant le compactage de l’ébauche fibreuse dans l’outillage de la FIG. 3 , FIG. 5 La FIG. 5 est une vue schématique d’une préforme fibreuse obtenue après le compactage de l’ébauche fibreuse, FIG. 6 La FIG. 6 est une vue schématique de la préforme fibreuse de la FIG. 5 munie d’une coque externe. L'invention s'applique d'une manière générale à la fabrication de préformes fibreuses ou de parties d préformes de forme tubulaire formées autour d’une pièce à section circulaire. L'invention trouve une application avantageuse mais non exclusive dans la fabrication de pieds d’aubes ou d’hélices pour roues mobiles non carénées comme dans les moteurs aéronautiques dits « open rotor ». Dans la suite de la description, les exemples de réalisation sont décrits en relation avec la fabrication d’un pied d’aube ou d’hélice pour roues mobiles non carénées de turbomachine. Toutefois, les exemples de réalisation s’appliquent également à des pièces tubulaires destinées à d’autres applications. La FIG. 1 montre très schématiquement une première ébauche fibreuse 100. L'ébauche fibreuse 100 est obtenue par tissage tridimensionnel (3D) réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches de plusieurs centaines de fils chacune, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame. L’ébauche fibreuse 100 est tissée en une seule pièce. Le tissage 3D peut notamment être un tissage à armure "interlock". Par tissage "interlock", on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. D'autres types de tissage tridimensionnel connus pourront être utilisés, comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755. L'ébauche fibreuse selon l'invention peut être tissée notamment à partir de fils de fibres de carbone ou de céramique tel que du carbure de silicium. L’ébauche fibreuse 100 s’étend en longueur suivant une direction longitudinale D L et en largeur suivant une direction transversale D T . Dans l’exemple décrit ici, l’ébauche fibreuse 100 comprend une partie d’ébauche 110 destinée à former une préforme fibreuse tubulaire d’un pied d’aube ou d’hélice. L’ébauche fibreuse 100 comprend également une autre partie d’ébauche 120 présente dans le prolongement de la partie d’ébauche 110. La partie d’ébauche 120 est destinée à former une partie de préforme de profil aérodynamique ou une partie de préforme de longeron apte à être assemblée avec une préforme de profil aérodynamique. La mise en forme de la partie d’ébauche 120 n’est pas décrite ici par souci de simplification. La partie d’ébauche 110 comprend une première portion 111 ayant suivant la direction transversale D T une première largeur l 1 1 1 , la première portion s’étendant sur une première longueur L 1 1 1 suivant la direction longitudinale D L et une deuxième portion 112 ayant suivant la direction transversale D T une deuxième largeur l112 inférieure à la première largeur l 1 1 1 , la deuxième portion 112 s’étendant dans le prolongement de la première portion 111 sur une longueur L 1 1 2 suivant la direction longitudinale D L . Comme illustrée sur la FIG. 2 , la partie d’ébauche 110 est placée à plat sur une surface interne 11 d’une feuille 10 d’un outillage de fabrication de préforme tubulaire. La feuille 10 est de préférence en un matériau souple et rigide, par exemple une tôle métallique. La partie d’ébauche 110 est humidifiée avec de l’eau avant ou après son placement sur la feuille 10. L’eau agit comme un lubrifiant qui facilite le glissement entre les fils, ce qui réduit les perturbations ou dérangements du tissage initial lors de la mise en forme et du compactage. Une pièce de formage 20 en matériau rigide, par exemple en métal, est ensuite positionnée sur la face exposée de la partie d’ébauche 110 comme représentée sur la FIG. 2 . Dans l’exemple décrit ici, la pièce de formage 20 présente une section circulaire. Toutefois, la pièce de formage peut présenter d’autres géométries de section plus complexes comme une géométrie en forme de huit. Plus généralement, toute géométrie dépourvue d’arête vive peut être envisagée pour la pièce de formage et dont l’épaisseur peut être constante ou variable suivant la longueur de la pièce. Comme expliqué ci-après, la pièce de formage a notamment pour fonction de participer à la mise en forme et au compactage de la partie d’ébauche. Dans l’exemple décrit ici, la pièce de formage 20 comprend une première partie 21 présente sur la première portion 111 de la partie d’ébauche 110 et une deuxième partie 22 présente sur la deuxième partie 112 de la partie d’ébauche 110. La première partie 21 a un diamètre inférieur au diamètre de la deuxième partie. Le diamètre de la première partie 21 peut être déterminé en fonction de la sur-largeur existante entre les première et deuxième portions 111 et 112 de la partie d’ébauche 110 afin de maintenir une section constante sur l’ensemble de la partie d’ébauche 110 lorsque cette dernière est enroulée autour de la pièce de formage 20. En d’autres termes, le diamètre de la pièce de formage peut être variable en fonction des différences de largeur présentes dans une ébauche fibreuse de manière à compenser les variations de sections après enroulement de l’ébauche fibreuse sur la pièce et à permettre ainsi une mise en forme tubulaire avec un diamètre constant et un compactage concentrique uniforme sur toute la longueur de l’ébauche fibreuse ou la partie de l’ébauche fibreuse concernée. La feuille 10 et la partie d’ébauche 110 sont enroulées autour de la pièce de formage comme illustré sur la FIG. 3 , l’ensemble étant maintenu en place au moyen d’organes de serrage circulaire 30, comme par exemple des colliers de serrage, disposés autour de la feuille 10. On applique ensuite un effort de serrage circulaire sur la feuille 10 via les organes de serrage circulaire 30 afin de compléter la mise en forme et procéder au compactage de la partie d’ébauche 110 comme illustré sur la FIG. 4 . L’utilisation d’une feuille enroulée autour de la partie d’ébauche et son serrage avec des organes de serrage circulaire permet d’appliquer un effort de compactage concentrique et, par conséquent, équilibré en tout point de la partie de l’ébauche concernée, la pièce de formage 20 permettant d’appliquer une force de contact sur la partie interne de l’ébauche et participer ainsi au compactage. A titre d’exemple non limitatif, la préforme fibreuse 100 présente un foisonnement initial de +56% par rapport à l’épaisseur finale visée correspondant ici à la différence entre l’épaisseur initiale de 30 mm pour une épaisseur finale visée de 19 mm. Le nombre d’organes de serrage circulaire 30 utilisés est déterminé en fonction de l’effort de serrage que l’on souhaite appliquer. Toujours dans l’exemple non limitatif décrit ici, on utilise un nombre d’organes de serrage circulaire 30 permettant d’appliquer un effort de serrage circulaire de 15 bars, ce qui permet d’atteindre l’épaisseur visée de 19 mm avec une préforme présentant un diamètre de 100mm. Une fois la mise en forme et le compactage de la partie d’ébauche 110 réalisés, l’ensemble comprenant la partie d’ébauche 110 maintenue en forme et à l’état compactée dans la feuille 10 est placé dans une étuve ou similaire afin de réaliser le séchage de la partie d’ébauche. En outre de faciliter le glissement entre les fils dans l’ébauche, l’humidification de la préforme permet de dissoudre l’ensimage présent dans les fils et de le diffuser dans l’ébauche. Le séchage de la partie d’ébauche 110 permet de retirer l’eau présente dans celle-ci et de la figer dans son l’état compacté par le durcissement de l’ensimage. La feuille 10 peut comporter des perforations 12 qui facilitent le retrait de l’eau de l’ébauche fibreuse lors du séchage de celle-ci. Après le séchage de l’ébauche fibreuse, on retire les organes de serrage circulaire 30 et la feuille 10. On obtient alors telle que représentée sur la FIG. 5 une préforme fibreuse 200 comprenant une partie de préforme tubulaire 210 au diamètre à l’état de compaction visés. Dans l’exemple décrit ici, la préforme 200 est destinée à la fabrication d’une aube ou d’une hélice en matériau composite pour roues mobiles non carénées de turbomachine. La partie de préforme tubulaire 210 est destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice. Comme illustrée sur la FIG. 6 , une coque externe 50, par exemple en métal, est placée autour de la partie de préforme tubulaire afin de permettre l’intégration de l’aube ou de l’hélice dans un disque de rotor. La préforme fibreuse 200 est ensuite densifiée pour obtenir la pièce finale, ici une aube ou une hélice en matériau composite. La densification est réalisée de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide. Le procédé par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine époxyde à hautes performances, éventuellement dilué dans un solvant. La préforme est placée dans un moule pouvant être fermé de manière étanche avec un logement ayant la forme de l’aube finale moulée. Ensuite, on referme le moule et on injecte le précurseur liquide de matrice (par exemple une résine) dans tout le logement pour imprégner toute la partie fibreuse de la préforme. La transformation du précurseur en matrice, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination un solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur pour transformer la matrice en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ). Plusieurs cycles consécutifs, depuis l'imprégnation jusqu'au traitement thermique, peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité. On peut également utiliser une résine époxyde de classe de température 180 °C (température maximale supportée sans perte de caractéristiques). Le choix de la classe de température et/ou la nature chimique de la résine est déterminé en fonction des sollicitations thermomécaniques auxquelles doit être soumise la pièce. Les procédés de densification décrits ci-avant permettent de réaliser, à partir de la préforme fibreuse de l’invention, principalement des pièces telles que des aubes ou pales d’hélices en matériau composite à matrice organique (CMO), à matrice carbone (C/C) et à matrice céramique (CMC). Dans l’exemple décrit ici, la pièce de formage 20 est conservée dans la pièce finale. Cependant, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque la pièce de formage est retirée après la formation de la partie de préforme tubulaire. La pièce de formage peut être retirée à la fin de la fabrication de la préforme si par exemple le moule pour la fabrication de la pièce composite finale comprend une pièce identique à la pièce de formage. Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci peut comprendre en outre, après l’enroulement de la partie 110 de la première ébauche fibreuse 100 autour de la pièce de formage 20, l’enroulement d’une partie d’une deuxième ébauche fibreuse humidifiée autour de la partie de la première ébauche fibreuse. La deuxième ébauche fibreuse peut notamment présenter un tissage, des dimensions et une géométrie similaires à ceux de la première ébauche fibreuse. Dans ce cas, les première et deuxième ébauches fibreuses peuvent être séchées en même temps après leur enroulement. Conformément à l’invention, le procédé de fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire ou d’une partie de préforme tubulaire destinée à former le renfort fibreux d’une pièce ou d’une partie d’une pièce en matériau composite, est mis en œuvre au moyen d’un outillage disponible sous forme de kit et comprenant au moins une feuille telle que la feuille 10 décrite ci-avant, une pièce de formage telle que la pièce de formage 20 décrite ci-avant et une pluralité d’organes de serrage circulaires tels que les organes 30 décrits ci-avant. L’outillage de l’invention est remarquable en ce qu’il peut être réutilisé pour une fabrication en série de préformes fibreuses. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire ou d’une partie de préforme tubulaire destinée à former le renfort fibreux d’une pièce ou d’une partie d’une pièce en matériau composite, le procédé comprenant : - le tissage tridimensionnel d’au moins une première ébauche fibreuse (100), - le placement d’au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse sur une surface interne (11) d’une feuille (10), - l’humidification de la première ébauche fibreuse (100) avant ou après le placement de ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse sur la surface interne (11) de la feuille (10), - le positionnement d’une pièce de formage (20) sur ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100), - l’enroulement de ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100) autour de la pièce de formage (20), - le serrage circulaire de la feuille (10) de manière à compacter ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100), - le séchage de ladite première ébauche fibreuse, - le retrait de la feuille (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse tubulaire ou une préforme avec une partie de préforme tubulaire (210). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la feuille (10) est en matériau souple. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la pièce de formage présente une section circulaire. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la feuille (10) comporte des perforations (12). Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100) s’étend en longueur suivant une direction longitudinale (D L ) et en largeur suivant une direction transversale D T ), ladite au moins une partie de la première ébauche fibreuse comprenant au moins une première portion (111) ayant une première largeur (l 111 ) et une deuxième portion (112) ayant une deuxième largeur (l 112 ) inférieure à la première largeur, et dans lequel la pièce de formage (20) comporte des première et deuxième parties (21, 22) respectivement présentes sur les première et deuxième portions (111, 112) de ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100), la première partie (21) de la pièce de formage (20) ayant un diamètre inférieur au diamètre de la deuxième partie (22) de ladite pièce de formage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’effort de serrage circulaire appliqué par la feuille (10) sur ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100) est déterminé en fonction d’une épaisseur de compactage prédéterminée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre, après l’enroulement de ladite au moins une partie (110) de la première ébauche fibreuse (100) autour de la pièce de formage (20), l’enroulement d’au moins une partie d’une deuxième ébauche fibreuse humidifiée autour de ladite au moins une partie de la première ébauche fibreuse. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la partie de préforme tubulaire (210) correspond à une partie de préforme de pied d’une aube ou d’une hélice. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre le placement d’une coque externe (50) autour de la partie de préforme de pied. Outillage pour la fabrication d’une préforme fibreuse tubulaire ou d’une partie de préforme tubulaire destinée à former le renfort fibreux d’une pièce ou d’une partie d’une pièce en matériau composite, l’outillage comprenant au moins une feuille (10), une pièce de formage (20) et une pluralité d’organes de serrage circulaires (30). Outillage selon la revendication 10, dans lequel la feuille (10) est en matériau souple. Outillage selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la pièce de formage présente une section circulaire. Outillage selon l’une quelconque des revendications 11 à 12, dans lequel la feuille (10) comporte des perforations (12).