Brevet FR3153555A1 — publié le 20250404

[Title] Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes : a) enroulement ou dépose de fibres pré-imprégnées, pour former une préforme (P) autour d’un mandrin (M) comprenant un matériau thermoplastique ou thermodurcissable, lesdites fibres étant pré-imprégnées d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, b) enroulement d’un film thermorétractable (F) autour de la préforme (P), c) polymérisation du produit intermédiaire obtenu à l’issu de l’étape b) à une température de polymérisation dépendante du matériau composite utilisé, et d) retrait du film thermorétractable (F) du produit intermédiaire pour l’obtention de ladite pièce en matériau composite monobloc qui comprend le mandrin (M). Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite Domaine technique de l’invention La présente invention concerne, de manière générale, les pièces en matériau composite, telle qu’une bielle. Plus précisément, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, notamment, comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres. Etat de la technique antérieure Un moyen classique de fabriquer une bielle en matériau composite repose sur la fabrication d’une préforme à l’aide d’un ou plusieurs outillages, tel qu’un mandrin métallique et/ou un moule. Le document FR 3 053 622 décrit, par exemple, un procédé de fabrication d’une bielle. La préforme est réalisée par enroulement filamentaire de fibres pré-imprégnées autour du mandrin, puis elle est découpée pour être retirée du mandrin. La préforme est ensuite placée dans un moule femelle afin d’être mise en forme, puis mise sous tension à l’aide d’une vessie positionnée à l’intérieur de la préforme. La bielle est alors obtenue à l’issue d’une étape de polymérisation. L’utilisation d’un outillage tel que le mandrin ou le moule nécessite une ou plusieurs étapes permettant son extraction. En particulier, compte tenu de la forme de la bielle, le mandrin se retrouve piéger à l’intérieur de la préforme. Le nombre et la nature des étapes qui découlent de l’utilisation d’un outillage rend un tel procédé de fabrication particulièrement complexe et coûteux. L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un moyen simple et peu coûteux de fabrication d’une pièce en matériau composite, telle qu’une bielle. Il est donc proposé un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres. En outre, le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) enroulement ou dépose de fibres pré-imprégnées, pour former une préforme autour d’un mandrin comprenant un matériau thermoplastique ou thermodurcissable, lesdites fibres étant pré-imprégnées d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, b) enroulement d’un film thermorétractable autour de la préforme, c) polymérisation du produit intermédiaire obtenu à l’issu de l’étape b) à une température de polymérisation dépendante du matériau composite utilisé, et d) retrait du film thermorétractable du produit intermédiaire pour l’obtention de ladite pièce en matériau composite monobloc qui comprend le mandrin. La pièce en matériau composite est ainsi obtenue par un procédé de fabrication simple, comprenant un nombre limité d’étapes, et peu coûteux, n’impliquant pas l’utilisation d’outillage nécessitant d’être retiré. En effet, la pièce en matériau composite obtenue est directement formée à partir du mandrin et de la préforme. Avantageusement, les fibres pré-imprégnées peuvent être imprégnées d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, telle qu’une résine époxy, comprenant des fibres de carbone et/ou de verre. Avantageusement, le matériau du mandrin peut être un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres. Selon une caractéristique, une pression peut être appliquée à l’intérieur du mandrin lors de l’une ou plusieurs des étapes a), b) et c). Dans un mode de réalisation, le mandrin peut comporter au moins deux parties indépendantes assemblées avant l’étape a). Par exemple, le mandrin peut comprendre des première et deuxième parties fourchues assemblées respectivement aux première et deuxième extrémités d’une partie tubulaire principale. Le procédé de fabrication peut également comprendre l’ajout d’au moins un renfort, tel qu’un patch, avant l’étape a), sur le mandrin, de préférence dans un logement du mandrin. De préférence, une encoche, telle qu’une ailette, est ménagé sur le mandrin afin de faciliter la pose du renfort, tel qu’un patch. Avantageusement, le matériau du mandrin peut comprendre des particules, telles que fibres, possédant des propriétés de conduction électrique et/ou des propriétés anti-corrosion. Avantageusement, le procédé de fabrication peut comprendre, préalablement à l’étape a), la fabrication au moins partielle du mandrin selon une ou plusieurs des techniques suivantes : extrusion, extrusion soufflage, moulage par injection, injection soufflage, moulage par soufflage, rotomoulage, thermoformage, impression 3D, pultrusion ou enroulement filamentaire. L’invention se rapporte également à une bielle en matériau composite, caractérisée en ce qu’elle est fabriquée par la mise en œuvre du procédé de fabrication comme décrit précédemment. 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 est un logigramme illustrant les étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, FIG. 2 illustre une bielle selon un autre mode de réalisation de l’invention, FIG. 3 FIG. 3 et FIG. 3 sont des vues schématiques en coupe longitudinale d’une bielle à différentes étapes de sa fabrication selon un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication de l’invention, FIG. 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un mandrin selon un autre mode de réalisation de l’invention, et FIG. 5 illustre la pose de patchs lors d’un procédé de fabrication d’une bielle selon un autre exemple de mise en œuvre de l’invention. Description détaillée de l’invention En référence à la FIG. 1 , l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite. Dans l’exemple illustré à la FIG. 2 , la pièce en matériau composite fabriquée selon un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention est une bielle 1. Alternativement, le procédé peut être appliqué pour la fabrication d’autres types de pièces. La bielle 1 représentée comprend une portion tubulaire 2 principale comportant des première et deuxième extrémités 2a et 2b opposées depuis lesquelles s’étendent, respectivement, des première et deuxième portions fourchues 3 et 4. Les première et deuxième portions fourchues 3 et 4 sont avantageusement des chapes, chacune étant destinée à être fixée à un tenon. Alternativement, la bielle 1 peut comporter une unique portion fourchue. En référence à la FIG. 3 , le procédé de fabrication selon l’invention comprend avantageusement la mise à disposition d’un mandrin M comprenant un matériau thermoplastique ou thermodurcissable. Le matériau thermoplastique ou thermodurcissable du mandrin M est, par exemple, une résine. Le matériau du mandrin M peut être un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, par exemple des fibres de verre et/ou de carbone. Le mandrin M comprend avantageusement, au moins partiellement, une forme générale similaire à la forme de la bielle 1 à fabriquer. Dans l’exemple illustré, le mandrin M comprend une portion tubulaire 5 comportant des première et deuxième extrémités 5a et 5b opposées depuis lesquelles s’étendent, respectivement, des première et deuxième portions fourchues 6 et 7. Bien entendu, la forme du mandrin M peut être adaptée à la forme de la bielle 1 souhaitée. Le mandrin M peut, par exemple, comporter une unique portion fourchue. Dans une étape a), et comme cela est représenté à la FIG. 3 , des fibres pré-imprégnées sont ensuite enroulées ou déposées pour former une préforme P autour du mandrin M. De préférence, la préforme P recouvre entièrement la surface extérieure du mandrin M. Les fibres pré-imprégnées sont des fibres pré-imprégnées à l’aide d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, par exemple une résine époxy. La préforme P peut être formée par dépose de fibres pré-imprégnées sous la forme d’une nappe pré-imprégnée, connue sous le terme « prepreg » en langue anglaise, ou sous la forme d’une découpe d’une nappe pré-imprégnée, connue sous le terme « slit tape » en langue anglaise. Selon une autre alternative, la préforme P peut être formée par enroulement d’une fibre pré-imprégnée, connue sous le terme « towpreg » en langue anglaise. En référence à la FIG. 3 , le procédé de fabrication comprend ensuite, dans une étape b), l’enroulement d’un film thermorétractable F autour de la préforme, au contact de la préforme P. De préférence, le film thermorétractable F recouvre entièrement la surface extérieure de la préforme P. Par film thermorétractable, on entend un film apte à se rétracter sous l’effet de la chaleur. Dans une étape suivante c), on procède à la polymérisation de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable des fibres pré-imprégnées. Pour cela, l’ensemble ou produit intermédiaire obtenu à l’issu de l’étape b) et formé par le mandrin M, la préforme P et le film thermorétractable F est placé dans un four, dans des conditions de pression et de température adaptées à la nature de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable des fibres pré-imprégnées à polymériser. Le film thermorétractable F, qui se rétracte sous l’effet de la chaleur imposée lors de la polymérisation, applique une pression sur la préforme P et la compacte contre le mandrin M. Le matériau du film thermorétractable F est avantageusement adapté en fonction de la nature de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable des fibres pré-imprégnées, et notamment adapté de sorte à résister à la température de polymérisation de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable des fibres pré-imprégnées. Le film thermorétractable F est un film plastique, par exemple en polyester. Après polymérisation, le film thermorétractable F est retiré dans une étape d), et la bielle 1 en matériau composite est obtenue. La pièce en matériau composite est ainsi obtenue par un procédé de fabrication simple, rapide et sans outillage à retirer. Le mandrin M en matériau thermoplastique ou thermodurcissable, renforcé ou non de fibres, fait partie intégrante de la bielle 1 obtenue, ce qui permet de fabriquer la préforme P sans qu’il soit nécessaire de retirer le mandrin M. La bielle 1 en matériau composite est formée à partir du mandrin M et de la préforme P qui, après l’étape c) de polymérisation, forment une pièce monobloc. Avantageusement, le procédé de fabrication selon l’invention peut comprendre une étape d’application d’une pression à l’intérieur du mandrin M. La pression peut être appliquée lors de l’une ou plusieurs des étapes a), b) et c). Une telle pression, par exemple entre 3 et 6 bars, permet de renforcer le compactage de la préforme P. Une telle pression permet également d’optimiser la mise en tension de la préforme P, en évitant que ladite préforme P ne s’écrase ou ne se déforme sous l’effet de la tension due à l’enroulement filamentaire. Dans un mode de réalisation, le matériau du mandrin M peut comprendre des particules, telles que fibres, possédant des propriétés de conduction électrique et/ou des propriétés anti-corrosion. Par exemple, le mandrin M peut être formé en matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable incorporant des fibres de carbone ou métalliques, par exemple des fibres de cuivre, pour une conduction électrique ou des fibres de verre pour un effet anti-corrosion, notamment anti-corrosion galvanique. Selon une caractéristique, le procédé de fabrication selon l’invention peut comprendre, préalablement à l’étape a), la fabrication au moins partielle du mandrin M. La fabrication du mandrin M peut être réalisée selon une ou plusieurs des techniques suivantes : extrusion, extrusion soufflage, moulage par injection, injection soufflage, moulage par soufflage, rotomoulage, thermoformage, impression 3D, pultrusion ou enroulement filamentaire. Par « au moins partielle », on entend la fabrication d’une portion ou d’une partie du mandrin M ou de l’intégralité du mandrin M par l’une de ces techniques : extrusion, extrusion soufflage, moulage par injection, injection soufflage, moulage par soufflage, rotomoulage, thermoformage, impression 3D, pultrusion ou enroulement filamentaire. De préférence, le mandrin M mise à disposition pour l’étape a) possède une forme proche ou similaire à la forme de la bielle 1 à fabriquer afin d'éviter la nécessité d'usiner la pièce obtenue pour obtenir la forme finale de la bielle 1. Dans le mode de réalisation illustré à la FIG. 3 , le mandrin M est monobloc. En alternative, le mandrin M peut être formé par deux parties indépendantes, ou plus, assemblées. Dans l’exemple illustré à la FIG. 4 , le mandrin M comprend une partie tubulaire 8 comportant des première et deuxième extrémités 8a et 8b opposées. Le mandrin M comprend également des première et deuxième parties 9 et 10 fourchues assemblées, respectivement, sur les première et deuxième extrémités 8a et 8b de la partie tubulaire 9. En alternative, le mandrin M peut être formé d’une unique partie fourchue assemblée sur la portion tubulaire 8. L’assemblage de plusieurs parties pour former le mandrin M permet d’utiliser plusieurs techniques de fabrication en fonction de la forme et de la nature du matériau de chaque partie du mandrin M. L’assemblage permet de pouvoir adapter la nature du matériau de chaque partie en fonction de sa localisation sur le mandrin M et des propriétés mécaniques qu’elle nécessite. Ceci permet de diminuer le coût de fabrication du mandrin M ainsi que son poids global. De plus, l’assemblage rend également possible la fabrication directe de parties complexes, telles que les parties fourchues 9 et 10, sans qu’il soit nécessaire de les usiner. De plus, une partie tubulaire 8 spécifique peut être assemblées à diverses parties fourchues, et inversement. Dans l’exemple illustré à la FIG. 4 , compte tenu de leur forme complexe, les deux parties fourchues 9 et 10 peuvent, par exemple, être fabriquées par moulage par injection, alors que la partie tubulaire 8 peut, par exemple, être fabriquée par extrusion, pultrusion ou encore enroulement filamentaire. De préférence, le mandrin M monobloc, tel qu’illustré à la FIG. 3 , est fabriqué par moulage par soufflage, qui est une technique simple, peu coûteuse et rendant la fabrication du mandrin M facilement industrialisable. Le procédé de fabrication selon l’invention peut comprendre, dans un mode de réalisation, l’ajout d’au moins un renfort, tel qu’un patch, sur le mandrin M. Avantageusement, un ou plusieurs renforts peuvent être ajouté(s) sur diverses zones du mandrin M, avant l’enroulement ou la dépose des fibres pré-imprégnées sur le mandrin M, ou sur la préforme P. La position des renforts sur le mandrin M peut être déterminée par l’avantage attendu. Notamment, ces renforts locaux peuvent être déposés directement sur le mandrin M et/ou sur la préforme P au fur et à mesure de l’enroulement de la préforme P sur le mandrin M. Une fonction renfort mécanique peut être obtenue en alternant enroulement de la préforme P et dépose de renfort. Les renforts permettent de renforcer localement, notamment mécaniquement, certaines zones du mandrin M pouvant nécessiter des propriétés mécaniques supérieures, telle qu’une résistance à la compression plus élevée. Selon un autre exemple, une fonction de maîtrise de la corrosion galvanique pourra être réalisée en déposant directement des renforts aux propriétés anti-corrosion galvanique sur le mandrin M. De préférence, les renforts sont formés par un matériau identique à celui de la préforme P. Un renfort peut être formé par un empilement d’un tel matériau pour former un patch. La préforme P peut être positionnée de manière à chevaucher au moins une extrémité du renfort. Avantageusement, le mandrin M peut comporter un ou plusieurs logement(s) destiné(s) à recevoir les renforts, de sorte que la forme du mandrin M utilisé à l’étape a) est avantageusement adéquate pour former des zones complexes et de manière à pouvoir être fonctionnalisé sans qu’il soit nécessaire de prévoir des opérations de mise en forme et d’usinage de la pièce obtenue à l’issu de l’étape d). Dans l’exemple illustré à la FIG. 5 , des premier et deuxième patchs 11 et 12 sont positionnés, respectivement sur les portions fourchues 3 et 4 d’un mandrin M monobloc. De préférence, et comme cela est représenté sur la FIG. 5 , des première et deuxième ailettes 13 et 14 sont ménagées respectivement sur les portions fourchues 7 et 8 du mandrin M, formant deux logements pour la pose des patchs 11 et 12. La pose de renfort locaux sur le mandrin M avant les étapes b) et c) permet de fabriquer des portions complexes du mandrin M et de pouvoir supprimer des étapes d’usinage de la pièce après polymérisation. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes successives suivantes : a) enroulement ou dépose de fibres pré-imprégnées, pour former une préforme (P) autour d’un mandrin (M) comprenant un matériau thermoplastique ou thermodurcissable, lesdites fibres étant pré-imprégnées d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, b) enroulement d’un film thermorétractable (F) autour de la préforme (P), c) polymérisation du produit intermédiaire obtenu à l’issu de l’étape b) à une température de polymérisation dépendante du matériau composite utilisé, et d) retrait du film thermorétractable (F) du produit intermédiaire pour l’obtention de ladite pièce en matériau composite monobloc qui comprend le mandrin (M). Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel les fibres pré-imprégnées sont imprégnées d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, telle qu’une résine époxy, comprenant des fibres de carbone et/ou de verre. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau du mandrin (M) est un matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une pression est appliquée à l’intérieur du mandrin (M) lors de l’une ou plusieurs des étapes a), b) et c). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mandrin (M) comporte au moins deux parties indépendantes (8, 9, 10) assemblées avant l’étape a). Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans lequel le mandrin comprend des première et deuxième parties fourchues (9, 10) assemblées respectivement aux première et deuxième extrémités (8a, 8b) d’une partie tubulaire (8) principale. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’ajout d’au moins un renfort (11, 12), tel qu’un patch, avant l’étape a), sur le mandrin (M), de préférence dans un logement du mandrin (M). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau du mandrin (M) comprend des particules, telles que fibres, possédant des propriétés de conduction électrique et/ou des propriétés anti-corrosion. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, préalablement à l’étape a), la fabrication au moins partielle du mandrin (M) selon une ou plusieurs des techniques suivantes : extrusion, extrusion soufflage, moulage par injection, injection soufflage, moulage par soufflage, rotomoulage, thermoformage, impression 3D, pultrusion ou enroulement filamentaire. 0 Bielle 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.