CA2930372A1 - Procede de reparation de panneaux sandwich en materiaux composites comportant la realisation d'une ame ou d'un moule par stereolithographie - Google Patents

Procede de reparation de panneaux sandwich en materiaux composites comportant la realisation d'une ame ou d'un moule par stereolithographie Download PDF

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Abstract

Procédé de réparation de panneaux sandwich en matériaux composites après un choc ayant endommagé l'âme de ce panneau, caractérisé en ce qu'il comporte l'acquisition d'un modèle numérique de la forme de la zone endommagée, puis la réalisation par un procédé de stéréolithographie à partir du modèle numérique, d'une âme de remplacement (14), ou d'un moule (10) dans lequel on va mouler cette âme de remplacement, ensuite la réalisation d'une pièce de remplacement (18)comprenant cette âme, puisla mise en place de cette pièce qui est ajustée à l'intérieur d'une ouverture (6) découpée dans le panneau sandwich autour de l'endommagement, et enfin la fixation de la pièce de remplacement sur le panneau.

Description

Procédé de réparation de panneaux sandwich en matériaux composites comportant la réalisation d'une âme ou d'un moule par stéréolithographie La présente invention concerne un procédé de réparation de panneaux sandwich en matériaux composites, ainsi qu'un panneau sandwich et une nacelle de turboréacteur réparés avec un tel procédé.
Les panneaux sandwich en matériaux composites, disposant d'une âme centrale recouverte par deux peaux extérieures, constituent un ensemble de masse réduite comportant une forte rigidité.
On peut réaliser des panneaux de forme quelconque qui sont de plus en plus utilisés, notamment dans le domaine aéronautique. On utilise en particulier ce type de panneau dans des nacelles contenant un turboréacteur, afin de réaliser des structures rigides comportant un bon profilage aérodynamique.
La réalisation de ces panneaux comporte généralement la fabrication d'une âme qui peut être une mousse rigide, ou une structure disposant d'alvéoles transversales en forme de nid d'abeille, en matière plastique ou en alliage d'aluminium notamment, qui est drapée dans des fibres imprégnées de résine formant des plis constituant une peau sur chaque face.
Cet ensemble est ensuite pressé dans un moule, puis cuit dans un four afin de polymériser la résine. On obtient des panneaux pouvant prendre des formes quelconques, comportant une résistance particulière qui peut être ajustée en définissant l'épaisseur de l'âme, ainsi que la nature et le nombre de plis disposés localement sur chaque face.
En cas de choc important sur ce type de panneaux sandwich, utilisés notamment dans le domaine aéronautique, causant un endommagement de l'âme, en particulier une perforation traversante du panneau, on remplace alors habituellement le panneau complet afin de disposer d'une pièce de remplacement comportant des caractéristiques de résistance, de forme ainsi que d'aspect qui restent similaires.
Cependant ces remplacements peuvent nécessiter un délai d'approvisionnement des nouvelles pièces, qu'il faut alors fabriquer si aucune pièce n'est disponible en stock. De plus le coût d'une nouvelle pièce peut être
2 relativement onéreux, l'impact écologique d'une pièce entière mise au rebut est important, et le changement complet de la pièce peut donner une mauvaise image aux clients.
La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet un procédé de réparation de panneaux sandwich en matériaux composites comportant une âme recevant une peau sur chaque face, après un choc ayant endommagé l'âme ou une peau de ce panneau, remarquable en ce qu'il comporte l'acquisition d'un modèle numérique de la forme de la zone endommagée, puis la réalisation par un procédé de stéréolithographie à partir du modèle numérique, d'une âme et / ou d'une peau de remplacement, ou d'un moule dans lequel on va mouler cette âme de remplacement et / ou d'un moule dans lequel on va mouler cette peau de remplacement sur laquelle sera collée une âme, ensuite la réalisation d'une pièce de remplacement comprenant cette âme et / ou cette peau, puis la mise en place de cette pièce qui est ajustée à l'intérieur d'une ouverture découpée dans le panneau sandwich autour de l'endommagement, et enfin la fixation de la pièce de remplacement sur le panneau.
Un avantage de ce procédé de réparation est qu'a partir d'un modèle numérique de la forme reçu du fabricant du panneau, ou acquis directement par des mesures sur le panneau endommagé, on peut réaliser de manière simple et rapide par le procédé de stéréolithographie, sans délai d'approvisionnement de pièces particulières, un moule ou une âme correspondant exactement à la forme de la zone endommagée. Ce moule ou cette âme permet de produire ensuite la pièce de remplacement comprenant les formes d'origine, qui va remplacer de manière économique seulement la zone du panneau endommagée.
Le procédé de réparation selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
3 Suivant un mode de réalisation, la stéréolithographie réalise un moule ou une âme et / ou une peau de remplacement à partir d'une polymérisation de résines sous l'effet de la lumière et de la chaleur.
Suivant un autre mode de réalisation, la stéréolithographie réalise un moule, ou une âme et / ou une peau métalliques ou céramiques, à partir de mélanges de poudres avec une pâte composée de résine photosensible.
En particulier le procédé de réparation peut réaliser une âme et / ou une peau métallique poreuse. Cette âme et / ou cette peau peuvent avantageusement comporter des caractéristiques similaires à celles de l'âme et/ou de la peau d'origine.
Avantageusement, le procédé selon l'invention peut réaliser une âme de remplacement métallique poreuse.
Avantageusement, le procédé de réparation réalise la pièce de remplacement en recouvrant l'âme de remplacement de premières couches de plis qui sont drapées dessus, l'ensemble des plis constituant au moins une partie d'au moins l'une des deux peaux du panneau sandwich à réparer. On peut ainsi renforcer cette âme pour préparer la pièce de remplacement.
Les couches de plis peuvent être drapées directement sur le moule.
La pièce de remplacement est fixée par éclissage mécanique sur le panneau à réparer, c'est-à-dire qu'elle est fixée via au moins une pièce de jonction métallique ou composite fixée sur la pièce de remplacement et sur le panneau sandwich à réparer par des fixations traversant de part en part le panneau sandwich ou non.
Avantageusement, le procédé de réparation réalise la fixation de la pièce de remplacement dans l'ouverture du panneau, par la dépose de plis de recouvrement sur les deux faces du panneau. On obtient ainsi une continuité
des deux peaux du panneau qui lui donne sa rigidité.
L'invention a aussi pour objet un panneau sandwich en matériaux composites comportant une âme recevant une peau sur chaque face, ce panneau ayant reçu une pièce de remplacement ajustée dans une ouverture
4 pour effectuer une réparation, avec un procédé de réparation comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
L'invention a de plus pour objet une nacelle de turboréacteur prévue pour un aéronef, comprenant des panneaux sandwich en matériaux composites comportant une âme recevant une peau sur chaque face, ce panneau ayant reçu une pièce de remplacement ajustée dans une ouverture pour effectuer une réparation, avec un procédé de réparation comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à
titre d'exemple, en référence à la figure 1 annexée qui est un schéma présentant un procédé de réparation selon l'invention.
La figure 1 présente dans une première étape A un panneau sandwich disposant d'une âme 2 comprenant sur chaque face une peau 4 réalisée en matériaux composites. Le panneau sandwich comporte une courbure particulière réalisée par moulage avant la cuisson des matériaux composites, ce moulage donnant aussi un état de surface régulier et lisse.
On peut en particulier réaliser des panneaux constituant des viroles formant des surfaces externe ou interne de nacelles d'aéronefs, qui disposent de formes aérodynamiques soignées apportant un bon rendement.
Le panneau a reçu dans une courbure un choc important, formant une zone endommagée comportant un perçage 6 le traversant complètement.
Dans une deuxième étape B on réalise autour de la zone endommagée une découpe sur toute l'épaisseur du panneau afin de conserver uniquement la partie saine et non déformée de ce panneau, pour constituer une ouverture 6 comprenant un contour de forme simple, disposant de bords de découpe perpendiculaires à la surface 8 qui sont net.
Une étape suivante C pouvant être effectuée en parallèle, comporte la réalisation d'un fichier numérique qui peut être la reprise 22 de plans numériques du fabricant d'origine du panneau, comme un modèle CAO ayant servi au dessin ou à la fabrication de ce panneau, ou la reconstitution 24 d'un plan numérique à partir de mesures effectuées directement sur le panneau endommagé.
Suivant un premier mode de réalisation, une étape suivante D comporte la réalisation d'un moule 10 à partir du fichier numérique, réalisé par un procédé
5 de stéréolithographie, qui comporte une surface intérieure lisse 12 disposant d'une courbure correspondant à celle du panneau dans sa partie endommagée.
Une étape suivante E comporte la réalisation d'une âme 14 et / ou d'une peau de réparation dans le moule 10, à partir de matériaux et suivant des procédés de moulage connus, couvrant une surface au moins égale à
l'ouverture du panneau 6 qui est à remplacer ; la peau 4 de réparation est destinée à être collée à une âme (2, 14).
Suivant un deuxième mode de réalisation, en variante de ces deux dernières étapes D, E, on réalise directement dans une autre étape F une âme 14 et / ou une peau 4 obtenue aussi par le procédé de stéréolithographie, et comprenant de la même manière une courbure correspondant à celle du panneau dans sa partie endommagée.
La stéréolithographie est une technique appelée aussi prototypage rapide, qui permet de fabriquer des objets solides à partir d'un modèle numérique, en réalisant une superposition de tranches fines de matière.
Le modèle numérique en trois dimensions est découpé en tranches fines d'épaisseur constante, comprenant un contour en deux dimensions. Cette épaisseur choisie par l'opérateur détermine la résolution de la restitution, et donc la précision de l'objet qui va être produit.
Il existe plusieurs procédés de stéréolithographie.
Le procédé le plus ancien est la photo-polymérisation, reposant sur les propriétés de certaines résines à polymériser sous l'effet de la lumière et de la chaleur.La résine utilisée est généralement un mélange de monomères acrylates ou époxys, et d'un photo-initiateur qui initie la polymérisation du matériau sous l'effet de la lumière.
Dans ce procédé une plateforme mobile plongée dans une cuve de résine liquide, supporte le modèle en cours de fabrication. Un laser fixe comporte un
6 PCT/FR2014/052994 dispositif de contrôle du faisceau, et un autre d'orientation de ce faisceau permettant de le diriger en n'importe quel point de la plateforme.
Les tranches constituant le modèle sont ensuite traitées une par une. Le faisceau laser balaye la surface de résine liquide en fonction de la forme de la tranche définie par un logiciel, afin de solidifier une tranche en réalisant un polymère solide. La plateforme descend ensuite d'une hauteur correspondant à
l'épaisseur de la tranche suivant la résolution choisie, et le processus se renouvelle pour former une nouvelle tranche entièrement solidaire de la précédente.
Après un rinçage du modèle obtenu pour éliminer la résine non polymérisée, la dernière étape comporte une cuisson de l'objet afin de le durcir.
Une méthode développée plus récemment permet de produire des pièces métalliques ou céramiques, en mélangeant des poudres correspondantes à
une pâte composée de résine photosensible.
Le mélange une fois insolé par le rayonnement laser, forme un réseau polymère emprisonnant les particules minérales. A la fin, un traitement thermique de l'objet permet d'obtenir une céramique dense.
On peut ainsi avec ce dernier procédé réaliser directement dans l'étape F, une âme 14 en matériaux métalliques ou céramiques, qui peut être poreuse ou non, reproduisant précisément la partie d'origine de l'âme du panneau qui a été
enlevée.
Après l'un des deux modes de réalisation de l'âme 14, une étape suivante G comporte la préparation d'une pièce de remplacement 18 comprenant cette âme, qui est recouverte si nécessaire de premières couches de plis 16 qui sont drapées dessus et subissent une première cuisson, afin de donner à cette pièce une certaine résistance.
Si nécessaire on retouche la découpe du contour de la pièce de remplacement 18, afin d'assurer son ajustement dans l'ouverture du panneau 6.
La dernière étape H comporte l'ajustement de la pièce de remplacement 18 dans l'ouverture du panneau 6, puis la fixation de cette pièce par un moyen connu de raccordement, comprenant par exemple la dépose de plis de
7 recouvrement 20 sur les deux faces du panneau afin d'obtenir une solidité
maximum de l'ensemble.
On obtient ainsi un panneau réparé qui a retrouvé l'intégrité de son âme intérieure et / ou de sa ou ses peaux 4 externes, et qui peut comporter des caractéristiques similaires à celles du panneau d'origine, notamment en ce qui concerne les propriétés mécaniques, aérodynamiques et acoustiques.
En particulier pour des panneaux subissant différents types de contraintes spécifiques, comme des panneaux d'une nacelle de turboréacteur pour lesquels la masse, et les performances aérodynamiques ainsi qu'acoustiques données par des formes particulières qui doivent être respectées, sont importantes, ce type de réparation rapide et économique convient particulièrement.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1 ¨ Procédé de réparation de panneaux sandwich en matériaux composites comportant une âme (2) recevant une peau (4) sur chaque face, après un choc ayant endommagé l'âme de ce panneau, caractérisé en ce qu'il comporte l'acquisition d'un modèle numérique de la forme de la zone endommagée, puis la réalisation par un procédé de stéréolithographie à partir du modèle numérique, d'une âme (14) et / ou d'une peau de remplacement, ou d'un moule (10) dans lequel on va mouler cette âme de remplacement et / ou d'un moule dans lequel on va mouler cette peau de remplacement, ensuite la réalisation d'une pièce (18) de remplacement comprenant cette âme (14) et /
ou cette peau de remplacement, puis la mise en place de cette pièce qui est ajustée à l'intérieur d'une ouverture (6) découpée dans le panneau sandwich autour de l'endommagement, et enfin la fixation de la pièce de remplacement sur le panneau.
2 ¨ Procédé de réparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la stéréolithographie réalise un moule (10) ou une âme (14) et / ou une peau de remplacement à partir d'une polymérisation de résines sous l'effet de la lumière et de la chaleur.
3 - Procédé de réparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la stéréolithographie réalise un moule (10), ou une âme (14) et / ou une peau métalliques ou céramiques, à partir de mélanges de poudres avec une pâte composée de résine photosensible.
4 - Procédé de réparation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il réalise une âme (14) de remplacement métallique poreuse.
¨ Procédé de réparation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il réalise la pièce de remplacement (18) en recouvrant l'âme (14) de remplacement de premières couches de plis (16) qui sont drapées dessus, l'ensemble des plis constituant au moins une partie d'au moins l'une des deux peaux du panneau sandwich à réparer.
9
6 ¨ Procédé de réparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les couches de plis (16) sont drapées directement sur le moule (10) de l'âme (14) de remplacement.
7 ¨ Procédé de réparation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce de remplacement est fixée par éclissage mécanique sur le panneau à réparer.
8 ¨ Procédé de réparation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il réalise la fixation de la pièce de remplacement (18) dans l'ouverture du panneau (6), par la dépose de plis de recouvrement (20) sur les deux faces du panneau.
9 ¨ Panneau sandwich en matériaux composites comportant une âme (2) recevant une peau (4) sur chaque face, ce panneau ayant reçu une pièce de remplacement (18) ajustée dans une ouverture (6) pour effectuer une réparation, caractérisé en ce que le procédé de réparation est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
¨Nacelle de turboréacteur prévue pour un aéronef, comprenant des panneaux sandwich en matériaux composites comportant une âme (2) recevant une peau (4) sur chaque face, ce panneau ayant reçu une pièce de remplacement (18) ajustée dans une ouverture (6) pour effectuer une réparation, caractérisé en ce que le procédé de réparation est réalisé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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