EP4747070A1 - Fabrication d'une piece en materiau composite par superposition de preformes fibreuses thermoformees - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce (5) en matériau composite comprenant : - la réalisation d'une première ébauche fibreuse (510) par drapage sur une première surface de drapage (S100), - la réalisation d'une première sous-préforme fibreuse (51) par thermoformage de la première ébauche fibreuse (510) sur une première surface de thermoformage (S10), - la réalisation d'au moins une deuxième ébauche fibreuse (520) par drapage sur une deuxième surface de drapage (S200), - la réalisation d'au moins une deuxième sous-préforme fibreuse (52) par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse (520) sur une deuxième surface de thermoformage (S20), - l'empilement des sous-préformes (51, 52, 53) de sorte à obtenir une préforme fibreuse (50) ayant la forme de la pièce (5) à obtenir, - la consolidation de la préforme fibreuse (50) de sorte à obtenir la pièce (5).

Description

Description

Titre de l'invention : Fabrication d'une pièce en matériau composite par superposition de préformes fibreuses thermoformées

Domaine Technique

[0001] La présente invention concerne la fabrication de pièces en matériau composite par drapage et thermoformage. En particulier, mais non exclusivement, l'invention se rapporte à la fabrication de pièces de moteur aéronautique, de nacelles ou de fuselages.

Technique antérieure

[0002] L'utilisation de matériaux composites pour la fabrication de pièces aéronautiques, par exemple pour les carters de moteurs aéronautiques, permet d'obtenir des pièces résistantes et présentant des performances mécaniques équivalentes voire supérieures à celles réalisées en métal, tout en ayant une masse bien inférieure. Ainsi, leur utilisation contribue à optimiser les performances des turbomachines ou des équipements de la turbomachine, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions nocives telles que le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ou les oxydes d'azote de type « NOx ».

[0003] Il est connu de réaliser des pièces en matériau composite par drapage sur une surface de plis fibreux pré-imprégnées de résine. Pour des raisons de coûts de production et de répétabilité, le drapage peut être réalisé automatiquement, selon la technique de placement automatique de fibres dite « AFP » en anglais, pour « automated fiber placement ». Un exemple de procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite utilisant la méthode « AFP » est par exemple décrit dans le document FR3062336B1.

[0004] Le drapage des plis fibreux permet d'obtenir une ébauche fibreuse préimprégnée par une résine, qui sera ensuite mise en forme pour obtenir une préforme fibreuse de la pièce à obtenir. En effet, la géométrie de la préforme fibreuse souhaitée n'est pas toujours directement réalisable par drapage, en particulier lorsque ladite géométrie présente des creux ou des angles au fond desquels la tête de drapage ne peut pas accéder. Ladite préforme fibreuse est ensuite consolidée de manière bien connue sorte à former une matrice, afin d'obtenir la pièce en matériau composite souhaitée.

[0005] La mise en forme de l'ébauche fibreuse en préforme fibreuse est classiquement réalisée par thermoformage. Cette étape de thermoformage comprend une montée en température de l'ébauche fibreuse afin de faire baisser la viscosité de la résine qui l'imprègne, et ainsi de pouvoir procéder à la déformation de ladite ébauche.

[0006] Toutefois, il a été constaté qu'un tel procédé peut entraîner des déformations non-homogènes et des concentrations de contraintes non souhaitées, en particulier dans les zones structurales de la pièce. Le matériau composite final obtenu peut ainsi présenter des défauts et une qualité de matière peu maîtrisée, par exemple des ondulations de fibres dans les zones où le formage génère les glissements inter-plis les plus importants.

Exposé de l'invention

[0007] Il a été constaté que les défauts précités sont particulièrement marqués lors de la réalisation de pièces relativement épaisses comprenant de nombreux plis, en particulier plus de 20 plis, et en particulier lorsque lesdites pièces présentent des géométries relativement complexes, générant donc des glissements inter-plis importants pendant les phases de formage. En effet, lorsque les ébauches fibreuses sont constituées d'un grand nombre de plis pré-imprégnés, ceux-ci peuvent glisser les uns par rapports aux autres de manière non-maîtrisée lors de l'étape de thermoformage, et induire des défauts tels que des ondulations ou des plissures dans l'ébauche fibreuse obtenue.

[0008] Pour contrer ce phénomène, l'invention propose de réduire l'épaisseur des ébauches fibreuses à thermoformer, en réalisant la préforme finale par empilement de plusieurs sous-préformes thermoformées séparément.

[0009] A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : [0010] - la réalisation d'une première ébauche fibreuse par drapage d'un ou de plusieurs premiers plis pré-imprégnés sur une première surface de drapage, [0011] - la réalisation d'une première sous-préforme fibreuse par thermoformage de la première ébauche fibreuse sur une première surface de thermoformage, [0012] - la réalisation d'au moins une deuxième ébauche fibreuse par drapage d'un ou de plusieurs deuxièmes plis pré-imprégnés sur une deuxième surface de drapage différente de la première surface de drapage,

[0013] - la réalisation d'au moins une deuxième sous-préforme fibreuse par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse sur une deuxième surface de thermoformage différente de la première surface de thermoformage,

[0014] - l'empilement des sous-préformes fibreuses de sorte à obtenir une préforme fibreuse ayant la forme de la pièce à obtenir,

[0015] - la consolidation de la préforme fibreuse de manière à former une matrice de sorte à obtenir la pièce en matériau composite.

[0016] Ainsi, en décomposant la préforme fibreuse en plusieurs sous-préformes fibreuses d'épaisseur plus réduite, on réduit l'épaisseur des ébauches fibreuses à thermoformer. Par conséquent, le nombre de plis pré-imprégnés à thermoformer en une seule fois est également réduit, ce qui limite l'apparition de défauts dus au thermoformage.

[0017] Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les drapages sont réalisés par un procédé de drapage automatisé.

[0018] Par exemple, les drapages peuvent être réalisés par placement automatique de fibres, dit « AFP ». Les drapages peuvent également être réalisés par dépôt automatique de ruban, dit « ATL », ou par dépôt de type « pick and place ».

[0019] En effet, par rapport au drapage manuel, le drapage automatisé permet un gain de temps et une réduction des coûts de production tout en assurant une meilleure répétabilité du drapage.

[0020] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les ébauches fibreuses sont pré-imprégnées par une résine. [0021] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les surfaces de drapage sont convexes et les surfaces de thermoformage sont concaves.

[0022] Ainsi, on améliore la maîtrise de la qualité matière obtenue pour chaque sous-préforme fibreuse dans les zones thermoformées qui sont le plus souvent critiques d'un point de vue mécanique.

[0023] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la première surface de thermoformage est formée par la deuxième préforme fibreuse disposée sur la deuxième surface de thermoformage.

[0024] De ce fait, on réduit l'outillage nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. En effet, un seul moule de thermoformage peut être utilisé pour toutes les opérations de thermoformages, la sous-préforme fibreuse précédemment thermoformée étant utilisée comme surface de thermoformage pour la sous- préforme fibreuse suivante.

[0025] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les surfaces de drapage comprennent au moins une zone d'extrémité présentant des ondulations, de sorte que la partie des ébauches fibreuses formées sur ladite partie d'extrémité présentant des ondulations soit déformée lors du thermoformage de sorte à réaliser au moins une sous-bride de sous-préforme fibreuse, l'empilement des sous-brides de sous-préforme fibreuse réalisant au moins une bride de préforme fibreuse destinée à former au moins une bride sur la pièce finale.

[0026] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comprend en outre une étape préliminaire de détermination du nombre de sous- préformes fibreuses à réaliser, selon laquelle on détermine le nombre minimum de sous-préformes fibreuses empilées à réaliser pour que la probabilité d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage d'une sous-préforme fibreuse soit inférieure à une valeur de probabilité déterminée.

[0027] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la valeur de probabilité déterminée est de W⁹.

Brève description des dessins [0028] [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une pièce en matériau composite obtenue par le procédé de l'invention.

[0029] [Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en perspective éclatée d'une préforme fibreuse de la pièce de la figure 1 composée par une pluralité de sous- préformes fibreuses.

[0030] [Fig. 3] La figure 3 est un organigramme illustrant un procédé de fabrication selon l'invention.

[0031] [Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique en perspective du thermoformage d'une première ébauche fibreuse en une première sous-préforme fibreuse.

[0032] [Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en perspective du thermoformage d'une deuxième ébauche fibreuse en une deuxième sous-préforme fibreuse.

[0033] [Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique en perspective du thermoformage d'une troisième ébauche fibreuse en une troisième sous-préforme fibreuse.

[0034] [Fig. 7] La figure 7 est une vue schématique en perspective d'un moule de thermoformage.

[0035] [Fig. 8] La figure 8 est une vue schématique en perspective du moule de thermoformage de la figure 6 sur lequel la troisième ébauche fibreuse a été thermoformée pour obtenir la troisième sous-préforme fibreuse.

[0036] [Fig. 9] La figure 9 est une vue schématique en perspective du moule de thermoformage de la figure 6 sur lequel la deuxième ébauche fibreuse a été thermoformée pour obtenir la deuxième sous-préforme fibreuse.

[0037] [Fig. 10] La figure 10 est une vue schématique en perspective du moule de thermoformage de la figure 6 sur lequel la première ébauche fibreuse a été thermoformée pour obtenir la première sous-préforme fibreuse.

[0038] [Fig. 11] La figure 11 est une vue schématique en perspective d'un moule de drapage permettant le drapage de la première ébauche fibreuse. [0039] [Fig. 12] La figure 12 est une vue schématique en perspective d'un moule de drapage permettant le drapage de la deuxième ébauche fibreuse.

[0040] [Fig. 13] La figure 13 est une vue schématique en perspective d'un moule de drapage permettant le drapage de la troisième ébauche fibreuse.

[0041] [Fig. 14] La figure 14 est une vue schématique et partielle d'une ébauche fibreuse drapée par placement automatique de fibres.

Description des modes de réalisation

[0042] La présente invention concerne la fabrication d'une pièce en matériau composite par drapage. En particulier, la présente invention est particulièrement intéressante pour la réalisation de pièces épaisses et/ou présentant une géométrie complexe. La présente invention est particulièrement intéressante pour la réalisation d'une pièce formée par au moins 20 plis pré-imprégnés déposés par drapage, et plus avantageuse encore pour la réalisation d'une pièce formée par au moins 40 plis préimprégnés déposés par drapage.

[0043] La figure 1 illustre un exemple de pièce 5 en matériau composite pouvant être réalisée par le procédé de l'invention.

[0044] La pièce 5 en matériau composite à obtenir peut comprendre un corps en forme de coque s'étendant autour d'un axe, par exemple un corps 5a en forme de demi-coque s'étendant autour d'un axe A comme dans l'exemple illustré sur la figure 1. Le corps 5a peut présenter une forme de révolution partielle cylindrique ou tronconique, ou encore une forme de révolution partielle quelconque.

[0045] La pièce 5 en matériau composite à obtenir peut comprendre au moins une bride 5b à l'une de ses extrémités, comme dans l'exemple illustré sur la figure 1. La ou les brides 5b sont situées dans le prolongement du corps 5a de la pièce 5 à obtenir. La pièce 5 comprend en outre une face interne 5i et une face externe 5e, définie par rapport à l'axe A.

[0046] Conformément au procédé de l'invention, la pièce 5 à obtenir sera réalisée par densification d'une préforme fibreuse 50 pré-imprégnée, ladite préforme fibreuse 50 étant obtenue par l'empilement d'une pluralité de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 obtenues par drapage et thermoformage, comme illustré sur la figure 2. Les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 sont empilées de sorte à se superposer radialement. Ainsi, les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 se superposent dans l'épaisseur de la préforme fibreuse 50.

[0047] Les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 comprennent une face interne 51i, 52i, 53i et une face externe 51e, 52e, 53e. Les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 sont empilées de sorte que la face interne 52i, 53i d'une sous-préforme fibreuse extérieure 52, 53 soit au contact de la face externe 51e, 52e d'une sous-préforme fibreuse intérieure 51, 52. La face interne 5 li de la sous-préforme fibreuse 51 disposée la plus à l'intérieur de la préforme fibreuse 50 sera destinée à former la face interne 5i de la pièce 5. La face externe 53e de la sous-préforme fibreuse 53 disposée la plus à l'extérieur de la préforme fibreuse 50 sera destinée à former la face externe 5e de la pièce 5.

[0048] Chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 peut comprendre un sous-corps 51a, 52a, 53a, destiné à former une partie de l'épaisseur du corps 5a de la pièce finale 5, et au moins une sous-bride 51b, 52b, 53b, destinée à former une partie de l'épaisseur de la bride 5b de la pièce finale 5.

[0049] Nous allons maintenant décrire une première étape préliminaire optionnelle Ei de conception du procédé de l'invention, en relation avec la figure 3.

[0050] Suivant une première sous-étape En de cette première étape préliminaire optionnelle Ei, on détermine tout d'abord le nombre total P_totai de plis pré-imprégnés à draper pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. La présente invention est particulièrement intéressante dans le cas où le nombre total P_totai de plis préimprégnés à draper pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 est supérieur à 20. On détermine le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper selon l'épaisseur de la pièce 5 à obtenir et selon le ou les matériaux constituant les plis pré-imprégnés à draper pour obtenir la pièce 5.

[0051] Suivant une deuxième sous-étape E_i2 de cette première étape préliminaire optionnelle Ei, on détermine le nombre maximum de plis superposés P_max pour lequel la probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage est faible. La probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage est déterminée suivant le ou les matériaux constituant les plis pré-imprégnés à draper et suivant la géométrie de la pièce 5 à obtenir. Cette probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage peut être obtenue en réalisant des essais. En particulier, on détermine le nombre maximum de plis superposés P_max pour lequel la probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage est inférieure ou égale à une valeur de probabilité déterminée p_réf. De préférence, la valeur déterminée p_réf est égale à 10'⁹.

[0052] De manière générale, le nombre maximum de plis superposés P_max est de préférence inférieur ou égal à 20 pour un formage à 90°.

[0053] La première et la deuxième sous-étapes de cette étape préliminaire optionnelle peuvent être réalisées simultanément.

[0054] Suivant une troisième sous-étape E_i3 de cette première étape préliminaire optionnelle E on détermine le nombre N de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce. A cet effet, on détermine le nombre minimum N_mini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. Le nombre minimum N_mini de sous- préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser est déterminé en divisant le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 par le nombre maximum de plis superposés P_max- Si le rapport du nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper par le nombre maximum de plis superposés P_max est un entier, alors le nombre minimum N_mini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser est égal à cet entier. Si le rapport du nombre total P_totai de plis préimprégnés à draper par le nombre maximum de plis superposés P_max n'est pas un entier, alors le nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser correspond à l'arrondi à l'entier supérieur de ce quotient.

[0055] Par exemple, si le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper est de 30 et que le nombre maximum de plis superposés P_max est de 7, le nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser sera de 5.

[0056] Le nombre N de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 est de préférence choisi égal au nombre minimum N_mini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. Le nombre N de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 doit être supérieur ou égal au nombre minimum N_mini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5.

[0057] Suivant une quatrième sous-étape E_M de la première étape préliminaire optionnelle Ei, on détermine la répartition du nombre de plis dans chaque sous- préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. La répartition des plis par sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 est réalisée de sorte que le nombre de plis présent dans chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 soit inférieur ou égal au nombre maximum de plis superposés P_max- De préférence, chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 comprend un nombre similaire de plis, voire comprend le même nombre de plis.

[0058] On obtient ainsi les caractéristiques de chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser. Une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 est obtenue par thermoformage d'une ébauche fibreuse 510, 520, 530, comme illustré sur les figures 4 à 6.

[0059] Suivant une cinquième sous-étape E_i5 de la première étape préliminaire optionnelle E on détermine les caractéristiques des surfaces de thermoformage Si₀, S20, S30 du ou des moules de thermoformage 10, 20, 30 destinées à permettre le thermoformage des ébauches fibreuses 510, 520, 530 en sous-préformes fibreuses 51, 52, 53, comme illustrés sur les figures 7 à 10. Ces caractéristiques peuvent facilement être déterminées à partir des caractéristiques de chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser déterminées précédemment.

[0060] Dans l'exemple illustré, les surfaces de thermoformage S10, S₂o, S₃₀ du ou des moules de thermoformage 10, 20, 30 comprennent chacune une zone de sous- corps 10a, 20a, 30a destinée à permettre le thermoformage du sous-corps 51a, 52a, 53a de la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53. Les surfaces de thermoformage S10, S₂o, S₃₀ du ou des moules de thermoformage 10, 20, 30 comprennent également chacune une zone de sous-bride 10b, 20b, 30b destinée à permettre le thermoformage de la sous-bride 51b, 52b, 53b de la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53.

[0061] Suivant une sixième sous-étape EI₆ de la première étape préliminaire optionnelle E on détermine les caractéristiques de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 destinée à former une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 après thermoformage sur les surfaces de thermoformages Si₀, S₂o, S₃₀.

[0062] L'ébauche fibreuse 510, 520, 530 comprend le même nombre de plis préimprégnés que la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 que ladite ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à former. La forme de l'ébauche fibreuse 510, 520, 530 à draper est facilement déterminable par l'homme du métier à partir de la forme de la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 que ladite ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à devenir. En effet, la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser présente une géométrie qui n'est pas réalisable directement par drapage, par exemple parce qu'elle présente des creux ou des angles dont le fond n'est pas atteignable par la tête de dépose d'un dispositif de drapage.

[0063] Dans le cas où les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser présentent une sous-bride 51b, 52b, 53b à au moins une de leurs extrémités, les ébauches fibreuses 510, 520, 530 associées présenteront de manière bien connue une partie d'extrémité ondulée 510b, 520b, 530b appelée « partie de bride de l'ébauche fibreuse » destinée à être thermoformée en sous-bride.

[0064] La détermination de la géométrie d'une ébauche fibreuse 510, 520, 530 drapée à thermoformer en une forme voulue est bien connue de l'homme du métier, en particulier pour la réalisation d'une pièce comprenant au moins une bride. Un exemple d'une telle détermination est notamment décrit dans le document W02012/046020.

[0065] Les ébauches fibreuses 510, 520, 530 comprennent une face interne 5 lOi, 520i, 530i et une face externe 510e, 520e, 530e, comme illustré sur les figures 4 à 6. La face interne 510i, 520i, 530i de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à former la face interne 5 li, 52i, 53i d'une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53. La face externe 510e, 520e, 530e de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à former la face externe 51e, 52e, 53e d'une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53.

[0066] Suivant une septième sous-étape E_i7 de la première étape préliminaire optionnelle E on détermine les caractéristiques des surfaces de drapage Si₀₀, S_2Oo, S300 des moules de drapage 100, 200, 300 destinés à permettre le drapage des ébauches fibreuses 510, 520, 530. Ces caractéristiques peuvent facilement être déterminées à partir des caractéristiques de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 déterminées précédemment.

[0067] Toutes les sous-étapes présentées précédemment sont optionnelles, et on ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si aucune ou seulement une partie de ces sous-étapes sont réalisées.

[0068] Nous allons maintenant décrire la fabrication de la pluralité de sous- préformes fibreuses 51, 52, 53, selon une deuxième étape E₂, comme illustré sur la figure 3.

[0069] On réalise la pluralité d'ébauches fibreuses 510, 520, 530 par drapage.

[0070] La première ébauche fibreuse 510 est réalisée par drapage sur une première surface de drapage Si₀₀. Comme illustré sur la figure 11, la première surface de drapage S100 appartient à un premier moule de drapage 100. Dans l'exemple illustré, la première surface de drapage Si₀₀ comprend au moins une zone principale 100a et une zone d'extrémité ondulée 100b située dans le prolongement de la zone principale 100a. La zone principale 100a de la première surface de drapage Si₀₀ présente la géométrie de la partie de corps 510a de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. Ainsi, les plis pré-imprégnés drapés sur la zone principale 100a de la première surface de drapage S100 sont destinés à former la partie de corps 510a de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. La zone d'extrémité ondulée 100b de la première surface de drapage S100 présente la géométrie de la partie de bride 510b de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. Ainsi, le ou les plis pré-imprégnés drapés sur la zone d'extrémité ondulée 100b de la première surface de drapage S100 sont destinés à former la partie de bride 510b de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. [0071] La deuxième ébauche fibreuse 520 est réalisée par drapage sur une deuxième surface de drapage S_2Oo- Comme illustré sur la figure 12, la deuxième surface de drapage S200 appartient à un deuxième moule de drapage 200. Dans l'exemple illustré, la deuxième surface de drapage S200 comprend au moins une zone principale 200a et une zone d'extrémité ondulée 200b située dans le prolongement de la zone principale 200a. La zone principale 200a de la deuxième surface de drapage S₂oo présente la géométrie de la partie de corps 520a de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir. Ainsi, les plis pré-imprégnés drapés sur la zone principale 200a de la deuxième surface de drapage S₂oo sont destinés à former la partie de corps 520a de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir. La zone d'extrémité ondulée 200b de la deuxième surface de drapage S₂oo présente la géométrie de la partie de bride 520b de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir. Ainsi, le ou les plis pré-imprégnés drapés sur la zone d'extrémité ondulée 200b de la deuxième surface de drapage S₂oo sont destinés à former la partie de bride 520b de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir.

[0072] La troisième ébauche fibreuse 530 est réalisée par drapage sur une troisième surface de drapage S₃₀₀. Comme illustré sur la figure 13, la troisième surface de drapage S300 appartient à un troisième moule de drapage 300. Dans l'exemple illustré, la troisième surface de drapage S₃₀₀ comprend au moins une zone principale 300a et une zone d'extrémité ondulée 300b située dans le prolongement de la zone principale 300a. La zone principale 300a de la troisième surface de drapage S₃oo présente la géométrie de la partie de corps 530a de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. Ainsi, les plis pré-imprégnés drapés sur la zone principale 300a de la troisième surface de drapage S₃oo sont destinés à former la partie de corps 530a de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. La zone d'extrémité ondulée 300b de la troisième surface de drapage S₃oo présente la géométrie de la partie de bride 530b de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. Ainsi, le ou les plis pré-imprégnés drapés sur la zone d'extrémité ondulée 300b de la troisième surface de drapage S₃₀₀ sont destinés à former la partie de bride 530b de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. [0073] La deuxième surface de drapage S200 est différente de la première surface de drapage Si₀₀. De préférence, la deuxième surface de drapage S200 présente une forme globale similaire à la forme globale de la première surface de drapage Swo- La deuxième surface de drapage S200 peut présenter des dimensions proportionnellement plus grandes que les dimensions de la première surface de drapage Si₀₀. La première surface de drapage Si₀₀ appartient à un premier moule de drapage 100 différent du deuxième moule de drapage 200 comprenant la deuxième surface de drapage S₂₀₀. Le premier moule de drapage 100 n'est pas inclus dans le deuxième moule de drapage 200.

[0074] Plus généralement, les surfaces de drapage Si₀₀, S₂₀₀, S₃₀₀ sont toutes différentes les unes par rapport aux autres. De préférence, les surfaces de drapage S100, S₂oo, S300 présentent une forme globale similaire. Les dimensions des surfaces de drapage Si₀₀, S₂₀₀, S₃₀₀ sont de préférence proportionnelles les unes par rapport aux autres.

[0075] La réalisation des ébauches fibreuses 510, 520, 530 est de préférence réalisée par placement automatique de fibres, selon la méthode dite « AFP ».

[0076] La figure 14 illustre schématiquement la structure d'une tête de dépose 80 d'un dispositif de mise en oeuvre d'une technique AFP. La structure de la tête de dépose 80 est bien connue. La tête de dépose 80 est alimentée par une bande ou une mèche fibreuse 500.

[0077] La bande ou la mèche fibreuse 500 peut être imprégnée par une résine selon un mode particulièrement intéressant de l'invention. En particulier, la bande ou la mèche fibreuse 500 peut être imprégnée par un polymère thermodurcissable ou être imprégnée par un polymère thermoplastique. La bande ou la mèche fibreuse 500 peut également être imprégnée par une suspension aqueuse comprenant des particules de précurseur de matrice.

[0078] La bande ou la mèche fibreuse 500 peut être acheminée par un élément de convoyage 81 jusqu'à un élément d'application de la pression 82 situé du côté de la surface de drapage Si₀₀, S₂₀₀, S₃₀₀. L'élément de convoyage 81 est ici sous la forme d'un couple de rouleaux contra rotatifs 81a et 81b entre lesquels la bande ou la mèche 500 est présente. L'élément de convoyage 81 permet de faire avance la bande ou la mèche 500 jusqu'à l'élément d'application de la pression 82. L'élément d'application de la pression 82 applique une pression sur la bande ou la mèche 500 afin de réaliser un dépôt sur la surface de drapage Swo, S_2Oo, S₃₀₀. L'élément d'application de la pression 82 est ici sous la forme d'un rouleau.

[0079] La tête de dépose 80 peut, en outre, comporter un élément chauffant 83 situé au voisinage de l'élément d'application de la pression 82. Cet élément chauffant 83 permet, dans le cas d'une bande ou d'une mèche 500 imprégnée par un polymère thermoplastique ou thermodurcissable, de chauffer la bande ou la mèche 500 imprégnée lors de son dépôt afin de fluidifier le polymère et ainsi de conférer le pouvoir d'adhésion souhaité à la bande ou à la mèche 500 déposée.

[0080] Lors du dépôt, la tête de dépose 80 est mobile afin d'appliquer la bande ou la mèche 500 sur une première zone déterminée la surface de drapage Swo, S_2Oo, S₃oo- Une fois l'application réalisée sur cette première zone, un élément de découpe 84 de la tête de dépose 80 coupe la bande ou la mèche 500. Après cette découpe, on obtient ainsi le dépôt d'une première structure fibreuse, formée par un premier tronçon de la bande ou de la mèche 500, sur la surface de drapage Swo, S₂₀₀, S₃₀₀.

[0081] La formation de l'ébauche fibreuse 510, 520, 530 est ensuite poursuivie par avancée de la bande ou de la mèche 500 dans la tête de dépose 80 jusqu'à l'élément d'application de la pression 82 par actionnement de l'élément de convoyage 81. La tête de dépose 80 peut être déplacée afin de réaliser le dépôt de la mèche ou de la bande 500 sur une deuxième zone la surface de drapage Swo, S_2Oo, S₃₀₀. Le dépôt d'une deuxième structure fibreuse, formée par un deuxième tronçon de la bande 500, sur la deuxième zone de la surface de drapage Swo, S₂oo, S₃₀₀ est alors obtenu d'une manière similaire à celle décrite précédemment.

[0082] La réalisation de l'ébauche fibreuse 510, 520, 530 est ensuite poursuivie par dépôt de plusieurs autres structures fibreuses de la même manière que décrite précédemment. On réalise ainsi un ou plusieurs plis pré-imprégnés sur la surface de drapage Swo, S_2Oo, S_3Oo- Les plis sont de préférence pré-imprégnés par une résine, comme décrit précédemment, par exemple par un polymère thermodurcissable ou par un polymère thermoplastique. [0083] On obtient alors les ébauches fibreuses 510, 520, 530 réalisées par drapage telles qu'illustrées sur les figures 4 à 6.

[0084] On réalise une pluralité de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 par thermoformage des ébauches fibreuses 510, 520, 530.

[0085] On peut réaliser toutes les ébauches fibreuses 510, 520, 530 puis, lorsque toutes les ébauches fibreuses ont été réalisées, les thermoformer pour obtenir les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53. Il est également possible de thermoformer une ou plusieurs ébauches fibreuses en sous-préformes fibreuses avant que toutes les ébauches fibreuses ne soient réalisées.

[0086] La première sous-préforme fibreuse 51 est réalisée par thermoformage de la première ébauche fibreuse 510 sur une première surface de thermoformage Sio. La première surface de thermoformage Sw peut comprendre une zone de sous-corps 10a et une zone de sous-bride 10b inclinée par rapport à la zone de sous-corps 10a. La zone de sous-corps 10a de la première surface de thermoformage Sio présente la géométrie du sous-corps 51a de la première sous-préforme 51 à obtenir. Ainsi, la partie de corps 510a de la première ébauche fibreuse 510 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-corps 10a de la première surface de thermoformage Sio pour former le sous-corps 51a de la première sous-préforme 51. La zone de sous-bride 10b de la première surface de thermoformage Sio présente la géométrie de la sous-bride 51b de la première sous-préforme 51 à obtenir. La partie de bride 510b de la première ébauche fibreuse 510 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-bride 10b de la première surface de thermoformage Sio pour former la sous-bride 51b de la première sous-préforme 51. Ainsi, le thermoformage de la première ébauche fibreuse 510 est réalisé en disposant la face externe 510e de ladite première ébauche fibreuse 510 contre la première surface de thermoformage Sio.

[0087] La deuxième sous-préforme fibreuse 52 est réalisée par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse 520 sur une deuxième surface de thermoformage S₂o- La deuxième surface de thermoformage S₂o peut comprendre une zone de sous- corps 20a et une zone de sous-bride 20b inclinée par rapport à la zone de sous- corps 20a. La zone de sous-corps 20a de la deuxième surface de thermoformage S20 présente la géométrie du sous-corps 52a de la deuxième sous-préforme 52 à obtenir. Ainsi, la partie de corps 520a de la deuxième ébauche fibreuse 520 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-corps 20a de la deuxième surface de thermoformage S₂o pour former le sous-corps 52a de la deuxième sous- préforme 52. La zone de sous-bride 20b de la deuxième surface de thermoformage S₂o présente la géométrie de la sous-bride 52b de la deuxième sous-préforme 52 à obtenir. La partie de bride 520b de la deuxième ébauche fibreuse 520 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-bride 20b de la deuxième surface de thermoformage S20 pour former la sous-bride 52b de la deuxième sous-préforme 52. Ainsi, le thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse 520 est réalisé en disposant la face externe 520e de ladite deuxième ébauche fibreuse 520 contre la deuxième surface de thermoformage S₂o-

[0088] La troisième sous-préforme fibreuse 53 est réalisée par thermoformage de la troisième ébauche fibreuse 530 sur une troisième surface de thermoformage S30. La troisième surface de thermoformage S₃₀ peut comprendre une zone de sous-corps 30a et une zone de sous-bride 30b inclinée par rapport à la zone de sous-corps 30a. La zone de sous-corps 30a de la troisième surface de thermoformage S₃₀ présente la géométrie du sous-corps 53a de la troisième sous-préforme 53 à obtenir. Ainsi, la partie de corps 530a de la troisième ébauche fibreuse 530 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-corps 30a de la troisième surface de thermoformage S₃₀ pour former le sous-corps 53a de la troisième sous-préforme 53. La zone de sous-bride 30b de la troisième surface de thermoformage S₃o présente la géométrie de la sous-bride 53b de la troisième sous-préforme 53 à obtenir. La partie de bride 530b de la troisième ébauche fibreuse 530 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-bride 30b de la troisième surface de thermoformage S₃o pour former la sous-bride 53b de la troisième sous-préforme 53. Ainsi, le thermoformage de la troisième ébauche fibreuse 530 est réalisé en disposant la face externe 530e de ladite troisième ébauche fibreuse 530 contre la troisième surface de thermoformage S₃Q. [0089] De préférence, les surfaces de drapage Sw, S20, S30 sont convexes alors que les surfaces de thermoformage Si₀₀, S_2Oo, S₃₀₀ sont concaves, afin d'améliorer la santé matière finale obtenue pour les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53.

[0090] Les surfaces de thermoformage S10, S₂o, S₃₀ peuvent appartenir chacune à un moule de thermoformage distinct. Toutefois, selon un mode particulier de réalisation de l'invention et comme dans l'exemple illustré sur les figures 7 à 10, le thermoformage des ébauches fibreuses 510, 520 et 530 peut être réalisé sur un unique moule de thermoformage 30.

[0091] Dans ce mode de réalisation, comme illustré sur la figure 8, une ébauche fibreuse - ici la troisième ébauche fibreuse 530 - est thermoformée directement sur le moule de thermoformage 30. La troisième surface de thermoformage S₃o appartient donc au moule de thermoformage 30. Puis, les autres ébauches fibreuses - ici la deuxième ébauche 520 puis la première ébauche 510 - sont thermoformées sur la sous-préforme fibreuse 53, 52 précédemment obtenue encore disposée sur le moule de thermoformage 30, comme illustré sur les figures 9 et 10. Ainsi, la deuxième surface de thermoformage S₂o est formée par la face interne 53i de la troisième sous-préforme fibreuse 53 encore disposée sur le moule de thermoformage 30, et la première surface de thermoformage S10 est formée par la face interne 52i de la deuxième sous-préforme fibreuse 52 encore disposée sur le moule de thermoformage 30.

[0092] Les paramètres de thermoformage tels que la température, la cinématique et la vitesse sont déterminés de manière bien connue par l'homme du métier en fonction du type de plis pré-imprégnés utilisés.

[0093] Selon une troisième étape E₃, on réalise l'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53.

[0094] Dans le mode de réalisation préférentiel tel qu'illustré sur les figures 8 à 10, l'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 est réalisé de fait sur le moule de thermoformage 30.

[0095] Sinon, on réalise l'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 après le thermoformage, comme décrit précédemment. L'empilement peut être réalisé par un effecteur automatisé, par exemple par un effecteur automatisé de type « pick and place ».

[0096] L'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 forme la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 à obtenir. [0097] La préforme fibreuse 50 ainsi obtenue est ensuite polymérisée de manière bien connue de sorte à consolider ladite préforme 50 pour obtenir la pièce 5 en matériau composite selon une quatrième étape E₄. L'invention est particulièrement intéressante lorsque la pièce 5 à obtenir est une pièce en matériau composite à matrice organique.

Claims

Revendications

[Revendication 1] Procédé de fabrication d'une pièce (5) en matériau composite comprenant les étapes suivantes :

- la réalisation d'une première ébauche fibreuse (510) par drapage d'un ou de plusieurs premiers plis pré-imprégnés sur une première surface de drapage (Si₀₀),

- la réalisation d'une première sous-préforme fibreuse (51) par thermoformage de la première ébauche fibreuse (510) sur une première surface de thermoformage (Sio),

- la réalisation d'au moins une deuxième ébauche fibreuse (520) par drapage d'un ou de plusieurs deuxièmes plis pré-imprégnés sur une deuxième surface de drapage (S200) différente de la première surface de drapage (S100),

- la réalisation d'au moins une deuxième sous-préforme fibreuse (52) par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse (520) sur une deuxième surface de thermoformage (S₂₀) différente de la première surface de thermoformage (S₂₀),

- l'empilement des sous-préformes fibreuses (51, 52, 53) de sorte à obtenir une préforme fibreuse (50) ayant la forme de la pièce (5) à obtenir,

- la consolidation de la préforme fibreuse (50) de manière à former une matrice de sorte à obtenir la pièce (5) en matériau composite.

[Revendication 2] Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel les drapages sont réalisés par un procédé de drapage automatisé.

[Revendication 3] Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les ébauches fibreuses (510, 520, 530) sont pré-imprégnées par une résine.

[Revendication 4] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les surfaces de drapage (S100, S₂oo, S300) sont convexes et les surfaces de thermoformage sont concaves (S10, S₂₀, S₃₀).

[Revendication 5] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première surface de thermoformage (Sio) est formée par la deuxième préforme fibreuse (52) disposée sur la deuxième surface de thermoformage (S₂₀).

[Revendication 6] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les surfaces de drapage (Si₀₀, S₂oo, S₃₀₀) comprennent au moins une zone d'extrémité présentant des ondulations (100b, 200b, 300b), de sorte que la partie des ébauches fibreuses (510, 520, 530) formées sur ladite partie d'extrémité présentant des ondulations (100b, 200b, 300b) soit déformée lors du thermoformage de sorte à réaliser au moins une sous-bride (51b, 52b, 53b) de sous-préforme fibreuse (51, 52, 53), l'empilement des sous-brides de sous-préforme fibreuse (51, 52, 52) réalisant au moins une bride de préforme fibreuse (50) destinée à former au moins une bride (5b) sur la pièce finale (5).

[Revendication 7] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape préliminaire (Ei) de détermination du nombre (N) de sous-préformes fibreuses (51, 52, 53) à réaliser, selon laquelle on détermine le nombre minimum (N_mini) de sous-préformes fibreuses (51, 52, 53) empilées à réaliser pour que la probabilité d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage d'une sous-préforme fibreuse (51, 52, 53) soit inférieure à une valeur de probabilité déterminée (p_réf).

[Revendication 8] Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel la valeur de probabilité (p_réf) déterminée est de 1CT⁹.