FR2889103A1 - Procede et dispositif de depose simultanee d'une serie d'elements filaires avec variation controlee de la distance entre les fibres moyennes des elements filaires - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de réalisation d'une nappe d'éléments filaires liés à la surface d'un support, le procédé comprenant une opération de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires voisins sur la surface du support.Selon l'invention, la distance, mesurée au niveau de la surface du support, entre les fibres moyennes de deux éléments filaires voisins, est modifiée au cours de l'opération de dépose sur une partie au moins de la surface du support.
Description
La présente invention concerne le domaine technique de la dépose ou du
placement de fils ou fibres pour la réalisation d'éléments de renfort structurel, destinés à la fabrication de pièces en matériaux composites.
Dans le cas par exemple de la réalisation de pièces en matériaux composites selon un procédé mettant en oeuvre la technique de moulage et transfert de résine (RTM) de l'anglais Resin Transfer Molding , chaque pièce comprend, d'une part, un ou plusieurs éléments de renforts fibreux et, d'autre part, une matrice de résine de type thermoplastique ou thermodurcissable. Ainsi, il est tout d'abord fabriqué une préforme fibreuse à la forme de la pièce désirée. Ensuite, cette préforme est imprégnée d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable. La résine est généralement injectée ou infusée par aspiration, puis subit un thermocompressage pour entraîner son durcissement après polymérisation.
L'invention se rapporte donc à la fabrication d'une préforme ou d'un 15 élément de renfort structurel, susceptible d'être utilisé, notamment, dans le cadre du procédé ci-dessus.
Une telle préforme contient généralement plusieurs nappes superposées d'éléments filaires, liées entre elles, par exemple par l'intermédiaire d'un liant, de façon à donner une certaine cohérence à la préforme et ainsi autoriser sa manipulation. Des brevets US 4 699 683 ou EP 0 535 264 ont, par exemple, proposé de réaliser des préformes ou éléments de renfort structurel pour pièces en matériaux composites par la dépose ou le placement simultané d'une série d'éléments filaires parallèles sur un support. Ainsi, une préforme ou un élément de renfort structurel, obtenu selon ces brevets, se trouve constitué d'une superposition de nappes unidirectionnelles, les éléments filaires d'une même nappe s'étendant parallèlement les uns aux autres, tandis que les éléments filaires de deux nappes consécutives s'étendent dans des directions différentes.
De telles préformes se trouvent bien adaptées pour la réalisation de pièces planes ou présentant des conformations concaves et/ou convexes avec de grands rayons de courbure, mais se trouvent moins bien adaptées pour la réalisation de pièces présentant des conformations concaves et/ou convexes avec de petits rayons de courbure.
Or, pour des applications dans les domaines aéronautique, aérospatial et automobile notamment, il est parfois nécessaire de disposer de préformes dont au moins une partie est du type annulaire, ellipsoïdale ou tronconique, comme c'est par exemple le cas pour la constitution de châssis ou entourages de hublots ou, encore, la constitution de tuyères ou entrées de réacteurs. L'utilisation de préformes constituées de nappes unidirectionnelles pour la réalisation de telles pièces conduit à l'obtention de pièces présentant des caractéristiques mécaniques qui ne sont pas toujours adaptées à leur usage, dans la mesure où les éléments filaires de renfort, constitutifs des nappes fibreuses, ne sont pas convenablement orientés par rapport aux lignes de courbure de la pièce mécanique le long desquelles s'exercent généralement les principales contraintes.
Ainsi, dans la mesure où il est souhaité obtenir des préformes garantissant des propriétés mécaniques optimales aux pièces les incorporant, il n'apparaît plus possible de mettre en oeuvre une dépose simultanée d'éléments filaires parallèles et il devient nécessaire de recourir à une dépose ou un placement individuel de chaque élément filaire, ce qui induit un temps de fabrication de la préforme beaucoup plus important que dans le cas de la mise en oeuvre de la dépose simultanée d'une série d'éléments filaires parallèles. Or, l'augmentation du temps de fabrication induit une augmentation substantielle du prix de revient qui peut apparaître rédhibitoire dans certaines applications.
Il est donc apparu le besoin, d'une part, d'un nouveau procédé de réalisation d'une nappe fibreuse qui soit à même de conjuguer une cadence de dépose ou placement élevé, avec une parfaite orientation individuelle de chaque élément filaire constitutif de ladite nappe fibreuse et, d'autre part, d'un dispositif permettant une mise en oeuvre optimale de ce nouveau procédé de réalisation d'une nappe fibreuse.
Afin d'atteindre ces objectifs, l'invention concerne un procédé de réalisation d'une nappe d'éléments filaires liés à la surface d'un support, ce procédé comprenant une opération de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires voisins sur la surface du support. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que la distance, mesurée au niveau de la surface du support entre les fibres moyennes de deux éléments filaires voisins, est modifiée au cours de l'opération de dépose sur une partie au moins de la surface du support.
Ainsi, par la modification au cours de l'opération de dépose de la distance entre les fibres moyennes de deux éléments filaires voisins, il est possible de déposer des éléments filaires qui ne sont pas, au sein de la nappe fibreuse, parallèles entre eux, tout en présentant une orientation contrôlée, de manière à se trouver parfaitement orientés par rapport à la direction des contraintes principales qui seront subies par la pièce en matériaux composites incorporant la nappe d'éléments filaires réalisée selon le procédé conforme à l'invention. De plus, la dépose simultanée des éléments filaires permet une augmentation substantielle de la cadence de fabrication par rapport à un placement individuel de chaque élément filaire.
Au sens de l'invention, la fibre moyenne de chaque élément filaire correspond à une ligne fictive:s'étendant le long de l'élément filaire à égale distance de ses bords. La fibre moyenne peut également être définie comme le lieu géométrique des isobarycentres des sections droites transversales de l'élément filaire.
De même, au sens de l'invention, la série d'éléments filaires voisins, déposés sur la surface du support, comprend au moins deux et de préférence plus de deux éléments filaires qui seront déposés simultanément. Ainsi, selon une forme de mise en oeuvre de l'invention, les éléments filaires de la série pourront être séparés chacun de leurs voisins d'une même distance ou pas, la valeur de ce pas étant modifiée au cours de la dépose.
Selon une autre forme de mise en oeuvre de l'invention, les éléments filaires de la série pourront être séparés chacun de leurs voisins par des distances ou intervalles qui ne sont pas nécessairement égaux, la valeur de ces distances pouvant être modifiée individuellement selon des amplitudes et/ou des sens différents.
Selon une variante de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires est modifiée, de manière à déposer les éléments filaires selon des lignes orthogonales aux lignes de courbure longitudinales d'une partie au moins de la surface du support.
Au sens de l'invention, les lignes de courbure sont des lignes de la surface du support dont la torsion géodésique est nulle. Ainsi, pour une surface de révolution, il existe les deux familles de lignes de courbure qui sont formées des méridiennes et des parallèles et, pour une surface développable, il existe également deux familles de lignes de courbure qui sont les (droites) génératrices et leurs trajectoires orthogonales.
Selon encore une autre variante de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires est modifiée, de manière à déposer les éléments filaires parallèlement à une famille de lignes de courbure d'une partie au moins de la surface du support.
Ces deux variantes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sont plus particulièrement adaptées à la réalisation de nappes fibreuses, constitutives de préformes ou d'éléments de renfort de pièces mécaniques amenées à subir d'importantes sollicitations, dans la mesure où il a été observé que ces sollicitations se répartissent, généralement, parallèlement ou orthogonalement aux lignes de courbure des surfaces de la pièce mécanique.
Selon encore une autre variante de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires est modifiée, de manière à déposer les éléments filaires pour qu'ils forment, avec une famille de lignes de courbure d'une partie au moins de la surface du support, un angle a compris entre 25 et 65 . Cette autre forme de mise en oeuvre est plus particulièrement adaptée à la réalisation de nappes fibreuses qui seront associées à des nappes fibreuses obtenues selon les deux autres variantes de mise en oeuvre évoquées ci-dessus, de manière à augmenter l'isotropie de la pièce mécanique les incorporant.
Selon encore une variante de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, plus particulièrement adaptée à la réalisation de nappes fibreuses constitutives de préforme d'éléments de renfort pour des entourages de hublots en matériaux composites, une partie au moins de la surface du support présente une forme annulaire et les éléments filaires sont déposés de manière que leur fibres moyennes présentent une orientation radiale au niveau de la partie de forme annulaire de la surface du support.
Dans le cadre d'une forme de mise en oeuvre, préférée mais non strictement nécessaire, du procédé selon l'invention, il est proposé d'associer, à la modification de la distance entre deux éléments filaires voisins, une modification de la largeur de chaque élément filaire, mesurée sur la surface du support transversalement à la fibre moyenne de l'élément filaire, cette modification de la largeur des éléments filaires intervenant au cours de l'opération de dépose sur une partie au moins de la surface du support.
Comme il a été dit précédemment, le procédé selon l'invention prévoit la dépose simultanée de plusieurs éléments filaires, ces éléments filaires peuvent alors avoir tous une largeur égale ou, au contraire, des largeurs différentes et, dans le cadre de la forme préférée de mise en oeuvre du procédé, la largeur des éléments filaires peut être modifiée pour tous les éléments filaires d'une même valeur ou, au contraire, modifiée pour chaque élément filaire individuellement selon des amplitudes et/ou des sens différents.
Selon une variante de mise en oeuvre de la forme préférée du procédé selon l'invention, la largeur de chaque élément filaire est modifiée, de sorte que les bords longitudinaux de chaque élément filaire sur la surface du support sont orthogonaux aux lignes de courbure longitudinales d'une partie au moins de la surface du support.
Selon une autre variante de mise en oeuvre de la forme préférée du procédé selon l'invention, la largeur de chaque élément filaire est modifiée, de sorte que les bords longitudinaux de l'élément filaire sur la surface du support sont parallèles à une famille de lignes de courbure d'une partie au moins de la surface du support.
Selon encore une autre variante de mise en oeuvre de la forme préférée du procédé selon l'invention, plus particulièrement adaptée à la réalisation de nappes fibreuses constitutives de préformes ou d'éléments de renfort pour des entourages de hublots en matériaux composites, une partie de la surface du support présente une forme annulaire et la largeur de chaque élément filaire est modifiée, de manière que les bords longitudinaux de l'élément filaire sur la surface du support présentent une orientation radiale au niveau de la partie de forme annulaire de la surface du support.
Selon une autre variante de mise en oeuvre de la forme préférée du procédé selon l'invention, les éléments filaires sont déposés de manière à être jointifs, au niveau de la surface du support, c'est-à-dire chacun en contact avec le ou les éléments filaires voisins. Cette variante de mise en oeuvre permet d'obtenir une couverture homogène de la surface du support sans interstice entre les différents éléments filaires déposés.
Selon encore une autre variante de mise en oeuvre de la forme préférée du procédé selon l'invention, la largeur de chaque élément filaire est modifiée proportionnellement à la modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires. Dans le cas de la mise en oeuvre en tant qu'éléments filaires de faisceaux de fils ou de filaments, cette dernière variante de mise en oeuvre du procédé permet de modifier, à nombre de fils ou de filaments constants, la largeur et l'épaisseur de l'ensemble ou bande constituée par la série d'éléments filaires déposés simultanément et cela, notamment, lorsque chaque élément filaire est en contact continu avec son ou ses voisins.
Selon encore une autre forme de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention comprend: ^ une étape de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires séparés deux à deux au niveau de la surface du support par un espace intercalaire, ^ et une étape de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires, chacun placé dans un espace intercalaire séparant les éléments filaires déposés lors de l'étape précédente.
Selon l'invention, les éléments filaires peuvent être de différentes natures. Toutefois, dans une forme préférée de mise en oeuvre, les éléments filaires sont constitués par un faisceau de fils ou de filaments en une matière choisie parmi le carbone, des céramiques, verres ou aramides. L'usage d'éléments filaires, constitués par un faisceau de fils ou de filaments, se trouve alors particulièrement adapté aux cas où il est souhaité réaliser une modification de la largeur des éléments filaires au cours de l'opération de dépose, sans altération des éléments filaires et en conservant l'ensemble des fils ou filaments qui les constituent.
Bien entendu, les différentes variantes et formes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention évoquées ci-dessus peuvent être mises en oeuvre les unes avec les autres selon différentes combinaisons lorsqu'elles ne sont pas exclusives les unes des autres.
L'invention concerne, également, un procédé de fabrication d'une préforme comprenant une superposition de nappes fibreuses liées entre elles, procédé de fabrication comprenant des étapes de réalisation de nappes fibreuses superposées par dépose d'éléments filaires sur un support formé par un moule ou par une nappe fibreuse réalisée antérieurement, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'une nappe fibreuse conformément au procédé de réalisation d'une nappe fibreuse selon l'invention.
L'invention vise aussi un dispositif pour la dépose simultanée d'une série d'éléments filaires voisins en nappe sur un support, dispositif comprenant: ^ des moyens d'amenée des éléments filaires, É des moyens de guidage des éléments filaires, ^ et des moyens d'application des éléments filaires sur la surface du support.
Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que les moyens de guidage des éléments filaires comprennent des moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes d'au moins deux éléments filaires voisins, de manière à permettre une modification de la distance, mesurée au niveau de la surface du support, entre les fibres moyennes des deux éléments filaires voisins.
Un tel dispositif se trouve alors particulièrement adapté pour la mise en oeuvre des procédés conformes à l'invention, d'une part, de réalisation d'une nappe d'éléments filaires et, d'autre part, de fabrication d'une préforme comprenant une superposition cie nappes d'éléments filaires.
Selon l'invention, les moyens de modification de la distance inter fibres moyennes peuvent concerner: ^ seulement certains éléments filaires pour ne permettre qu'une modification de la distance entre ces seuls éléments filaires, ^ ou, de préférence, ensemble des éléments filaires, de manière à permettre une modification de l'ensemble des distances inter fibres moyennes.
De même, les moyens de modification de la distance inter fibres moyennes peuvent être adaptés pour permettre une modification de l'ensemble des distances inter fibres moyennes d'une même valeur ou, au contraire, permettre une modification individualisée de chaque distance entre les fibres moyennes de deux éléments filaires voisins.
Selon l'invention, les moyens de guidage des éléments filaires peuvent être réalisés de différentes manières appropriées et assurer un guidage individuel ou collectif des éléments filaires.
Dans une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens de guidage comprennent des moyens de guidage individuels de chaque élément filaire et le dispositif comprend, en tant que moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires, des moyens de modification de la distance entre les moyens de guidage individuel de chaque élément filaire.
Selon une autre variante de réalisation du dispositif conforme à l'invention, permettant une modification simultanée de même sens et de même valeur de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires, les moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes d'au moins deux éléments filaires voisins comprennent au moins: ^ un cylindre de révolution d'axe A, dit cylindre applicateur, qui est mobile en rotation selon l'axe A et qui guide les éléments filaires avant leur application sur la surface du support, ^ en amont du cylindre applicateur par rapport au sens de défilement des éléments filaires, un peigne qui comprend au moins autant de dents que d'éléments filaires déposés simultanément et dont les dents sont contenues dans un plan P parallèle à l'axe A et convergent dans une même direction, chaque dent formant une barre de guidage et de renvoi pour un élément filaire et chaque élément filaire possédant, en amont du peigne, une trajectoire oblique par rapport au plan P et décalée par rapport à un plan P' perpendiculaire au plan P passant par la dent correspondante, ^ et des moyens de déplacement du peigne en translation parallèlement au plan P et selon une direction D perpendiculaire à l'axe A. Selon encore une autre variante de réalisation du dispositif selon 30 l'invention, permettant également une modification simultanée de même sens et de même valeur de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires, les moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes d'au moins deux éléments filaires voisins comprennent au moins: ^ un cylindre de révolution d'axe A, dit cylindre applicateur, qui est mobile en rotation selon l'axe A et qui guide les éléments filaires avant leur application sur la surface du support, ^ en amont du cylindre applicateur, par rapport au sens de défilement des éléments filaires, un peigne qui comprend au moins autant de dents que d'éléments filaires déposés simultanément et dont les dents parallèles entre elles sont contenues dans un plan P, chaque dent formant une barre de guidage et de renvoi pour un élément filaire, ^ et des moyens de déplacement du peigne en rotation selon un axe A' parallèle au plan P et perpendiculaire à l'axe A. Selon une autre forme de réalisation du dispositif, visant à permettre notamment l'obtention d'une nappe dont les éléments filaires convergent, localement au moins, tout en restant exactement adjacents ou en contact chacun avec son ou ses voisins, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de modification de la largeur de chaque élément filaire, de manière à permettre une modification de la largeur, mesurée au niveau de la surface du support, des éléments filaires déposés.
Selon l'invention les moyens de modification de la largeur des éléments filaires peuvent être adaptés pour modifier d'une même valeur la largeur de tous les éléments filaires déposés ou, au contraire, être adaptés pour modifier, de manière individualisée, la largeur de chaque élément filaire selon des amplitudes et/ou des sens différents d'un élément filaire à l'autre et/ou d'un groupe d'éléments filaires à un autre groupe d'éléments filaires.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de modification de la largeur de chaque élément filaire sont intégrés à des moyens de guidage individuel de chaque élément filaire.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de 30 modification de la largeur de chaque élément filaire comprennent une gorge de guidage de largeur variable.
Selon une forme préférée de réalisation de l'invention les moyens de modification de la largeur de chaque élément filaire comprennent: É un cylindre de guidage d'axe S2 présentant une gorge de calibrage qui est aménagée sur une partie au moins de la périphérie du cylindre et possède une largeur variable et dont une partie seulement, dite partie active, est en relation avec l'élément filaire, É et des moyens de déplacement en rotation du cylindre de guidage selon l'axe SZ, de manière à permettre une modification de la partie de la gorge de calibrage formant la partie active en relation avec l'élément filaire.
Dans le cadre de cette forme préférée de réalisation et afin de permettre une modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires déposés, le dispositif selon l'invention comprend, en outre, des moyens de modification de la distance entre les parties actives des cylindres de guidage.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de dépose est destiné à être mis en oeuvre avec une installation ou un robot, tels que ceux décrits dans les brevets US 4 699 683 ou EP 0 535 264. A cet effet, le dispositif comprend alors des moyens d'adaptation sur un bras d'un robot ou d'une machine outil à au moins cinq degrés de liberté pour la dépose d'éléments filaires en nappe sur un support à surface complexe.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes des formes de réalisation du dispositif selon l'invention évoquées ci-dessus, peuvent être mises en oeuvre les unes avec les autres selon différentes combinaisons lorsqu'elles ne sont pas exclusives les unes des autres.
Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation des objets de l'invention.
Les fig. 1 et 2 sont des vues schématiques d'un dispositif de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires conformes à l'invention.
La fig. 3 est une élévation schématique d'une autre forme de réalisation du dispositif de dépose selon l'invention.
Les fig. 4 et 5 sont des vues de dessus du dispositif selon la fig. 3 dans deux états distincts.
La fig. 6 illustre une surface de dépose annulaire pour laquelle le procédé de dépose selon l'invention est particulièrement adapté.
La fig. 7 montre une caractéristique avantageuse d'une dépose multi éléments filaires selon l'invention sur une surface selon la fig. 6.
La fig. 8 est une vue de face d'une forme du dispositif de dépose selon l'invention permettant une modification de la distance des éléments filaires et une modification de la largeur de ces derniers.
La fig. 9 est une vue de droite du dispositif selon la fig. 8.
La fig. 10 est une vue, analogue à la fig. 8, montrant une autre phase de fonctionnement du dispositif.
Les fig. 11 et 12 montrent des détails constructifs de moyens de guidage des éléments filaires constitutifs du dispositif illustré aux fig. 8 à 10. La fig. 13 est une vue analogue à la fig. 7.
Dans le cadre de la présente invention et comme le montre schématiquement la fig. 1, il est envisagé de réaliser une nappe fibreuse sur un support 1 en procédant au dépôt simultané d'une série d'éléments filaires E1 à E , de manière à, en une ou plusieurs passes, couvrir en partie au moins la surface du support 1.
Dans le cadre de l'invention, chaque élément filaire E1 à E sera, de préférence, constitué par un faisceau de fils ou de filaments, de préférence, en une matière choisie parmi le carbone, des céramiques, verres ou aramides, le carbone étant particulièrement préféré. Les céramiques utilisables sont, notamment, le carbure de silicium et les oxydes réfractaires, par exemple alumine et zircone. Les fibres constitutives des fils ou filaments peuvent être discontinues, craquées ou, de préférence, continues. Un fil comporte en général de 3000 à 80000 filaments, avantageusement de 12000 à 24000 filaments. Les éléments filaires utilisés seront, de préférence, choisis pour présenter une section droite transversale rectangulaire et sont, de ce fait, le plus souvent, qualifiés de fils ou câbles plats. A titre d'exemple, un fil de 3K présente généralement une largeur de 1 à 3 mm, un fil de 12K, une largeur de 3 à 8 mm et un fil de 24K, une largeur de 5 à 12 mm. Un fil de 12000 à 24000 filaments présentera donc le plus souvent une largeur de 1 à 12 mm. De tels fils ou câbles plats sont, généralement, conditionnés en bobines et il sera utilisé autant de bobines que d'éléments filaires E1 à E déposés simultanément.
Comme cela ressort de la fig. 1, la série d'éléments filaires définit une sorte de laize 3 au sein de laquelle la fibre moyenne f de chaque élément filaire E1, E2, ... est séparée de la fibre moyenne f du ou des éléments filaires voisins d'une distance d, mesurée au niveau de la surface du support. Il est à noter que la laize 3 est constituée par un seul rang formant une seule épaisseur d'éléments filaires. Selon une de ses caractéristiques essentielles, l'invention se propose de faire varier la valeur de la distance d au cours de la dépose des éléments filaires E. à E constitutifs de la laize 3. Cette variation de la valeur de la distance d induit une variation de la largeur L de la laize 3, comme le montrent comparativement les fig. 1 et 2. Cette modification de la largeur de la laize est effectuée à nombre d'éléments filaires constant et sans altération de l'intégrité des éléments filaires. Dans le cas de la dépose d'une série d'éléments filaires E1 à En non jointifs, la modification de la valeur de la distance d permet également d'ajuster le taux de couverture de la surface du support. Comme cela sera démontré par la suite, la modification de la valeur de la distance d permet, également, de manière particulièrement avantageuse, d'adapter l'orientation des éléments filaires à la forme éventuellement complexe de la surface du support S. Au sens de l'invention, le support S peut être, soit un moule, soit une nappe fibreuse réalisée antérieurement et à laquelle la nappe en cours de réalisation est superposée.
Selon l'invention, afin de garantir la stabilité du positionnement des éléments filaires, ces derniers sont, de préférence, liés à la surface du support 1. Cette adhérence des éléments filaires sur la surface sur laquelle ils sont déposés peut être obtenue à l'aide d'un liant chimique, préalablement déposé sur la surface ou déposé au fur et à mesure de la dépose de l'élément filaire. En général, dans une préforme, le pourcentage en masse de liant chimique par rapport à la masse totale de la préforme varie de 0,1 à 25 %, et avantageusement de 3 à 10 %. Le liant, pour remplir sa fonction, peut nécessiter une activation, par exemple thermique. En tant que liant, on pourra utiliser, un agent adhésif, une poudre ou une résine thermoplastique ou thermodurcissable. Il est également possible d'utiliser un liant, intimement lié à l'élémentfilaire, par poudrage, enrobage ou association avec des filaments de liants, pour former un élément filaire hybride. Pour plus de détails sur ces différentes techniques, on pourra se référer à la demande FR 2 853 914, notamment, au nom de la demanderesse.
La dépose de la série d'éléments filaires E1 à En sur le support 1 sera, de préférence, réalisée au moyen d'une machine outils multiaxes ou d'un automate dédié. Un tel automate comprendra alors un dispositif, tel que schématisé à la fig. 1, plus particulièrement adapté à la dépose simultanée d'une série d'éléments filaires voisins en nappe sur le support 1 par rapport auquel le dispositif de dépose simultanée est mobile. Afin de remplir sa fonction, le dispositif de dépose simultanée comprend des moyens 10 d'amenée des éléments filaires. De tels moyens d'amenée n'entrent pas, en tant que tels, dans le cadre de la présente invention et sont, par ailleurs, largement connus de l'homme du métier, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de les décrire plus avant ici. A cet égard, il sera possible de se reporter aux brevets US 4 699 683 ou EP 0 535 264. Le dispositif de dépose comprend, également, en aval des moyens d'amenée 10, par rapport au sens de défilement des éléments filaires indiqué par la flèche F, des moyens 11 de guidage des éléments filaires. Le dispositif de dépose comprend enfin des moyens 12 d'application des éléments filaires sur la surface du support 1. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif comprend, en outre, des moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes de deux éléments filaires voisins.
Selon la forme de réalisation, illustrée aux fig. 1 et 2, les moyens de modification de la distance sont intégrés aux moyens de guidage 11 et d'application 12 et comprennent un cylindre de révolution 13 d'axe A, dit cylindre applicateur, qui est mobile en rotation selon l'axe A et qui guide les éléments filaires avant leur application sur la surface du support 1 et les pressent sur ce dernier. Les moyens de modification de la distance comprennent, en amont du cylindre applicateur par rapport au sens de défilement des éléments filaires, un peigne 14 qui comprend au moins autant de dents 15 que d'éléments filaires E1 à E déposés simultanément.
Les dents 15 du peigne 14 sont parallèles entre elles et contenues dans un plan P. Chaque dent 15 forme alors une barre de guidage et de renvoi pour un élément filaire, comme le montrent les fig. 1 et 2. Afin de permettre une variation de la distance d, mesurée sur le support entres les fibres moyennes des éléments filaires, il est prévu des moyens 16 de déplacement du peigne 14 en rotation selon un axe A' parallèle au plan P et perpendiculaire à l'axe A. Ainsi, par la rotation du peigne 14, il est possible de modifier la distance entre les éléments filaires E1 à E,,, comme cela ressort de la comparaison des fig. 1 et 2.
Bien entendu, selon l'invention il est possible de réaliser autrement les moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires.
Ainsi, les fig. 3 à 4 montrent une autre forme de réalisation du dispositif selon laquelle les moyens de modification de la distance, entre les fibres moyennes d'au moins deux éléments filaires voisins, comprennent le cylindre applicateur 13 qui est mobile en rotation selon l'axe A et qui guide les éléments filaires avant leur application sur la surface du support et les pressent sur ce dernier. Les moyens de modification de la distance comprennent, en amont du cylindre applicateur 13 par rapport au sens de défilement des éléments filaires, un peigne 17 qui comprend au moins autant de dents 18 que d'éléments filaires déposés simultanément. Les dents 18 du peigne 17 sont contenues dans un plan P parallèle à l'axe A et convergent dans une même direction, comme le montrent plus particulièrement les fig. 4 et 5. Chaque dent 18 forme une barre de guidage et de renvoi pour un élément filaire E1 à En. Afin de garantir l'efficacité du peigne 17, chaque élément filaire E1... E possède, en amont du peigne 17, une trajectoire oblique par rapport au plan P et par rapport à un plan P' passant par la dent 18 correspondante, en étant perpendiculaire au plan P. Afin de permettre une modification de la distance entre les fibre moyennes des éléments filaires E1 à En, il est prévu des moyens 19 de déplacement du peigne 17 en translation parallèlement au plan P et selon une direction A" perpendiculaire à l'axe A. Selon l'exemple illustré, les moyens de déplacement en translation du peigne 17 comprennent une crémaillère 20, solidaire du peigne 17 sur laquelle s'engrène le pignon 21 d'un moteur pas à pas 22. Ainsi, en faisant varier la position du peigne 17, il possible de faire varier les distances d et donc la largeur de la laize 3, comme cela ressort de la comparaison des fig. 4 et 5 sur lesquelles, pour des raisons de clarté, seuls sont représentés les éléments filaires extrêmes E1 et En.
La possibilité, offerte par l'invention de modifier la distance entre les fibres moyennes f d'au moins deux éléments filaires voisins déposés simultanément, permet un parfait contrôle du placement des éléments filaires au sein de la nappe qu'ils vont constituer. Afin de mieux en illustrer l'intérêt, il va être décrit la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour la réalisation d'une nappe sur une portion de surface annulaire A, telle que plus particulièrement illustrée à la fig. 6. Une telle surface A pourrait, par exemple, correspondre à une portion d'un entourage de hublot.
La surface A peut être quadrillée, de manière imaginaire, par une première famille de lignes de courbures longitudinales C,, ici parallèles entre elles et par une seconde famille de lignes de courbure transversales Ct, perpendiculaires aux lignes de la première famille. Les lignes de courbures transversales Ct présentent ici des orientations radiales et sont donc convergentes.
Par la modification de la distance, entre les fibres moyennes f des éléments filaires déposés simultanément, le procédé selon l'invention permet alors de déposer des éléments filaires parallèlement aux lignes de courbures radiales ou transversales Ct, c'est-à-dire perpendiculairement aux lignes de courbure longitudinales Cr. Le procédé selon l'invention permet donc de déposer, simultanément, des éléments filaires dont les fibres moyennes seront convergentes de manière à présenter, selon l'exemple illustré, une orientation radiale.
Afin d'optimiser la couverture de la surface A par les éléments filaires, le procédé selon l'invention se propose d'associer, à la modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires, une modification de largeur de chaque élément filaire, mesurée transversalement à la fibre moyenne f et au niveau de la surface de dépose. Ainsi, il devient possible de déposer, dans le cas de l'exemple illustré, des éléments filaires présentant une forme de secteur annulaire, comme cela est illustré à la fig. 7. Les bords longitudinaux de chaque élément filaire sont alors convergents et parallèles aux lignes de courbure radiales Ct ou perpendiculaires aux lignes de courbure longitudinales Cr. Lorsque chaque élément filaire est constitué par un faisceau de fils ou de filaments, cette orientation se retrouvera au niveau des fils ou filaments.
Par la modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires déposés simultanément, l'invention permet donc une parfaite adéquation de l'orientation des éléments filaires à la nature de la surface du support. De même, par la modification de la largeur des éléments filaires, l'invention permet une parfaite adéquation de l'orientation des filaments constitutifs de chaque élément filaire à la nature du support. Dit autrement, la modification des distances inter fibres moyennes permet une maîtrise de l'orientation à l'échelle des éléments filaires, tandis que la modification de la largeur de chaque élément filaire permet une maîtrise de l'orientation à l'échelle des fils ou filaments qui les constituent.
Différents type de dispositifs de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires peuvent être utilisés pour permettre, tant la modification contrôlée de la distance inter fibres moyennes, que la modification contrôlée des largeurs des fibres moyennes. Dans une forme préférée de réalisation, le dispositif de dépose comprend, comme cela est montré aux fig. 8 à 11, les moyens d'amenée des éléments filaires 10, les moyens de guidage des éléments filaires 11 et les moyens d'application des éléments filaires sur la surface du support A. Selon cet exemple, les moyens d'application comprennent un cylindre applicateur 25 d'axe A qui est mobile en rotation selon l'axe A et qui guide les éléments filaires avant leur application sur la surface A du support et les pressent sur ce dernier.
Les moyens de modification de la distance inter fibres moyennes et de la largeur des éléments filaires sont intégrés dans les moyens de guidage 11. Les moyens de guidage comprennent ici autant de moyens 26 de guidage individuel qu'il y a d'éléments filaires déposés soit, selon l'exemple illustré, deux moyens de guidage 26. Comme cela ressort plus particulièrement des fig. 11 et 12, les moyens de guidage individuel comprennent chacun un cylindre 26, d'axe 0, pourvu d'une gorge 27 de réception et de guidage d'un élément filaire. Afin de permettre une modification de la distance, entre les fibres moyennes des éléments filaires et donc une modification de la distance entre les fibres moyennes ou le plan médian des gorges 27, les cylindres 26 sont adaptés sur un arbre 28 d'axe SZ en étant mobiles en translation axiale le long de cet arbre et liés à cet arbre en rotation axiale. L'arbre 28 forme des moyens de déplacement. Le dispositif comprend alors des moyens de modification de la distance entre les moyens de guidage individuel 26 qui comprennent une came 29 ayant la forme d'un tronc de cylindre de révolution dont les bases convergent. La came 29 est portée par un arbre 31 d'axe ni dont elle est solidaire, tant en rotation qu'en translation. La came 29 est alors interposée entre les cylindres 26 qui sont maintenus chacun en contact contre une base 30 de la came 29 par un ressort 32. Ainsi, par une rotation axiale de l'arbre 31 et donc de la came 29, il est possible de rnodifier la distance entre les fibres moyennes des gorges de guidage 27, comme cela ressort de la comparaison des fig. 11 et 12 ou8et1O.
Les moyens de modification de la largeur de chaque élément filaire sont formés par chaque gorge 27, dite alors de calibrage, qui est aménagée sur une partie au moins de la périphérie du cylindre 26 et possède une largeur variable, comme le montrent plus particulièrement les fig. 11 et 12. Afin de permettre une modification de la partie 33, dite partie active, de la gorge 27 qui est en relation avec l'élément filaire, le dispositif comprend des moyens 34 de déplacement en rotation du cylindre de guidage 28 selon l'axe i2, de manière à permettre une modification de la partie de la gorge de calibrage formant la partie active en relation avec l'élément filaire. Ainsi, les parois latérales de la gorge contraignent plus ou moins l'élément filaire, constitué d'un faisceau de fils ou filaments, de manières à en ajuster la largeur, ajustement qui est opéré à nombre de filaments constant, sans altération structurelle ou dégradation de l'élément filaire ou de ses filaments ou fils constitutifs.
Lors de la mise en oeuvre du dispositif pour la réalisation d'une nappe fibreuse sur la surface A, lors d'une passe, il sera procédé à la dépose simultanée d'une série d'éléments filaires séparés deux à deux au niveau de la surface du support par un espace intercalaire 35, comme illustré à la fig. 7. Lors d'une passe suivante, il est procédé à la dépose simultanée d'une série d'éléments filaires, chacun placé dans l'espace intercalaire séparant les éléments filaires déposés lors de la passe à l'étape précédente. Les éléments filaires seront, de préférence, déposés de manière à être jointifs pour assurer une couverture totale de la surface A. il apparaît donc que le procédé de dépose selon l'invention permet de maîtriser, tant l'orientation des éléments filaires et de leurs filaments constitutifs, que le taux de couverture de la surface de réception et cela à nombres d'éléments filaires et de filaments constants.
Claims (21)
1 - Procédé de réalisation d'une nappe d'éléments filaires liés à la surface d'un support (1,A), procédé comprenant une opération de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires voisins (E1r En) sur la surface du support (1,A), caractérisé en ce que la distance (d), mesurée au niveau de la surface du support (1,A), entre les fibres moyennes (f) de deux éléments filaires voisins (E1r E2), est modifiée au cours de l'opération de dépose sur une partie au moins de la surface du support.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance, entre les fibres moyennes (f) des éléments filaires (E1r En), est modifiée de manière à déposer les éléments filaires (E1r En) selon des lignes orthogonales aux lignes de courbure longitudinales d'une partie au moins de la surface du support (1,A).
3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance, entre les fibres moyennes (f) des éléments filaires (E1, En), est modifiée de manière à déposer les éléments filaires parallèlement à une famille de lignes de courbure d'une partie au moins de la surface du support (1,A).
4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance, entre les fibres moyennes (f) des éléments filaires (E1r En), est modifiée de manière à déposer les éléments filaires (E1, En) pour qu'ils forment, avec une famille de lignes de courbure d'une partie au moins de la surface du support (1,A), un angle (a) compris entre 25 et 65 .
- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la surface du support (A) présente une forme annulaire et en ce que les éléments filaires (E1, En) sont déposés de manière que leurs fibres moyennes (f) présentent une orientation radiale au niveau de la partie de forme annulaire de la surface du support (A).
6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur de chaque élément filaire (E1, E2, En), mesurée sur la surface du support transversalement à la fibre moyenne de l'élément filaire, est modifiée au cours de l'opération de dépose sur une partie au moins de la surface du support.
7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la largeur de chaque élément filaire (E1, IEn) est modifiée, de sorte que les bords longitudinaux de l'élément filaire sur la surface du support sont orthogonaux aux lignes de courbure longitudinales d'une partie au moins de la surface du support.
8 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la largeur de chaque élément filaire (E1, En) est modifiée de sorte que les bords longitudinaux de l'élément filaire sur la surface du support sont parallèles à une famille de lignes de courbure d'une partie au moins de la surface du support.
9 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'une partie de la surface du support présente une forme annulaire (A) et en ce que la largeur de chaque élément filaire est modifiée de manière que les bords longitudinaux de l'élément filaire (E1, E2, E ) sur la surface du support présentent une orientation radiale au niveau de la partie de forme annulaire de la surface du support.
- Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la largeur de chaque élément filaire est modifiée proportionnellement à la modification de la distance (d) entre les fibres moyennes (f) des éléments filaires (E1, E2, En).
11 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les éléments filaires sont déposés de manière à être, au niveau de la surface du support,chacun en contact avec le ou les éléments filaires voisins.
12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend: ^ une étape de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires séparés deux à deux au niveau de la surface du support par un espace intercalaire, ^ et une étape de dépose simultanée d'une série d'éléments filaires, chacun placé dans un espace intercalaire séparant les éléments filaires déposés lors de l'étape précédente.
13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les éléments filaires sont constitués par un faisceau de fils ou de filaments en une matière choisie parmi le carbone, des céramiques, verres ou aramides.
14 - Procédé de fabrication d'une préforme comprenant une superposition de nappes fibreuses liées entre elles, procédé de fabrication comprenant des étapes de réalisation de nappes fibreuses superposées par dépose d'éléments filaires (E1i IE2, En) sur un support formé par un moule ou par une nappe fibreuse réalisée antérieurement, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'une nappe fibreuse conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 13.
- Dispositif pour la dépose simultanée d'une série d'éléments filaires 15 voisins en nappe sur un support (1,A), dispositif comprenant: ^ des moyens (10) d'amenée des éléments filaires, ^ des moyens (11) de guidage des éléments filaires (11), ^ et des moyens (12) d'application des éléments filaires sur la surface du support, caractérisé en ce que les moyens de guidage (11) des éléments filaires comprennent des moyens (14, 16) de modification de la distance entre les fibres moyennes d'au moins deux éléments filaires voisins, de manière à permettre une modification de la distance (d), mesurée au niveau de la surface du support (1,A), entre les fibres moyennes (f) des deux éléments filaires voisins (E1, E2).
16 - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de guidage (11) des éléments filaires comprennent des moyens (26) de guidage individuel de chaque élément filaire.
17 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend, 30 en tant que moyens de modification de la distance entre les fibres moyennes des éléments filaires, des moyens (29) de modification de la distance entre les moyens de guidage individuel (26) de chaque élément filaire (E1, E2).
18 - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de modification de la distance, entre les fibres moyennes (f) d'au moins deux éléments filaires voisins (E1r E2), comprennent au moins: ^ un cylindre de révolution (13) d'axe (A), dit cylindre applicateur, qui est mobile en rotation selon l'axe (A) et qui guide les éléments filaires (E1, En) avant leur application sur la surface du support (1), ^ en amont du cylindre applicateur par rapport au sens de défilement des éléments filaires, un peigne (17) qui comprend au moins autant de dents (18) que d'éléments filaires (E1, E2, En) déposés simultanément et dont les dents (18) sont contenues dans un plan (P) parallèle à l'axe (A) et convergent dans une même direction, chaque dent (18) formant une barre de guidage et de renvoi pour un élément filaire (E1) et chaque élément filaire (E1r En) possédant, en amont du peigne, une trajectoire oblique par rapport au plan (P) et décalée par rapport à un plan (P') perpendiculaire au plan (P) passant par la dent correspondante, ^ et des moyens (19) de déplacement du peigne en translation, parallèlement au plan (P) et selon une direction perpendiculaire à l'axe (A).
19 - Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens de modification de la distance (d) entre les fibres moyennes (f) d'au moins deux éléments filaires voisins comprennent au moins: ^ un cylindre de révolution (13) d'axe (o), dit cylindre applicateur, qui est mobile en rotation selon l'axe (A) et qui guide les éléments filaires avant leur application sur la surface du support, ^ en amont du cylindre applicateur par rapport au sens de défilement des éléments filaires, un peigne (14) qui comprend au moins autant de dents que d'éléments filaires (E1r E2) déposés simultanément et dont les dents parallèles entre elles sont contenues dans un plan (P), chaque dent formant une barre de guidage et de renvoi pour un élément filaire, É et des moyens (16) de déplacement du peigne (14) en rotation selon un axe (A') parallèle au plan (P) et perpendiculaire à l'axe (A).
20 - Dispositif selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de modification (26) de la largeur de chaque élément filaire, de manière à permettre une modification de la largeur, mesurée au niveau de la surface du support, des éléments filaires déposés (E1, E2, En).
21 - Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que les moyens de modification de la largeur de chaque élément filaire sont intégrés à des moyens de guidage (26) individuel de chaque élément filaire (E1, E2, En).
22 - Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que les 15 moyens de modification (26) de la largeur de chaque élément filaire comprennent une gorge de guidage (27) de largeur variable.
23 - Dispositif selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que les moyens de modification de la largeur de chaque élément filaire comprennent: ^ un cylindre de guidage (26) d'axe (0) présentant une gorge de calibrage (27) qui est aménagée sur une partie au moins de la périphérie du cylindre et possède une largeur variable et dont une partie (33) seulement, dite partie active, est en relation avec l'élément filaire, ^ et des moyens de déplacement (34) en rotation du cylindre de guidage selon l'axe (S2), de manière à permettre une modification de la partie de la gorge de calibrage formant la partie active en relation avec l'élément filaire.
24 - Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend 30 des moyens (29) de modification de la distance entre les parties actives des cylindres de guidage.
- Préforme comprenant une superposition de nappes fibreuses liées entre elles, caractérisée en ce que les nappes fibreuses sont obtenues par le procédé selon l'une des revendications 6 à 10.
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- 2005-07-29 FR FR0508136A patent/FR2889103B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| WO2022136812A1 (fr) | Tête de dépose pour une installation d'enroulement filamentaire |
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| Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20200306 |