FR2932705A1 - Preforme et procede pour la fabrique, par moulage, d'un materiau solide a structure cellulaire - Google Patents

Abstract

Préforme apte à être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication par moulage d'un matériau solide à structure cellulaire. Cette préforme (10) est formée par plusieurs plaques (31, 32, 33, 34) empilées, chaque plaque étant une couche de volumes élémentaires (10) juxtaposés, ces volumes élémentaires (10) ayant la même forme générale et chaque volume élémentaire ayant la forme générale d'un paralléloèdre dont les arêtes sont chanfreinées ou adoucies suivant un congé concave ou convexe, ces volumes élémentaires (10) étant imbriqués lorsque les plaques sont empilées de sorte qu'ils définissent entre eux des espaces vides (35) uniquement au niveau des interstices dégagés par lesdits chanfreins ou congés, ledit matériau s'infiltrant dans lesdits espaces vides (35) lorsqu'il est à l'état fluide. Procédé de fabrication, par moulage, d'un matériau solide à structure cellulaire, utilisant une telle préforme (10).

Description

L'invention concerne une préforme apte à être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication, par moulage, d'un matériau solide à structure cellulaire. L'invention concerne également un procédé de fabrication utilisant une telle préforme.

Typiquement, la préforme de l'invention peut être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication, par moulage et par voie de fonderie, d'un matériau métallique (i.e. un métal ou un alliage) à structure cellulaire. Les matériaux solides à structure cellulaire, ou structure alvéolaire, sont des matériaux au sein desquels il existe des cavités ou cellules.

Les matériaux métalliques à structure cellulaire présentent une résistance mécanique importante pour un poids minimal et une très grande capacité d'absorption d'énergie, ce qui les rend intéressants, en particulier dans le domaine de l'automobile ou celui de l'aéronautique. Ils présentent également une surface spécifique importante, ce qui leur confère, par exemple, un intérêt dans les applications chimiques ou thermiques. Il existe trois grandes catégories de matériaux métalliques à structure cellulaire: - les matériaux à structure de nid d'abeille, - les matériaux à structure de treillis, ou LBM pour "Lattice Block Materials", et - les matériaux à structure de mousse. Les structures de nid d'abeille sont des structures où un motif, souvent périodique, est produit selon un plan et translaté suivant une direction. Lorsqu'ils sont sollicités suivant cette direction, le comportement des matériaux à structure de nid d'abeille est clairement différent de leur comportement lorsque la sollicitation est, par exemple, perpendiculaire à cette direction. Ces matériaux sont donc anisotropes, ce qui constitue un inconvénient pour certaines applications. En revanche, la périodicité de leur structure permet de modéliser facilement cette structure et donc de prévoir avec certitude leur comportement, ce qui constitue un avantage. Les matériaux métalliques à structure de nid d'abeille sont principalement fabriqués selon des techniques d'assemblage (pliage, soudage).

2 Les structures de treillis sont des structures faites de poutres interconnectées entre elles pour former un réseau périodique. Ces structures sont facilement modélisables mais rien ne garantit leur caractère isotrope. Les matériaux métalliques à structure de treillis, ou treillis métalliques, sont fabriqués selon des techniques d'assemblage (soudage) ou de fonderie. Les procédés de fabrication par voie de fonderie connus, comme celui décrit dans le document US 6170560, sont basés sur la réalisation d'un modèle perdu en polymère ou en cire. Ce modèle perdu est souvent fabriqué par prototypage rapide ou par assemblage des poutrelles. Le modèle a la forme de la structure métallique finale. Une fois le modèle fabriqué, il est enduit d'une barbotine qui, une fois séchée, constitue une enveloppe. Le modèle est ensuite fondu ou brûlé pour que l'enveloppe de barbotine devienne creuse et constitue un moule. Un métal ou un alliage fondu est enfin coulé dans ce moule. Ces procédés connus sont onéreux et complexes en raison du coût et des difficultés de fabrication du modèle perdu, et en raison du nombre élevé d'étapes qu'ils comprennent et de la lenteur de certaines de ces étapes. Les structures de mousse sont soit des structures obtenues par solidification d'une suspension de gaz dans un liquide, soit des structures obtenues par une autre voie mais présentant une géométrie et un comportement similaires. On distingue les structures de mousse à cellules (ou pores) fermées, dans lesquelles les cellules sont isolées les unes des autres, et les structures de mousse à cellules (ou pores) ouvertes dans lesquelles les cellules sont communicantes. Ces dernières se rapprochent des structures de treillis à la différence près qu'elles ne sont pas ordonnées et que leur morphologie est très ressemblante à celle d'une mousse liquide. Les matériaux à structure de mousse ont pour avantage d'être quasi-isotropes (cette isotropie étant assurée par l'emplacement aléatoire des cavités de la structure), mais leur structure n'étant pas régulière, elle est difficilement modélisable.

Les matériaux métalliques à structure de mousse, ou mousses métalliques, sont fabriqués selon deux principaux types de procédés connus: - les procédés par "moussage direct" mettant en oeuvre, par insertion de gaz, une mousse de métal à l'état liquide qui est ensuite solidifiée ; - les procédés par infiltration, se basant sur l'infiltration de réseaux de cavités.

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Les procédés par "moussage direct" peuvent fournir des produits finis ou semi-finis, mais les conditions d'homogénéité de la mousse sont d'autant plus difficiles à respecter que la forme de la pièce est compliquée. De plus, ils font appel à des particules pour stabiliser la mousse qui altèrent considérablement la résistance mécanique et l'usinabilité du matériau final. Les procédés par infiltration présentent les grandes étapes suivantes : - on construit un réseau de cavités communicantes, et - on coule un métal ou un alliage fondu à travers le réseau de cavités précité, cette coulée pouvant se faire par gravité, sous pression ou sous dépression. Une première technique connue utilisée pour construire le réseau de cavités communicantes consiste à remplir de façon aléatoire une empreinte de la pièce à couler au moyen de granulats. Ces granulats sont, par exemple, en un matériau soluble dans l'eau ou un autre solvant comme décrit dans le document US 3236706, ou sont constitués de particules agglomérées par un liant décomposable thermiquement, comme dans le document DE 19725210. Une fois le métal coulé et solidifié, ces granulats sont évacués, par exemple par dissolution. La seconde technique consiste à enduire avec de la céramique une mousse en polymère (en général du polyuréthane) par immersion dans une barbotine céramique. La céramique est ensuite rendue solide (séchage) et la mousse brûlée. Le réseau de cavités que le métal fondu remplit a alors exactement la forme de la mousse en polymère d'origine. Un exemple de cette technique est décrit dans l'article scientifique Offenporige Stahlschaume - Herstellung und Eigenschaften , H. Moualla, K. Eigenfeld, D. Girlich, Giesserei 92, 06/2005, pp. 30 û 37. Cette seconde technique est proche du procédé à modèle perdu utilisé pour fabriquer les treillis métalliques. L'invention a pour but de proposer une préforme et un procédé utilisant cette préforme permettant de fabriquer un matériau solide avec une structure cellulaire se rapprochant d'une structure de type treillis, et constituant une alternative aux solutions connues. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet une préforme apte à être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication par moulage d'un matériau solide à structure cellulaire, cette préforme étant formée par

4 plusieurs plaques empilées, chaque plaque étant une couche de volumes élémentaires juxtaposés, ces volumes élémentaires ayant la même forme générale et chaque volume élémentaire ayant la forme générale d'un paralléloèdre dont les arêtes sont chanfreinées ou adoucies suivant un congé concave ou convexe, ces volumes élémentaires étant imbriqués lorsque les plaques sont empilées de sorte qu'ils définissent entre eux des espaces vides uniquement au niveau des interstices dégagés par lesdits chanfreins ou congés, ledit matériau s'infiltrant dans ces espaces vides lorsqu'il est à l'état fluide.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication par moulage d'un matériau solide à structure cellulaire, comprenant les étapes suivantes : - on utilise plusieurs plaques telles que chaque plaque est une couche de volumes élémentaires juxtaposés, ces volumes élémentaires ayant la même forme générale et chaque volume élémentaire ayant la forme générale d'un paralléloèdre dont les arêtes sont chanfreinées ou adoucies suivant un congé concave ou convexe; - on empile lesdites plaques de sorte que lesdits volumes élémentaires s'imbriquent et définissent entre eux des espaces vides uniquement au niveau des interstices dégagés par lesdits chanfreins ou congés; - on coule ou on injecte ledit matériau dans ladite préforme lorsque ce matériau est à l'état fluide, ce matériau s'infiltrant dans lesdits espaces vides; et - on détruit et on extrait ladite préforme après solidification dudit matériau. Par définition, un paralléloèdre (en anglais "parallelohedron") est un polyèdre convexe qui par duplication et translation peut entièrement paver l'espace sans chevauchement. Ainsi, des paralléloèdres identiques peuvent, par imbrication les uns dans les autres, paver l'espace sans se chevaucher et sans créer d'espace libre entre eux. Par conséquent, s'il existe des espaces libres dans la préforme de l'invention, entre les paralléloèdres imbriqués, c'est parce que les arêtes de ces paralléloèdres sont chanfreinées ou adoucies. Ces espaces libres sont les seuls qui existent dans la préforme et ils forment un réseau de cavités qui est rempli par le matériau à l'état fluide. Ce réseau de cavités permet de réaliser un matériau à structure cellulaire de type treillis. Cette structure est périodique et peut donc être modélisée facilement pour prévoir le comportement du matériau. De plus, en choisissant une forme de paralléloèdre et un empilement de plaques 5 adéquats, il est possible d'obtenir un matériau isotrope ou quasi-isotrope. Les différents paralléloèdres sont : le cube (et par transformation affine les parallélépipèdes), le prisme hexagonal, l'octaèdre tronqué (aussi appelé tétrakaïdécaèdre), le dodécaèdre rhombique, le dodécaèdre rhombique allongé, et les polyèdres issus de la transformation affine d'un cube, d'un prisme hexagonal, d'un octaèdre tronqué, d'un dodécaèdre rhombique, et d'un dodécaèdre rhombique allongé. Selon un mode de réalisation, ledit paralléloèdre est un cube ou un octaèdre tronqué. Ces formes permettent d'obtenir un matériau isotrope ou quasi-isotrope (sous réserve d'un empilement de plaques adéquat).

Selon un mode de réalisation, la préforme comprend des première et deuxième plaques superposées telles qu'au moins un volume élémentaire de la première plaque présente une protubérance au niveau de la surface inférieure/supérieure de la première plaque et qu'un même nombre de volumes élémentaires de la deuxième plaque présentent un renfoncement au niveau de la surface supérieure/inférieure de la deuxième plaque, ladite protubérance étant logée dans ledit renfoncement lorsque les première et deuxième plaques sont empilées. Ces protubérances et ces renfoncements constituent ainsi des moyens détrompeurs permettant de positionner correctement une plaque par rapport à une autre lors de leur empilement. Ceci présente un grand intérêt lorsque les plaques présentent des orifices et/ou des contours particuliers et qu'elles doivent être disposées dans une position relative déterminée pour que ces orifices et/ou contours coïncident. Selon un mode de réalisation, au moins un volume élémentaire de chacune desdites plaques superposées présente à la fois une protubérance et un renfoncement obtenus en faisant subir à ce volume élémentaire une ou plusieurs transformations continues sur les deux faces parallèles supérieure et inférieure de ce volume élémentaire, chaque transformation se définissant comme une antisymétrie orthogonale par rapport au plan médian à ces deux faces. Plusieurs plaques identiques conformes à ce mode de réalisation ont

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l'avantage de pouvoir être empilées ensemble. Ce mode de réalisation permet donc de fabriquer des préformes à partir de plaques identiques fabriquées en série, tout en bénéficiant de la présence de moyens détrompeurs pour l'empilement de ces plaques.

Ladite préforme de l'invention (et donc les plaques qui la constituent) est destructible de façon à pouvoir ensuite être extraite de la pièce moulée. Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour détruire et extraire la préforme: dissolution, sollicitation mécanique, traitement thermique, etc. Selon un mode de réalisation, les plaques sont réalisées en agglomérant un constituant granuleux adapté aux conditions de moulage (température, pression, etc.) à l'aide d'au moins un liant. Par exemple, on peut utiliser du sable de fonderie lorsque le moulage est réalisé selon des techniques propres à la fonderie. Le ou les liants utilisés peuvent être organiques et/ou non organiques. De préférence, le liant est décomposable thermiquement afin de libérer les grains de constituant et de faciliter leur extraction hors de la pièce moulée, après solidification du matériau coulé ou injecté. Toutefois, cette décomposition ne doit pas être trop rapide afin que les plaques gardent leur forme durant la coulée ou l'injection. Selon un autre mode de réalisation, les plaques sont réalisées en un constituant soluble, par exemple un sel de base NaCl. De préférence, on choisit un constituant soluble dans un solvant économique comme l'eau. De préférence, le solvant choisi ne doit pas (ou peu) altérer le matériau à structure de treillis obtenu par le procédé. D'une manière générale, le procédé de l'invention présente les avantages suivants. Ce procédé n'utilise pas de modèle perdu, ce qui le rend plus simple à mettre en oeuvre et plus économique que les procédés connus à modèle perdu. Ce procédé est facilement industrialisable car ses étapes sont simples à mettre en oeuvre et peuvent l'être en utilisant des moyens techniques existants. Notamment, la fabrication de la préforme s'effectuant plaque par plaque, elle ne présente pas de difficulté pratique. De même, l'utilisation de cette préforme est simple, les plaques constituant des parties facilement manipulables aussi bien individuellement que lorsqu'elles sont assemblées.

L'assemblage (i.e. l'empilement) de ces plaques se fait par ailleurs aisément.

7 Ce procédé est bien adapté à la fabrication de pièces épaisses, contrairement au procédé de "moussage direct" précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. Cette description fait référence aux figures annexées sur lesquelles : - les figures 1 à 4 représentent des exemples de volumes élémentaires permettant de réaliser des préformes selon l'invention ; - la figure 5 représente un exemple de préforme selon l'invention, réalisée à partir du volume élémentaire de la figure 1; - la figure 6 est une vue de détail, en section suivant le plan VI-VI, de la préforme de la figure 5; - la figure 7 représente un autre exemple de préforme selon l'invention, réalisée à partir du volume élémentaire de la figure 1; - la figure 8 représente un autre exemple de préforme selon l'invention, réalisée à partir du volume élémentaire de la figure 1; - la figure 9 est une vue en coupe suivant le plan IX-IX, de la préforme de la figure 8; - la figure 10 représente un autre exemple de préforme selon l'invention, réalisée à partir du volume élémentaire de la figure 1; - la figure 11 représente un autre exemple de préforme selon l'invention, réalisée à partir du volume élémentaire de la figure 3; - la figure 12 est une vue de détail, en section suivant le plan XII-XII, de la préforme de la figure 11; - la figure 13 représente l'exemple de préforme de la figure 11 disposée dans l'empreinte d'un moule; - la figure 14 est une photographie représentant le matériau solide à structure cellulaire obtenu par moulage autour de la préforme de la figure 11, après que cette préforme ait été détruite et extraite. Les figures 1 à 4 représentent des exemples de volumes élémentaires permettant de réaliser des préformes selon l'invention. Conformément à l'invention, ces volumes élémentaires ont la forme générale d'un paralléloèdre dont les arêtes ont été adoucies ou chanfreinées. Ainsi, le paralléloèdre de la figure 1 est un cube 10 dont les arêtes ont été taillées en chanfrein 12. Le paralléloèdre de la figure 2 est un cube 10' dont les arêtes ont été taillées suivant un congé concave 14. Le paralléloèdre

8 de la figure 3 est un octaèdre tronqué 20 dont les arêtes ont été taillées suivant un congé concave 22. Le paralléloèdre de la figure 4 est un octaèdre tronqué 20 dont les arêtes ont été taillées suivant un congé convexe 24. Selon un autre exemple, non représenté, les volumes élémentaires ont une forme de tétrakaïdécaèdre de Kelvin, ou solide de Kelvin, c'est à dire d'octaèdre tronqué avec des faces hexagonales légèrement bombée (au lieu d'être planes), les arêtes de ce tétrakaïdécaèdre étant chanfreinées ou adoucies. Lorsque les arêtes sont taillées suivant un congé, celui-ci peut être concave ou convexe. Par ailleurs, le profil de ce congé peut être arrondi, courbe ou anguleux et peut varier progressivement le long de l'arête. Les figures 5 et 6 représentent un exemple de préforme selon l'invention. Cette préforme 30 est formée de quatre plaques 31, 32, 33, 34 empilées, chaque plaque étant formée à partir de volumes élémentaires 10 comme celui de la figure 1. Les plaques 31 et 33 sont identiques. De même les plaques 32 et 34 sont identiques. Les plaques 31, 32, 33, 34 sont disposées de sorte que les volumes élémentaires 10 sont en quinconce. Les plaques 31, 32, 33, 34 ont des contours extérieurs identiques et elles sont superposées de sorte que ces contours coïncident.

Chaque plaque est une unique couche de volumes élémentaires 10 juxtaposés, c'est-à-dire que l'épaisseur de chaque plaque correspond à une seule épaisseur de volumes élémentaires 10. Ces volumes élémentaires 10 sont en contact les uns avec les autres par leurs faces latérales 13. Ces volumes élémentaires ont tous la même forme générale, à savoir celle représentée sur la figure 1. Dans l'exemple, ces volumes élémentaires 10 sont tous identiques à l'exception des volumes élémentaires situés sur le pourtour des plaques 32 et 34 qui sont tronqués. Lorsque les plaques 31, 32, 33, 34 sont empilées, les volumes élémentaires 10 sont imbriqués de sorte qu'ils définissent entre eux des espaces vides 35 uniquement au niveau des interstices dégagés par les chanfreins 12 des volumes élémentaires 10 (voir figure 6). Ces espaces vides 35 sont de dimensions suffisantes pour permettre à un matériau à l'état fluide de s'y infiltrer avant de s'y solidifier. Les faces latérales 13 des volumes élémentaires 10 étant en contact les unes avec les autres, ledit matériau à l'état fluide ne peut pas s'infiltrer entre ces faces 13. De plus, comme les

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surfaces inférieure et supérieure des plaques 31, 32, 33, 34 sont de formes complémentaires de par le fait que les formes géométriques de départ sont des paralléloèdres (ici, ces surfaces sont toutes planes) et comme les plaques 31, 32, 33, 34 reposent les unes sur les autres, il n'existe pas d'espace vide au niveau de l'interface entre ces plaques, à l'exception des espaces vides 35 précités. Ledit matériau à l'état fluide ne peut donc s'infiltrer que dans lesdits espaces vides 35. La figure 7 représente un autre exemple de préforme 130 selon l'invention. Les parties de la préforme 130 analogues à celles de la préforme 30 de la figure 5 sont repérées par les mêmes références numériques augmentées de 100 et ne seront pas décrites une nouvelle fois. La préforme 130 diffère de celle de la figure 5 en ce que : - la préforme 130 et donc chacune des plaques 131, 132, 133, 134, est traversée dans son épaisseur par un trou 136 ; - les plaques 131, 132, 133, 134 ont des contours extérieurs différents. Cet exemple illustre la possibilité de réaliser par moulage, en utilisant une préforme selon l'invention, une pièce à structure hybride qui comprend une partie ayant une structure cellulaire, et une autre partie ayant une structure "pleine" (i.e. non cellulaire).

En effet, en utilisant la préforme 130 comme noyau destructible pour le moulage d'une pièce, on obtient, après coulée et solidification du matériau, à la place du trou 136 une tige de structure "pleine" qui traverse la pièce et qui va donc conférer à la pièce une résistance mécanique accrue suivant l'axe de cette tige. Bien entendu, il est possible de prévoir plusieurs trous 36 dans la préforme, orientés éventuellement suivant des directions différentes. En outre, grâce au dégagement 138 délimité par le contour extérieur des plaques on peut, en fonction de l'empreinte de moulage dans laquelle est placée la préforme, soit fabriquer une pièce à structure cellulaire ayant une forme extérieure complexe, soit remplir le dégagement 138 lors du moulage pour obtenir une structure "pleine". Pour réaliser le trou 136, les contours extérieurs différents des plaques 131, 132, 133, 134, ou tout autre forme particulière, soit on prévoit ces formes au stade de la fabrication des plaques 131, 132, 133, 134, soit on fabrique des plaques "standards" du type de celles de la figure 5 et on usine ensuite ces plaques.

i0 La figure 8 représente un autre exemple de préforme 230 selon l'invention. Les parties de la préforme 230 analogues à celles de la préforme 30 de la figure 5 sont repérées par les mêmes références numériques augmentées de 200 et ne seront pas décrites une nouvelle fois.

La préforme 230 diffère de celle de la figure 5 en ce que : - les plaques 231, 232, 233, 234, sont identiques et présentent chacune un orifice 237; - chaque plaque 231, 232, 233, 234 comprend un volume élémentaire 210' ayant des faces supérieure et inférieure antisymétriques telles que la face supérieure du volume élémentaire 210' porte une protubérance 216' en saillie par rapport à la surface supérieure de la plaque, et la face inférieure du volume élémentaire 210' présente un renfoncement 215' en retrait par rapport à la surface inférieure de la plaque. Dans l'exemple, la protubérance 216' et le renfoncement 215' sont orthogonalement antisymétriques par rapport au plan moyen de la plaque. La protubérance 216' et le renfoncement 215' sont pyramidaux. Lors de l'empilement des plaques 231, 232, 233, 234, se pose le problème de faire coïncider les orifices 237 de manière à former un trou 236 du même type que le trou 136 de la figure 7, qui traverse l'épaisseur de la préforme 230. Ce problème est résolu grâce à la présence des protubérances 216' et des renfoncements 215' qui font office de moyens détrompeurs. En effet, lorsqu'on empile les plaques 231, 232, 233, 234, on s'assure que leurs contours extérieurs coïncident et que la protubérance 216' du volume élémentaire 210' de la plaque 231 est bien engagée dans le renfoncement 215' du volume élémentaire 210' de la plaque 232. On fait de même avec les plaques 232 et 233, et 233 et 234. En procédant ainsi, les plaques sont correctement positionnées les unes par rapport aux autres et les orifices 237 coïncident. On notera que dans ce cas les volumes élémentaires 210, 210', sont alignés suivant la direction perpendiculaire au plan moyen des plaques et non plus en quinconce comme sur la figure 5. Bien entendu, les protubérances 216' et les renfoncements 215' pourraient avoir une géométrie différente de celle décrite ci-dessus tout en conservant leur fonction de moyens détrompeurs, à condition que cette géométrie ne crée pas d'espace libre infiltrable entre les volumes élémentaires 210'.

11 La figure 10 représente un autre exemple de préforme 230' selon l'invention. Les parties de la préforme 230' analogues à celles de la préforme 230 des figures 8 et 9 sont repérées par les mêmes références numériques et ne seront pas décrites une nouvelle fois.

La préforme 230' de la figure 10 diffère de celle de la figure 8 en ce que : - tous les volumes élémentaires 210' de chacune des plaques 231, 232, 233, 234, ont des faces supérieure et inférieure ayant subi une transformation antisymétrique orthogonale par rapport au plan moyen de la plaque, la face supérieure de chaque volume élémentaire 210' portant une protubérance 216', et la face inférieure de chaque volume élémentaire 210' présentant un renfoncement (non apparent). Les protubérances 216' et les renfoncements 215' permettent d'aligner les volumes élémentaires 210' suivant la direction perpendiculaire au plan moyen des plaques. Les figures 11 et 12 représentent un autre exemple de préforme 330 selon l'invention. Les parties de la préforme 330 analogues à celles de la préforme 30 de la figure 5 sont repérées par les mêmes références numériques augmentées de 300 et ne seront pas décrites une nouvelle fois.

La préforme 330 diffère de celle de la figure 5 en ce que chaque plaque 331, 332, 333, 334 est formée à partir de volumes élémentaires 20 comme celui de la figure 3. On retrouve dans la préforme 330 les caractéristiques selon laquelle, lorsque les plaques 331, 332, 333, 334 sont empilées, les volumes élémentaires 20 sont imbriqués de sorte qu'ils définissent entre eux des espaces vides 335 uniquement au niveau des interstices dégagés par les congés 22 des volumes élémentaires 20 (voir figure 12). En particulier, il n'existe pas d'espace vide au niveau de l'interface entre les plaques 331, 332, 333, 334, à l'exception des espaces vides 335 précités. Un matériau à l'état fluide ne peut donc s'infiltrer que dans lesdits espaces vides 335. La figure 13 représente un exemple d'utilisation de la préforme 330. Cette préforme est disposée dans l'empreinte 342 d'un moule 340. Dans cet exemple, la préforme est en sable aggloméré par de la résine (i.e. un liant), et a été fabriquée selon un procédé de moulage classique utilisé pour la fabrication de noyaux destructibles de fonderie, comme le procédé boîte

12 froide. Dans l'exemple, le moule 340 est également en sable aggloméré par de la résine et peut être fabriqué de la même manière que la préforme 330. Le volume de l'empreinte 342 est plus important que celui de la préforme 330 de sorte qu'au moins une cavité 343 subsiste autour de la préforme 330. Dans l'exemple, deux cavités 343 bordent deux côtés latéraux opposés de la préforme 330. Selon un autre exemple, non représenté, l'empreinte 342 épouse le contour de la préforme 330 et il ne subsiste pas d'espace libre autour de la préforme.

Soit la préforme 330 est assemblée avant d'être disposée dans l'empreinte 342, soit on dispose les plaques 331, 332, 333 et 334 qui constituent la préforme 330 une par une dans l'empreinte 342. Dans les deux cas, ces opérations peuvent être effectuées rapidement et ne présentent pas de difficulté pratique.

On coule ensuite un alliage fondu, ici un acier inoxydable, dans l'empreinte 342 de sorte que l'alliage fondu remplit l'empreinte et s'infiltre dans les espaces vides 335 de la préforme 330. Ces espaces vides 335 ont, dans l'exemple, une section de l'ordre du mm2. La technique de moulage en sable étant bien connue de l'homme du métier, elle ne sera pas décrite plus en détail. Enfin, après solidification de l'alliage, on détruit le moule 340 et on détruit et on extrait par sollicitation mécanique, par exemple par vibration, la préforme 330 hors de la pièce moulée. La destruction de la préforme 330 est facilitée par le fait que ladite résine se décompose lors de la coulée sous l'effet des hautes températures, ce qui fragilise cette préforme 330. La pièce finale obtenue présente des parties de structures différentes : - une partie centrale ayant une structure cellulaire qui s'est formée à la place de la préforme 330 et qui est représentée en photo sur la figure 14 ; et - deux parties extérieures en forme d'anses ayant une structure "pleine" qui se sont formées à la place des cavités 343. En référence à la photo de la figure 14, on constate que la structure cellulaire obtenue est périodique. Elle peut ainsi être facilement modélisée. De plus, cette structure présente l'avantage d'être quasi-isotrope de par les symétries cubiques qu'elle présente. Une règle graduée en centimètres (cm)

13 avec des subdivisions en millimètres (mm) figure sur le côté gauche de la photo pour permettre d'apprécier les dimensions de la structure cellulaire. Comme décrit ci-dessus et comme illustré par les exemples, la préforme et le procédé de fabrication de l'invention permettent d'obtenir un matériau à structure cellulaire avec : - une densité relative parfaitement maîtrisée, - des propriétés adaptées à son utilisation, - un comportement qui, si on le souhaite, peut être isotrope ou quasi-isotrope, - une structure connue et régulière, - un comportement (en particulier mécanique) facilement modélisable (donc prédictible) et qui peut être homogénéisé pour de faibles volumes de matériau. Un tel matériau peut trouver une application dans de nombreux domaines et, notamment, dans le domaine de l'automobile ou celui de l'aéronautique, où la diminution du poids des pièces utilisées et l'amélioration de la sécurité sont des préoccupations constantes.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Préforme apte à être utilisée comme noyau destructible pour la fabrication par moulage d'un matériau solide à structure cellulaire, caractérisée en ce qu'elle est formée par plusieurs plaques (31, 32, 33, 34) empilées, chaque plaque étant une couche de volumes élémentaires (10) juxtaposés, ces volumes élémentaires (10) ayant la même forme générale et chaque volume élémentaire ayant la forme générale d'un paralléloèdre dont les arêtes sont chanfreinées ou adoucies suivant un congé concave ou convexe, ces volumes élémentaires (10) étant imbriqués lorsque les plaques sont empilées de sorte qu'ils définissent entre eux des espaces vides (35) uniquement au niveau des interstices dégagés par lesdits chanfreins ou congés, ledit matériau s'infiltrant dans lesdits espaces vides (35) lorsqu'il est à l'état fluide.
2. 2. Préforme selon la revendication 1, comprenant des première et deuxième plaques (231, 232) superposées telles qu'au moins un volume élémentaire (210') de la première plaque (231) présente une protubérance (216') au niveau de la surface inférieure/supérieure de la première plaque (231) et qu'un même nombre de volumes élémentaires (210') de la deuxième plaque (232) présentent un renfoncement (215') au niveau de la surface supérieure/inférieure de la deuxième plaque, ladite protubérance (216') étant logée dans ledit renfoncement (215') lorsque les première et deuxième plaques (231, 232) sont empilées.
3. 3. Préforme selon la revendication 2, dans laquelle au moins un volume élémentaire (210') de chacune desdites plaques superposées (231, 232) présente à la fois une protubérance (216') et un renfoncement (215') obtenus en faisant subir à ce volume élémentaire (210') une ou plusieurs transformations continues sur les deux faces parallèles supérieure et inférieure de ce volume élémentaire, chaque transformation se définissant comme une antisymétrie orthogonale par rapport au plan médian à ces deux faces.
4. 4. Préforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit paralléloèdre est un cube ou un octaèdre tronqué.
5. 5. Préforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle lesdites plaques (31, 32, 33, 34) sont en un constituant granuleux aggloméré à l'aide d'au moins un liant.
6. 6. Préforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle lesdites plaques (31, 32, 33, 34) sont en un matériau soluble.
7. 7. Préforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle au moins un trou (136) traverse l'épaisseur de ladite préforme (130).
8. 8. Préforme selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans 15 laquelle lesdites plaques (131, 132, 133, 134) ont des contours extérieurs différents.
9. 9. Procédé de fabrication, par moulage, d'un matériau solide à structure cellulaire, comprenant les étapes suivantes : 20 - on utilise une préforme (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comme noyau destructible; - on coule ou on injecte ledit matériau dans ladite préforme (30) lorsque ce matériau est à l'état fluide, de sorte que ce matériau s'infiltre dans les espaces vides (35) de ladite préforme; et 25 - on détruit et on extrait ladite préforme (30) après solidification dudit matériau.
10. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel ledit matériau est un métal ou un alliage.10