FR3009510A1 - Tete de depose de fils pour la realisation de pieces en materiau composite - Google Patents

Abstract

Une tête (10) de dépose de fils (50) imprégnés d'une résine thermoplastique comporte un premier système de chauffage des fils à déposer, un second système de chauffage pour réchauffer une zone aval (AV) sur laquelle la tête (10) doit déposer les fils et un rouleau de compactage (12) destiné à appliquer suivant une ligne de contact une force d'appui sur les fils (50) lors de leurs dépôt sur une forme. Le rouleau de compactage (12) est mobile suivant un axe longitudinal (22) de la tête, l'axe de rotation (15) du rouleau de compactage étant fixe dans un référentiel de la tête. Le premier système de chauffage comporte un générateur de chaleur (13) pour élever la température des fils (50), avant leurs dépose et comporte un second générateur de chaleur (14) avec une source laser pour apporter l'énergie de chauffage sensiblement au niveau de la ligne de contact. Un système de soufflage d'un gaz inerte est agencé sur la tête pour rendre inerte l'environnement des fils à proximité de la ligne de contact.

Description

TETE DE DEPOSE DE FILS POUR LA REALISATION DE PIECES EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention concerne les machines et procédés pour la fabrication de pièces en matériaux composites, mettant en oeuvre le placement de fils et/ou l'enroulement filamentaire.

Ces procédés consistent globalement à déposer des fils ou des nappes de matériau pré-imprégné sur un mandrin ou sur un moule qui a la forme de la pièce à réaliser, le matériau déposé étant consolidé soit simultanément soit ultérieurement à sa dépose. On comprendra ici et dans la suite de la description que les matériaux composites concernés sont des matériaux comportant des fibres longues minérales, par exemple verre ou carbone, ou organiques, par exemple aramide, maintenue dans une matrice organique dure, désignée sous le terme générique de résine, par exemple un polymère dont les caractéristiques sont choisies en fonction des performances souhaitées de la pièce réalisée.

Plus précisément, l'invention concerne une tête de bobinage et/ou de placement de fils adaptée aux machines de fabrication de pièces en matériaux composites et se rapporte plus particulièrement aux machines adaptées à la mise en oeuvre de matériau composite thermoplastique.

L'invention concerne en outre un procédé dans lequel les matériaux composites thermoplastiques sont mis en oeuvre en réalisant une consolidation, c'est-à-dire une étape au cours de laquelle l'état final souhaité du matériau en terme de compactage, de densité et de porosité de la structure du matériau composite et les propriétés physiques résultantes, sont obtenues in situ lors du placement des fils, sans l'exigence d'un traitement ultérieure de type autoclave.

Dans le domaine du placement de fil, il est connu de réaliser des dispositifs de placement qui permettent de placer sur un mandrin ou un moule des fils imprégnés d'une résine thermoplastique. De tels dispositifs doivent être approvisionnés en fils imprégnés de la 5 résine thermoplastique, par exemple sous la forme de mèches, doivent amener les fils à la température de ramollissement de la résine et déposer les fils aux emplacements voulus sur le mandrin ou le moule à la forme de la pièce. Ces dispositifs ou têtes de bobinage, qui regroupent les diverses fonctions nécessaires, sont généralement mobiles suivant une direction dans le cas de 10 bobinage ou dans deux directions dans le cas du dépôt sur une moule et travaillent à proximité de la pièce en cours de réalisation. Le document US 5700347 décrit une tête de dépose d'une pluralité de bandes imprégnées de résine thermoplastique sur un moule pour réaliser une pièce en matériau composite. La tête comporte plusieurs dispositifs, notamment 15 un système de contrôle de tension des bandes par des embrayages sur les bobines de stockage des bandes à déposer, un guide pour aligner les bandes sans jeu entre des bandes juxtaposées, un dispositif pour couper les bandes à la longueur souhaitée d'une bande, un dispositif de chauffage des bandes et un dispositif de refroidissement. 20 Pour assurer l'application des bandes, la tête comporte un rouleau qui applique les bandes sur le moule ou sur des plis déposés antérieurement dans une zone qui est chauffée et comporte un plateau presseur, en arrière du rouleau dans le sens du déplacement de la tête par rapport au moule, qui exerce une pression sur une surface de la pièce et qui comporte des éléments pour évacuer 25 la chaleur des bandes chauffées avant d'être déposées. Dans une telle tête le rouleau de dépose et le plateau presseur sont solidaires d'un sous-ensemble de la tête qui est monté articulé pour prendre des positions variables en inclinaison en fonction de la forme du moule. Une telle tête s'avère donc volumineuse et complexe et les parties 30 mobiles soumises à la chaleur nécessitent un refroidissement poussé qui rend la tête encore plus complexe.

Une telle tête est donc mal adaptée à la réalisation de pièces lorsque la pièce présente des zones d'accès difficile. Dans ces situations, à défaut de reconcevoir la pièce en fonction de la tête, il est nécessaire de procéder à des retouches ou à des étapes complémentaires pour la fabrication de la pièce.

Le document US 5039368 décrit un dispositif dans lequel des filaments thermoplastiques à bobiner sont alimentés à partir d'une tête de bobinage se déplaçant verticalement et déposés à la surface d'un mandrin. Les filaments, préalablement positionnés entre eux, sont chauffés pour ramollir ou fondre la résine et passent ensuite sous un rouleau de compactage chauffant qui est en appui contre le mandrin et qui est monté avec axe de rotation déporté par rapport à un axe d'orientation pour s'orienter librement sous le simple effet du roulement sur le mandrin. Plusieurs couches du matériau thermoplastique peuvent être ainsi 15 déposées, la surface des couches précédentes étant réchauffée avant l'application des fils par le rouleau de compactage. Une telle tête pour enroulement filamentaire ne permet pas de maîtriser tous les paramètres qui influencent la qualité de la pièce réalisée, notamment la position des fils et les températures de préchauffage et de chauffage, et ne 20 permet pas de réaliser des formes complexes comme des réservoirs fermés à faibles diamètres d'ouverture. Dans ces cas de formes complexes, les exigences conduisent à des têtes de placement de fils volumineuses et à des contraintes d'évitement des collisions 25 entre la tête de placement et la pièce en cours de fabrication ou son mandrin telles que d'autres paramètres de dépose, tension du fil, angles, pression..., doivent être dés-optimisés et ou ralentissent le processus de dépose des fils et/ou limitent les dimensions des pièces réalisables. 30 L'invention concerne une tête de dépose de fils imprégnés d'une résine thermoplastique comportant un premier système de chauffage des fils à déposer, un second système de chauffage agencé pour réchauffer une zone aval sur laquelle la tête doit déposer les fils et un rouleau de compactage destiné à appliquer suivant une ligne de contact une force d'appui sur les fils lors de leurs dépose sur une forme correspondant à la forme de la pièce à réaliser. En outre, dans la tête de l'invention : - le rouleau de compactage est mobile suivant un axe longitudinal de la tête, l'orientation de l'axe de rotation du rouleau de compactage, perpendiculaire à l'axe longitudinal de la tête, étant fixe dans un référentiel de la tête ; - le premier système de chauffage des fils à déposer comporte un premier générateur de chaleur agencé sur la tête pour élever la température des fils, avant leurs dépose, à une valeur comprise entre la température ambiante et la température d'application, réalisant ainsi un pré-chauffage, et comporte un second générateur de chaleur comportant au moins une source laser comme source d'énergie de chauffage agencée sur la tête pour apporter l'énergie de chauffage sensiblement au niveau de la ligne de contact, la température de la résine lors de la dépose de fils étant par ce second générateur élevée jusqu'à la température de fusion ou ramollissement de la résine ; - un système de soufflage d'un gaz inerte, par exemple de l'azote, est agencé sur la tête de sorte à rendre inerte l'environnement des fils à proximité de la ligne de contact par un appauvrissement du milieu en oxygène, le système de soufflage comportant au moins une buse de soufflage. Il est ainsi obtenu une tête de dimension particulièrement compacte et qui apporte les énergies de chauffage de manière localisée pour assembler les fils imprégnés de résine en élevant leur température de manière précise. Dans une forme de réalisation, le rouleau de compactage, le premier 25 générateur de chaleur et le second générateur de chaleur du premier système de chauffage sont fixés sur un support rigide qui est mobile en translation suivant la direction de l'axe longitudinal de la tête. Ainsi les positions relatives des éléments fixés au support rigide ne sont pas modifiées et il en résulte en particulier que la chaleur apportée par les 30 différents générateurs de chaleur reste toujours diffusée ou apportée avec précision en particulier par rapport au rouleau de compactage et à la ligne de contact.

Dans une forme de réalisation, le support rigide est mobile en translation par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs vérins pneumatiques prenant appui sur une platine de préhension de la tête. Un tel vérin permet d'obtenir une force d'appui contrôlée du rouleau de 5 compactage lorsque la tête est utilisée. Des guides, intégrés ou non aux vérins pneumatiques, assurent au besoin le guidage linéaire du support rigide sans autoriser de mouvement de rotation de la platine et donc du rouleau de guidage, en particulier autour de l'axe longitudinal de la tête. 10 Dans une forme de réalisation, une ou plusieurs buses de soufflage sont fixées au support rigide de sorte à diffuser dans la région la plus chaude près de la ligne d'appui le gaz inerte pour former localement une atmosphère protectrice. Avantageusement au moins une buse de soufflage est agencée de sorte à souffler le gaz inerte, préalablement chauffé, dans une zone située en aval de la 15 ligne de contact, c'est-à-dire compte tenu du déplacement relatif de la tête par rapport à une pièce en cours de réalisation une zone de la forme ou de la pièce sur laquelle vont être déposés des fils. Ainsi l'atmosphère protectrice formée dans la zone juste avant la dépose des fils est réalisée sans préjudice du chauffage réalisé des fils à déposer et des 20 fils déjà déposés sur la forme. Dans une forme de réalisation, au moins une buse de soufflage est agencée de sorte à souffler un gaz inerte sur le rouleau de compactage dans une zone dudit rouleau de compactage située en amont par rapport à la ligne de contact. Dans ce cas le gaz apporté après le dépôt des fils est avantageusement 25 à température ordinaire, la température ambiante, voire refroidi préalablement de sorte que le rouleau est refroidi par ce soufflage qui participe également à la formation de l'atmosphère protectrice autour de la ligne d'appui. Le second système de chauffage comporte au moins un générateur de chaleur, par exemple une rampe d'émission de rayonnement infrarouge, agencée 30 sur la tête pour échauffer la zone aval, et dans une forme de réalisation, comporte également au moins un générateur de chaleur, par exemple une rampe d'émission de rayonnement infrarouge, agencée pour réchauffer une zone amont correspondant à une zone par rapport à la ligne de contact sur laquelle les fils ont été déposés lorsqu'une pièce est en cours de réalisation. Ainsi les fils déjà déposés sur lesquelles la tête va déposer des fils sont préchauffés pour être amenés plus efficacement à la température nécessaire au niveau de la ligne de contact, et les fils déposés ne sont pas soumis à un refroidissement trop rapide qui permet aux fils de passer par une phase de relaxation qui participe à une consolidation du matériau de la pièce. Suivant les besoins, la tête comporte des moyens de juxtaposition de plusieurs fils de sorte à former une nappe sans recouvrement entre des fils 10 voisins, ces moyens étant agencés pour former la nappe avant le passage des fils sur le rouleau de compactage. Il est ainsi possible de déposer au cours d'une passe une nappe de fil pouvant atteindre sensiblement la largeur du rouleau de compactage. L'écartement des fils à la sortie des moyens de juxtaposition, défini par exemple 15 par la forme d'un peigne qui guide les fils, est tel qu'après avoir été soumis à la pression exercée par le rouleau de compactage, deux fils voisins sont juxtaposés de manière jointive et sans recouvrement. L'invention concerne également un système pour la réalisation de pièces en matériau composite par dépôt de fils imprégnés d'une résine thermoplastique 20 qui comporte une telle tête de dépose de fils imprégné d'une résine thermoplastique, qui comporte une forme, par exemple un moule ou un mandrin de bobinage, sur laquelle doivent être déposés les fils, et qui comporte un système d'apport des fils imprégnés d'une résine thermoplastique à la tête. Ainsi le système bénéficie des avantages de la tête et en particulier d'une compacité de 25 réalisation rendue possible par l'agencement des éléments de la tête qui permet de réaliser des pièces dont les formes ne sont pas réalisables par dépôt de fils avec les têtes connues. Dans une forme de réalisation du système, la tête est portée par un robot qui assure les déplacements souhaités de la tête, le robot comportant des axes de 30 déplacement, en translation et ou en rotation, contrôlés de la tête pour : - maintenir l'axe longitudinal de ladite tête sensiblement perpendiculaire à un plan osculateur de la surface de la forme, moule ou mandrin de bobinage, ou de la pièce en cours de réalisation à l'emplacement de la ligne de contact ; - maintenir un point de référence d'une platine de préhension de la tête à une distance sensiblement constante de la surface du moule ou du mandrin de bobinage ou de la pièce en cours de réalisation à l'emplacement de la ligne de contact ; orienter un axe de rotation du rouleau de compactage en fonction de la direction de dépose souhaité pour les fils afin d'assurer un roulement dudit rouleau de compactage sans glissement sensible. Un tel robot, par exemple avec cinq degrés de liberté, permet de réaliser des pièces de formes complexes avec des courbures importantes comme des réservoirs cylindriques avec des fonds hémisphériques présentant des ouvertures de petit diamètre.

Avantageusement, le système d'apport de fils imprégnés de résines thermoplastiques comporte un système de mise en tension des fils à déposer pourvu d'un rattrapage de défilement. Ainsi les variations de longueurs de fils entre les bobines d'approvisionnement en fils et le rouleau de compactage sont compensées en maintenant la tension souhaitée pour les fils.

Le système de mise en tension des fils à déposer assure, au niveau du rouleau de compactage en amont de la ligne de contact suivant le sens de déplacement des fils, une tension des fils sensiblement constante comprise entre 20N et 50N de sorte à obtenir un dépôt des fils avec une bonne santé matière.

La description détaillée d'un mode de réalisation est fait en références aux figures qui représentent de manière non limitative : figure 1 : de manière très schématique et simplifiée un système pour la réalisation de pièces en matériau composite thermoplastique par dépôt de fils imprégnés d'une résine thermoplastique ; figure 2 : une vue de détail d'un exemple de réalisation d'une tête de dépôt de fils imprégnés de résine thermoplastique.

Sur les dessins, les différentes parties ne sont pas nécessairement représentées à la même échelle. La figure 2 présente une tête 10 de dépose de fils 50 imprégnés d'une résine thermoplastique. Sur la vue de la figure 2 les principaux éléments de la tête sont représentés sans que ne soient nécessairement représentés les câbles et tuyaux qui sont nécessaires à certains éléments pour les alimenter en énergie depuis des sources déportées ou en relations avec des capteurs utiles au contrôle de la tête.

La tête 10 est une partie d'un système 100 de réalisation de pièces en matériau composite thermoplastique, schématisé sur la figure 1, qui comporte, outre la tête 10, un système d'approvisionnement 60 en fils 50 de la tête 10, un robot 70 de positionnement et une forme 80 sur laquelle sont déposées les fils 50 par la tête 10. Dans l'exemple schématisé sur la figure 1, la forme 80 est un mandrin sur lequel est réalisé un enroulement filamentaire. Dans le cas présent les fils comportent des fibres longues, minérales ou organiques, communément mises en oeuvre dans la réalisation de pièces en matériaux composites. Les fils sont en pratique conditionnés sous la forme de fils simples, de 20 mèches ou de nappes comportant une pluralité de fils. La résine thermoplastique est une résine qui présente la caractéristique d'être dure à la température ambiante et jusqu'à des valeurs de températures prévues en utilisation pour la pièce à réaliser. La résine assure en pratique la cohésion des fils de la pièce entre eux et donne à la pièce une part importante de 25 sa rigidité. La résine thermoplastique présente également la propriété de ramollir ou fondre au dessus d'une certaine température, qui dépend de la résine considérée, et de retrouver ses caractéristiques de dureté lorsque la température est à nouveau abaissée. Cette caractéristique de changement réversible de la dureté et de la 30 plasticité de la résine d'imprégnation des fils est mise à profit lors de la réalisation des pièces en matériau composite thermoplastique.

Dans le système 100, chaque fil déposé par la tête 10 suit un parcours depuis une première extrémité d'une chaîne fonctionnelle à partir d'un distributeur de fils, par exemple des bobines de grandes capacités du système d'approvisionnement 60, pouvant être agencées en râtelier, et capable de délivrer en continu de grandes longueurs de fils, jusqu'à une extrémité terminale où les fils vont se séparer de la tête 10 et se trouver déposés sur la forme 80, par exemple un moule ou un mandrin, de la pièce à réaliser. Considérant la tête 10 de la figure 2, celle-ci comporte une platine 11 par laquelle ladite tête 10 est fixée au robot 70.

La tête 10 comporte à une extrémité libre opposée à la platine 11 un rouleau de compactage 12. Le rouleau de compactage 10 détermine une ligne de contact correspondant à la ligne théorique d'une surface de roulement dudit rouleau de compactage qui est en contact avec la pièce en cours de réalisation. La ligne de contact est parallèle à un axe de rotation 15 du rouleau de compactage 12. La tête 10 comporte des moyens de guidage, non visibles sur la figure 2, pour acheminer les fils 50 imprégnés de la résine thermoplastique vers le rouleau de compactage 10. Dans une forme de réalisation, plusieurs fils, pouvant être conditionnés en mèches ou en nappe, sont acheminés vers le rouleau de compactage 12 pour être déposés simultanément sur la forme 80 de sorte à couvrir une surface plus importante par passe de la tête sur ladite forme. Dans le cas où plusieurs fils sont acheminés simultanément, la tête 10 comporte également des moyens d'ajustement des positions relatives de la pluralité de fils, avant leur application sur la forme 80, de sorte que les fils soient juxtaposés sans jeu ni recouvrement entre des fils voisins. De tels moyens d'ajustement des positions relatives des fils consistent par exemple en un peigne guide fils dont les caractéristiques sont adaptées aux fils utilisés. Un premier système de chauffage des fils comporte un premier générateur de chaleur 13 fixé sur la tête 10 pour réaliser un préchauffage des fils 50, avant que les fils arrivent sur le rouleau de compactage, et de sorte à élever la température des dits fils à une première température désirée de la résine d'imprégnation des fils, température comprise entre la température ambiante et la température de ramollissement/fusion de la résine. Le générateur de chaleur 13 est par exemple une source de rayonnement infrarouge. Le premier système de chauffage comporte également un second générateur de chaleur 14 apportant une énergie localisée à proximité de la ligne 5 de contact. Le second générateur de chaleur 14 est agencé sur la tête pour apporter l'énergie par un côté aval AV d'une pièce en cours de réalisation, le côté aval AV étant défini par rapport au mouvement relatif de la tête 10 par rapport à la pièce, la tête se déplaçant de l'amont AM vers l'aval AV. Le second générateur de chaleur 14 est configuré pour porter les fils à la température de 10 ramollissement/fusion souhaitée de la résine d'imprégnation juste avant le passage du rouleau de compactage. Dans une forme préférée, le second générateur de chaleur 14 comporte au moins une source Laser dont le faisceau est dirigé sensiblement en direction de la ligne de contact. 15 Un second système de chauffage de la tête 10 comporte au moins un générateur de chaleur 16a, 16b fixé sur la tête 10 pour réaliser un chauffage des fils déposés sur la forme 80. Un générateur de chaleur 16a en aval AV du rouleau de compactage 12 et à proximité de la ligne de contact réalise un préchauffage de fils déposés sur la 20 forme 80, par exemple lors d'un précédent passage de la tête 10. Les fils sur la forme 80 sont ainsi amenés à une température voisine de celle des fils à déposer après préchauffage. Le générateur de chaleur 16a est par exemple une source de rayonnements infrarouge. Un générateur de chaleur 16b en amont AM du rouleau de 25 compactage 12 et à proximité de la ligne de contact apporte une énergie sous forme thermique aux fils déposés sur la forme 80. Le générateur de chaleur 16b est par exemple une source de rayonnement infrarouge. La tête 10 comporte également une ou des buses de soufflage 17a, 17b 30 d'un système de soufflage d'un gaz inerte tel que de l'azote. Les buses de soufflage 17a, 17b sont orientée sensiblement vers la ligne de contact de sorte que le gaz inerte maintien localement une atmosphère inerte qui évite une oxydation des fils imprégnés portés à la température de ramollissement/fusion de la résine. Au moins une buse de soufflage 17a est fixée sur la tête 10 pour souffler le gaz inerte depuis l'aval AV du rouleau de compactage 12 en direction de la ligne de contact. De préférence le gaz est préalablement chauffé avant d'être soufflé et participe au préchauffage des fils avant le passage du rouleau de compactage. Au moins une buse de soufflage 17b est fixée sur la tête 10 pour souffler le gaz inerte depuis l'amont AM du rouleau de compactage 12 en direction dudit rouleau de compactage. Dans une forme de réalisation le gaz est refroidi avant d'être soufflé et assure un refroidissement du rouleau de compactage 10 qui est soumis à un flux thermique important. En outre le rouleau de compactage est fixé sur un support rigide 20 mobile en translation par l'intermédiaire d'au moins un vérin pneumatique 21 dont un axe de déplacement est parallèle à un axe longitudinal 22 de la tête 10, axe longitudinal qui est perpendiculaire à l'axe de rotation du rouleau de compactage 12. Au moins un vérin pneumatique 21 prend appui sur la platine 11 de sorte à exercer une force d'appui sur la forme 80 au niveau du rouleau de 20 compactage 12, et réguler cette force d'appui à une valeur adaptée au procédé, généralement comprise entre 40 et 140 DaN. Des rails de guidage ou d'autres moyens assurent le mouvement linéaire du déplacement du rouleau de compactage 12 de sorte à reprendre des efforts de torsion sur ledit rouleau de compactage et à interdire une modification de 25 l'orientation de l'axe de rotation 5 dudit rouleau de compactage par rapport à la platine 11. Dans une forme préférée de réalisation de la tête 10, le rouleau de compactage 12, les générateurs de chaleurs 13, 14, 16a, 16b et les buses de soufflages 17a, 17b sont fixés au support rigide 20 de sorte à conserver pendant 30 les opérations de dépose de fils des positions et orientations fixes par rapport à la ligne de contact du rouleau de compactage 12.

Un exemple de mise en oeuvre du système 100 est décrite ici dans le cas de la réalisation d'une pièce en matériau composite thermoplastique par enroulement de fils sur un mandrin. Un exemple d'une telle pièce est un réservoir comportant une section 5 centrale cylindrique de section circulaire dont les extrémités sont fermées par des fonds ayant une forme de calotte sphérique, un orifice axial restant ouvert sur chaque fond. La réalisation d'une telle pièce nécessite des mouvements complexes de la tête 10, qui réalise le dépôt des fils sur le mandrin en rotation, du fait des 10 formes des fonds et également du fait que plusieurs couches de fils sont déposées avec des orientations différentes par rapport à un axe de rotation du mandrin. Dans ce cas, la tête 10 est montée sur un robot 70 avec cinq axes de liberté qui permettent de réaliser les déplacements et les rotations nécessaires. Dans la suite de l'exposé il sera considéré que les fils sont déposés sur le 15 mandrin, y compris lorsque une ou plusieurs couches de fils ont déjà été déposées sur ledit mandrin et que les fils sont déposés sur des couches de fils déjà déposés. Ce raccourci de langage se justifie par le fait que la forme du mandrin n'est pas significativement affectée par les couches de fils déjà déposées et qu'en tout état de cause la connaissance de l'état d'avancement du processus 20 de dépôt des fils, c'est-à-dire la connaissance du nombre de couches de fils déposés en un point de la pièce en cours de réalisation, permet de prendre en compte les variations dimensionnelles du mandrin dans un système de contrôle de position de la tête 10 par le robot 70. 25 Dans cet exemple la pièce est réalisée à partir de fils imprégnés d'une matrice thermoplastique. De tels fils sont par exemple des fils comportant des fibres de carbone ou de verre imprégnées d'une résine polyamide ou d'une résine poly(éther éther cétone). D'autres couples fibres/résine sont possibles pour autant que la résine 30 soit une résine thermoplastique et que les propriétés des fibres autorisent, sans détérioration, que leur température soit augmentée jusqu'à au moins la température de ramollissement/fusion de la résine utilisée.

Les fils 50 sont stockés sur des bobines du système d'approvisionnement 60. Pour disposer de longueur importantes de fils sans pénaliser les dimensions et la masse de la tête 10 qui doivent être aussi réduites que possible pour ne pas affecter sa maniabilité, les bobines sont déportées sur le robot 70 ou sur des supports annexe d'un stand de bobines, les fils étant guidés jusqu'à la tête 10, par exemple par des poulies de renvoi. Le système d'approvisionnement 60 comporte en outre un système de mise en tension des fils à déposer pourvu d'un système de rattrapage de 10 défilement. Ledit système de mise en tension des fils est de tout type connu pour assurer une force de tension sensiblement constante des fils 50 jusqu'au dépôt des dits fils sur le mandrin, c'est-à-dire jusqu'au rouleau de compactage. Avantageusement ledit système comporte également un système de 15 ravalement des fils de sorte qu'une réduction de la longueur du cheminement des dits fils, par exemple par un recul de la roulette de compactage lors de la rotation du mandrin, est compensé sans préjudice sur la force de tension exercée sur les fils. La traction exercée sur les fils lors du dépôt influe sur la qualité du 20 compactage et sur la manière dont le matériau composite obtenue par la juxtaposition des fils et la superposition des couches de fils est consolidé. La tension des fils est avantageusement comprise entre 20N et 50N, des essais permettant de déterminer une valeur préférée de la tension en fonction du type de fils utilisé. 25 Dans un mode de réalisation, plusieurs fils sont approvisionnés à la tête 10. Les différents fils 50 sont alors positionnés au niveau de la tête pour former une nappe. Le positionnement des fils en nappe est réalisé de manière connue par des éléments de guidage, par exemple des poulies, et un peigne terminal, placé au plus prés du rouleau de compactage 12, qui délivre les fils 30 juxtaposés les uns aux autres sans jeu ni recouvrement entre des fils voisins lorsque les fils ont été déposés.

La trajectoire suivie par le fil ou les fils se poursuit sur la surface externe cylindrique du rouleau de compactage 12 jusqu'à la ligne d'appui où le ou les dits fils se séparent dudit rouleau de compactage et sont déposés sur le mandrin sous l'effet du déplacement relatif de la tête 10 par rapport audit mandrin.

Le rouleau de compactage 12 exerce une force d'appui sur le mandrin prédéfinie, dans la tête 10 décrite définie par les caractéristiques du vérin pneumatique 21 et la pression d'un gaz maintenue dans ledit vérin. Cette force détermine une pression qui est exercée sur le ou les fils en cours de dépôt par la tête et qui, sauf pour une première couche, sont déposés 10 sur les couches de fils déjà déposées sur le mandrin de sorte à assurer un compactage des couches de fils successives. Lors du mouvement relatif entre la tête 10 et le mandrin, le rouleau de compactage 12 au contact du mandrin roule sur ce dernier. Pour permettre ce roulement sans glissement sensible, l'axe de 15 rotation 15 du rouleau de compactage est maintenu perpendiculaire à la trajectoire suivie par la tête sur le mandrin. Le rouleau de compactage ayant, par construction, une orientation fixe dans un référentiel de la tête, le robot 70 assure la dite orientation voulue du rouleau de compactage par un positionnement adapté de la tête. 20 Dans un mode de réalisation, la force d'appui sur le mandrin est modulable en fonction de conditions locales de la surface sur laquelle les fils sont déposés, par exemple la ou les courbures locales de la surface, par exemple le nombre de couches sur lesquels sont déposés les fils... Avant d'arriver au niveau du rouleau de compactage le ou les fils sont 25 soumis à l'effet du premier générateur de chaleur 13, ici une rampe infrarouge, du premier système de chauffage. La rampe infrarouge produit un rayonnement relativement diffus qui assure un chauffage homogène des fils. La puissance de ladite rampe infrarouge est adaptée en fonction d'une part de la vitesse de défilement du fils, en pratique la vitesse du bobinage dans l'exemple décrit, et de 30 la température à laquelle il est souhaité porter les fils avant le rouleau de compactage. Cette température est fonction de la température de ramollissement/fusion à laquelle doit être portée la résine thermoplastique des fils pour obtenir lors du compactage la consolidation du matériau composite. Cette température est une température, autant que possible constante et dans ce cas contrôlée par un régulateur de température, comprise entre la température ambiante et la température de dégradation de la résine.

Dans une forme de mise en oeuvre, la puissance du premier générateur de chaleur 13 est régulée en fonction de paramètres mesurés tels que la température des fils. En préchauffant ainsi les fils avant le rouleau de compactage, d'une part le fil s'avère moins rigide pour aborder une phase d'enroulement des fils sur le 10 rouleau de compactage et d'autre part l'énergie nécessaire pour amener la température du fil à la température de dépose s'en trouve réduite et mieux définie. Lors la rotation du mandrin, la surface du mandrin à proximité du rouleau de compactage 12, située en aval de la ligne de contact, passe dans un champ de rayonnement du générateur de chaleur 16a en aval AV du rouleau de 15 compactage 12. Les fils déjà déposés sur le mandrin, par exemple lors d'un précédent passage de la tête 10, sont alors préchauffés, au moins pour les fils en surface directement soumis au rayonnement dudit générateur de chaleur, avantageusement une rampe infrarouge. Ainsi lorsque, du fait de la rotation du mandrin 80, les fils déjà déposés 20 sur ledit mandrin arrivent au niveau de la ligne de contact, lesdits fils déjà déposés ont une température voisine de la température des fils 50 arrivant sur le rouleau de compactage 12 pour être déposés sur les dits fils déjà déposés. Les fils 50 devant être déposés et les fils déjà déposés sont au niveau de la ligne de contact, où les premiers sont déposés sur les seconds, alors soumis à 25 un chauffage à la température de ramollissement/fusion par le second générateur de chaleur 14, une source Laser, du premier système de chauffage. Ledit second générateur permet d'apporter une énergie relativement importante de manière localisée, très près de la ligne de contact, de sorte que la température de ramollissement/fusion voulue est atteinte très localement et 30 précisément dans la zone où la pression est exercée par le rouleau de compactage 12 pour appliquer les fils 50 en cours de dépôt sur les fils déjà déposés.

Il est ainsi évité de chauffer à l'excès des zones qui ne nécessitent pas d'être chauffées et pour lesquelles les températures atteintes qui peuvent dépasser 300°C seraient susceptibles de provoquer cbs endommagements. En outre, dans la zone de la ligne de contact la buse de soufflage 17a envoie un gaz inerte réchauffé, par exemple de l'azote, depuis l'aval AV du rouleau de compactage 12 en direction de la ligne de contact, de sorte que la zone la plus chaude est maintenue dans une atmosphère sensiblement inerte et évite une oxydation des matériaux portée à température élevée. Le réchauffage du gaz soufflé participe au chauffage local des fils et 10 surtout évite un refroidissement des fils préchauffés à un stade où il est souhaité augmenter la température des dits fils. A contrario, du côté amont AM de la ligne de contact, la buse de soufflage 17b souffle le gaz inerte frais, sinon refroidi, depuis l'amont AM du rouleau de compactage 12 et en direction dudit rouleau de compactage. Ce soufflage a pour 15 effet d'une part de refroidir ledit rouleau de compactage qui est soumis pendant toute la durée de fonctionnement de la tête 10 à l'apport d'énergie du second générateur de chaleur 14 et d'autre part de maintenir l'atmosphère inerte dans la zone de dépose des fils. Toujours du fait de la rotation du mandrin, les fils venant d'être déposés 20 par la tête 10 et ceux sur lesquels lesdits fils viennent d'être déposés sont exposés au rayonnement du générateur de chaleur 16b en amont AM du rouleau de compactage 12 et à proximité de la ligne de contact. Il est ainsi évité un refroidissement trop rapide des fils et de la résine et il est obtenu une post consolidation, le matériau composite résultant présentant une 25 santé matière améliorée. Lors de la rotation du mandrin et des mouvements de la tête 12 imprimés par le robot 70, la force d'appui du rouleau de compactage est maintenue au niveau souhaité par le ou les vérins pneumatiques 21. Le robot est contrôlé pour ajuster en permanence une orientation de l'axe longitudinal (22) de la tête 30 sensiblement perpendiculaire à un plan osculateur du mandrin au niveau de la ligne de contact et pour maintenir une distance entre la platine 11 de la tête et le mandrin compatible avec une plage d'action du au moins un vérin qui régule la force d'appui. La tête de dépose de l'invention présente l'avantage de regrouper 5 l'ensemble des moyens nécessaires au compactage et à la consolidation in-situ du matériau composite thermoplastique lors du dépôt des fils et de déporter les éléments encombrants du système hors de la zone où est réalisé le dépôt. Il en résulte une tête compacte dans laquelle les dimensions enveloppe de la tête sont réduites.

10 La tête illustrée sur la figure 2 présente un exemple de réalisation dont les dimensions permettent la réalisation, sur un mandrin, d'un réservoir d'un diamètre aussi réduit que 300 mm, à fonds hémisphériques avec des orifices axiaux de 85 mm, et avec des angles minimum de bobinage de 19° par rapport à l'axe. 15

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1- Tête (10) de dépose de fils (50) imprégnés d'une résine thermoplastique comportant un premier système de chauffage des fils à déposer, un second système de chauffage agencé pour réchauffer une zone aval (AV) sur laquelle la tête (10) doit déposer les fils (50) et un rouleau de compactage (12) destiné à appliquer suivant une ligne de contact une force d'appui sur les fils (50) lors de leurs dépôt sur une forme (80), caractérisé en ce que : - le rouleau de compactage (12) est mobile suivant un axe longitudinal (22) de la tête, une orientation d'un axe de rotation (15) dudit rouleau de compactage, perpendiculaire à l'axe longitudinal (22) de la tête, étant fixe dans un référentiel de ladite tête ; - Le premier système de chauffage des fils à déposer comporte un premier générateur de chaleur (13) agencé sur la tête (10) pour élever la température des fils (50), avant leurs dépose, à une valeur comprise entre la température ambiante et la température d'application et comporte un second générateur de chaleur (14) comportant au moins une source laser comme source d'énergie de chauffage agencée sur la tête (10) pour apporter l'énergie de chauffage sensiblement au niveau de la ligne de contact ; - un système de soufflage d'un gaz inerte est agencé sur la tête de sorte à rendre inerte l'environnement des fils à proximité de la ligne de contact, ledit système de soufflage comportant au moins une buse de soufflage.
2. 2 - Tête suivant la revendication 1 dans laquelle le rouleau de compactage (12), le premier générateur de chaleur (13) et le second générateur de chaleur (14) du premier système de chauffage sont fixés sur un support (20) rigide, le dit support rigide étant mobile en translation suivant la direction de l'axe longitudinal (22) de la tête.
3. 3 - Tête suivant la revendication 2 dans laquelle le support rigide (20) est mobile en translation par l'intermédiaire d'au moins un vérin pneumatique (21) prenant appui sur une platine de préhension (11) de ladite tête.
4. 4 - Tête suivant la revendication 2 ou la revendication 3 dans laquelle une ou plusieurs buses de soufflage sont fixées au support rigide (20).
5. 5 - Tête suivant l'une des revendications précédentes dans laquelle au moins une buse de soufflage (17a) est agencée de sorte à souffler un gaz inerte chauffé dans une zone située en aval (AV) de la ligne de contact, c'est-à-dire compte tenu du déplacement relatif de la tête (10) par rapport à une pièce en cours de réalisation une zone de la forme (80) ou de la pièce sur laquelle vont être déposés des fils (50).
6. 6 - Tête suivant l'une des revendications précédentes dans laquelle au moins une buse de soufflage (17b) est agencée de sorte à souffler un gaz inerte sur le rouleau de compactage (12) dans une zone dudit rouleau de compactage située en amont (AM) de la ligne de contact.
7. 7 - Tête suivant l'une des revendications précédentes dans laquelle le second système de chauffage comporte au moins un générateur de chaleur (16a) tel qu'une rampe d'émission de rayonnement infrarouge agencé sur la tête pour échauffer la zone aval (AV).
8. 8 - Tête suivant l'une des revendications précédentes dans laquelle le second système de chauffage comporte en outre au moins un générateur de chaleur (16b), tel qu'une rampe d'émission de rayonnement infrarouge, agencé pour réchauffer une zone amont (AM) correspondant à une zone par rapport à la ligne de contact sur laquelle les fils (50) ont été déposés lorsqu'une pièce est en cours de réalisation.
9. 9 - Tête suivant l'une des revendications précédentes comportant des moyens de juxtaposition de plusieurs fils (50) de sorte à former une nappe sans recouvrement entre des fils voisins, les dits moyens étant agencés pour former la nappe avant le passage des fils (50) sur le rouleau de compactage (12).
10. 10 - Système (100) pour la réalisation de pièces en matériau composite par dépôt de fils (50) imprégnés d'une résine thermoplastique comportant une forme (80), telle qu'un moule ou un mandrin de bobinage, sur laquelle doivent être déposées les fils (50), comportant une tête (10) conforme à l'une des revendications précédentes et comportant un système d'apport (60) de fils imprégnés d'une résine thermoplastique à ladite tête.
11. 11 - Système suivant la revendication 10 dans lequel la tête (10) est portée par un robot (70) qui assure les déplacements souhaités de ladite tête, le dit robot comportant des axes de déplacement, en translation et ou en rotation, contrôlés de ladite tête pour : - maintenir l'axe longitudinal (22) de ladite tête sensiblement perpendiculaire à un plan osculateur d'une surface de la forme (80), moule ou mandrin de bobinage, ou de la pièce en cours de réalisation à l'emplacement de la ligne de contact ; - maintenir un point de référence d'une platine de préhension (11) de la tête (10) à une distance sensiblement constante de la surface de la forme (80) ou de la pièce en cours de réalisation à l'emplacement de la ligne de contact ; - orienter un axe de rotation (15) du rouleau de compactage (12) en fonction d'une direction de dépose souhaité pour les fils (50) afin d'assurer un roulement dudit rouleau de compactage sans glissement sensible.
12. 12 - Système suivant la revendication 10 ou la revendication 11 dans lequel le système d'apport (60) de fils imprégnés de résines thermoplastique comporteun système de mise en tension des fils (50) à déposer pourvu d'un de rattrapage de défilement.
13. 13 - Système suivant la revendication 12 dans lequel le système de mise en tension des fils à déposer assure, au niveau du rouleau de compactage (12) en amont de la ligne de contact suivant le sens de déplacement des fils, une tension des fils (50) sensiblement constante comprise entre 20N et 50N.