FR3015982A1 - Procede d'assemblage pli d'assemblage et outillage - Google Patents

Procede d'assemblage pli d'assemblage et outillage Download PDF

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Abstract

Le Procédé d'assemblage de deux éléments au moyen d'une résine photopolymérisable comprend une étape de polymérisation de la résine photopolymérisable par une émission de photons entre les dits deux éléments au moyen d'un réseau de fibres optiques, de sorte à produire un éclairement sensiblement uniforme en tout point dans le volume d'une interface d'assemblage. Un pli d'assemblage comporte un réseau de fibres optiques imprégnées de résine photopolymérisable. Les fibres optiques sont agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des fibres optiques dans le volume occupé par la résine photopolymérisable et chaque fibre optique est prolongée en dehors de la zone de l'interface d'assemblage pour être raccordé à un dispositif d'injection d'une lumière de photopolymérisation.

Description

PROCEDE D'ASSEMBLAGE PLI D'ASSEMBLAGE ET OUTILLAGE L'invention appartient au domaine de l'assemblage d'éléments d'une structure. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé pour l'assemblage de pièces d'une structure au moyen d'un polymère formant des liaisons moléculaires avec les matériaux en présence aux interfaces de l'assemblage lors d'un processus de polymérisation. L'invention concerne également un procédé réalisant la consolidation des plis lors de l'assemblage des plis pour former une pièce en matériau composite. L'assemblage de pièces d'une structure au moyen d'un polymère met en oeuvre le 10 plus souvent une technique de collage. Dans un collage une colle telle qu'une résine polymérisable est déposée sous la forme d'un film entre deux pièces à assembler, suivant une technique connue de longue date. Suivant les cas la polymérisation de la résine est déclenchée, en pratique 15 accélérée, par un mélange de composants et ou une élévation de la température, une pression étant maintenue lors de la polymérisation. Les pièces sont maintenues en contact dans la position d'assemblage pendant la polymérisation. Il est important, d'autant plus si l'assemblage est un assemblage structural qui doit être mis en tension, que la qualité du collage soit assurée pour transmettre les efforts 20 entre les pièces. Cependant le contrôle de la qualité réelle d'un collage est une opération difficile car cette qualité dépend de liaisons chimiques qui se créent entre la colle polymère et les matériaux des pièces assemblées qui ne peuvent pas être vérifiées lorsque les pièces sont collées. 25 Lorsque les pièces assemblées sont réalisées dans des matériaux qui ne permettent pas la formation de chaînes moléculaires de résine térébrantes, la résistance du collage réside uniquement dans les interactions moléculaires entre la surface du matériau assemblé et de la résine de collage. Toutefois la qualité de ces interactions dans un assemblage réalisé ne peut pas être vérifiée sans endommager l'assemblage. Bien que présentant toutes les caractéristiques apparentes du collage attendu, il est possible que certaines zones d'un tel collage sur des surfaces ne soit pas en mesure de transmettre des efforts, phénomène connu sous l'expression anglo- saxonne de « kiss bonding ». Il s'avère que les techniques actuelles de collage ne permettent pas de garantir que les liaisons chimiques se sont effectivement bien formées et que le collage est correctement réalisé en tout point de la surface des pièces devant être assemblées. Il est donc nécessaire de prendre en compte les incertitudes sur la qualité du 10 collage dans l'assemblage des pièces. Il est ainsi fréquent qu'un collage soit associé à des fixations mécaniques. Un autre défaut du collage, au moins avec les colles utilisées dans le domaine des assemblages structuraux concerne la consommation d'énergie et le temps de mise en oeuvre pour réaliser un collage. 15 Il est en effet nécessaire de chauffer les pièces préassemblées pendant des durées de plusieurs heures en général dans des fours ou des étuves pour assurer la polymérisation de la résine en maintenant une pression entre les différents éléments assemblés. Ces moyens sont volumineux dès lors que les pièces sont de grandes dimensions 20 et leurs chauffages et leurs maintiens en température pendant la polymérisation de la colle sont des sources importantes de consommation d'énergie. Sont également connues des colles se présentant sous la forme de résines dont la polymérisation est provoquée par un rayonnement lumineux. Ces résines dites photopolymérisables, comme par exemple la résine diffusée sous la référence 25 commerciale « LOCTITE® 3081 », sont utilisées en particulier dans le domaine du collage du verre et présentent l'avantage d'une polymérisation rapide, en général quelques secondes. La polymérisation de telles colles est réalisée au moyen d'un éclairage par un rayonnement ultraviolet d'une intensité adaptée et qui suppose qu'au moins une des 30 pièces à coller est transparente au rayonnement ultraviolet, ce qui est le cas de certains verres, ou d'une manière générale que la zone de collage puisse être insolée. Ces contraintes introduisent des limitations incompatibles avec une large application industrielle de telles résines à l'assemblage de pièces dont les matériaux sont opaques.
La présente invention propose un procédé d'assemblage de pièces d'une structure par une résine qui apporte une reproductibilité des caractéristiques de l'assemblage et une qualité de cet assemblage dans tout le volume correspondant à la zone d'interface des pièces devant être assemblées.
Suivant le procédé d'assemblage, au moins deux éléments sont solidarisés au moyen d'une résine photopolymérisable, polymérisant sous l'action d'un rayonnement lumineux du domaine infrarouge, visible ou ultraviolet, le procédé comportant une étape de polymérisation de la résine photopolymérisable par une émission de photons entre les dits deux éléments au moyen d'un réseau de fibres optiques, agencé de sorte à produire un éclairement sensiblement uniforme en tout point d'un volume de l'interface d'assemblage au moins. Il est ainsi réalisé une polymérisation de la résine de manière complète et uniforme en diffusant les photons directement dans la résine en de multiples points du volume de l'interface d'assemblage et en s'affranchissant de toute contrainte de 15 transparence du matériau de l'un des éléments collé. Dans une mise en oeuvre du procédé, entre les étapes de placement des deux éléments devant être solidarisés dans la position relative qu'ils doivent avoir dans l'assemblage, un pli d'assemblage comportant un réseau de fibres optiques imprégnées de résine photopolymérisable est déposé entre les deux éléments, les fibres optiques 20 étant agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout le volume occupé par la résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques. Dans cette mise en oeuvre il est réalisé un assemblage entre éléments qui 25 bénéficie des qualités résultant de photopolymérisation de la résine dans un volume d'interface qui comprend le pli d'assemblage et s'étend autant que possible dans les matériaux des éléments assemblés. Dans une autre forme de mise en oeuvre du procédé, au moins un des éléments à assembler est un pli ou un empilage de plis comportant des fibres organiques ou 30 minérales, destinées à former une partie structurale d'une pièce en matériau composite, imprégnées d'une résine photopolymérisable, et le pli ou empilage de plis incorpore un réseau de fibres optiques, les fibres optiques étant agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques. Dans cette forme de mise en oeuvre, il est obtenu un élément prêt à être assemblé à un autre élément sans qu'il soit indispensable de déposer un pli d'assemblage 5 spécifique. Dans une mise en oeuvre du procédé, des fibres optiques sont agencées de sorte à traverser tout ou partie d'une épaisseur de chacun des deux éléments dans une zone de l'interface d'assemblage. Les dites fibres optiques traversent les éléments par des passages dans lesquels est introduite de la résine photopolymérisable, les fibres 10 optiques étant agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout le volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques. Il est ainsi obtenu une photopolymérisation de la résine conduisant à la formation 15 de fils polymère entre les deux pièces assemblées. Les différents modes de mise en oeuvre pouvant être combinées, lorsque techniquement compatibles, dans une zone d'assemblage. Dans une autre forme de mise en oeuvre du procédé, au moins un des éléments à assembler est un pli ou un empilage de plis comportant des fibres organiques ou 20 minérales, destinées à former une partie structurale d'une pièce en matériau composite, imprégnées d'une résine photopolymérisable, et dans lequel ledit pli ou empilage de plis est déposé sur une matrice, ou sur un ou des plis déposés antérieurement sur ladite matrice. Dans cette forme de mise en oeuvre, une contre-matrice est appliquée sur le pli ou empilage de plis déposé, et la contre-matrice comporte un réseau de fibres optiques 25 agencé pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par la résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques. Il est ainsi possible d'appliquer le procédé pour la réalisation de pièces par 30 empilement de plis et dans lequel la résine est photopolymérisée sans que les fibres optiques soient intégrées dans la pièce réalisée. Ainsi un nombre important de plis peut être déposé sans risque de diminution des performances mécaniques de la pièce résultante qui ne comporte que des fibres structurales maintenues par la résine polymérisée. En outre les plis déposés sont rapidement assemblés et consolidés simultanément à leurs assemblages. Les fibres optiques du réseau de fibres optiques sont par exemple incorporées dans un tissu de sorte à former des boucles, et ou conformées de sorte à former des boucles, réparties à la surface du tissue ou sur une longueur de chaque fibre optique, dont des rayons de courbure des fibres optiques dans les boucles induisent une émission de photons en dehors des fibres, au niveau des boucles, de la lumière injectée dans les fibres. Suivant cette forme de réseau de fibres optiques mis en oeuvre dans le procédé, la lumière est diffusée dans la résine de manière sensiblement uniforme dans toute la 10 zone d'interface de l'assemblage. Dans une forme de réalisation, le tissu dans lequel sont incorporées les fibres optiques comporte également des fibres minérales ou organiques. Il est ainsi obtenu un tissu incorporant les fibres optiques qui dispose de propriété mécaniques permettant au tissu d'être incorporé dans une pièce en tant qu'élément structural. 15 Dans une mise en oeuvre du procédé, les fibres optiques du réseau de fibres optiques sont réalisées dans un matériau polymère fusible sous l'effet d'une élévation de température, tel qu'un polyétheréthercétone ou PEEK. Un rayonnement lumineux est injecté dans les fibres optiques pendant ou après l'étape de photopolymérisation de sorte à provoquer le ramollissement ou la fusion des dites fibres optiques lors d'une 20 étape de consolidation de l'assemplage. Dans ce mode de mise en oeuvre, les fibres optiques disparaissent en tant que telle et le matériau polymère des fibres optiques se fond avec la matrice du matériau composite résultant qui ne comporte plus alors que les fibres de structure maintenue dans la matrice polymère durcie. 25 L'invention concerne également un pli d'assemblage pour la mise en oeuvre d'un assemblage de deux éléments par photopolymérisation suivant le procédé. Le pli d'assemblage comporte un réseau de fibres optiques imprégné de résine photopolymérisable. Le réseau est formé de fibres optiques agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles 30 suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans lesdites fibres optiques. Chaque fibre optique du réseau de fibres optiques est prolongée en dehors d'une zone d'interface d'assemblage du pli d'assemblage et l'ensemble des fibres optiques du réseau est agencé en dehors de la zone d'interface d'assemblage pour permettre le raccordement des fibres optiques à un dispositif d'injection d'une lumière de photopolymérisation. Il est ainsi obtenu un assemblage qui implique un volume des éléments 5 assemblés et n'est pas limité à un collage surfacique conventionnel sujet au "kiss bonding". Le pli peut être raccordé simplement à une source lumineuse extérieure qui peut être plus ou moins déportée et qui assure la production de la lumière nécessaire à la photopolymérisation. 10 Dans une forme de réalisation, les fibres optiques du pli sont réalisées dans un matériau polymère fusible par une élévation de température. Il est ainsi possible, lorsque la photopolymérisation a été effectuée, de provoquer la fusion des fibres par un excès d'énergie, par exemple apporté sous forme lumineuse au travers des fibres. 15 Dans une forme de réalisation, au moins certaines des fibres optiques incorporent des fibres résistantes non fusible à la température de fusion de la fibre optique. Ainsi lorsque le polymère de la fibre optique a été amenée à sa température de fusion il reste dans la structure de l'assemblage des fibres structurales qui concourent à renforcer l'assemblage. 20 Dans une forme de réalisation du pli, les fibres optiques sont incorporées dans un tissu ou dans des nappes de fils et conformées de sorte à former des boucles dont des rayons de courbure sont de l'ordre de grandeur d'un diamètre des dites fibres optiques. Le tissu comporte le cas échéant des fibres polymères et ou minérales de structure lui conférant également des propriétés d'un pli structural. 25 L'invention concerne également un outillage pour la réalisation d'une pièce par la mise en oeuvre du procédé. La pièce en matériau composite est formée par un empilage de plis comportant des fibres, organiques et ou minérales, imprégnées d'une résine photopolymérisable. 30 L'outillage comporte au moins une contre-matrice pour le compactage des plis empilés et comporte, avantageusement au voisinage de la surface de la contre-matrice, un réseau de fibres optiques agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable d'un pli dont le compactage est réalisé par ladite contre-matrice. L'outillage permet ainsi de réaliser l'assemblage et la consolidation de plis de fibres par exemple pour réaliser une pièce par assemblage de plis empilés, et en bénéficiant de la rapidité du durcissement par photopolymérisation.
Dans une forme de réalisation, de l'outillage, les fibres optiques du réseau sont maintenues immobilisées dans un matériau dur transparent aux rayonnements utilisés pour la photopolymérisation sur au moins une surface d'appui de la contre-matrice lors de l'application d'une force de compactage F. Les fibres optiques sont ainsi en mesure de rayonner la lumière nécessaire à la photopolymérisation en étant protégée mécaniquement lorsque la contre-matrice est appuyée sur les plis pour en assurer le compactage. Dans une forme de réalisation, dans l'outillage, les fibres optiques du réseau sont raccordées à une source de génération d'une lumière de photopolymérisation de sorte que la lumière soit injectée dans lesdites fibres optiques lorsque la source est activée.
La description et les dessins d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. Il est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les dessins : - la figure 1 illustre les étapes principales du procédé pour un mode de mise en oeuvre ; - la figure 2 illustre de manière schématique une structure d'un assemblage de deux éléments par un pli de d'assemblage placé entre les deux éléments; - la figure 3 illustre de manière schématique un exemple de pli d'un matériau composite à l'état non polymérisé et destiné à être déposé comme couche d'une pièce en matériau composite ; - la figure 4 illustre de manière schématique une structure d'un assemblage de deux éléments dans lequel des fibres optiques traversent l'épaisseur des éléments dans la zone de l'interface d'assemblage ; - la figure 5a illustre de manière schématique un outillage dont une contre matrice s'écarte de la matrice sur laquelle a été formée un premier pli d'une pièce en matériau composite ; - la figure 5b illustre de manière schématique un outillage dont la contre matrice exerce une force sur un second pli de la pièce en matériau composite et éclaire la résine photopolymérisable de ce second pli. Sur les différents dessins les parties ou composants sont représentés de manière symbolique et sans respecter l'échelle entre les différents éléments. Les formes et 5 dimensions sur les dessins sont choisies pour en favoriser la compréhension. Sur les différents dessins, même représentant des modes de réalisation différents de l'invention, des éléments similaires sont désignés par le même repère. La figure 1 présente de manière synoptique les principales étapes du procédé 10 d'assemblage de l'invention. Suivant le procédé 100 pour assembler deux éléments 20a, 20b, il est mis en oeuvre une colle, qui sera désignée dans la description de manière générique « résine », polymérisable sous l'effet d'un éclairage d'une lumière du domaine visible et 15 ou ultraviolet et ou infrarouge. De telles résines sont dites photopolymérisable, sont connues et présentent l'avantage d'une polymérisation rapide, en général quelques secondes, sous l'action d'un rayonnement ultraviolet d'intensité adaptée. 20 Suivant une autre caractéristique du procédé 100, la lumière est diffusée 140 au niveau de la résine photopolymérisable 12 dans l'ensemble d'un volume d'interface 21 d'assemblage des éléments placés dans une position préassemblée, de sorte que la lumière de photopolymérisation n'ait pas, pour diffuser dans ladite résine photopolymérisable, à traverser les éléments à assembler sinon sur de très faibles 25 épaisseurs correspondant sensiblement à une profondeur d'interaction de la résine avec le matériau de l'élément. Comme illustré sur les figures 2, 3, 4, 5a et 5b présentant différent exemples d'assemblages, afin de transporter les photons de la lumière devant interagir avec la 30 résine 12 pour provoquer sa polymérisation, un réseau de fibres optiques 11 est placé dans la zone d'interface de l'assemblage, zone d'interface qui doit être considérée dans une épaisseur de l'assemblage affectée par la résine, de sorte que des photons soient diffusés dans ladite zone pour obtenir la polymérisation souhaitée.
Il convient de considérer ici que d'une manière générale, les matériaux de pièces assemblées par collage ne sont pas transparents pour les photons, ou ne le sont que sur des épaisseurs très faibles pour certains matériaux comme par exemple des plis de matériaux composites comportant des fibres de carbone.
Afin d'assurer une polymérisation au niveau souhaité dans le volume d'interface 21 de la zone affectée par l'assemblage, la résine 12 doit être polymérisée en considérant la surface des éléments mis en contact et également une épaisseur sur laquelle la résine interagit sur le plan moléculaire avec les matériaux des éléments. Bien que le nombre de photons apporté pendant l'opération d'assemblage soit fini, 10 ce nombre est très grand de sorte que la polymérisation de la résine soit complète, autant que possible, et sans groupements fonctionnels libres, au moins un minimum, qui dans ce cas ne participeraient donc pas aux liaisons réalisant l'assemblage des éléments. 15 Suivant le procédé, il est recherché un volume d'interface qui interpénètre le matériau des éléments assemblés de sorte que la résine forme lors de la polymérisation des chaînes moléculaires longues qui pénètrent chacun des éléments de l'assemblage et forme des liaisons multiples assurant un « collage volumique ». Dans une forme de réalisation, lesdites chaînes moléculaires longues enveloppent 20 des composants internes des éléments assemblés, par exemple des fibres d'un matériau composite, de sorte que lesdites chaînes assurent un maintien des éléments assemblés même si des liaisons moléculaires entre la résine et le matériau des éléments assemblés ne se sont pas formées. 25 Suivant un premier exemple de mise en oeuvre du procédé, comme illustré sur la figure 2, il est utilisé un tissu de fibres optiques, c'est-à-dire un tissus comportant des fibres optiques 11 associées ou non à d'autres types de fibres, dont la conformation des fibres optiques et ou le principe du tissage entraîne la diffusion de photons le long des fibres optiques. 30 L'application ordinaire d'une fibre optique est de conduire les photons depuis une entrée de la fibre, à une de ses extrémités, jusqu'à une sortie de la fibre, à l'autre extrémité, avec le minimum de perte entre l'entrée et la sortie. Pour cela les fibres comportent des variations d'indices qui induisent la réflexion totale, ou la courbure, de la lumière qui reste piégée dans la fibre lors de sa propagation.
Dans le cas de l'invention, les fibres optiques 11 par leur conformation et ou par leur tissage forment des boucles avec des rayons de courbure relativement petit, par exemple d'un même ordre de grandeur qu'un diamètre des fibres, entre 0,1 et 10 fois le diamètre des fibres, de sorte qu'au niveau de chaque boucle une partie des photons se propageant dans une fibre ne respecte plus dans cette situation les conditions de réflexion totale et s'échappe latéralement par rapport à un axe de la fibre. Dans ce cas, chaque boucle va se comporter comme un émetteur de photons. Dans le tissu de fibres optiques, toutes les fibres optiques 11 se prolongent en dehors de la zone d'interface de l'assemblage jusqu'à un dispositif d'injection de lumière, non représenté, qui éclaire, pendant la durée nécessaire à la photopolymérisation, des extrémités accessibles des fibres pour apporter le nombre de photons nécessaires à la polymérisation. Il est par exemple mis en oeuvre des fibres optiques conventionnelles dans leur structure dont des caractéristiques propres : diamètre, matériaux constituant la fibre, indice de chaque matériau ou gradient d'indice ..., caractéristiques qui peuvent être choisies dans certaines mesures lors de la fabrication d'une fibre, sont choisis pour obtenir l'effet de diffusion de photons souhaité, par exemple par calculs et ou par expérimentation. Le choix de la fibre optique ainsi mise en oeuvre dépendra donc des 20 caractéristiques du volume d'interface de l'assemblage, par exemple l'épaisseur sur laquelle doit être polymérisé la résine photosensible, et de la forme de tissage de la fibre optique. Le tissu incorporant les fibres optiques 11 peut prendre de nombreuses formes parmi les formes obtenues dans les techniques de tissage connues étant compris que 25 les boucles formées doivent produire l'effet de diffusion de photons au niveau de chaque boucle, sans bloquer la propagation de la lumière dans la fibre. Dans une forme de réalisation, les fils de chaîne du tissu sont réalisés avec des fibres optiques et les fils de trame sont réalisés avec un autre matériau, par exemple un polymère et ou du verre et ou du carbone. 30 Le choix de cet autre matériau est par exemple réalisé en fonction des matériaux entrant dans la composition des éléments assemblés. Par exemple dans le cas de l'assemblage de pièces en matériau composite, auquel le procédé est particulièrement adapté, il pourra être utilisé comme autre matériau de fils du carbone pour des pièces en matériau composite à base de fibre de carbone de sorte à obtenir une structure aussi homogène que possible malgré le tissu incorporant les fibres optiques qui se trouve définitivement incorporé dans l'assemblage obtenu. Lors de la réalisation de l'assemblage, le premier élément 20b est placé 110 sur 5 un support. Un pli 10 d'assemblage est ensuite déposé 120 sur le premier élément et le second élément 20a est alors placé 120 sur le pli 10 d'assemblage qui se trouve pris entre les deux éléments dans la zone du volume d'interface 21. Ensuite, la lumière de photopolymérisation est injectée 140 dans les fibres 10 optiques 11 du pli 10 d'assemblage pendant une durée nécessaire à la polymérisation complète. Lorsqu'un autre élément doit être assemblé 150, il est repris le procédé à l'étape 120 par le dépôt d'un nouveau pli 11 de collage sur le dernier élément déposé. 15 On comprend bien ici que le tissage est considéré comme une méthode pour obtenir une diffusion de photons le long des fibres optiques dans tout le volume d'interface de l'assemblage. Il doit cependant être considéré que des fibres optiques conçues pour diffuser la lumière sur leur longueur, en continu ou à intervalles rapprochés, sans nécessairement avoir été tissées, pour obtenir le même résultat sur la 20 diffusion des photons peuvent, ou pourront en fonctions du développement de telles fibres, également être utilisées. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé, des plis 10, destinés à former une pièce par empilement, comportent des fibres 13 préimprégnées d'une résine 25 thermodurcissable et comportent des fibres optiques 11 comme il est décrit précédemment. Un ou plusieurs tels plis peuvent être intégrés dans une pièce au niveau d'une interface d'assemblage dans laquelle sera introduit lors de la réalisation de l'assemblage une résine photopolymérisable.. 30 Suivant un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention, de tels plis sont mis en oeuvre pour réaliser une pièce en matériau composite par empilage de plis. La figure 3 montre un exemple d'un pli 10 comportant, à titre d'exemple, deux nappes de fibres 13 avec lesquelles sont entrelacées des fibres optiques et imprégnées d'une résine photopolymérisable. Le nombre de deux nappes de fibres n'est ici limité à deux qu'à titre d'exemple, un nombre quelconque de nappes de fibres, présentant des orientations différentes souhaitées si besoin, pouvant être mis en oeuvre. Les fibres optiques entrelacées, en parcourant le volume imprégné de résine photopolymérisable étant alors en mesure de garantir la photopolymérisation de la résine dans toute l'épaisseur du pli. Dans ce cas le pli 10 cumule les fonctions assurées par le pli d'assemblage et par le deuxième élément à assembler, les étapes 120 et 130 du procédé étant alors confondues.
Dans ce cas chaque pli 10, constituant un élément à assembler du premier mode décrit, qui est déposé sur la pièce en cours de réalisation par empilage de plis, est consolidé sur le pli déposé précédemment aussitôt après son dépôt par la polymérisation 140 de la résine 12 photosensible, qui est réalisée dans le cas de l'invention en quelques secondes en injectant la lumière dans les extrémités accessibles des fibres optiques. Le procédé est dans ce cas beaucoup plus rapide que dans la méthode conventionnelle de consolidation réalisée en autoclave et qui exige plusieurs heures de maintien à une température relativement élevée au prix d'une dépense d'énergie beaucoup plus élevée que l'énergie nécessaire pour la photopolymérisation.
Suivant un quatrième mode de mise en oeuvre, deux éléments 20a, 20b à assembler sont traversés suivant une épaisseur des dits deux éléments placés dans la position souhaitée de leur assemblage, par des fibres optiques 11, lesdites fibres optiques, conformées pour diffuser des photons sur leur longueur, traversant lesdits éléments par des passages, non représentés, contenant de la résine photopolymérisable. La figure 4 illustre un exemple d'un tel assemblage comportant en outre des plis optionnels intérieurs 10a et extérieurs 10b participants au renfort de la zone d'assemblage. Lesdits plis optionnels ne sont pas indispensables et sont mis en oeuvre en 30 fonction du type d'assemblage. Les plis optionnels, lorsqu'ils sont mis en oeuvre, sont de préférence imprégnés de résine photopolymérisable et comportent avantageusement des fibres optiques 11. Chaque pli optionnel est par exemple un pli conforme à un des exemples de pli 10 décrit dans les autres modes de mise en oeuvre. Lorsque la résine remplissant les passages traversant l'épaisseur des pièces est photopolymérisée, il est créé des fibres de résine polymérisée qui forment autant de liaison d'assemblage des pièces. Les fibres optiques 11 traversant les pièces par les passages sont par exemple placées par piquage soit au travers du matériau formant les éléments assemblés ou au 5 travers des passages préalablement réalisés par des moyens de perçage compatibles avec les matériaux mis en oeuvre pour les dits éléments. Dans une forme de mise en oeuvre des fibres mécaniquement résistantes, par exemple des fibres de Kevlar (D, de verre ou de carbone sont également placées avec les fibres optiques dans les passages pour renforcer la liaison structurale entre les 10 éléments 20a, 20b. Il doit être remarqué ici, mais également dans le cas des autres modes de mise en oeuvre, que les éléments assemblés peuvent être des éléments rigides, par exemple des pièces en matériau composite, ou des éléments relativement souples, par exemple des tissus ou des films minces pouvant être assemblés pour former une enveloppe telle 15 qu'une enveloppe de réservoir. Dans une forme de réalisation, les fibres optiques 11 sont réalisées avec du polyétheréthercétone (PEEK) qui présente de meilleures caractéristiques mécaniques que les fibres optiques conventionnelles. 20 Avantageusement pendant l'application du procédé d'assemblage, l'apport d'énergie sous forme de rayonnement est maintenu au-delà du temps et ou de l'intensité nécessaire à la photopolymérisation, le cas échéant avec un spectre de longueur d'onde et ou une puissance de diffusion différente, de sorte que les fibres optiques en PEEK soient ramollies par le rayonnement non utilisé par la 25 photopolymérisation et que leur fusion au moins partielle participe au processus de consolidation de la pièce en matériau composite obtenue. Dans une variante du procédé des plis 14 devant former une pièce en matériau composite sont formés principalement de fibres structurales 13, par exemple des fibres 30 de carbone, imprégnée d'une résine 12 photopolymérisable. Chaque pli est déposé, le premier sur une matrice 31 d'un outillage 30, figure 5a, et les plis suivants sur des plis déjà déposés et consolidés, figure 5b. Ensuite une contre-matrice 32, plane sur les figures 5a et 5b mais pouvant présenter une forme à donner à la pièce, comportant un réseau de fibres optiques 11 adapté pour diffuser à la surface de ladite contre-matrice une lumière de photopolymérisation de la résine 12, est appliquée sur le pli 14 qui vient d'être déposé. On notera que suivant cette forme de mise en oeuvre du procédé il n'est pas déposé de pli d'assemblage comportant des fibres optiques, fibres optiques qui sont 5 agencées à demeure dans la matrice, et l'étape 120 n'est pas réalisée. Du fait de sa faible épaisseur, la résine du pli, comprimé sur les plis antérieurement déposés par la contre-matrice 32, est photopolymérisée dans toute son épaisseur lorsque la source de lumière, non représentée, génère l'énergie lumineuse de polymérisation de la résine. Pour une bonne polymérisation, il sera pris en compte la 10 transparence optique de la résine et l'intérêt d'utiliser une lumière dans le domaine de l'ultraviolet dont les photons sont plus énergétiques. Le réseau de fibres optiques 11 de la contre-matrice 32 est par exemple, comme dans le cas général de l'assemblage de deux éléments, un tissu de fibres optiques dans lequel sont formées des boucles qui émettent des photons de la lumière injectée dans 15 les dites fibres optiques. De préférence dans le cas de la contre-matrice, les fibres optiques 11 sont immobilisées dans un matériau dur 33 transparent aux rayonnements utilisés pour la photopolymérisation et qui permet d'appliquer une force de compactage F de la contre-matrice 32 puis l'éclairement de photopolymérisation en maintenant ladite force de 20 compactage. L'outillage 30 comporte avantageusement une source de génération de la lumière de photopolymérisation et un dispositif d'injection, non représentés, de la lumière dans les fibres optiques 12 de l'outillage 30. La source de lumière est rendue active lorsque le pli est mis en compression pour éviter que la résine 12 ne polymérise trop tôt. 25 En pratique un pli déposé est consolidé en quelques secondes et le processus de consolidation d'une pièce, même comportant plusieurs centaines de plis, ne dure en lui-même que quelques minutes tout au plus, donc beaucoup plus rapide qu'une consolidation en autoclave. 30 Outre le procédé dont des exemples de mise en oeuvre ont été décrit, l'invention concerne un pli incorporant des fibres optiques agencées pour diffuser la lumière sur la surface d'un réseau réalisé avec les fibres optiques et concerne également un outillage pour réaliser des pièces en matériau composite par un empilage de plis dont les fibres sont imprégnées de résine photopolymérisable.
Il est ainsi obtenu un procédé d'assemblage particulièrement rapide est peu consommateur d'énergie qui permet de réaliser des collages de parties structurales et l'assemblage de couches pour former une pièce en matériau composite par empilage de plis.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1 - Procédé (100) d'assemblage d'au moins deux éléments au moyen d'une résine (12) photopolymérisable, polymérisant sous l'action d'un rayonnement lumineux du domaine infrarouge, visible ou ultraviolet, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (140) de polymérisation de la résine (12) photopolymérisable par une émission de photons entre les dits deux éléments au moyen d'un réseau de fibres optiques (11), agencé de sorte à produire un éclairement sensiblement uniforme en tout point d'un volume d'une interface (21) d'assemblage.
  2. 2 - Procédé suivant la revendication 1 dans lequel entre des étapes (110, 130) de placement des deux éléments (20a, 20b) dans la position relative qu'ils doivent avoir dans un assemblage, un pli (10) d'assemblage comportant un réseau de fibres optiques (11) imprégnées de résine (12) photopolymérisable est déposé (120) entre lesdits deux éléments, lesdites fibres optiques étant agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques.
  3. 3 - Procédé suivant la revendication 1 dans lequel au moins un des éléments à assembler est un pli ou un empilage de plis comportant des fibres (13) organiques ou minérales, destinées à former une partie structurale d'une pièce en matériau composite, imprégnées d'une résine (12) photopolymérisable, ledit pli ou empilage de plis incorporant un réseau de fibres optiques (11), lesdites fibres optiques étant agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques.
  4. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3 dans lequel des fibresoptiques (11) sont agencées de sorte à traverser tout ou partie d'une épaisseur de chacun des deux éléments (20a, 20b) dans une zone de l'interface d'assemblage, les dites fibres optiques traversant les dits éléments par des passages dans lesquels est introduite de la résine (12) photopolymérisable, lesdites fibres optiques étant agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques.
  5. 5 - Procédé suivant la revendication 1 dans lequel au moins un des éléments à assembler est un pli ou un empilage de plis comportant des fibres (13) organiques ou minérales, destinées à former une partie structurale d'une pièce en matériau composite, imprégnées d'une résine (12) photopolymérisable, et dans lequel ledit pli ou empilage de plis est déposé (120) sur une matrice (31), ou sur un ou des plis déposés antérieurement sur ladite matrice, et dans lequel une contre-matrice (32) est appliquée sur ledit pli ou empilage de plis déposé, la dite matrice comportant un réseau de fibres optiques agencé pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques (11), ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans les fibres optiques.
  6. 6 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel les fibres optiques (11) du réseau de fibres optiques sont incorporées dans un tissu ou conformées de sorte à former des boucles, réparties à la surface du tissu et ou sur une longueur de chaque fibre optique, dont des rayons de courbure des fibres optiques dans les dites boucles induisent une émission de photons en dehors des fibres, au niveau des boucles, de la lumière injectée dans les fibres.
  7. 7 - Procédé suivant la revendication 6 dans lequel le tissu dans lequel sont incorporées les fibres optiques (11) comporte également des fibres (13) minérales ou organiques.
  8. 8 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel les fibres optiques (11) du réseau de fibres optiques sont réalisées dans un matériau polymère fusible sous l'effet d'une élévation de température, tel qu'un polyétheréthercétone, et dans lequel un rayonnement lumineux est injecté dans les dites fibres optiques pendant ou après l'étape (140) de photopolymérisation de sorte à provoquer le ramollissement ou la fusion des dites fibres optiques lors d'une étape de consolidation de l'assemblage.
  9. 9 - Pli (10) d'assemblage pour la mise en oeuvre d'un assemblage d'au moins deux éléments par photopolymérisation caractérisé en ce que ledit pli d'assemblage comporte un réseau de fibres optiques (11) imprégné de résine (12) photopolymérisable, ledit réseau étant formé de fibres optiques agencées pour diffuser des photons de manière continue sur une longueur de chacune des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable compte tenu de la transparence de la résine au rayonnement lumineux injecté dans lesdites fibres optiques, chaque fibre optique dudit réseau de fibres optiques étant prolongée en dehors d'une zone d'interface d'assemblage dudit pli d'assemblage et l'ensemble des fibres optiques dudit réseau étant agencé en dehors de la zone d'interface d'assemblage pour permettre le raccordement des fibres optiques à un dispositif d'injection d'une lumière de photopolymérisation.
  10. 10 - Pli d'assemblage suivant la revendication 9 dans lequel les fibres optiques (11) sont réalisées dans un matériau polymère fusible par une élévation de température.
  11. 11 - Pli d'assemblage suivant la revendication 10 dans lequel au moins certaines des fibres optiques (11) incorporent des fibres résistantes non fusible à la température de fusion du matériau polymère fusible des dites fibres optiques.
  12. 12 - Pli d'assemblage suivant l'une des revendications 9 à 11 dans lequel les fibres optiques (11) sont incorporées dans un tissu ou dans des nappes de fils et conformées de sorte à former des boucles dont des rayons de courbure sont de l'ordre de grandeur d'un diamètre des dites fibres optiques, ledit tissu comportant le cas échéant des fibres polymères et ou minérales de structure.
  13. 13 - Outillage (30) pour la réalisation d'une pièce en matériau composite formée par un empilage de plis comportant des fibres (13), organiques et ou minérales, imprégnées d'une résine (12) photopolymérisable, ledit outillage comportant au moins une contre-matrice (32) pour le compactage des plis empilés caractérisé en ce que ladite contre-matrice comporte un réseau de fibres optiques (11) agencées pour diffuser des photons de manière continue sur la longueur des dites fibres optiques, ou à intervalles suffisamment petits, pour diffuser des photons dans tout un volume occupé par ladite résine photopolymérisable d'un pli dont le compactage est réalisé par ladite contre-matrice.
  14. 14 - Outillage suivant la revendication 13 dans lequel les fibres optiques (11) du réseau sont maintenues immobilisées dans un matériau dur (33) transparent aux rayonnements utilisés pour la photopolymérisation sur au moins une surface d'appui de la contre-matrice lors de l'application d'une force de compactage F.
  15. 15 - Outillage suivant la revendication 13 ou la revendication 14 dans lequel les fibres optiques (11) du réseau sont raccordées à une source de génération d'une lumière de photopolymérisation de sorte que la lumière soit injectée dans lesdites fibres optiques lorsque la source est activée.
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