FR3020778A1 - Procede et machine pour la realisation de preformes par application sans compactage de fibres orientees - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation de préformes par application de fibres sur une surface d'application, un procédé de réalisation de pièces en matériau composite à partir desdites préformes, et une machine d'application correspondante. Le procédé de réalisation de préformes comprend l'application sans compactage de fibres continues (9), sur la surface d'application au moyen d'une tête d'application (1) dans des orientations définies, ladite application étant réalisée par déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface de drapage selon différentes trajectoires, sans compactage des fibres par la tête d'application, la ou les fibres étant entraînées positivement dans la tête d'application, et le compactage des fibres appliquées pour obtenir une préforme.

Description

La présente invention concerne un procédé de réalisation de préformes par application de fibres sur un outillage, un procédé de réalisation de pièces en matériau composite à partir desdites préformes, et une machine d'application correspondante.

Il est connu notamment par le document EP 1 250 991 des procédés de réalisation de préformes par projection de fibres éventuellement associées à un liant. Les fibres déroulées depuis des bobines ou pelotes sont acheminées jusqu'à une tête de projection dans laquelle les fibres sont coupées par des couteaux rotatifs en segments de 10 à 50 mm. La tête est montée à l'extrémité d'un bras robotisé pour faire une projection en continu de fibres coupées sur un outillage, par exemple un moule femelle. Le liant, par exemple sous forme filaire, est également acheminé jusqu'à la tête pour être coupé et projeté avec les fibres coupées. Ce moule peut être percé d'une multitude de trous pour permettre une aspiration et un maintien des fibres projetées. Une fois la projection terminée, le moule est refermé et chauffé pour compresser la préforme à l'épaisseur souhaitée, et fondre le liant. La préforme est obtenue après refroidissement et démoulage. Cette préforme peut ensuite être soumise à une opération d'infusion ou d'injection de résine pour obtenir une pièce finale en matériau composite, comprenant des fibres et une matrice de résine. Ce procédé est classiquement utilisé pour la fabrication de préforme à partir de fibres de verre. Cette technique de projection de fibres assure de bonnes cadences pour la production de préformes. Un inconvénient de cette technique est la faible tenue mécanique de la pièce finale en raison des fibres courtes et non orientées par rapport à des contraintes principales, les fibres courtes étant projetées de manière aléatoire. Cette technique ne peut être utilisée pour la fabrication de pièces de structure. Il est également connu des procédés dit de placement de fibres dans lesquels des fibres continues sont déposées au contact sur un outillage dans des orientations définies. Ce procédé d'application au contact est mis en oeuvre au moyen d'une tête d'application de fibres comportant un rouleau d'application destiné à venir en contact contre l'outillage pour appliquer une bande formée d'une ou plusieurs fibres plates continues, et un système de guidage pour guider la ou les fibres sur ledit rouleau. Les fibres appliquées peuvent être des fibres plates continues, de type mèches, sèches ou imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique, notamment des fibres de carbone, constituées d'une multitude de fils ou filaments de carbone. Ces procédés permettent de réaliser des pièces de structure de bonne tenue mécanique. Toutefois les cadences de production apparaissent peu compatibles avec celles requises dans certains domaines, en particulier dans le domaine automobile. Le but de la présente invention est de proposer une solution visant à pallier les inconvénients précités.

A cet effet, la présente invention propose un procédé de réalisation de préformes comprenant l'application de fibres sur une surface d'application ou surface de drapage, caractérisé en ce qu'il comprend - l'application sans compactage de fibres continues, de préférence unidirectionnelles, sur la surface d'application au moyen d'une tête d'application dans des orientations définies, lesdites orientations des plis étant définies en fonction de contraintes principales exercées sur la pièce finale obtenue à partir de la préforme, ladite application étant réalisée par déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface de drapage, à une vitesse d'application, selon différentes trajectoires, sans compactage des fibres par la tête d'application, pour former plusieurs plis superposés de fibres dans différentes orientations, la ou les fibres étant entraînées positivement dans la tête d'application, de préférence à une vitesse d'entraînement au moins égale à la vitesse d'application, de sorte que les fibres soient appliquées sans fixation préalable des fibres à ladite surface d'application ou aux fibres préalablement appliquées. - le compactage, également appelé formage, des fibres appliquées pour obtenir une préforme.

Dans la présente, une « application sans compactage » ou « application sans contact » désigne une application au moyen de la tête d'application sans compactage des fibres par la tête d'application contre la surface de drapage. Selon l'invention, le procédé comprend l'application de fibres 35 continues et orientées, les fibres à appliquer étant entraînées positivement continûment dans la tête d'application. Cette application sans compactage se fait au plus près possible de la surface à draper, afin de limiter la distance non guidée des fibres déposées. Les fibres sont réacheminées en continu durant le drapage et coupées à la longueur souhaitée. L'entraînement continu permet d'évacuer de façon active les fibres sans nécessiter une première accroche sur l'outillage. Cette application est effectuée sans compactage et peut de ce fait être réalisée à des cadences importantes, plus élevées que dans le cas d'une application au contact au moyen d'un rouleau de compactage. La précision d'application des fibres selon le procédé selon l'invention est io moins importante que celle obtenue par un procédé d'application au contact au moyen d'un rouleau, la préforme résultante pouvant présenter dans un pli des taux de recouvrement de fibres et des taux de vide, classiquement appelés taux de gap, plus importants, et une précision d'orientation moins élevée. Toutefois, les fibres appliquées 15 sont orientées et permettent d'obtenir des pièces présentant une bonne tenue mécanique, meilleure que dans le cas d'une projection de fibres courtes de manière aléatoire. Selon un mode de réalisation, l'application sans compactage de fibres est réalisée au moyen d'une tête d'application apte à appliquer au 20 moins une fibre, de préférence plusieurs fibres simultanément, en particulier sous la forme d'une bande formées de plusieurs fibres sensiblement bord à bord, ladite tête comprenant des moyens d'entraînement aptes à entraîner chaque fibre, de préférence individuellement, lesdits moyens d'entraînement comprenant au moins 25 un galet ou rouleau d'entraînement, dont la vitesse d'entraînement est fonction de la vitesse d'application, et un contre-galet apte à plaquer la fibre contre le rouleau d'entraînement, de sorte que la fibre soit entraînée positivement par ce dernier. Les fibres peuvent être entraînées à une même vitesse 30 d'entraînement, par exemple au moyen d'un rouleau d'entraînement commun, ou à des vitesses d'entraînement différentes, un galet d'entraînement étant alors associés à chaque fibre. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l'application de fibres munies d'un liant et/ou l'application de liant sur la surface 35 d'application simultanément et/ou ultérieurement à l'application des fibres.

Le compactage peut être réalisé à froid ou à chaud. Dans le cas d'un compactage à chaud, ledit liant est activé par chauffage lors de l'opération de compactage, ledit liant assurant la cohésion de la préforme après le compactage.

Ladite application de liant comprend de préférence la pulvérisation d'un liant liquide et/ou la projection d'un liant sous forme de poudre, ledit liant permettant l'adhésion des fibres appliquées sur la surface d'application et/ou les fibres préalablement appliquées. Selon un premier mode de réalisation, le procédé selon io l'invention est un procédé de réalisation de préformes sèches, comprenant moins de 10% en poids de liant, de préférence moins de 5% en poids de liant, ladite préforme sèche étant par la suite soumise à une opération d'imprégnation d'une résine pour former une pièce composite. Les préformes sèches sont obtenues par application de 15 fibres sèches munies d'un liant et/ou par application de fibres sèches, sans liant et application de liant sur la surface d'application. Selon un second mode de réalisation, le procédé est un procédé de réalisation de préformes de type pré-imprégnées, comprenant au moins 30% en poids de liant, de préférence au moins de 40% en poids 20 de liant, ledit liant constituant la matrice de la pièce composite finale, la préforme pré-imprégnée étant pas la suite soumise à une opération d'imprégnation, pour une imprégnation à coeur du liant dans les fibres, puis une opération de durcissement. Les préformes pré-imprégnées sont obtenues par application de fibres pré-imprégnées, et/ou par application 25 de fibres sèches, sans liant, et application de liant sur la surface d' application. Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend l'application d'un agent d'adhésion, telle que de l'eau, pour favoriser l'adhésion par capillarité des fibres appliquées sur l'outillage ou les 30 fibres des plis préalablement drapés. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des opérations de coupe des fibres par des moyens de coupe de la tête d'application, en fin de trajectoire, et/ou en cours de trajectoire, lesdits moyens de coupe étant disposés en aval des moyens d'entraînement par 35 rapport à la direction d'avancement des fibres dans la tête d' application.

Selon un mode de réalisation, en aval des moyens de coupe, les fibres coupées sont entraînées par des moyens d'entraînement complémentaires comprenant de préférence pour chaque fibre un canal dans lequel circule un flux gazeux d'amont en aval. Ces moyens s d'entraînement complémentaires permettent de déposer des fibres de longueurs restreintes, notamment inférieure à la distance entre les moyens de coupe et la surface d'application. Ces moyens d'entraînement complémentaires peuvent également entraîner les fibres dans l'ensemble du système de guidage principal. 10 Selon un mode de réalisation, en aval des moyens de coupe, les fibres sont guidées par des moyens de guidage additionnels, comprenant au moins un canal dont au moins la portion aval est formée par un tube flexible venant en contact avec la surface d'application lors de l'application, ceci afin de réduire la distance entre la tête et 15 l'outillage. Avantageusement la tête comprend un tube flexible par fibre, chaque tube flexible pouvant bouger de façon indépendante. Selon un mode de réalisation, afin de faciliter le maintien de l'ensemble de plis sur l'outillage, l'application comprend l'application à plat par le dessus de fibres sur une surface d'application sensiblement 20 plane. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l'application au contact de fibres dans des orientations définies au moyen d'une tête d'application comprenant un rouleau de compactage, de préférence manoeuvrable entre une position active pour permettre une application 25 avec compactage, au contact, avec ledit rouleau, et une position inactive dans laquelle la tête est utilisée pour une application sans compactage de fibres, ladite application au contact étant réalisée, par déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface d'application selon différentes trajectoires, ladite tête étant en appui par 30 son rouleau de compactage contre la surface d'application, le contre- galet précité des moyens d'entraînement étant de préférence dans une position inactive, de sorte que la fibre ne soit pas entraînée positivement dans la tête lors de l'application au contact. Selon ce mode de réalisation, le procédé comprend une combinaison d'application sans 35 compactage de fibres et d'application avec compactage de fibres. Cette application de fibres au contact, appelée placement de fibres, peut être effectuée pour réaliser des renforts locaux par exemple, avant une application sans compactage de fibres et/ou après une application sans compactage de fibres et un compactage desdites fibres appliquées sans compactage.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de pièces en matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend - la réalisation d'une préforme par application de fibres tel que décrit précédemment, - une étape d'imprégnation de résine dans la préforme, ladite étape d'imprégnation comprenant l'ajout d'une ou plusieurs résines par infusion ou injection, ou le chauffage de la préforme pour imprégner dans l'ensemble de la préforme la ou les résines formant le liant ; et, - une étape de durcissement.

Ladite étape d'imprégnation peut être effectuée après une éventuelle étape de détourage de la préforme. La présente invention a également pour objet une machine d'application de fibres comprenant - une tête d'application comportant un système de guidage principal pour guider au moins une fibre continue vers une surface d'application, des moyens d'entraînement aptes à entraîner chaque fibre à une vitesse d'entraînement, lesdits moyens d'entraînement comprenant un rouleau d'entraînement et un galet apte à plaquer la fibre contre le rouleau d'entraînement, et de préférence des moyens de coupe aptes à couper chaque fibre, de préférence individuellement, - des moyens de déplacement aptes à effectuer un déplacement relatif de la tête par rapport à la surface d'application d'un outillage pour appliquer les fibres selon des trajectoires à une vitesse d'application, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de commande apte à piloter les moyens d'entraînement pour entraîner à une vitesse d'entraînement chaque fibre à appliquer en fonction de la vitesse d'application, de sorte que la fibre soit entraînée positivement pour l'application de ladite fibre sur la surface de drapage.

La machine comprend en outre de préférence, un système de stockage et de distribution pour stocker et distribuer au moins une fibre, et/ou des moyens d'acheminement pour acheminer la ou les fibres dudit système de stockage et distribution vers le système de guidage principal de la tête. Selon un mode de réalisation, le système de guidage principal comprennent des canaux de guidage, la tête comprend en outre des moyens d'entraînement complémentaires, aptes à entraîner les fibres au moins en aval des moyens de coupe, lesdits moyens d'entraînement complémentaires comprenant des moyens d'injection pour injecter un fluide gazeux, tel que de l'air comprimé ou tout autre type de gaz dans io lesdits canaux de guidage, afin de créer un flux d'air d'amont en aval, en direction du bord inférieur de la tête, au moins en aval des moyens de coupe, lesdits moyens d'injection étant disposés par exemple en aval des moyens de coupe pour entraîner les fibres venant d'être coupées. De préférence les moyens d'injection sont disposés en amont des 15 moyens de coupe, mieux encore, en amont des moyens d'entraînement, pour entraîner les fibres dans le système de guidage principal. Ce flux d'air permet d'entraîner les fibres vers la surface d'application et permet en particulier d'appliquer sur une surface d'application, dans une orientation donnée, des fibres de longueur inférieure à la distance 20 entre la zone de coupe de la fibre et la surface d'application. Selon un mode de réalisation, la tête comprend des moyens de guidage additionnels aptes à guider la ou les fibres en aval du système de guidage principal, lesdits moyens de guidage additionnels comprennent au moins un tube flexible, de préférence un tube flexible 25 par fibre, apte à venir contre la surface d'application, en se déformant, pour l'application de fibres, lesdits moyens d'entraînement complémentaires entraînant le cas échéant les fibres dans ledit tube flexible. Selon un mode de réalisation, la tête comprend au moins un 30 rouleau d'application monté mobile par rapport audit système de guidage principal entre au moins - une position active dans laquelle le système de guidage principal est apte à guider les fibres sur ledit rouleau pour l'application au contact d'une bande formée d'une ou plusieurs fibres sur la surface 35 d'application, et, - une position inactive, dans laquelle ledit rouleau est écarté du système de guidage principal pour l'application sans compactage d'une bande, ladite tête comprenant un système d'actionnement apte à manoeuvrer le rouleau entre ses deux positions.

Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de guidage additionnels sont montés mobiles par rapport audit système de guidage principal entre au moins une position active dans laquelle ladite bande est apte à être guidée par les premiers moyens de guidage additionnels pour l'application sans compactage d'une bande, et une position inactive, dans laquelle les premiers moyens de guidage additionnels sont écartés du système de guidage principal, ladite tête comprenant des moyens d'actionnement aptes à manoeuvrer le rouleau en position active et les premiers moyens de guidage additionnels en position inactive pour appliquer au contact une bande au moyen du rouleau, et à manoeuvrer le rouleau en position inactive et les premiers moyens de guidage additionnels en position active pour appliquer sans compactage une bande. Selon un mode de réalisation, la manoeuvre du rouleau d'application et des premiers moyens de guidage additionnels entre 20 leurs deux positions est réalisée par pivotement autour d'un ou plusieurs axes de pivotement. Selon un mode de réalisation, le rouleau et les premiers moyens de guidage additionnels sont montés sur un module support commun apte à être manoeuvré par ledit système d'actionnement pour leur 25 manoeuvre entre leurs deux positions, ledit module support étant monté aux extrémités inférieures de deux bras s'étendant de part et d'autre du système de guidage principal, les bras étant montés pivotant par rapport au système de guidage principal par leur extrémité supérieure autour d'un axe de pivotement, disposé au-dessus de l'axe de rotation du 30 rouleau. Selon un autre mode de réalisation, le rouleau et les premiers moyens de guidage additionnels sont montés sur des modules support séparés, montés pivotant via des bras pivotant. Selon un mode de réalisation, la tête comprend en outre des 35 seconds moyens de guidage additionnels montés sur le module support du rouleau et aptes à guider chaque fibre sortant du système de guidage principal vers le rouleau lorsque ledit rouleau est en position active. La tête peut comprendre - une cale de compactage montée sur le module support du 5 rouleau, et/ou - un ou plusieurs systèmes de chauffage, par exemple montés sur le module support commun ou les modules support séparés, aptes à émettre un rayonnement thermique en direction de la bande de fibres avant son application sans compactage et/ou avant son application au io contact et/ou en direction du moule ou des bandes de fibres déjà appliquées ; et/ou - des moyens d'application, pour appliquer un liant ou un agent d'adhésion en amont du bord inférieur ou aval du système moyens de guidage principal par rapport à la direction d'avancement de la tête, sur 15 la surface d'application et/ou des fibres préalablement appliquées. Selon un mode de réalisation la machine comprend un outillage de drapage équipé de moyens de mise sous vide pour favoriser le maintien par aspiration des fibres drapées sur la surface d'application. Selon un mode de réalisation, ledit système de guidage principal 20 est apte à guider une pluralité de fibres vers le rouleau d'application sous la forme d'une bande, le système de guidage principal comprend des premiers et seconds moyens de guidage disposés en quinconce selon deux plans de guidage se rapprochant l'un de l'autre d'amont en aval pour guider les fibres vers bord aval du système de guidage 25 principal sous la forme de deux nappes de fibres, les premiers et seconds moyens de guidage comprenant des premiers canaux et des second canaux débouchant sur le bord aval du système de guidage principal. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, 30 caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre de modes de réalisation particuliers actuellement préférés de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une tête 35 d'application selon l'invention pour la réalisation de préforme ; - les figures 2A et 2B sont deux vues schématiques de côté illustrant l'opération de drapage au moyen de la tête de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus de l'outillage de drapage illustrant des fibres drapées selon différentes orientations ; - les figures 4A, 4B et 4C, sont des vues schématiques de côté illustrant l'opération de compactage et une préforme résultante ; - la figure 5 illustre une variante de trajectoire de la tête pour le drapage de fibres ; - la figure 6 est une vue schématique de côté l'outillage de drapage 10 illustrant une variante d'application de fibres ; - la figure 7 est une vue schématique de côté illustrant une opération d'application de liant au moyen de la tête d'application ; - la figure 8 est une vue schématique partielle d'une tête d'application selon un deuxième mode de réalisation, en position 15 application avec compactage ; - la figure 9 est une vue agrandie partielle de tête de la figure 8 ; - la figure 10 est une vue analogue de celle de la figure 8, la tête étant en position application sans compactage ; - la figure 11 est une vue agrandie partielle de tête de la figure 20 10 ; et, - la figure 12 est une vue schématique partielle d'une tête d'application selon un troisième mode de réalisation. La figure 1 illustre partiellement une tête 1 d'application de fibres selon l'invention, également, appelée tête de drapage, prévue ici 25 pour l'application d'une bande formée d'une ou plusieurs fibres. Les fibres 9 entrent dans la tête sous la forme de deux nappes de fibres, et la tête 1 comprend un système de guidage principal 11 permettant de guider les fibres pour former en sortie une bande de fibres dans laquelle les fibres sont disposées côte à côte. 30 Le système de guidage principal comprend des premiers canaux de guidage 111a et des seconds canaux de guidage 111b dans lesquels passent respectivement les fibres de la première nappe et les fibres de la seconde nappe. Ces canaux de guidage sont par exemple formés à l'interface d'assemblage d'une pièce centrale 112, en forme de coin, et 35 de deux plaques latérales 113a, 113b, par exemple par des rainures formées sur les faces de la pièce centrale et/ou des plaques latérales.

Les premiers canaux et les seconds canaux sont disposés en quinconce, selon deux plans Pl, P2 de guidage se rapprochant l'un de l'autre d'amont en aval, de sorte que les fibres des deux nappes soient sensiblement disposées bord à bord en sortie de la tête, au niveau du bord aval 114 de la tête, appelé également bord inférieur. Les plans Pl, P2 de guidage sont disposés symétriquement de part et d'autre du plan P3 médian de symétrie du système de guidage. La tête comprend par exemple une structure support (non représentée) sur laquelle est monté le système de guidage principal et io par laquelle la tête peut être assemblée à un système de déplacement, apte à déplacer la tête selon au moins trois directions perpendiculaires les unes aux autres. Le système de déplacement comprend par exemple un robot comprenant un poignet ou bras poly-articulé à l'extrémité duquel est montée ladite tête d'application. En variante, la tête est fixe 15 et le moule ou outillage de drapage est apte à être déplacé par rapport à la tête pour effectuer les opérations de drapage. Les fibres sont acheminées depuis des moyens de stockage (non représentés) jusqu'à la tête via des moyens d'acheminement (non représentés). Les moyens de stockage de fibres peuvent comprendre un cantre dans le cas de fibres 20 conditionnées sous forme de bobines. Les moyens d'acheminement peuvent être formés de tubes flexibles, chaque tube recevant une fibre dans son passage interne. La tête comprend en outre, de part et d'autre du système de guidage principal, des moyens de coupe 12, pour couper 25 individuellement chaque fibre passant dans le système de guidage, des moyens de blocage 13, disposés en amont des moyens de coupe par rapport à la direction d'avancement des fibres, pour bloquer chaque fibre venant d'être coupée, et des moyens d'entraînement 14, disposés en amont des moyens de coupe, pour entraîner individuellement chaque 30 fibre, ceci afin de pouvoir à tout moment stopper et reprendre l'application d'une bande, ainsi que choisir la largeur de la bande. Pour chaque fibre d'une nappe, les moyens de coupe 12 comprennent une lame 121 montée à l'extrémité de la tige d'un vérin 122 de coupe. Le vérin de coupe est apte à déplacer sa lame depuis une 35 position de repos vers une position de coupe pour couper une fibre. Les moyens de coupe comprennent par exemple des contre-outils disposés sur la pièce centrale 112, en vis-à-vis des bords de coupe des lames, et contre lesquels les lames viennent en butée en position de coupe. Pour chaque nappe, les vérins sont disposés selon une rangée, et les contre-outils comprennent une barre, par exemple en matériau élastomère, logée dans la pièce centrale. Pour chaque fibre d'une nappe, les moyens de blocage 13 comprennent un plot 131 monté à l'extrémité de la tige d'un vérin 132 de blocage. Le vérin de blocage est apte à déplacer son plot depuis une position de repos vers une position de blocage pour bloquer une fibre. io Les moyens de blocage comprennent des contre-outils de blocage disposés sur la pièce centrale, en vis-à-vis des surfaces d'appui des plots, et contre lesquels les plots viennent en butée en position de blocage. Pour chaque nappe, les vérins de blocage sont disposés selon une rangée, au-dessus de la rangée de vérins de coupe, lesdits contre- 15 outils sont formés par exemple d'une même barre rigide logée dans un logement de la pièce centrale. Pour chaque fibre d'une nappe, les moyens d'entraînement 14 comprennent un contre-galet 141 actionné par un vérin 142 d'entraînement entre une position écartée, dite de repos, dans laquelle 20 le contre-galet est disposé à distance d'un galet d'entraînement, et une position d'entraînement pour plaquer la fibre contre le galet d'entraînement 143. Le contre-galet 141 est monté libre en rotation sur une chape montée à l'extrémité libre de la tige du vérin 142 d'entraînement. Pour chaque nappe, les vérins d'entraînement et les 25 contre-galets sont disposés selon une rangée, entre la rangée de vérins de coupe et la rangée de vérins de blocage. Les galets d'entraînement sont montés sur un même axe ou tige d'entraînement 144. Les deux tiges d'entraînement portant les galets d'entraînement sont montées rotatives sur la pièce centrale 112. Lors des opérations drapage, les 30 tiges d'entraînement sont entraînées continûment en rotation, dans le sens de rotation représenté par les flèches S 1. Les tiges d'entraînement sont par exemple entraînées en rotation par un même moteur, au moyen d'une courroie montée sur les extrémités des tiges d'entraînement et de l'arbre moteur. Le moteur est piloté par une unité de commande de la 35 tête de sorte que la vitesse de rotation ou d'entraînement des galets d'entraînement soit proportionnelle à la vitesse de déplacement ou d'application de la tête. En variante, les galets d'entraînement pour les fibres de chaque nappe sont remplacés par un même rouleau d'entraînement. Les moyens de blocage 13, les moyens d'entraînement 14 et les 5 moyens de coupe 12 de la première nappe et de la seconde nappe sont disposés symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie P3. Selon des variantes de réalisation, en fonction de l'encombrement et de la largeur des fibres déposées, les moyens d'entraînement, de coupe et/ou de blocage pour une nappe de fibres sont disposés sur deux 10 rangées superposées, lesdits moyens pour deux fibres adjacentes d'une même nappe étant sur des rangées différentes. Lors des opérations de drapage, les vérins de coupe, de blocage et d'entraînement, par exemple de type pneumatique, sont commandés par une unité de commande de la tête. La tête est par exemple prévue 15 pour recevoir huit fibres, de 6,35 mm de large, et permettre l'application de bandes de une à huit fibres. La tête comprend en outre des moyens d'injection d'air 15 pour injecter de l'air comprimé dans les canaux de guidage 111a, 111b, et créer un flux d'air d'amont en aval, en direction du bord inférieur 114 20 de la tête. Ces moyens d'injection d'air comprennent des tubes d'injection 151 connectés aux canaux de guidage, en aval des moyens de coupe. Le flux d'air est de préférence climatisé, à savoir régulé en température et/ou en hygrométrie, et purifié pour éviter toute pollution des fibres. 25 La tête est utilisée pour appliquer des fibres sur un moule, par déplacement relatif de la tête au-dessus d'un outillage de drapage, sans contact entre la tête et l'outillage de drapage, les fibres à appliquer étant entraînées positivement par leurs galets d'entraînement respectifs contre lesquels les fibres sont plaquées par leurs contre-galets respectifs en 30 position d'entraînement. A titre d'exemple, la tête est utilisée pour la réalisation d'une préforme sèche P de section en oméga, telle qu'illustrée à la figure 4C, à partir de fibres sèches, munies d'un liant sous forme de poudre et/ou d'un ou plusieurs voiles, et/ou de sous forme de fibres co-mêlées, par 35 exemple des fibres de carbone, plates continues, de type mèches, comprenant une multitude de fils ou filaments de carbone, avec un liant thermoplastique sous forme de poudre, présent en quantité de l'ordre de 2% en poids. En référence aux figures 2A, 2B et 3, la préforme P est réalisée en superposant plusieurs plis de fibres dans des orientations à 0°, 90°, +45° et -45°, sur la surface d'application 21 d'un outillage de drapage 2, qui constitue ici un outillage de formage mâle. La surface d'application 21 correspond à la surface intérieure de la préforme à réaliser, et est munie d'un bossage longitudinal dont la section correspond à la section de la préforme à réaliser. La surface présente ainsi une partie plane supérieure 21a reliée à des parties planes latérales 21b par deux parties formant rampes 21c. Chaque pli est réalisé en déplaçant la tête selon des trajectoires de drapage parallèles pour déposer à chaque trajectoire une bande B de fibres 91. La figure 3 illustre de manière schématique uniquement deux bandes de fibres d'un pli à 90°, et uniquement une bande de chaque pli suivant à 0°, +45° et -45°. Les figures 2A et 2B illustrent une opération d'application d'une bande de fibres sur l'outillage par déplacement de la tête selon une trajectoire T1 à 90°. Lors du déplacement de la tête, les galets d'entraînement entraînent continûment les fibres pour les déposer sur la surface de l'outillage de drapage. Dans ce mode de réalisation, la trajectoire est sensiblement rectiligne et est définie de sorte que la tête puisse passer au-dessus du bossage sans entrer en contact avec ce dernier. En fin de trajectoire, chaque fibre est coupée, bloquée et son contre-galet est manoeuvré en position de repos.

Après réalisation des différents plis souhaités, l'ensemble de plis E est soumis à une opération de compactage également appelée opération de formage, ladite opération consistant à compacter l'ensemble de plis entre l'outillage de formage mâle 2 et un outillage de formage femelle 3, présentant une gorge longitudinale de forme correspondant à celle du bossage, par rapprochement relatif de l'outillage de drapage et de l'outillage de moulage femelle, tel qu'illustré aux figures 4A et 4B. Ce compactage est réalisé à chaud, par chauffage des deux outillages 2, 3, afin de ramollir le liant et obtenir une préforme. En variante, le compactage est réalisé en utilisant un système de bâche à vide à la place de l'outillage de formage femelle. La préforme résultante est ensuite soumise à une opération d'ajout de résine par injection et/ou infusion pour obtenir au final une pièce en matériau composite. Dans une variante de réalisation, les fibres appliquées sont des fibres pré-imprégnées d'une ou plusieurs résines thermoplastiques ou thermodurcissables. Après l'application des fibres, l'ensemble de plis est soumis à une opération de compactage, telle que décrite précédemment, et à une opération de durcissement, également appelée opération de consolidation, ces deux opérations pouvant être combinées et être réalisées avec les mêmes outillages. io Selon autre mode de réalisation, l'opération de drapage consiste à draper à plat une pluralité de plis sans compactage dans des orientations complémentaires sur une surface sensiblement plane d'un outillage de drapage formé d'une plaque. Après drapage l'ensemble de plis est soumis à une opération de formage entre un outillage de formage mâle et 15 un outillage de formage femelle. A titre d'exemple, l'ensemble de plis est transféré depuis l'outillage de drapage sur l'outillage de formage femelle. La figure 5 illustre une variante de réalisation de trajectoires, dans laquelle la tête 1 suit la surface d'application 21 en restant sensiblement 20 à la même distance de cette dernière, de manière à réaliser une application sans contact au plus près possible de la surface d'application 21, et ainsi limiter la distance sur laquelle les fibres ne sont pas guidées. La tête est ici équipée d'un système de chauffage 16 afin de chauffer le liant en cours d'application des fibres, et ainsi permettre une adhésion 25 des fibres des différents plis. Le système de chauffage, par exemple de type lampe infrarouge, chauffe les fibres avant leur application sur la surface d'application, ainsi que la surface d'application ou les fibres préalablement déposées en amont du bord inférieur de la tête par rapport à la direction d'avancement. 30 La figure 6 illustre une variante d'application de fibres dans laquelle des opérations de coupe des fibres sont réalisées au cours de chaque trajectoire afin d'appliquer des fibres courtes 94, de quelques centimètres, par exemple de l'ordre de 5 à 8 cm, les uns derrières les autres. Au cours d'une trajectoire, chaque fibre est coupée en segments 35 94 via ses moyens de coupe associés, tout en étant continument entraînée par ses moyens d'entraînement. L'application est réalisée en effectuant des trajectoires de tête telle qu'illustrée à la figure 5, et en injectant de l'air via les tubes d'injection 151 pour entraîner vers la surface d'application les fibres une fois coupées. La figure 7 illustre une variante de réalisation dans laquelle la tête 5 1 est équipée de moyens d'application 17 pour l'application d'un liant sur la surface d'application 21 ou sur les fibres préalablement déposées. Les moyens d'application de liant comprennent une buse pour pulvériser un liant liquide ou pour projeter un liant sous forme de poudre. L'application de liant est réalisée en cours d'application de fibres ou 10 entre les applications de fibres, par exemple avant la réalisation d'un pli. A titre d'exemple, les fibres appliquées sont des fibres sèches, non munies de liant, les moyens d'application sont utilisés pour appliquer un liant, en une quantité suffisante, de l'ordre d'environ 4% en poids, pour permettre lors de l'application une adhérence des fibres appliquées sur la 15 surface d'application ou sur les fibres des plis précédents, et une cohésion de la préforme après l'opération de compactage. En variante, les moyens d'application sont utilisés pour appliquer un liant constitué d'une ou plusieurs résines en une quantité suffisante pour former la matrice de la pièce composite finale. 20 En variante, les moyens d'application sont utilisés pour pulvériser un agent d'adhésion, telle que de l'eau pour permettre l'adhésion par capillarité des fibres sur l'outillage ou les fibres des plis préalablement drapés. Les figures 8 à 11 illustrent une tête selon un deuxième mode de 25 réalisation, dans lequel la tête permet soit l'application sans compactage de fibres, soit l'application avec compactage de fibres au moyen d'un rouleau de compactage. Pour se faire, la tête 1 décrite précédemment est équipée d'un rouleau de compactage 3 manoeuvrable entre une position active et une position inactive. 30 La tête comprend un module support 4 sur lequel sont montés un premier système de guidage additionnel 5 associé à un rouleau de compactage 3, et un second système de guidage additionnel 6. Le module support est déplaçable entre - une position d'application avec compactage, également appelée 35 position de placement, telle qu'illustrée à la figure 8, dans laquelle le rouleau est en position active, le premier système de guidage additionnel 5 guidant les fibres sortant du système de guidage principal au plus près du rouleau, et - une position d'application sans compactage, telle qu'illustrée à la figure 10, dans laquelle le rouleau est en position inactive, le second 5 système de guidage additionnel 6 guide les fibres sortant du système de guidage principal au plus près de la surface d'application. Le module support 4 comprend deux éléments support 40 entre lesquels les systèmes de guidage additionnels 5, 6 sont montés, de part et d'autre du plan de symétrie P4 du module support. Le rouleau 3 est io monté rotatif autour d'un axe de rotation Al, entre les deux éléments support 40, du côté du premier système de guidage additionnel 5. Le module support est assemblé aux extrémités inférieures de deux bras 41 s'étendant de part et d'autre des faces latérales du système de guidage principal. Chaque bras est monté pivotant sur une face latérale du 15 système de guidage autour d'un axe A2 de pivotement, disposé selon le plan de symétrie P3 du système de guidage principal, et est assemblé, de préférence de manière amovible, au niveau du plan P4 de symétrie à un élément support 40. Les bras 5 sont aptes à pivoter autour de l'axe A2 pour déplacer le module support entre ses deux positions. 20 En référence à la figure 9, le premier système de guidage additionnel 5 comprend une barre 51 disposée parallèlement à l'axe Al de rotation assemblée par ses extrémités aux deux éléments support, de préférence de manière amovible. La barre présente en section transversale une forme générale triangulaire, en coin, avec une surface 25 dite supérieure orientée vers le système de guidage principal lorsque le rouleau est en position active, une surface dite externe, sensiblement plane, orientée vers l'extérieur, et une surface dite interne, concave, orientée vers le rouleau et dont la concavité correspond à la surface du rouleau. La barre comprend deux rangées parallèles de canaux de 30 guidage additionnels. Les premiers canaux additionnels 52 d'une première rangée et les seconds canaux additionnels 53 de la deuxième rangée sont disposés en quinconce. Ces canaux additionnels sont ouverts et sont formés de rainures, ménagées sur les surfaces interne et externe de la barre, et débouchant sur la surface supérieure. Les 35 premiers canaux 52, dits incurvés, sont formés de rainures ménagées sur la surface interne concave de la barre, et les seconds canaux 53 sont formés de rainures ménagées sur la surface externe. Pour un positionnement au plus près du système de guidage additionnel par rapport au système de guidage principal, le bord aval 114 du système de guidage principal peut présenter une surface convexe cylindrique, la barre du système de guidage additionnel présente alors une surface supérieure concave de forme correspondante. Dans la position active, la barre 51 est disposée en vis-à-vis du bord aval du système de guidage principal, ses premiers canaux additionnels 52 sont disposés dans le prolongement des premiers canaux de guidage 113a de la io première nappe disposée selon le plan Pl, et ses seconds canaux additionnels 53 sont disposés dans le prolongement des seconds canaux de guidage 113b de la deuxième nappe disposée selon le plan P2. Pour garantir le maintien des fibres dans les rainures formant les seconds canaux 72, celles-ci sont refermées par une plaque de guidage 54 15 montée de manière amovible sur la barre, contre la surface externe. Le module est en outre équipé de moyens de chauffage formés ici d'une lampe infrarouge 71 pour chauffer les fibres sortant du système de guidage additionnel, et/ou le moule et/ou les bandes de fibres déjà appliquées en amont du rouleau de compactage, juste avant le 20 compactage de la bande par le rouleau, afin d'au moins ramollir le liant et ainsi favoriser l'adhésion des bandes entre elles. La lampe 71 est montée sur au moins l'un des deux éléments support et est disposée en aval du rouleau 3 par rapport à la direction de drapage S2. Le module est équipé d'une cale de compactage 74 disposée en aval du rouleau par 25 rapport à la direction d'avancement de la tête, cette cale permettant de garantir un compactage sur toute la largueur de la bande notamment lors de passages d'angle, tel que décrit dans le document brevet EP 2 414 152. En référence à la figure 11, le second système de guidage 30 additionnel 6 comprend des premiers tubes flexibles 64 et des seconds tubes flexibles 65 montés sur le module au moyen d'une barre 60 qui est disposée parallèlement à l'axe Al, et assemblée par ses extrémités aux deux éléments support 40, de préférence de manière amovible. La barre présente une surface supérieure concave orientée vers le système 35 de guidage principal lorsque le module est en position sans compactage, deux surfaces latérales et une surface inférieure aval. La barre comprend des premiers et seconds canaux additionnels 62, 63, disposés en quinconce, débouchant sur la surface supérieure et la surface inférieure. Dans la position d'application sans compactage du module, la barre 61 est disposée en vis-à-vis du bord aval du système de 5 guidage principal, ses premiers canaux additionnels 62 sont disposés dans le prolongement des premiers canaux de guidage 113a, et ses seconds canaux additionnels 63 sont disposés dans le prolongement des seconds canaux de guidage 113b. Les premiers et seconds tubes flexibles 64, 65 sont montés par une extrémité respectivement dans 10 lesdits premiers et seconds canaux 62, 63 additionnels. Lorsque le module est en position d'application sans compactage, la tête peut être utilisée pour l'application sans compactage de fibres dans les deux directions de drapage S2 et S3. Le module est équipé de moyens de chauffage, formés ici d'une première lampe infrarouge 72 et 15 d'une deuxième lampe infrarouge 73, montées symétriquement de part et d'autre de la barre 60, pour chauffer les fibres sortant des tubes flexibles, et/ou le moule ou les bandes de fibres déjà appliquées, respectivement dans la direction de drapage S2 et dans la direction de drapage S2. 20 Le module support est manoeuvré entre ses deux positions par un système d'actionnement (non représenté), par exemple formé d'un vérin dont le cylindre est monté fixe sur la tête par rapport au système de guidage principal et dont la tige de vérin est assemblée à un bras. Pour le drapage avec compactage d'une bande de fibre sur un 25 moule dans la direction S2, le rouleau est amené dans sa position active en manoeuvrant le module dans la position d'application au contact. Les fibres guidées dans les canaux du système de guidage principal sont ensuite guidées dans les canaux additionnels 52, 53 de la barre 51 pour ensuite être appliquées sur le moule par le rouleau. 30 Pour le drapage sans compactage d'une bande de fibres dans la direction S2 ou S3, le module est manoeuvré dans sa position d'application sans compactage. Les fibres sortant des canaux du système de guidage principal sont guidées dans les canaux additionnels du système de guidage additionnel, puis dans les tubes flexibles pour 35 ensuite être appliquées sur le moule. Les tubes sont avantageusement en contact avec la surface d'application pour guider les fibres sur la surface d'application. De par la flexibilité des tubes, ceux-ci se déforment au contact de la surface d'application de sorte qu'aucun effort de compactage ne soit appliqué sur les fibres. L'effort résultant du frottement entre les tubes et les fibres déjà appliquées est suffisamment faible pour que les fibres déjà appliquées ne soient pas entraînées par les tubes. La tête peut être utilisée pour la fabrication de préforme par application sans compactage de fibres, par application avec compactage de fibre via le rouleau, ou par une combinaison des deux types d'application. Dans ce dernier cas, une opération de compactage de fibres appliquées sans compactage est de préférence effectuée avant de réaliser l'application avec compactage de fibres, l'application avec compactage étant par exemple réalisée pour former dans la préforme des renforts présentant des caractéristiques mécaniques.

La figure 12 illustre un tête 101 selon un troisième mode de réalisation comprenant comme précédemment un module support 104 déplaçable entre deux positions et portant un premier système de guidage additionnel 106a pour draper sans compactage dans la première direction S2, et un second système de guidage additionnel 106b pour draper sans compactage dans la deuxième direction S3. Chaque système de guidage additionnel 106a, 106b comprend comme précédemment une barre 160a, 160b sur laquelle sont montés des premiers tubes flexibles 164a, 164b et des seconds tubes flexibles 165a, 164b. Les tubes flexibles 164a, 165a, du premier système de guidage additionnel 106a sont précontraints de manière à être courbés dans la direction opposée à la direction S2. De manière analogue, les tubes flexibles 164b, 165b du second système de guidage additionnel 106b sont courbés dans la direction opposée à la direction S3. Pour draper dans la première direction S2, le module est manoeuvré dans une première position dans laquelle les fibres sont guidées dans les tubes flexibles 164a, 165a. Lors du drapage, les tubes sont avantageusement amenés en contact avec la surface de drapage. Ces tubes courbés forment une rampe de guidage pour les fibres et assurent un guidage correct des fibres, tout en limitant les efforts appliqués par les tubes sur la surface d'application. Pour draper dans la deuxième direction S3, le module est manoeuvré dans sa deuxième position illustré à la figure 12 dans laquelle les fibres sont guidées dans les tubes flexibles 164b, 165b. Lors du drapage, les tubes sont avantageusement amenés en contact avec la surface de drapage. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec différents modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation de préformes comprenant l'application de fibres sur une surface d'application (21), caractérisé en ce qu'il comprend - l'application sans compactage de fibres continues (9), sur la surface d'application au moyen d'une tête d'application (1, 101) dans des orientations définies, ladite application étant réalisée par déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface de drapage selon différentes trajectoires, sans compactage des fibres par la io tête d'application, la ou les fibres étant entraînées positivement dans la tête d'application, et - le compactage des fibres appliquées pour obtenir une préforme.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'application sans compactage de fibres est réalisée au moyen d'une tête 15 d'application apte à appliquer au moins une fibre, ladite tête comprenant des moyens d'entraînement (14) aptes à entraîner chaque fibre, lesdits moyens d'entraînement comprenant au moins un rouleau d'entraînement (142), dont la vitesse d'entraînement est fonction de la vitesse d'application, et un contre-galet (141) apte à plaquer la fibre contre le 20 rouleau d'entraînement, de sorte que la fibre soit entraînée positivement par ce dernier.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'application de fibres munies d'un liant et/ou l'application de liant sur la surface d'application simultanément et/ou ultérieurement 25 à l'application des fibres.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en qu'il comprend des opérations de coupe des fibres par des moyens de coupe (12) de la tête d'application (1), en fin de trajectoire, et/ou en cours de trajectoire. 30
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en aval des moyens de coupe, les fibres coupées sont entraînées par des moyens d'entraînement complémentaires comprenant pour chaque fibre un canal (11a, 11 b, 62-65) dans lequel circule un flux gazeux d'amont en aval.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'en aval 35 des moyens de coupe, les fibres sont guidées par des moyens de guidage additionnels (6, 106a, 106b), comprenant au moins un canal dont aumoins la portion aval est formée par un tube flexible (64, 65, 164a, 165a ; 164b, 165b) venant en contact avec la surface d'application lors de l'application.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en 5 qu'il comprend l'application au contact de fibres dans des orientations définies au moyen d'une tête d'application comprenant un rouleau (3) de compactage, ladite application au contact étant réalisée, par déplacement relatif de la tête d'application par rapport à la surface d'application selon différentes trajectoires, ladite tête étant en appui par son rouleau de 10 compactage contre la surface d'application.
8. 8. Procédé de fabrication de pièces en matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend - la réalisation d'une préforme par application de fibres selon l'une des revendications 1 à 7, 15 - une étape d'imprégnation de résine dans la préforme, ladite étape d'imprégnation comprenant l'ajout d'une ou plusieurs résines par infusion ou injection, ou le chauffage de la préforme pour imprégner dans l'ensemble de la préforme la ou les résines formant le liant ; et, - une étape de durcissement. 20
9. 9. Machine d'application de fibres comprenant une tête (1, 101) d'application comportant un système de guidage principal (11) pour guider au moins une fibre continue vers une surface d'application, des moyens d'entraînement (14) aptes à entraîner chaque fibre à une vitesse d'entraînement, et des moyens de coupe (12) aptes à couper chaque 25 fibre, et des moyens de déplacement aptes à effectuer un déplacement relatif de la tête par rapport à la surface d'application (21) d'un outillage pour appliquer les fibres selon des trajectoires à une vitesse d'application, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de commande apte à piloter les moyens d'entraînement (14) pour entraîner 30 à une vitesse d'entraînement chaque fibre à appliquer en fonction de la vitesse d'application, de sorte que la fibre soit entraînée positivement pour l'application de ladite fibre sur la surface de drapage.
10. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en que le système de guidage principal (11) comprennent des canaux de guidage 35 (111a, 111b), la tête comprend en outre des moyens d'entraînement (15) complémentaires, aptes à entraîner les fibres en aval des moyens decoupe, lesdits moyens d'entraînement complémentaires comprenant des moyens d'injection (151) pour injecter un fluide gazeux dans lesdits canaux de guidage, afin de créer un flux d'air d'amont en aval, en direction du bord inférieur de la tête, au moins en aval des moyens de coupe.
11. 11. Machine selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la tête (101) comprend des moyens de guidage (6, 106a, 106b) additionnels aptes à guider la ou les fibres en aval du système de guidage principal, lesdits moyens de guidage additionnels comprennent au moins un tube flexible (64, 65, 164a, 165a ; 164b, 165b) apte à venir contre la surface d'application pour l'application de fibres.
12. 12. Machine selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que la tête (101) comprend au moins un rouleau (3) d'application monté mobile par rapport audit système de guidage (11) principal entre au moins une position active dans laquelle le système de guidage (11) principal est apte à guider les fibres sur ledit rouleau pour l'application au contact d'une bande formée d'une ou plusieurs fibres sur la surface d'application, et une position inactive, dans laquelle ledit rouleau est écarté du système de guidage principal pour l'application sans compactage d'une bande.
13. 13. Machine selon les revendications 11 et 12, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage additionnels sont montés mobiles par rapport audit système de guidage (11) principal entre au moins une position active dans laquelle ladite bande est apte à être guidée par les premiers moyens de guidage additionnels, et une position inactive dans laquelle les premiers moyens de guidage additionnels sont écartés du système de guidage principal, ladite tête comprenant des moyens d'actionnement aptes à manoeuvrer le rouleau en position active et les premiers moyens de guidage additionnels en position inactive pour appliquer au contact une bande au moyen du rouleau, et à manoeuvrer le rouleau en position inactive et les premiers moyens de guidage additionnels en position active pour appliquer sans compactage une bande.