FR3047744A1 - Metier a tisser du type jacquard pour la fabrication d'une preforme 3d tissee - Google Patents
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Abstract
Métier à tisser (10) du type Jacquard pour la fabrication d'une préforme 3D tissée à partir d'une pluralité de fils de chaîne (30) et d'une pluralité de fils de trame (31), ladite préforme comportant un nombre déterminé de colonnes de fils de chaîne par unité de longueur et un nombre déterminé de couches de fils de chaîne par unité de longueur, ledit métier à tisser comportant un cantre (51) de support de bobines (55) de fils de chaîne, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (60) de régulation active de la tension dans les fils de chaîne d'au moins certaines desdites bobines.
Description
Métier à tisser du type Jacquard pour la fabrication d’une préforme 3D tissée
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un métier à tisser du type Jacquard pour la fabrication d’une préforme 3D tissée.
ETAT DE L’ART L’état de l’art comprend notamment les documents EP-A1-1 526 285 et WO-A2-2013/088037.
La figure 1 illustre schématiquement un métier à tisser 10 du type Jacquard utilisé pour la réalisation de préformes tridimensionnelles (3D) obtenues par tissage multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne 30 et une pluralité de couche de fils de trame 31.
De manière connue, le métier à tisser 10 est équipé d'une mécanique Jacquard 11 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 1. Le métier 10 comprend également un harnais 20 constitué d'une planche d'empoutage 21 et de fils de commande ou lices 22, chaque lice 22 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 12 de la mécanique Jacquard 11 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 13 fixés au bâti 14 du métier à tisser 10.
Chaque lice 22 comprend un oeillet 23 traversé par un fil de chaîne 30. Les lices 22 et leurs oeillets 23 associés sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F sous les efforts de traction exercés respectivement par les crochets de commande 12 et les ressorts de rappel 13. Les lices 22 permettent de soulever certains fils de chaîne 30 et de créer ainsi une foule 15 permettant l'introduction de fils de trame 31. Plus précisément, chaque lice 22 est actionnée et pilotée individuellement ce qui permet de remonter ou de descendre chaque fil de chaîne 30. Il devient ainsi possible de réaliser l’écartement des fils de chaîne nécessaire au passage d’une lance qui emporte le fil de trame 31 et de tisser des motifs complexes et de faire passer les fils de chaîne d’une couche à une autre permettant la création d’une architecture fibreuse en trois dimensions. Après chaque passage de fil de trame 31, un peigne battant 40 compacte le tissu qui sort du métier.
Les lices 22 sont réparties spatialement en fonction de la position des trous 210 de la planche d'empoutage 21, c'est-à-dire suivant une pluralité de colonnes 211 et de lignes 212. La densité des trous 210 dans la planche d'empoutage correspond à la densité du tissu à réaliser, c'est-à-dire qu'on retrouve dans la planche d'empoutage un espacement entre chaque colonne de trous équivalent à celui présent entre chaque colonne de chaîne dans le tissu à réaliser.
Certaines structures fibreuses, comme par exemple celles destinées à former des renforts pour des aubes en matériau composite de moteurs aéronautiques, nécessitent un tissage très dense avec une contexture notamment en chaîne relativement serrée afin de conférer une bonne tenue mécanique à la pièce. La contexture en chaîne correspond au nombre de fils de chaîne par unité de longueur. Par conséquent, lorsque l'on souhaite tisser avec une contexture en chaîne serrée, il faut réduire l'espace entre les colonnes de trous dans la planche d'empoutage, ce qui entraîne le rapprochement des lices d'une colonne, par exemple les lices 22 de la colonne 11, avec les lices de la ou les colonnes adjacentes, par exemple ici la colonne I2. Cependant, lorsque les lices de deux colonnes adjacentes sont trop proches, le mouvement des lices, et plus particulièrement de leurs oeillets associés, est gêné par la proximité des lices et des fils de chaîne présents dans la colonne adjacente.
Il est d’usage d’équiper un métier à tisser Jacquard avec une commande numérique et de tisser de manière automatisée des formes avec des variations d’épaisseur, des variations de largeur et des déliaisons. Ces préformes fibreuses sont ensuite injectées avec une résine thermodurcissable afin de fabriquer entre autres des pièces de turboréacteur telles que des aubes de la soufflante, un carter de rétention et des redresseurs.
Le tissage Jacquard se différentie du tissage 2D classique à cadre par la disposition du harnais et par le pilotage individuel de chaque lice. Dans le tissage 2D, l’arrivée des fils de chaîne est composée d’une seule couche ; dans le tissage Jacquard, les fils de chaîne arrivent en plusieurs couches.
Notamment quand la préforme fibreuse à tisser est épaisse, le harnais 20 peut être encombré pour les raisons évoquées ci-dessus. La congestion du harnais peut engendrer des frottements très importants et créer des défauts de tissage. Les mouvements des lices provoquent des appels de longueur de fils de chaîne. Il se peut par exemple que le fil appelé entraîne par frottement un fil adjacent. Il arrive également que le fil appelé ne revient plus à sa position neutre dans le harnais du fait du frottement.
La maîtrise de la tension dans les fils de chaîne est d’une importance cruciale pour limiter les défauts de tissage. Afin de maîtriser la tension, les bobines fournissant les fils de chaîne sont montées sur un cantre (non représenté à la figure 1) situé en amont du métier à tisser. Selon les fabricants, les bobines sont équipées d’un système de freinage pour réguler de manière passive la tension, et de poids ou de ressorts capables d’absorber la surlongueur du fil quand la lisse revient à sa position neutre. Le nombre de bobines dans un cantre se situe typiquement entre 200 et 5000 exemplaires.
La figure 2 montre la variation de la tension dans deux fils de chaîne lors du tissage en fonction du temps. Pendant la durée de la mesure, les fils sont soulevés quatre fois par leurs lices. On voit que ceci conduit à une multiplication par deux à trois de la tension. On observe également des variations de tension engendrées par les mouvements et le frottement des fils adjacents.
La congestion du harnais, l’inertie des bobines, ainsi que le cycle entre deux insertions de fil de trame sont un frein à la cadence de tissage d’un métier Jacquard, qui est très inférieure à la cadence d’un métier à tisser 2D.
Un métier Jacquard mis en œuvre pour les préformes fibreuses en carbone réalise typiquement entre 50 et 60 insertions de fil de trame par minute contre 250 à 300 insertions par minute pour un métier 2D classique.
Un des objectifs de la présente invention est d’augmenter la cadence du métier Jacquard afin d’augmenter la productivité et rendre plus robuste le procédé de fabrication pour diminuer les défauts.
La présente invention propose une solution à ce besoin, qui est simple, efficace et économique.
EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose un métier à tisser du type Jacquard pour la fabrication d’une préforme 3D tissée à partir d’une pluralité de fils de chaîne et d’une pluralité de fils de trame, ladite préforme comportant un nombre déterminé de colonnes de fils de chaîne par unité de longueur et un nombre déterminé de couches de fils de chaîne par unité de longueur, ledit métier à tisser comportant un cantre de support de bobines de fils de chaîne, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de régulation active de la tension dans les fils de chaîne d’au moins certaines desdites bobines. L’invention propose ainsi de réguler de manière active la tension dans chaque fil de chaîne pour maîtriser l’ouverture de la foule du tissu, notamment pour des armures de tissage complexes, et pour éviter l’apparition de défauts lorsque la cadence est augmentée.
Dans la présente demande, on entend par régulation active de la tension dans un fil de chaîne, une intervention volontaire sur le fil de chaîne ou sa bobine, de façon à ce que sa tension soit maintenue à une valeur déterminée. Au contraire, une régulation passive de la tension dans un fil de chaîne, comme dans la technique antérieure, ne permet pas d’imposer une tension mais elle permet seulement d’appliquer qu’une valeur minimale.
Le pilotage en temps réel de la tension dans les fils de chaîne sur un métier Jacquard par un système actif avec la possibilité d’un asservissement, permettra de maîtriser tout au long du cycle de tissage les frottements fils à fils dans le harnais et optimiser la séquence globale. Cela permet de minimiser l’apparition des défauts de tissage et d’augmenter la vitesse du métier. La robustesse du procédé et l’augmentation des cadences du métier à tisser 3D est un des axes prioritaires pour réduire les coûts de production de pièces de turbomachine telles que d’aubes de soufflante.
Le métier à tisser selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - chacune desdites bobines est équipée d’un servomoteur asservi d’entraînement en rotation de la bobine, ledit servomoteur étant relié à des moyens de commande ; - chacune desdites bobines ou chacun desdits fils de chaîne est équipé d’un frein asservi, ledit frein étant relié à des moyens de commande ; - chacun desdits fils de chaîne est équipé d’un compensateur de tension actif, ledit compensateur de tension actif étant relié à des moyens de commande ; et - lesdits moyens de commande comprennent un logiciel de commande du métier à tisser et en particulier de commande de déplacement vertical des lices desdits fils de chaîne, et/ou des capteurs de tension dans les fils de chaîne des bobines, et/ou des servomoteurs de commande desdites lices, qui sont associés à des capteurs de couple, et/ou des actionneurs, par exemple pneumatiques.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication au moyen d’un métier à tisser du type Jacquard d’une préforme 3D tissée à partir d’une pluralité de fils de chaîne et d’une pluralité de fils de trame, ladite préforme comportant un nombre déterminé de colonnes de fils de chaîne par unité de longueur et un nombre déterminé de couches de fils de chaîne par unité de longueur, ledit procédé comprenant une étape consistant à : - dévider des fils de chaîne de bobines disposées sur un cantre, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à réguler de manière active la tension dans les fils de chaîne lors de leur dévidement depuis au moins certaines desdites bobines.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ou caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - il comprend une étape consistant à déplacer verticalement les fils de chaîne au moyen de lices ; - la tension dans les fils de chaîne étant maintenue sensiblement constante quelles que soient la position et/ou la direction de déplacement des lices ; - la tension est régulée par un dévidement contrôlé des bobines, qui sont chacune associées à un servomoteur asservi d’entraînement en rotation de la bobine, ou un freinage contrôlé des bobines ou des fils de chaîne, ou une compensation active de la tension dans les fils de chaîne.
DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d’un métier à tisser du type Jacquard, - la figure 2 est un graphe montrant l’évolution au cours du temps de la tension dans deux fils de chaîne lors d’un tissage, - la figure 3 est une vue très schématique d’un métier à tisser selon l’invention ; et - les figures 4 à 6 sont des vues très schématiques de moyens de régulation active de la tension dans un fil de chaîne, selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 3 illustre schématiquement un métier à tisser 10 du type Jacquard utilisé pour la réalisation de préformes tridimensionnelles (3D) obtenues par tissage multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne 30 et une pluralité de couche de fils de trame 31.
Les références utilisées dans ce qui précède pour décrire la figure 1 sont reprises dans ce qui suit lorsqu’elles désignent les mêmes éléments.
Le métier à tisser 10 est équipé d'une mécanique Jacquard 11 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 1. Le métier 10 comprend également un harnais 20 constitué d'une planche d'empoutage 21 et de fils de commande ou lices 22, chaque lice 22 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 12 de la mécanique Jacquard 11 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 13 fixés au bâti 14 du métier à tisser 10.
Chaque lice 22 comprend un oeillet 23 traversé par un fil de chaîne 30. Les lices 22 et leurs oeillets 23 associés sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical sous les efforts de traction exercés respectivement par les crochets de commande 12 et les ressorts de rappel 13. Les lices 22 permettent de soulever certains fils de chaîne 30 et de créer ainsi une foule 15 permettant l'introduction de fils de trame 31. Chaque lice est actionnée et pilotée individuellement ce qui permet de remonter ou de descendre chaque fil de chaîne. Il devient ainsi possible de réaliser l’écartement des fils de chaîne nécessaire au passage d’une lance qui emporte le fil de trame et de tisser des motifs complexes et de faire passer les fils de chaîne d’une couche à une autre permettant la création d’une architecture fibreuse en trois dimensions. Après chaque passage de fil de trame, un peigne battant 40 compacte le tissu qui sort du métier.
Les lices 22 sont réparties spatialement en fonction de la position des trous 210 de la planche d'empoutage 21, c'est-à-dire suivant une pluralité de colonnes et de lignes. La densité des trous 210 dans la planche d'empoutage correspond à la densité du tissu à réaliser, c'est-à-dire qu'on retrouve dans la planche d'empoutage un espacement entre chaque colonne de trous équivalent à celui présent entre chaque colonne de chaîne dans le tissu à réaliser.
Le métier à tisser 10 comprend en outre un cantre 51 de support de plusieurs bobines de fils de chaîne 30. Chaque bobine est mobile en rotation autour d’un axe de façon à pouvoir dévider son fil de chaîne. Chaque fil de chaîne peut passer à travers des oeillets de guidage 52 puis par un trou 53 d’une planche de collecte 54 similaire à la planche d’empoutage 21, et traverse enfin l’œillet 23 d’une lice 22.
Selon l’invention, le métier à tisser comprend en outre des moyens de régulation active de la tension dans les fils de chaîne 30 d’au moins certaines desdites bobines.
Dans la figure 3, ces moyens de régulation sont désignés par la référence 60. Ils agissent sur les bobines supportées par le cantre 51 et/ou directement sur les fils de chaîne 30. Ces moyens de régulation 60 sont reliés à des moyens de commande 61 tels qu’un poste informatique 62 de mise en œuvre d’un logiciel de commande du métier à tisser 10.
Dans un premier mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 4, les moyens de régulation comprennent des servomoteurs 63. Les bobines 55 supportées par le cantre 51 sont chacune associées à un servomoteur 63.
Le servomoteur est avantageusement configuré pour entraîner la bobine correspondante en rotation autour de son axe, en vue du dévidement de son fil de chaîne.
Le but du servomoteur est de relâcher le fil de chaîne et donc de réduire sa tension lorsque celui-ci est remonté par la lice 22. Quand la lice 22 redescend, on enroule le fil avec le servomoteur pour maintenir une tension sensiblement constante. Il est possible de piloter le servomoteur avec un capteur qui mesure directement la tension dans le fil, mais le temps de réaction du moteur pourrait limiter toutefois la cadence. Il est également envisageable de piloter le moteur directement avec le logiciel précité qui commande les lices 22 de façon à pouvoir anticiper leurs mouvements. Notamment dans le cas de lices 22 entraînées par des servomoteurs, il est pertinent de synchroniser les mouvements des lices 22 avec les mouvements des bobines 55.
Dans un second mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 5, les moyens de régulation comprennent des freins asservis. Les bobines 55 supportées par le cantre 51 ou leurs fils de chaîne sont chacun associé à un frein asservi 64. Le frein peut par exemple coopérer avec un arbre d’entraînement de la bobine. L’idée consiste à serrer le frein quand le fil n’est pas appelé par une lice. On évite ainsi que le fil se fasse entraîner par le frottement d’un fil adjacent. Dès que la lice tire le fil, on lâche le frein. Il est même possible d’actionner le frein par un piston pneumatique afin d’éviter la présence d’équipements électriques dans un environnement contaminé de poussières de carbone par exemple.
Dans un troisième mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 6, les moyens de régulation comprennent des compensateurs de tension actifs 65. Les fils de chaîne sont chacun associés à un compensateur de tension actif 65.
Le compensateur de tension actif 65 peut consister en un actionneur 66 avec trois poulies 67 en série. Le fil passe autour des poulies 67 et l’actionneur 66 est relié à la poulie du milieu pour tendre ou relâcher la tension dans le fil 30. A l’instant où la lice appelle le fil, un mouvement de l’actionneur 66 relâche la tension et fournit la longueur de fil nécessaire au mouvement de la lice. Le compensateur de tension actif peut être combiné avec un frein passif ou actif sur la bobine. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une préforme 3D tissée au moyen du métier à tisser 10. Le procédé comprend des étapes consistant à dévider les fils de chaîne des bobines disposées sur le cantre, et à réguler de manière active la tension dans les fils de chaîne lors de leur dévidement depuis au moins certaines des bobines. Le procédé peut comprendre une étape consistant à déplacer verticalement les fils de chaîne au moyen de lices, la tension dans les fils de chaîne étant maintenue sensiblement constante quelles que soient la positon et/ou la direction de déplacement des lices. Comme évoqué dans ce qui précède, la tension est régulée par un dévidement contrôlé des bobines, qui sont chacune associées à un servomoteur asservi d’entraînement en rotation de la bobine, ou un freinage contrôlé des bobines ou des fils de chaîne, ou une compensation active de la tension dans les fils de chaîne.
Pour la boucle d’asservissement entre le système de régulation active de tension et le métier 10 plusieurs solutions s’offrent donc : - un système actif piloté directement par le logiciel qui commande le métier, - un système actif piloté par des capteurs qui mesurent la tension dans chaque fil de chaîne, - un système actif piloté par le couple mesuré dans les servomoteurs commandant les lices du métier.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Métier à tisser (10) du type Jacquard pour la fabrication d’une préforme 3D tissée à partir d’une pluralité de fils de chaîne (30) et d’une pluralité de fils de trame (31), ladite préforme comportant un nombre déterminé de colonnes de fils de chaîne par unité de longueur et un nombre déterminé de couches de fils de chaîne par unité de longueur, ledit métier à tisser comportant un cantre (51) de support de bobines (55) de fils de chaîne, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens (60) de régulation active de la tension dans les fils de chaîne d’au moins certaines desdites bobines.
- 2. Métier à tisser (10) selon la revendication 1, dans lequel chacune desdites bobines (55) est équipée d’un servomoteur (63) asservi d’entraînement en rotation de la bobine, ledit servomoteur étant relié à des moyens de commande (61).
- 3. Métier à tisser (10) selon la revendication 1, dans lequel chacune desdites bobines (55) ou chacun desdits fils de chaîne (30) est équipé d’un frein (64) asservi, ledit frein étant relié à des moyens de commande (61).
- 4. Métier à tisser (10) selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits fils de chaîne (31) est équipé d’un compensateur (65) de tension actif, ledit compensateur de tension actif étant relié à des moyens de commande (61).
- 5. Métier à tisser (10) selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel lesdits moyens de commande (61) comprennent un logiciel de commande du métier à tisser et en particulier de commande de déplacement vertical de lices (22) desdits fils de chaîne (30), et/ou des capteurs de tension dans les fils de chaîne des bobines, et/ou des servomoteurs de commande desdites lices, qui sont associés à des capteurs de couple, et/ou des actionneurs, par exemple pneumatiques.
- 6. Procédé de fabrication au moyen d’un métier à tisser (10) du type Jacquard d’une préforme 3D tissée à partir d’une pluralité de fils de chaîne (30) et d’une pluralité de fils de trame (31), ladite préforme comportant un nombre déterminé de colonnes de fils de chaîne par unité de longueur et un nombre déterminé de couches de fils de chaîne par unité de longueur, ledit procédé comprenant une étape consistant à : - dévider des fils de chaîne de bobines (55) disposées sur un cantre (51 ), caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à réguler de manière active la tension dans les fils de chaîne lors de leur dévidement depuis au moins certaines desdites bobines.
- 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel il comprend une étape consistant à : - déplacer verticalement les fils de chaîne au moyen de lices, la tension dans les fils de chaîne étant maintenue sensiblement constante quelles que soient la positon et/ou la direction de déplacement des lices.
- 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la tension est régulée par : - un dévidement contrôlé des bobines, qui sont chacune associées à un servomoteur asservi d’entraînement en rotation de la bobine, ou - un freinage contrôlé des bobines ou des fils de chaîne, ou - une compensation active de la tension dans les fils de chaîne.
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