FR3061070A1 - Procede de realisation d’un panneau auto raidi en materiaux composites et panneau obtenu par ledit procede - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d'un panneau auto raidi en matériaux composites comportant une peau liée à des raidisseurs, ladite peau du panneau étant constituée d'une ou de plusieurs couche(s) de fibres, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - Réalisation de chaque couche formant ladite peau dudit panneau par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l'aide d'un moyen de placement de fibres automatisé - Réalisation des raidisseurs du panneau à l'aide d'un moyen de placement de fibre automatisé, par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, la réduction de la largeur de nappe permettant la réalisation de raidisseurs de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau. La présente invention se rapporte également à un panneau auto raidi en matériaux composites comportant une peau liée à des raidisseurs obtenu par ledit procédé.
Description
@ Titulaire(s) : STELIA AEROSPACE COMPOSITES.
O Demande(s) d’extension :
(® Mandataire(s) : IPSIDE.
FR 3 061 070 - A1 ® PROCEDE DE REALISATION D'UN PANNEAU AUTO RAIDI EN MATERIAUX COMPOSITES ET PANNEAU OBTENU PAR LEDIT PROCEDE.
(57) La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d'un panneau auto raidi en matériaux composites comportant une peau liée à des raidisseurs, ladite peau du panneau étant constituée d'une ou de plusieurs couche(s) de fibres, ledit procédé comportant les étapes suivantes:
- Réalisation de chaque couche formant ladite peau dudit panneau par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l'aide d'un moyen de placement de fibres automatisé
- Réalisation des raidisseurs du panneau à l'aide d'un moyen de placement de fibre automatisé, par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, la réduction de la largeur de nappe permettant la réalisation de raidisseurs de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau.
La présente invention se rapporte également à un panneau auto raidi en matériaux composites comportant une peau liée à des raidisseurs obtenu par ledit procédé.
PROCEDE DE REALISATION D’UN PANNEAU AUTO RAIDI EN MATERIAUX COMPOSITES ET PANNEAU OBTENU PAR LEDIT PROCEDE
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte au domaine des matériaux composites.
L’invention appartient au domaine des panneaux structuraux, plus particulièrement, mais pas exclusivement au domaine des panneaux auto-raidis de fuselage d’aéronef réalisés en matériaux composites à renfort fibreux. Les panneaux auto-raidis en matériaux composites sont largement utilisés dans le domaine aéronautique pour constituer, en particulier, des caissons de fuselage ou de voilure ou des capots moteurs. L’invention ne se limite pas à l’aéronautique et s’applique à tout domaine dans lequel des structures utilisent des panneaux destinés à subir des contraintes (bâtiment, automobile, nautique, spatial, sport & loisirs, etc.).
De tels panneaux couvrent chacun une surface de fuselage de quelques m2 et comportent au moins une courbure correspondant au rayon de fuselage. Sur un avion, les panneaux situés en partie avant, en partie arrière ainsi que ceux situés sur les moteurs comportent généralement deux courbures éventuellement évolutives.
De tels panneaux sont classiquement composés d’une peau et de raidisseurs se projetant sensiblement perpendiculairement à la peau. Les raidisseurs permettent de créer des zones de grande inertie mécanique afin de stabiliser la peau.
Etat de la technique
Classiquement, de tels panneaux sont constitués d’une peau dont l’épaisseur est inférieure à 1/100ème de la plus grande dimension du panneau, laquelle peau est raidie par des raidisseurs longitudinaux, dits lisses, s’étendant sensiblement parallèlement à l’axe longitudinal du fuselage, soit selon la plus faible courbure du panneau et des raidisseurs radiaux dits cadres, placés dans des plans perpendiculaires à l’axe longitudinal de l’aéronef. La structure de raidissement décrivant alors un ensemble de rectangles curvilignes, ou maille. Ce mode de raidissement est avantageux en termes de fabrication car il permet de fabriquer de manière séparée les raidisseurs et la peau, puis d’assembler les deux par cuisson (« co curing » ou « co bonding » en terminologie anglo-saxonne) ou par collage (« secondary bonding » en terminologie anglo-saxonne) ou encore rivetage en minimisant les chutes et les usinages.
Chaque raidisseur est un élément allongé dont la section verticale transversale est en forme de L, de T, de U, de I, de Z ou de Ω. Le raidisseur comporte ainsi au moins une portion horizontale qui est parallèle et est fixée à la peau externe, une ou plusieurs portions longitudinales qui sont perpendiculaires ou formant un angle par rapport au plan principal de la peau extérieure, et éventuellement au moins une portion horizontale qui est sensiblement parallèle et décalée par rapport à la peau externe.
Un procédé de réalisation conventionnel pour réaliser un tel panneau auto raidi consiste à positionner la peau externe sur un support de moulage, puis mettre en place les raidisseurs préalablement préformés sur la peau. L’ensemble étant recouvert par une poche à vide, permettant de former un vide d’air autour du panneau. Des moyens de calage sont disposés sur ou sous la poche à vide pour maintenir les positions des raidisseurs. Dans le cas de tissus sec, une résine est injectée dans les tissus puis l’ensemble est placé dans une étuve ou en autoclave pour réaliser la polymérisation de la résine. Dans le cas de tissus préimprégnés, l’ensemble est directement placé en étuve ou en autoclave.
Toutefois, ce mode de raidissement et sa fabrication présentent plusieurs inconvénients :
- il impose de préformer les raidisseurs en fonction de la courbure de la peau, avec pour conséquence, si la courbure est évolutive, la multiplication des outillages de formage pour suivre l’évolution de la forme de la peau.
- la réalisation de raidisseurs creux tels que les sections de type Ω nécessite l’utilisation de noyaux ou mandrins extractibles ou encore de mandrins solubles afin d’éviter l’écrasement des parois du raidisseur lors de la mise sous vide ; noyaux qui doivent être retirés une fois la cuisson du panneau achevée.
- les manipulations des raidisseurs pendant la phase de transfert et d’accostage sur la peau peuvent engendrer des déformations sur les parois des raidisseurs
- des moyens spécifiques doivent être utilisés pour indexer la position des raidisseurs par rapport à la peau, soit par le biais d’un outillage deux faces (=moule/contre moule), dont l’une intègre directement la forme des raidisseurs, soit par le biais de deux chaînes outillages distinctes qui sont ensuite assemblées via des positionneurs
- le personnel doit intervenir sur le support de moulage pour un bon positionnement des éléments, rendant le travail relativement difficile dans le cas de panneaux de grandes dimensions
- les rayons présents sur les raidisseurs nécessitent l’utilisation d’intensifieurs, généralement sous forme de cales réalisées en silicone, permettant d’obtenir une géométrie et un compactage satisfaisant des renforts.
- les vides formés entre la base des raidisseurs et la peau au voisinage des rayons nécessitent l’utilisation de tête(s) de clou
- le contrôle CND (Contrôle Non Destructif) automatisé par ultrasons est rendu délicat au voisinage des zones de transitions entre les parois latérales verticales ou formant un angle avec la peau et les parois horizontales ou sensiblement parallèle à la peau car l’encombrement de la tête munie de la sonde ne permet pas son positionnement au plus proche de cette zone, la sonde devant toujours être perpendiculaire à l’empilement des renforts
- dans le cas particulier de l’assemblage peau-raidisseurs par collage, des cales liquides ou solides doivent être utilisées pour rattraper les défauts de surface et assurer un contact intime entre les parois de la peau et celles des raidisseurs
- un éventuel changement de configuration du panneau, par exemple l’ajout ou le retrait d’une ouverture dans le panneau, peut nécessiter le décalage des raidisseurs sur la peau, ce qui entraîne de réviser les outillages de formage, les dispositifs d’indexation et les moyens de calage pour suivre l’évolution de la courbure de la peau
- les efforts auxquels sont soumis ces panneaux en service ne suivent pas forcément les directions privilégiées des raidisseurs. Au niveau d’une maille, le concepteur ne peut qu’augmenter l’épaisseur de la peau ou modifier les sections des raidisseurs mal orientés par rapport à l’effort observé. Il est donc fréquent de constater localement un raidissement supérieur au juste besoin, donc une masse structurale supérieure à l’optimum théorique.
L’ensemble des inconvénients cités précédemment révèle les difficultés inhérentes à la réalisation de ce type de panneau. Les temps de fabrication, les matériaux et outillages nécessaires ainsi que les difficultés à automatiser la fabrication font que le coût de ce type de panneaux reste élevé.
Alternativement, de tels panneaux peuvent être constitués d’une peau raidie par des raidisseurs réalisés généralement en nappe unidirectionnelle de matériau composite de type carbone/époxy agencées selon des trajectoires hélicoïdales, circonférentielles et/ou axiales formant un treillis. Ces structures sont communément appelées structures de type « anisogrid », les raidisseurs formant des mailles non plus rectangulaires mais triangulaires, voire hexagonales. Dans le cas particulier où les mailles formées par les raidisseurs sont des triangles équilatéraux, une telle architecture est communément appelée « isogrid ». Ces raidisseurs sont généralement formés par enroulement filamentaire ou par placement automatique de fibres. Classiquement, la section de ces raidisseurs est de forme rectangulaire, la largeur de ces raidisseurs correspondant soit à la largeur de bande déposée par enroulement filamentaire, la bande étant constituée de plusieurs mèches de fibres, soit à la largeur de la mèche utilisée en placement automatique de fibres, typiquement du % de pouce, du 1/8 de pouce, ou plus rarement du /2 pouce. La hauteur du raidisseur étant obtenue en empilant successivement les bandes ou les mèches, jusqu’à obtenir l’épaisseur voulue. Ce mode de raidissement est avantageux car il permet de réaliser avec les mêmes moyens la peau et les raidisseurs. De plus, l’agencement des raidisseurs est tel qu’il permet de supporter des efforts combinés et d’orienter la direction des raidisseurs selon la direction des efforts.
Cet agencement, même s’il résout en partie les problématiques soulevées précédemment des panneaux raidis avec raidisseurs rapportés, présente des inconvénients certains en termes de fabrication :
- la réalisation d’un tel panneau par enroulement filamentaire est incompatible avec l’obtention de formes concaves
- l’utilisation d’outillages à gorges ou rainures pour la réalisation des raidisseurs par placement de fibres, tels que présenté dans le brevet américain N° US 6 245 274, nécessite l’emploi d’une tête de dépose spécifique permettant de s’insérer dans les rainures. Ce type d’outillage est coûteux et limite fortement les possibilités de modification de géométrie, tels que l’ajout ou le retrait d’une ouverture dans le panneau
Le procédé de fabrication présenté dans le brevet américain N° US 6 290 799 ainsi que dans le brevet américain N° US 7 871 487, consiste à former les raidisseurs par placement de fibre sur mandrin rigide, combler les cavités formées par des blocs expansibles puis à déposer la peau impose d’utiliser un dispositif de maintien des blocs expansibles sur le mandrin pendant la dépose de la peau. Le dispositif proposé étant soit l’emploi d’un adhésif dont le pouvoir d’adhésion diminue et s’annule lors de la cuisson du composite soit l’emploi d’un film plastique déposé sur les blocs expansibles et retiré juste avant la dépose de la peau. Cette étape est difficilement automatisable. De plus, la peau étant formée en dernier, l’utilisation d’une contre forme externe est nécessaire pour garantir l’état de surface et les tolérances géométriques exigées sur les panneaux de fuselage.
On connaît également dans l’état de la technique le brevet français N°
FR 2 808 472 B1, qui décrit un procédé de fabrication d’un panneau en matériau composite à bandes raidisseurs et le panneau ainsi obtenu. L'objet de cette invention de l’art antérieur est un procédé de fabrication d'un panneau en matériau composite à bandes raidisseurs, dans lequel on drape dans un moule au moins un premier pli de fibres préimprégnées de résine, on met en place aux endroits désirés sur ledit pli au moins une bande raidisseur, on recouvre la bande raidisseur ainsi qu'une partie au moins de la surface restante dudit premier pli, d'au moins un second pli de fibres préimprégnées de résine, puis on met en place une vessie en recouvrement des éléments ci-dessus, on établit un vide approprié dans l'espace entre moule et vessie, on dispose ensuite l'ensemble dans un autoclave pour y subir un cycle de polymérisation préétabli de la résine, à pressions et températures appropriées à ladite résine et enfin, on démoule le panneau, ledit procédé étant caractérisé en ce que préalablement auxdites mises en place de la bande raidisseur et/ ou du second pli, on interpose au moins une couche, film ou analogue d'un matériau non adhérent entre au moins une partie de la surface de la bande raidisseur et l'un et/ ou l'autre desdits plis.
On connaît également dans l’état de la technique le brevet européen N° EP 2 397 402 B1, qui décrit un panneau structural à raidissement intégré. Cette invention de l’art antérieur appartient au domaine des panneaux structuraux, plus particulièrement, mais pas exclusivement, au domaine des panneaux de fuselage d’aéronef. Cette invention concerne un panneau raidi comprenant au moins un raidisseur, dit longitudinal, s’étendant sensiblement d’une extrémité à l’autre du panneau et dont la trace suit sur la surface de la peau dudit panneau une trajectoire à courbure géodésique non nulle entre les deux extrémités du raidisseur. Cette configuration permet d’optimiser la raideur et la résistance du panneau au flux d’effort auxquels il est soumis en service en minimisant sa masse par une définition optimale de l’orientation des raidisseurs par rapport audit flux d’effort.
Exposé de l’invention
La présente invention entend remédier aux inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé entièrement automatisable permettant la réalisation de panneaux raidis composites possédant de grandes dimensions, par exemple de type anisogrid, sans contre formes supplémentaires et autorisant la fabrication de formes concaves, à faible coût et à faible masse.
A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de réalisation d’un panneau auto raidi en matériaux composites comportant une peau liée à des raidisseurs, ladite peau du panneau étant constituée d’une ou de plusieurs couche(s) de fibres, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- Réalisation de chaque couche formant ladite peau dudit panneau par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé ;
- Réalisation des raidisseurs du panneau à l’aide d’un moyen de placement de fibre automatisé, par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, la réduction de la largeur de nappe permettant la réalisation de raidisseurs de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau.
Le panneau auto raidi selon l’invention présente l’avantage de pouvoir être réalisé en utilisant le même outillage et le même moyen de placement de fibres pour la peau et les raidisseurs.
Le nombre d’outillages nécessaires est réduit, le panneau ne nécessite pas l’utilisation d’outillages de moulage et de positionnement des raidisseurs.
L’outillage comprenant des gorges n’est pas nécessaire. L’outillage principal est simplifié ce qui va dans le sens d’une réduction de son coût.
Le mode de fabrication du panneau permet la réalisation de pièces de grandes dimensions de manière automatisé en incluant des formes concaves et/ou convexes.
Dans le cas où la hauteur des raidisseurs reste faible, il n’est pas nécessaire d’utiliser des contres formes ou des intensifieurs silicones, la poche à vide peut-être réalisée directement sur la préforme drapée.
Ce mode de raidissement permet d’orienter les raidisseurs dans la direction des efforts subis par le panneau.
Dans le cadre de Contrôles Non Destructifs, le raidisseur selon l’invention permet une meilleure accessibilité pour la sonde.
De plus, dans le cadre de Contrôles Non Destructifs, la présente invention permet de contrôler simultanément la peau et les raidisseurs sans avoir à retourner ledit panneau.
Selon un mode de réalisation, lesdites fibres sont utilisées sous forme de mèches préimprégnées de résine.
Avantageusement, la peau et les raidisseurs constituant le panneau auto raidi sont intégralement réalisés avec le même moyen de placement automatique de fibres.
Selon un mode de réalisation, ledit moyen de placement automatique de fibres est un robot équipé d’une tête permettant la dépose simultanée d’une pluralité de mèches.
Avantageusement, la peau et les raidisseurs constituant le panneau auto raidi sont intégralement réalisés avec les mêmes matériaux.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comporte une étape de réalisation d’une préforme, ladite préforme ainsi réalisée étant destinée à être infusée avec de la résine, puis subir un cycle de cuisson.
Avantageusement, les fibres utilisées sont des fibres de carbone, de verre, de basalte ou d’autres types de fibres telles que les fibres aramides, ou les fibres dites naturelles telles que les fibres végétales (chanvre, lin, ou bambou par exemple) ou les fibres animales (soie par exemple), ou des combinaisons de celles-ci.
Selon une variante, tout ou partie des couches constituant un raidisseur sont intégrées dans les couches constituant la peau.
Selon un mode de réalisation, lesdites couches de fibres constituant la peau sont agencées selon des angles différents.
Selon un mode de réalisation, les raidisseurs étant réalisés par le drapage de nappe unidirectionnelles successivement les unes sur les autres, le nombre de mèches constituant la nappe et déposées à chaque passage d'une tête de dépose varie à la baisse jusqu'à ne déposer au minimum qu'une mèche à la fois.
La présente invention se rapporte également à un panneau auto raidi en matériaux composites comportant une peau liée à des raidisseurs, ladite peau du panneau étant constituée d’une ou de plusieurs couche(s) de fibres, chaque couche étant réalisée par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé, lesdits raidisseurs du panneau étant également réalisés à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé, ceux-ci étant formés par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, la réduction de la largeur de nappe et du nombre de mèches permettant la réalisation de raidisseurs de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau.
Selon un mode de réalisation, ledit panneau auto raidi est de type anisogrid.
Selon un mode de réalisation, lesdites fibres sont imprégnées de résine.
ίο
Avantageusement, lesdites fibres sont utilisées sous forme de mèches préimprégnées de résine.
Selon un mode de réalisation, la peau et les raidisseurs constituant le panneau auto raidi sont intégralement réalisés avec les mêmes matériaux.
Avantageusement, ledit panneau est mis en œuvre au moyen d’une préforme, ladite préforme ainsi réalisée étant destinée à être infusée avec de la résine, puis subir un cycle de cuisson.
Selon une variante, les fibres utilisées sont des fibres de carbone, de verre, de basalte ou d’autres types de fibres telles que les fibres aramides, ou les fibres dites naturelles telles que les fibres végétales (chanvre, lin, ou bambou par exemple) ou les fibres animales (soie par exemple), ou des combinaisons de celles-ci.
Selon un mode de réalisation, tout ou partie des couches constituant un raidisseur sont intégrées dans les couches constituant la peau.
Selon un mode de réalisation, lesdites couche(s) de fibres constituant la peau sont agencées selon des angles différents.
Brève description des dessins
On comprendra mieux l’invention à l’aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d’un mode de réalisation de l’invention, en référence aux Figures dans lesquelles :
• La Figure 1 illustre le procédé selon la présente invention, dans un mode de réalisation ;
• La Figure 2 représente une géométrie privilégiée du raidisseur selon la présente invention ;
• La Figure 3 illustre des variantes de réalisation du raidisseur selon la présente invention ; et • La Figure 4 représente l’intégration du raidisseur dans la peau.
Description détaillée de modes de réalisation de l’invention
La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d’un panneau 10 auto raidi en matériaux composites comportant une peau 11 liée à des raidisseurs 12, 13, 14, ladite peau 11 du panneau 10 étant constituée d’une ou de plusieurs couche(s) 15, 16, 17 de fibres, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- Réalisation de chaque couche formant ladite peau 11 dudit panneau 10 par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé ;
- Réalisation des raidisseurs 12, 13, 14 du panneau 10 à l’aide d’un moyen de placement de fibre automatisé, par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, la réduction de la largeur de nappe permettant la réalisation de raidisseurs 12, 13, 14 de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau
11.
Dans un mode de réalisation, lesdites couche(s) 15, 16, 17 de fibres constituant la peau 11 sont agencées selon des angles différents.
Dans un mode de réalisation, les raidisseurs 12, 13, 14 étant réalisés par le drapage de nappe unidirectionnelles successivement les unes sur les autres, le nombre de mèches constituant la nappe et déposées à chaque passage d’une tête de dépose varie à la baisse jusqu’à ne déposer qu’une mèche à la fois.
La présente invention concerne également un panneau 10 auto raidi, par exemple de type anisogrid, en matériaux composites comprenant une peau 11 liée à des raidisseurs 12, 13, 14, ledit panneau 10 étant caractérisé en ce que la peau 11 du panneau 10 est constituée de une ou plusieurs couches 15, 16, 17 de fibres, par exemple agencées selon des angles différents, chaque couche étant réalisée par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres imprégnées ou non de résine à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé (communément appelé « AFP » ou « Automatic Fiber Placement » en terminologie anglo-saxonne), les raidisseurs 12, 13, 14 du panneau 10 étant également réalisés à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé, ceux-ci étant formés par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, le nombre de mèches constituant la nappe et déposées à chaque passage de la tête de dépose pouvant varier à la baisse jusqu’à ne déposer qu’une mèche à la fois ; la réduction de la largeur de nappe (donc du nombre de mèches) permettant la réalisation de raidisseurs 12, 13, 14 de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau 11.
Le panneau réalisé est de type double courbure.
La peau 11 et les raidisseurs 12, 13, 14 constituant le panneau 10 auto raidi sont préférentiellement intégralement réalisés avec le même moyen de placement automatique de fibres (typiquement un robot équipé d’une tête permettant la dépose simultanée d’une pluralité de mèches) et avec les mêmes matériaux, typiquement des fibres de carbone dites sèches présentées sous forme de mèches contenant un voile ou un poudrage qui, lorsqu’il est chauffé, permet la consolidation et le maintien des mèches entres elles afin de réaliser une préforme. Dans un mode de mise en oeuvre particulier, les mèches possèdent une largeur d’un quart de pouce. Il est entendu que d’autres largeurs de mèches peuvent être mises en oeuvre dans le cadre de la présente invention.
Le drapage est réalisé sur un outillage permettant de draper en premier la peau 11 puis dans un deuxième temps les raidisseurs 12, 13, 14, la surface de référence de la peau 11 étant positionnée coté outillage de manière à obtenir un bon état de surface compatible avec les exigences demandées sur les panneaux de fuselage, et plus généralement sur les pièces aéronautiques.
La préforme ainsi réalisée étant destinée à être infusée avec de la résine, puis subir un cycle de cuisson.
La Figure 1 illustre le procédé selon la présente invention, dans un mode de réalisation.
On observe sur la Figure 1 que des nappes sont déposées de manière successive. Grâce au procédé selon la présente invention, on obtient un raidisseur comportant une base, correspondant à la dépose de la première nappe ou des premières nappes, et comportant également une portion rectangulaire. La peau 11 est également constituée d’une pluralité de couches de fibres.
La Figure 2 représente une géométrie privilégiée du raidisseur selon la présente invention.
Les raidisseurs 12, 13, 14 sont agencés sur la peau 11 de manière à former une structure de type anisogrid.
La section des raidisseurs 12, 13, 14 comprend une base de largeur évolutive et une portion sensiblement rectangulaire s’étendant dans une direction perpendiculaire à la surface de la peau, la base comprenant un rayon tangent à la surface de la peau et à la portion sensiblement rectangulaire, comme illustré Figure 2.
La hauteur et la largeur de la base, par conséquent le nombre de mèches constituant la nappe et de couches constituant les raidisseurs peuvent varier. Ceci est illustré Figure 3.
Les couches successives unidirectionnelles constituant le raidisseur peuvent être interrompues par des nappes constituant d’autres raidisseurs orientés selon une direction différente, ou des couches faisant partie de la peau, recouvrant une partie ou la totalité de la surface du panneau et permettant d’intégrer les raidisseurs à la peau. Une partie des couches successives unidirectionnelles constituant le raidisseur (la base du raidisseur de préférence) peut être intercalée entre une ou plusieurs couches faisant partie de la peau. Ceci est illustré Figure 4.
Dans l’exemple de réalisation représenté Figure 4, la dépose des fibres est effectuée dans l’ordre suivant l’alphabet de a à s. Le raidisseur est formé par les couches b, c, e, f, h, i, k, I, o, p, q, r et s. Les couches numérotées d, g, j et m pouvant être soit des couches faisant partie intégrante de la peau, et donc recouvrant la totalité du panneau, soit des couches faisant partie de raidisseurs orientés selon une direction différente.
Les fibres utilisées peuvent être des fibres de carbone, de verre, de basalte ou d’autres types de fibres telles que les fibres aramides, ou les fibres dites naturelles telles que les fibres végétales (chanvre, lin, ou bambou par exemple) ou les fibres animales (soie par exemple), ou des combinaisons de celles-ci.
Alternativement aux fibres sèches, les fibres peuvent être utilisées sous forme de mèches préimprégnées de résine, communément appelées « prepreg >>. La résine est thermodurcissable ou thermoplastique.
L’infusion de résine peut-être réalisée sous vide, ou par RTM (« Resin Transfer Molding »). La cuisson du panneau peut-être réalisée en étuve, en autoclave, à température ambiante ou par des procédés alternatifs tel que :
micro ondes, cuisson UV, cuisson Infra Rouge, ou d’autres modes de cuisson.
Le placement de fibres peut-être effectué par une autre technique de l’AFP, tel que du « tailored fiber placement », du « direct roving placement ».
La disposition des raidisseurs sur la peau peut être différente : les raidisseurs peuvent être orientés selon une trajectoire géodésique ou non. Les raidisseurs peuvent être orientés selon les directions des efforts subis par le panneau.
Le placement de fibres peut être effectué selon des trajectoires évolutives en utilisant la technique du « steering », ou encore du « continuous tow shearing », ou d’autres techniques permettant le placement de fibres selon des trajectoires évolutives.
La peau et les raidisseurs peuvent être réalisés en utilisant des moyens industriels différents.
La géométrie du panneau peut-être plane, en simple courbure ou en multi-courbures.
La séquence de drapage du panneau peut-être différente, par exemple :
- 1ère étape : drapage de la peau sur un outillage n°1 avec surface de référence de la peau du coté opposé à la surface outillage ;
- 2ème étape : retournement de la préforme sur un autre outillage permettant d’avoir la surface de référence de la peau du coté outillage n°2 ; et
- 3ème étape : drapage des raidisseurs sur le coté de la préforme initialement en contact avec l’outillage n°1.
16
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.
5 Légende : panneau : peau
12, 13, 14 : raidisseurs
15,16,17 : couches de fibres
20 : mèche : nappe : première nappe : deuxième nappe : troisième nappe
25 : portion rectangulaire : base
Claims (21)
- REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi en matériaux composites comportant une peau (11) liée à des raidisseurs (12, 13, 14), ladite peau (11) du panneau (10) étant constituée d’une ou de plusieurs couche(s) (15, 16, 17) de fibres, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :- Réalisation de chaque couche formant ladite peau (11) dudit panneau (10) par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé ;- Réalisation des raidisseurs (12, 13, 14) du panneau (10) à l’aide d’un moyen de placement de fibre automatisé, par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, la réduction de la largeur de nappe permettant la réalisation de raidisseurs (12, 13, 14) de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau (11).
- 2. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres sont utilisées sous forme de mèches préimprégnées de résine.
- 3. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la peau (11) et les raidisseurs (12, 13, 14) constituant le panneau (10) auto raidi sont intégralement réalisés avec le même moyen de placement automatique de fibres.
- 4. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de placement automatique de fibres est un robot équipé d’une tête permettant la dépose simultanée d’une pluralité de mèches.
- 5. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la peau (11) et les raidisseurs (12, 13, 14) constituant le panneau (10) auto raidi sont intégralement réalisés avec les mêmes matériaux.
- 6. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de réalisation d’une préforme, ladite préforme ainsi réalisée étant destinée à être infusée avec de la résine, puis subir un cycle de cuisson.
- 7. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres utilisées sont des fibres de carbone, de verre, de basalte ou d’autres types de fibres telles que les fibres aramides, ou les fibres dites naturelles telles que les fibres végétales (chanvre, lin, ou bambou par exemple) ou les fibres animales (soie par exemple), ou des combinaisons de celles-ci.
- 8. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que tout ou partie des couches constituant un raidisseur sont intégrées dans les couches constituant la peau (11).
- 9. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites couche(s) (15, 16, 17) de fibres constituant la peau (11) sont agencées selon des angles différents.
- 10. Procédé de réalisation d’un panneau (10) auto raidi selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les raidisseurs (12, 13, 14) étant réalisés par le drapage de nappe unidirectionnelles successivement les unes sur les autres, le nombre de mèches constituant la nappe et déposées au passage d’une tête de dépose varie progressivement à la baisse jusqu’à ne déposer qu’une mèche à la fois.
- 11. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites comportant une peau (11) liée à des raidisseurs (12, 13, 14), ledit panneau (10) étant caractérisé en ce que ladite peau (11) du panneau (10) est constituée d’une ou de plusieurs couche(s) (15, 16, 17) de fibres, chaque couche étant réalisée par drapage de nappes unidirectionnelles de fibres à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé, lesdits raidisseurs (12, 13, 14) du panneau (10) étant également réalisés à l’aide d’un moyen de placement de fibres automatisé, ceux-ci étant formés par le drapage successif de nappes unidirectionnelles de fibres les unes sur les autres, et en ce que la réduction de la largeur de nappe permet la réalisation de raidisseurs (12, 13, 14) de section évolutive suivant une direction perpendiculaire à la surface de la peau (11 ).
- 12. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il est de type anisogrid.
- 13. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que lesdites fibres sont imprégnées de résine.
- 14. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon l’une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que lesdites fibres sont utilisées sous forme de mèches préimprégnées de résine.
- 15. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon l’une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la peau (11) et les raidisseurs (12, 13, 14) constituant le panneau (10) auto raidi sont intégralement réalisés avec les mêmes matériaux.
- 16. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon l’une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre au moyen d’une préforme, ladite préforme ainsi réalisée étant destinée à être infusée avec de la résine, puis subir un cycle de cuisson.
- 17. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon l’une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que les fibres utilisées sont des fibres de carbone, de verre, de basalte ou d’autres types de fibres telles que les fibres aramides, ou les fibres dites naturelles telles que les fibres végétales (chanvre, lin, ou bambou par exemple) ou les fibres animales (soie par exemple), ou des combinaisons de celles-ci.
- 18. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon l’une des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que tout ou partie des couches constituant un raidisseur sont intégrées dans les couches constituant la peau (11).
- 19. Panneau (10) auto raidi en matériaux composites selon l’une des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que lesdites couche(s) (15, 16, 17) de fibres constituant la peau (11) sont agencées selon des angles différents.1/2
- 20 α
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| US11446884B2 (en) | 2018-10-29 | 2022-09-20 | Airbus Operations Gmbh | Process for producing a component which is two-dimensional in regions from a fibre composite material |
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