FR3100739A1 - Injecteur de resine pour la fabrication d’une piece composite, en particulier pour un moteur d’aeronef - Google Patents
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Abstract
Injecteur (80) de résine pour la fabrication d’une pièce composite, en particulier pour un moteur d’aéronef, cet injecteur comportant : un corps tubulaire (42) de chauffage comportant une chambre interne (44) de stockage et de chauffage de résine, un piston (46) monté à une extrémité du corps et comportant une tête (48) mobile en translation dans la chambre, et une tête d’injection (49) montée à une extrémité opposée du corps et comportant une ligne d’injection (50) débouchant dans la chambre et configurée pour injecter de la résine lors d’une poussée exercée par le piston dans la chambre, caractérisé en ce qu’il comporte en outre : - une ligne (52) de tirage du vide dans la chambre, et - au moins un élément (82) de mise en mouvement de la résine à l’intérieur de la chambre. Figure pour l'abrégé : Figure 5
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un injecteur de résine pour la fabrication d’une pièce composite, en particulier pour un moteur d’aéronef.
Arrière-plan technique
L’état de la technique comprend notamment les documents FR-A1-2 956 057, FR-A1-3 029 134 et FR-A1-3 051 386
L’utilisation de matériaux composites est avantageuse dans l’industrie aéronautique notamment car ces matériaux ont des performances mécaniques intéressantes pour des masses relativement faibles.
Un procédé de fabrication d’une pièce composite pour l’industrie aéronautique, qui est bien connu de l’homme du métier, est le procédé de moulage RTM dont les initiales font référence à l’acronyme anglo-saxon deResin Transfer Molding.
Il s’agit d’un procédé de réalisation d’une pièce en matériau composite à base de fibres imprégnées de résine. Un tel procédé est par exemple utilisé pour fabriquer une aube de soufflante et comporte plusieurs étapes successives.
On commence par réaliser le tissage de fibres pour obtenir une ébauche de préforme en trois dimensions, puis on découpe l’ébauche pour obtenir une préforme présentant sensiblement la forme de l’aube à obtenir. Cette préforme est alors disposée dans un moule d'injection, qui est refermé. Puis on injecte de la résine à l'état liquide en maintenant une pression sur la résine injectée pendant que l’on effectue la polymérisation de la pièce par chauffage.
Les résines utilisées sont des résines très fluides qui sont à même de bien pénétrer les fibres de la préforme, même lorsqu'elles sont injectées sous une pression réduite. Pendant la polymérisation, sous l'effet de la chaleur, la résine injectée passe successivement de l'état liquide à l'état gélifié et enfin à l'état solide.
L'alimentation continue du moule d'injection en résine sous pression est une exigence primordiale qui a pour but de garantir des pièces de qualité, sans défaut et sans porosité. En effet, la résine tendant à dégazer pendant la polymérisation, il est nécessaire de maintenir la pression de la résine jusqu'à la polymérisation complète de la pièce afin d'éviter que des relâchements de gaz ne viennent compromettre l'intégrité de la résine.
La résine a également tendance à dégazer pendant son chauffage et avant son injection dans le moule d’injection.
Dans l’état actuel de la technique, un opérateur remplit avec de la résine un corps tubulaire de chauffage équipée d’une tête de dégazage. La résine est mise en mouvement et chauffée dans cette tête de dégazage qui comprend une ligne de tirage de vide. Le chauffage de la résine entraîne une polymérisation partielle de celle-ci. Des bulles de gaz peuvent être dissoutes ou emprisonnées dans la résine et générer de la porosité dans la pièce finale. Le tirage du vide par la ligne permet d’aspirer et d’évacuer ces bulles de gaz et ce tirage est réalisé jusqu’à ce que la résine soit chauffée et atteigne une température prédéterminée. L’opérateur doit alors retirer la tête de dégazage qui est amovible et la remplacer par une tête d’injection qui permet son injection dans le moule de fabrication de la pièce.
L’opérateur peut être amené à gérer plusieurs circuits d’injection en parallèle et donc peut être obligé de remplacer quasi simultanément plusieurs têtes de dégazage par des têtes d’injection. La durée de présence de la résine dans le corps de chauffage peut donc varier après que cette résine ait atteint la température évoquée dans ce qui précède. Or, l’expérience a montré que plus la durée d’attente entre le moment d’atteinte de cette température et le moment d’injection de la résine est longue plus le risque de porosité dans la pièce finale et de mise au rebut de cette pièce est important.
La présente invention propose une solution à ce problème, qui est simple, efficace et économique.
L’invention propose un injecteur de résine pour la fabrication d’une pièce composite, en particulier pour un moteur d’aéronef, cet injecteur comportant :
- un corps tubulaire de chauffage comportant une chambre interne de stockage et de chauffage de résine,
- un piston monté à une extrémité du corps et comportant une tête mobile en translation dans la chambre, et
- une tête d’injection montée à une extrémité opposée du corps et comportant une ligne d’injection débouchant dans la chambre et configurée pour injecter de la résine lors d’une poussée exercée par le piston dans la chambre,
caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- une ligne de tirage du vide dans la chambre, et
- au moins un élément de mise en mouvement de la résine à l’intérieur de la chambre.
L’invention permet donc d’utiliser l’injecteur pour également mettre en mouvement et dégazer la résine. L’opérateur n’a donc pas besoin de remplacer la tête d’injection de l’injecteur par une tête de dégazage car l’injecteur est désormais équipé pour pouvoir assurer les fonctions de dégazage et d’injection. Il en résulte une simplification du procédé de fabrication d’une pièce composite, ainsi qu’une réduction de la durée de ce procédé. Il en résulte en outre une réduction significative du risque d’apparition de de porosités dans la pièce finale car la durée de présence de la résine dans l’injecteur, après son chauffage et avant son injection, peut être considérablement réduite.
L’injecteur 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 :
- la ligne de tirage est directement reliée à la ligne d’injection ;
- la ligne de tirage est équipée d’un clapet anti-retour, et/ou d’une valve manuelle ou automatique ; une pression d’injection trop élevée par rapport à la capacité d’un clapet anti-retour pourrait par exemple nécessiter d’introduire une valve ;
- la tête de piston est mobile en rotation à l’intérieur de la chambre et porte ledit au moins un élément ; cette variante est particulièrement avantageuse car le nettoyage de l’injecteur reste simple, et le nombre de pièces de cette variante est faible, ce qui limite la maintenance ;
- ledit au moins un élément est en saillie sur une face de poussée de la tête de piston ;
- ledit au moins un élément est formé par un agitateur magnétique libre situé dans la chambre, et un dispositif magnétique commandé pour entraîner une rotation de l’agitateur à l’intérieur de la chambre ; cette variante est particulièrement avantageuse car le nettoyage de l’injecteur reste simple puisque l’agitateur est en général amovible, et le nombre de pièces en mouvement de cette variante est faible limitant les risques de perte d’étanchéité et limitant la maintenance ;
- la tête de piston comprend une face de poussée sur laquelle l’agitateur magnétique est libre de tourner, le dispositif magnétique étant porté par la tête de piston et situé sous cette face de poussée ;
- le corps est mobile en rotation vis-à-vis du piston voire de la tête d’injection, ledit au moins un élément étant formé par un mécanisme de mise en rotation du corps ;
- le mécanisme comprend un excentrique relié d’une part à un système de commande et d’autre part à une extrémité du corps, et configuré pour entraîner une rotation du corps autour d’un axe qui est par exemple un axe de translation du piston.
La présente invention concerne encore un circuit d’injection de résine pour la fabrication d’une pièce composite, en particulier pour un moteur d’aéronef, ce circuit comportant un moule reliée par une conduite à un injecteur tel que décrit ci-dessus.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée de l'invention
Les figures 1 et 2 illustrent la technique antérieure à la présente invention.
La figure 1 montre un corps tubulaire de chauffage 10 équipé d’une tête de dégazage 12 et la figure 2 montre ce même corps tubulaire 10 équipé d’une tête d’injection 14.
Le corps 10 a une forme générale cylindrique et tubulaire et comprend une chambre interne 16 de stockage et de chauffage de résine.
Le corps 10 comprend une extrémité de montage d’un piston 18 qui comprend une tête de piston 20 logée dans la chambre 16 et une tige de piston 22 traversant un orifice de l’extrémité du corps.
La tête de piston 20 a une forme complémentaire à celle de la chambre 16 et est montée coulissante dans la chambre. La tête de piston 20 comprend une face de poussée 20a au contact de la résine et configurée pour exercer une force de poussée sur la résine afin de la déplacer dans la résine jusqu’à l’extrémité opposée au corps.
La tête de piston 20 comprend une face 20b opposée à la face 20a et reliée à la tige de piston 20a.
L’extrémité du corps 10 opposée au piston 18 est ouverte et reçoit la tête de dégazage 12 ou la tête d’injection 14.
La tête de dégazage 12 visible à la figure 1 comprend un couvercle 22 de fermeture de l’ouverture du corps 10 et portant d’une part une tige rotative 24 et une ligne 26 de tirage du vide.
La tige 24 s’étend d’un côté du couvercle 22 et est destiné à être logée dans la chambre 16 et plongée dans la résine. La tige 24 porte une hélice 25 à son extrémité libre et est reliée à un système d’actionnement et de mise en rotation de la tige pour mettre en mouvement et mélanger la résine dans la chambre 24.
La ligne de tirage 26 s’étend du côté opposé au couvercle 22 et est destinée à s’étendre à l’extérieur de la chambre 16. Cette ligne 26 a une extrémité débouchant dans la chambre et une extrémité opposée débouchant à l’extérieur de la chambre.
La tête d’injection 14 visible à la figure 2 comprend un couvercle 28 de fermeture de l’ouverture du corps 10 et portant une ligne d’injection 30.
La ligne d’injection 30 s’étend d’un côté au couvercle 22 et est destinée à s’étendre à l’extérieur de la chambre 16. Cette ligne 30 a une extrémité débouchant dans la chambre et une extrémité opposée débouchant à l’extérieur de la chambre.
Bien qu’elle utilise un même corps de chauffage 10, la technique antérieure utilise donc deux têtes 12, 14 différentes qui doivent être changés selon la fonction recherchée et l’étape du procédé de fabrication d’une pièce composite.
L’invention propose au contraire de ne pas changer de tête pour réaliser ces deux fonctions, respectivement de dégazage et d’injection.
Les figures 3 à 5 représentent différents modes de réalisation de l’injecteur selon l’invention.
Cet injecteur 40 comporte :
- un corps tubulaire 42 comportant une chambre interne 44 de stockage de résine,
- un piston mobile 46 monté à une extrémité du corps et comportant une tête 48 mobile en translation dans la chambre 44, et
- une tête d’injection 49 montée à une extrémité opposée du corps et comportant une ligne d’injection 50 débouchant dans la chambre 44 et configurée pour injecter de la résine 44 lors d’une poussée exercée par le piston dans la chambre.
L’injecteur 40 est remarquable en ce qu’il comprend en outre une ligne 52 de tirage du vide dans la chambre, et au moins un élément de mise en mouvement de la résine à l’intérieur de la chambre.
La figure 3 représente un injecteur 40 selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel la ligne de tirage 52 est directement reliée à la ligne d’injection 50. Les lignes d’injection 50 et de tirage 52 peuvent être sensiblement perpendiculaires. La ligne de tirage 52 est configurée pour être reliée à une pompe ou analogue et comprend de préférence un clapet anti-retour 54 de façon à pouvoir maintenir un vide dans la chambre 44, même lorsque la pompe est désactivée. Les lignes d’injection 50 et de tirage 52 peuvent être situées sur un même couvercle 55 de fermeture étanche d’une ouverture du corps 42.
L’élément de mise en mouvement de la résine est ici formé par un mécanisme 56 de mise en rotation du corps 42 de l’injecteur. Le corps 42 est en effet mobile en rotation vis-à-vis du piston 46 voire de la tête d’injection 48, autour d’un axe qui est de préférence l’axe A de déplacement du piston. Le piston 46 est similaire à celui 18 décrit dans ce qui précède.
Le mécanisme 56 comprend un excentrique 58 relié d’une part à un système de commande 60 et d’autre part à une extrémité du corps 42. L’excentrique 58 est configuré pour entraîner une rotation du corps 42 autour de l’axe A.
Le corps 42 peut être guidé en rotation ou centré par un système 62 approprié composé par exemple de rotule(s) et/ou de palier(s).
Le fonctionnement de l’injecteur 40 de la figure 3 sera décrit dans ce qui suit.
La figure 4 représente un injecteur 70 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel la ligne de tirage 52 et son clapet anti-retour 54 sont similaires à ceux décrits dans ce qui précède.
L’élément de mise en mouvement de la résine est ici formé par un agitateur magnétique 72 libre situé dans la chambre 44, et un dispositif magnétique 74 commandé pour entraîner une rotation de l’agitateur 72 à l’intérieur de la chambre 44.
La tête de piston 48 comprend une face de poussée 48a sur laquelle l’agitateur magnétique 72 est libre de tourner. Le dispositif magnétique 74 est porté par la tête de piston 48 et situé sous cette face de poussée 48a.
Le fonctionnement de l’injecteur 70 de la figure 4 sera décrit dans ce qui suit.
La figure 5 représente un injecteur 80 selon un troisième mode de réalisation de l’invention, dans lequel la ligne de tirage 52 et son clapet anti-retour 54 sont similaires à ceux décrits dans ce qui précède.
L’élément 82 de mise en mouvement de la résine est ici en saillie sur la face de poussée 48a de la tête de piston 48. La tête de piston 48 est mobile en rotation à l’intérieur de la chambre 44 et entraînée en rotation par des moyens appropriés qui ne sont pas représentés.
Les injecteurs 40, 70, 80 décrits dans ce qui précède peuvent fonctionner de la façon suivante.
Un opérateur remplit le corps 46 avec de la résine. En pratique, un four peut être utilisé pour préchauffer et verser la résine dans le corps de l’injecteur. La résine est chauffée dans le corps et, pendant ce chauffage, la résine est mise en mouvement et dégazée. La ligne de tirage 52 est donc utilisée par faire le vide et évacuer les bulles de gaz contenues dans la résine chauffée. Dans le cas de l’injecteur 40, l’actionnement de l’excentrique 58 permet de mettre en rotation le corps 46 et ainsi de mettre en mouvement la résine. Dans le cas de l’injecteur 70, c’est l’activation du dispositif magnétique 74 qui permet de faire tourner l’agitateur 72 et ainsi de mettre en mouvement la résine dans la chambre. Dans le cas de l’injecteur 80, c’est la rotation de la tête de piston 48 qui permet de mettre en mouvement la résine grâce à l’élément 82 ou à aux éléments 82 portés par cette tête. Une fois que la résine a atteint une température prédéterminée, la mise en mouvement de la résine et le dégazage peuvent être arrêtés. L’injecteur 40, 70, 80 peut alors être utilisé directement pour assurer sa seconde fonction à savoir l’injection de résine. Pour cela, le piston 46 est actionné et poussé de façon à ce que de la résine soit injectée via la ligne d’injection 50 dans le circuit d’injection. Ce circuit comprend un moule 90 raccordé par une conduite 92 à la ligne d’injection 50 de l’injecteur.
Claims (10)
- Injecteur (40, 70, 80) de résine pour la fabrication d’une pièce composite, en particulier pour un moteur d’aéronef, cet injecteur comportant :
- un corps tubulaire (42) de chauffage comportant une chambre interne (44) de stockage et de chauffage de résine,
- un piston (46) monté à une extrémité du corps et comportant une tête (48) mobile en translation dans la chambre, et
- une tête d’injection (49) montée à une extrémité opposée du corps et comportant une ligne d’injection (50) débouchant dans la chambre et configurée pour injecter de la résine lors d’une poussée exercée par le piston dans la chambre,
- une ligne (52) de tirage du vide dans la chambre, et
- au moins un élément (56, 72, 82) de mise en mouvement de la résine à l’intérieur de la chambre. - Injecteur (40, 70, 80) selon la revendication 1, dans lequel la ligne de tirage (52) est directement reliée à la ligne d’injection (50).
- Injecteur (40, 70, 80) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la ligne de tirage (52) est équipée d’un clapet anti-retour (54), et/ou d’une valve manuelle ou automatique.
- Injecteur (80) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tête de piston (48) est mobile en rotation à l’intérieur de la chambre (44) et porte ledit au moins un élément (82).
- Injecteur selon la revendication 4, dans lequel ledit au moins un élément (82) est en saillie sur une face de poussée (48a) de la tête de piston (48).
- Injecteur (70) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément est formé par un agitateur magnétique (72) libre situé dans la chambre (44), et un dispositif magnétique (74) commandé pour entraîner une rotation de l’agitateur à l’intérieur de la chambre
- Injecteur (70) selon la revendication 6, dans lequel la tête de piston (48) comprend une face de poussée (48a) sur laquelle l’agitateur magnétique (72) est libre de tourner, le dispositif magnétique (74) étant porté par la tête de piston et situé sous cette face de poussée.
- Injecteur (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le corps (42) est mobile en rotation vis-à-vis du piston (48) voire de la tête d’injection (49), ledit au moins un élément étant formé par un mécanisme (56) de mise en rotation du corps.
- Injecteur selon la revendication 8, dans lequel le mécanisme (56) comprend un excentrique (58) relié d’une part à un système de commande (60) et d’autre part à une extrémité du corps (42), et configuré pour entraîner une rotation du corps autour d’un axe (A) qui est par exemple un axe de translation du piston (46).
- Circuit d’injection de résine pour la fabrication d’une pièce composite, en particulier pour un moteur d’aéronef, ce circuit comportant un moule (90) reliée par une conduite (92) à un injecteur (40, 70, 80) selon l’une des revendications précédentes.
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|---|---|---|---|---|
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| FR3126335A1 (fr) | 2021-08-27 | 2023-03-03 | Safran Aircraft Engines | Procede de fabrication d’une piece composite, en particulier aeronautique et installation associee |
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| FR3100739B1 (fr) | 2022-11-25 |
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