FR3107001A1 - Têtes d'application de fibres avec bobines embarquées - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une tête d’application de fibres comprenant une structure support (10) présentant une face arrière (12) et une face avant (11) sur laquelle sont montés un rouleau de compactage (21), des moyens support (4) de bobines, et des systèmes de renvoi (71-76). Les moyens support sont positionnés dans deux zones latérales (52) de la face avant, disposées de part et d’autre d’une zone centrale (51) qui est centrée selon un premier plan (P1) principal perpendiculaire à l’axe (A2) de rotation du rouleau et dans laquelle est disposé ledit rouleau de compactage. Les systèmes de renvoi comprennent des premiers moyens de renvoi (71, 73) montés sur la face avant, dans la zone centrale, et aptes à rediriger les fibres (F1, F2) provenant des zones latérales (52) vers le rouleau de compactage dans une direction sensiblement parallèle au premier plan (P1). (Figure pour l'abrégé : Fig. 3)
Description
La présente invention concerne une tête d’application de fibres pour la réalisation de pièces en matériau composite, et plus particulièrement une tête d’application de fibres dans laquelle des bobines de fibres sont embarquées sur la tête. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite au moyen d’une telle tête d’application.
Il est connu notamment dans les documents brevet US 8,012,291 et US 7,785,433 des têtes d’application de fibres de ce type, appelées classiquement tête de placement de fibres, comprenant une structure support présentant une face arrière et une face avant, un système de compactage comprenant au moins un rouleau de compactage monté sur la face avant de la structure support de manière rotative autour d’un axe de rotation, des moyens support de bobine de fibres montés sur la face avant, et des systèmes de renvoi pour diriger les fibres depuis les bobines vers ledit rouleau de compactage. Pour chaque bobine, les moyens support de bobines comprennent un mandrin. Les mandrins sont régulièrement répartis autour du rouleau de compactage, de manière circonférentielle, les axes des mandrins sont disposés parallèlement à un plan principal perpendiculaire à l’axe de rotation du rouleau. Les fibres déroulées depuis les bobines sont dirigées radialement vers le centre et ramenées vers le rouleau de compactage par des poulies de renvoi disposées autour du rouleau de compactage. La tête d’application est montée de manière détachable à un système de déplacement, par exemple au poignet d’un système de type portique ou un système de type robot polyarticulé.
De telle têtes d’application permettent d’appliquer sur un outillage de drapage, au moyen du rouleau de compactage, une ou plusieurs fibres plates continues, de type rubans, sèches ou imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique, notamment des fibres de carbone, constituées d’une multitude de fils ou filaments de carbone. Après application de plusieurs plis de fibres superposés, la pièce résultante est soumise à une opération de durcissement, dite de polymérisation, dans le cas de résines thermodurcissables, et dite de consolidation dans le cas de résines thermoplastiques.
Ce type de tête avec bobines embarquées permet d’effectuer les changements de bobines en temps masqué, les bobines d’une première tête posée sur un banc pouvant être remplacées par un opérateur pendant que le drapage est effectué avec une deuxième tête montée sur le système de déplacement. La présence des bobines en face avant, autour du rouleau de compactage, permet un remplacement aisé par un opérateur de l’ensemble des bobines.
Pour une bonne précision de drapage, il est préférable de limiter la distance entre le poignet du système de déplacement, et le point central de l’outil (en anglais «Tool Center Point» ou TCP) qui correspond au milieu de la ligne d’intersection ou ligne de contact théorique entre la surface du rouleau de compactage et la surface de drapage, ladite distance étant appelée communément distance TCP. Une telle tête avec bobines embarquées présente toutefois un encombrement important, et il est nécessaire d’augmenter considérablement la distance TCP pour éviter des collisions dans le cas de drapage en moule femelle de pièces présentant de faibles rayons de courbure.
Il a également été proposé des têtes avec bobines embarquées, notamment dans le document brevet US 8,997,818 et WO2019/076498, dans lesquelles les axes des mandrins sont disposés parallèlement au rouleau de compactage, les mandrins étant disposés sur les face latérales d’une structure support, le rouleau de compactage étant disposé en partie inférieure de la structure support. Dans cette configuration, le remplacement des bobines s’effectue de manière moins aisée, dans la mesure où l’opérateur doit tourner autour de la tête pour remplacer toutes les bobines. Par ailleurs, ce type de tête présente une distance TCP importante, notamment lorsque la tête comprend un nombre important de bobines.
Le but de la présente invention est de proposer une tête de type bobines embarquée visant à pallier les inconvénients précités.
A cet effet, la présente invention propose une tête d’application de fibres pour la réalisation de pièces en matériau composite, comprenant une structure support présentant deux faces principales opposées, dont une face arrière et une face avant, un système de compactage comprenant au moins un rouleau de compactage monté sur la face avant de manière rotative autour d’un axe de rotation, des moyens support de bobines de fibre montés sur la face avant, et des systèmes de renvoi pour diriger les fibres depuis les bobines vers ledit rouleau de compactage, caractérisée en ce que
- les moyens support sont positionnés dans deux zones latérales de la face avant, disposées de part et d’autre d’une zone centrale qui est centrée selon un premier plan principal perpendiculaire à l’axe de rotation du rouleau de compactage et dans laquelle est disposé ledit rouleau de compactage, ladite zone centrale s’étendant d’un bord aval à un bord amont de la structure support,
- les systèmes de renvoi comprennent des premiers moyens de renvoi, par exemple formées de premières poulies de renvoi, montés sur la face avant, dans la zone centrale, et aptes à rediriger les fibres provenant des zones latérales vers le rouleau de compactage dans une direction sensiblement parallèle au premier plan.
- les moyens support sont positionnés dans deux zones latérales de la face avant, disposées de part et d’autre d’une zone centrale qui est centrée selon un premier plan principal perpendiculaire à l’axe de rotation du rouleau de compactage et dans laquelle est disposé ledit rouleau de compactage, ladite zone centrale s’étendant d’un bord aval à un bord amont de la structure support,
- les systèmes de renvoi comprennent des premiers moyens de renvoi, par exemple formées de premières poulies de renvoi, montés sur la face avant, dans la zone centrale, et aptes à rediriger les fibres provenant des zones latérales vers le rouleau de compactage dans une direction sensiblement parallèle au premier plan.
Selon l’invention, le système de compactage est monté dans une zone centrale de la face avant, les bobines sont disposées sur la face avant, de part et d’autre de cette zone centrale, la portion de la zone centrale en amont et/ou en aval du rouleau de compactage par rapport au sens d’avancement de la tête lors du drapage est utilisée pour acheminer les fibres vers le rouleau d’application.
Cette architecture de tête spécifique avec un tel positionnement des bobines permet d’avoir un nombre important de bobines embarquées sur la tête avec un encombrement réduit et une distance TCP raisonnable, tout en ayant un accès aisé aux bobines pour leur remplacement et/ou pour positionner manuellement la fibre de sa bobine jusqu’au rouleau. De préférence,
- les moyens support sont disposés dans les deux zones latérales, symétriquement de part et d’autre du premier plan , et/ou les moyens support sont disposés de chaque côté du premier plan selon au moins une rangée de moyens support, et/ou
- ladite face arrière est munie de moyens d’assemblage aptes à coopérer avec des moyens d’assemblage complémentaires d’un système de déplacement pour l’assemblage de la tête au système de déplacement selon un axe d’assemblage, qui est de préférence perpendiculaire à l’axe de rotation du rouleau de compactage et/ou qui est disposé selon le premier plan principal.
- les moyens support sont disposés dans les deux zones latérales, symétriquement de part et d’autre du premier plan , et/ou les moyens support sont disposés de chaque côté du premier plan selon au moins une rangée de moyens support, et/ou
- ladite face arrière est munie de moyens d’assemblage aptes à coopérer avec des moyens d’assemblage complémentaires d’un système de déplacement pour l’assemblage de la tête au système de déplacement selon un axe d’assemblage, qui est de préférence perpendiculaire à l’axe de rotation du rouleau de compactage et/ou qui est disposé selon le premier plan principal.
Selon un mode de réalisation, les premiers moyens de renvoi sont montés dans la portion amont de la zone centrale disposée en amont du système de compactage par rapport au sens d’avancement de la tête lors du drapage, toutes les fibres provenant des bobines étant ainsi ramenées d’un même côté de la tête, au niveau du bord amont. Cette disposition facilite le passage des fibres par un opérateur jusqu’au rouleau de compactage, et permet de maintenir libre, d’une part la portion aval de la zone centrale, par exemple pour le montage de dispositifs, tel qu’un dispositif d’inspection automatique des fibres drapées, et d’autre part l’espace au-dessus du rouleau de compactage, pour divers équipements tels que les vérins de compactage ou les différents systèmes de connexions pneumatiques et/ou électriques de la tête, notamment pour des moyens de coupe, de réacheminement ou de blocage de fibres.
Selon un mode de réalisation, la tête comprend au moins un module fonctionnel portant ledit rouleau de compactage, et comprenant des moyens de guidage aptes à guider des premières fibres en direction du rouleau de compactage selon un premier plan de guidage formant un premier angle non nul avec le plan de compactage passant par l’axe du rouleau de compactage et perpendiculaire au premier plan, et à guider des deuxièmes fibres en direction du rouleau de compactage selon un second plan de guidage formant un deuxième angle non nul avec le plan de compactage, ledit deuxième angle étant inférieur au premier angle, lesdits plans de guidage étant disposés du même côté du plan de compactage, en amont dudit plan de compactage par rapport au sens d’avancement de la tête lors du drapage.
Cette configuration de tête, avec les deux plans de guidage disposé du même côté par rapport au plan de compactage, permet d’avoir à la fois pour les premières fibres et les deuxièmes fibres des angles d’arrivée de fibres sur le rouleau par rapport à la surface de drapage qui restent faibles, garantissant un bon réacheminement des fibres après des opérations de coupe et un bon chauffage des premières et des deuxièmes fibres, et donc une bonne qualité de drapage à des vitesses élevées.
Par ailleurs, cette configuration de tête combinée à des premiers moyens de renvoi montés dans la portion amont de la zone centrale permet d’obtenir une tête avec des chemins de fibres très simples jusqu’au rouleau.
Selon un mode de réalisation, la tête comprend un module fonctionnel, comprenant le système de compactage, des moyens de coupe de fibre, des moyens de réacheminement de fibres et des moyens de blocage de fibres, ledit module fonctionnel étant de préférence monté mobile en translation sur la structure support selon une direction parallèle au premier plan et relié à la structure support par un ou plusieurs vérins de compactage.
Selon un mode de réalisation, pour chaque bobine, les moyens support comprennent un mandrin monté en porte à faux sur la structure support, en saillie sur la face avant.
Selon un mode de réalisation, les mandrins sont disposés symétriquement de part et d’autre du premier plan dans les deux zones latérales de la face avant, de préférence selon au moins une rangée dans chaque zone latérale.
Selon un mode de réalisation, dans chaque zone latérale, la tête comprend une première rangée de premiers mandrins disposée le long du premier plan, et une deuxième rangée de deuxièmes mandrins disposée le long de la première rangée, du côté de la première rangée qui est opposé au premier plan, le long du bord latéral.
Selon un mode de réalisation, la tête comprend des mandrins dont les points d’assemblage sont disposés dans un premier plan de mandrin qui est parallèle à l’axe de rotation du rouleau et disposé à une première distance dudit axe de rotation, et des mandrins dont les points d’assemblage sont disposés dans un deuxième plan de mandrin qui est parallèle à l’axe de rotation et disposé à une deuxième distance dudit axe de rotation, ladite deuxième distance étant supérieure à la première distance, le point d’assemblage d’un mandrin étant défini par l’intersection entre l’axe du mandrin et le plan d’assemblage dudit mandrin sur la structure support. Cette disposition des mandrins à des niveaux différents permet de proposer une tête de faible encombrement permettant de drapage sur des surface à faible rayon de courbure et permet également de libérer de l’espace dans la structure support, entre la face avant et la face arrière, pour le positionnement de différents composants.
Selon un mode de réalisation, dans le cas de mandrins disposés selon deux rangées de chaque côté du premier plan principal, les points d’assemblage des premiers mandrins sont disposés selon le premier plan de mandrin et les points d’assemblage des deuxièmes mandrins sont disposés selon le deuxième plan de mandrin.
Selon un mode de réalisation, les axes des mandrins sont inclinés vers l’extérieur par rapport au premier plan. Cette inclinaison des axes permet de limiter davantage l’encombrement de la tête tout en garantissant un accès aux opérateurs pour placer les bobines.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant l’application de fibres continues sur une surface d’application, caractérisé en ce que l’application de fibres est réalisée au moyen d’une tête d’application de fibres telle que définie précédemment, par déplacement relatif de la tête d’application par rapport à la surface de drapage selon des trajectoires de dépose.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels :
- est une vue en perspective d’une tête d’application de fibres selon l’invention ;
- est une vue de côté de la tête de la figure 1 ;
- est une vue de face de la tête de la figure 1; et,
- est une vue partielle en coupe selon le plan de coupe IV-IV de la figure 2.
Les figures 1 à 4 illustrent une tête d’application de fibres selon l’invention, permettant ici d’embarquer seize bobines de fibres, pour draper au contact au moyen d’un seul rouleau de compactage une bande de 16 fibres.
La tête comprend une structure support 10, globalement parallélépipédique, présentant une face avant 11 principale, une face arrière 12 principale, et quatre faces latérales, appelées bord aval 13, bord amont 14, et bords latéraux 15, q définis par rapport au sens d’avancement S de la tête lors du drapage. La structure support présente un axe central principal A1, un premier plan P1 principal et un deuxième plan P2 principal, disposés perpendiculairement l’un à l’autre, dont l’intersection correspond audit un axe central. Les bords latéraux 15 sont disposés symétriquement de part et d’autre du premier plan P1, et les bords aval et amont 13, 14 sont disposés symétriquement de part et d’autre du deuxième plan P2. La structure support comprend des éléments de structure rigides (non représentés), par exemple métalliques, recouverts par des diverses plaques de capotage représentées sur les figures. Dans le présent mode de réalisation, les bords aval et amont 13, 14 sont sensiblement plans, disposés parallèlement au deuxième plan P2, et chaque bord latéral 15 présentent une portion centrale plane 151, parallèle au premier plan P1, se prolongeant jusqu’au bord amont et au bord aval par des portions courbées 152a 152b, parallèle à l’axe A1.
La tête présente sur sa face arrière 12 des moyens d’assemblage (non représentés) permettant l’assemblage de la tête à un système de déplacement selon un axe d’assemblage qui est de préférence confondu avec l’axe A1central. La tête peut par exemple être assemblé au poignet d’un système de déplacement de type portique, permettant un déplacement en translation selon trois directions perpendiculaires entre elles, le poignet permettant un déplacement en rotation autour de trois axes, dont un confondu avec l’axe A1. Selon un autre mode de réalisation, le système de déplacement est un robot poly-articulé 6 axes, l’axe 6 du robot étant confondu avec l’axe A1.
La tête est équipée sur sa face avant d’un système de compactage comprenant ici un seul rouleau de compactage 21. Le rouleau de compactage est monté mobile en rotation autour d’un axe A2, sur un module fonctionnel 2, ledit module fonctionnel étant monté sur la structure support de manière mobile en translation selon une direction D1 parallèle à l’axe A, de sorte que l’axe A2 de rotation du rouleau est mobile dans un plan de compactage Pc qui est parallèle à l’axe A et perpendiculaire au premier plan P1, ledit plan P1 passant par le milieu du rouleau de compactage. Le module fonctionnel est assemblé à au moins un vérin de compactage. Ledit module fonctionnel est par exemple monté mobile en translation entre deux rails 23 assemblés sur la structure support et est assemblé en partie supérieure aux extrémités des tiges de deux vérins de compactage, les deux vérins étant assemblés par leur corps à la structure support. Selon un mode de réalisation particulier, l’axe A2 est disposé dans le deuxième plan P2, le plan de compactage Pc étant confondu avec ce deuxième plan P2, l’axe A1 passant par le milieu du rouleau, et donc par le point TCP de la tête.
En référence à la figure 4, le module fonctionnel comprend un système de guidage 22 permettant de guider des premières fibres F1 en direction du rouleau de compactage 21 selon un premier plan de guidage P3 formant un premier angle α1non nul avec le plan de compactage Pc, et de guider des deuxièmes fibres F2 en direction du rouleau de compactage selon un second plan de guidage P4 formant un deuxième angle α2non nul avec le plan de compactage, ledit deuxième angle étant inférieur au premier angle α1. Lesdits plans de guidage P3, P4 sont disposés du même côté du plan de compactage, en amont dudit plan de compactage par rapport au sens d‘avancement S de la tête lors du drapage.
Le système de guidage est disposé du côté du bord amont 14 de la structure support par rapport au rouleau, et comprend des premiers canaux et des seconds canaux dans lesquels passent respectivement les premières fibres F1 et les deuxièmes fibres F2 pour les amener tangentiellement au rouleau d'application. Les premiers et seconds canaux sont disposés en quinconce selon les deux plans de guidage P3, P4, de sorte les premières fibres et les deuxièmes fibres soient disposées de manière alternée au niveau du rouleau d’application, de péréférence sensiblement bord à bord.
Le système de guidage 22 comprend en outre une première rangée de premières poulies 221 sur lesquelles passent des premières fibres F1 pour être guidées selon le premier plan P3 dans les premiers canaux et une deuxième rangée de deuxièmes poulies 222 sur lesquelles passent des deuxièmes fibres pour être guidées selon le deuxième plan P4 dans les seconds canaux. Ces premières poulies et secondes poulies, illustrées de manière schématique sur les figures, sont de préférence montées sur le module fonctionnel, de manière rotative autour d’axes parallèles à l’axe A2 du rouleau. Le module fonctionnel est ici prévu pour permettre le drapage d’une bande de seize fibres et comprend donc huit premières poulies pour orienter une première nappe de huit premières fibres dans huit premiers canaux selon le plan P3 et huit deuxièmes poulies pour orienter une deuxième nappe de huit deuxièmes fibres dans huit deuxièmes canaux.
Le module fonctionnel comprend en outre des moyens de coupe pour couper individuellement chaque fibre en amont du rouleau, des moyens de réacheminement, disposés en amont de moyens de coupe par rapport à la direction d’avancement de la fibre, pour réacheminer chaque fibre jusqu’au rouleau de compactage après une opération de coupe, et des moyens de blocage pour bloquer la fibre venant d’être coupée, de tels moyens étant connus en soi. Les moyens de coupe comprennent pour chaque fibre au moins une lame apte à être manœuvrée par un vérin de coupe entre une position de repos et une position active pour couper une fibre. Les moyens de blocage comprennent par exemple un plot de blocage apte à être manœuvré par un vérin de blocage entre une position de repos et une position active pour bloquer la fibre. A titre d’exemple, le module fonctionnel comprend des moyens de coupe et des moyens de blocage, tels que décrits dans le document brevet EP2134532, WO2017/072421 ou FR17/01245 et FR17/01247. Les moyens de réacheminement comprennent pour chaque fibre un contre-galet actionné par un vérin de réacheminement entre une position de repos et une position active. En position active, le contre-galet est apte à plaquer la fibre contre un rouleau d’entrainement motorisé pour le réacheminement de cette dernière, le module fonctionnel comprenant un rouleau d’entrainement commun pour les contre-galets des premières fibres et un rouleau d’entrainement commun pour les contre-galets des deuxièmes fibres.
La tête porte sur sa face avant 11 des moyens support 4 de bobines disposés symétriquement de part et d’autre d’une zone centrale 51 qui s’étend du bord aval 13 au bord amont 14, et dont la largeur correspond sensiblement à la largeur du module fonctionnel 2. Chaque bobine de fibre est obtenue par une opération d’enroulement ou trancannage consistant à enrouler régulièrement la fibre spire par spire et couche par couche sur toute la longueur d’une bobine.
En référence aux figures 2 et 3, pour chaque bobine de fibre, les moyens support comprennent un module support 4 comportant un mandrin 41 d’axe de rotation A3, pour la réception d’une bobine de fibre B, et un système de contrôle de tension de la fibre agissant sur la rotation du mandrin en fonction de la tension dans la fibre déroulée. Le mandrin 41 est monté en porte à faux sur la face avant, et est relié à l’extrémité de l’arbre d’entraînement d’un moteur pour son entraînement en rotation autour de son axe A3. Le moteur est disposé dans le volume intérieur de la structure support défini entre les faces 13-15. Le mandrin est équipé de moyens de blocage, par exemple de type pneumatiques, pour bloquer en position la bobine sur le mandrin. Le système de contrôle de tension comprend un rouleau de déroulement 42, et un rouleau oscillant 43 monté à l’extrémité d’un bras oscillant 44, la rotation du mandrin étant contrôlée en fonction de la position du rouleau oscillant. La fibre déroulée de la bobine passe sur le rouleau de déroulement 41, puis sur le rouleau oscillante 43. Le rouleau de déroulement est monté sur la face avant, de manière rotative autour d’un axe parallèle à l’axe A3. Le bras oscillant 44 est monté libre en rotation par une première extrémité autour de l’axe A3 du mandrin, et porte à sa deuxième extrémité le rouleau oscillant 32, ledit rouleau oscillant étant monté mobile en rotation autour d’un axe qui est parallèle à l’axe A3. Le bras oscillant est équipé d’un capteur de position,pour détecter la position angulaire du bras, qui est relié à une unité de commande de la machine de placement de fibre qui, en fonction du signal de position, pilote dynamiquement le moteur pour faire varier la vitesse de rotation du premier mandrin.
Dans le présent mode de réalisation, la tête comprend seize modules support disposés symétriquement de part et d’autre du premier plan dans les deux zones latérales 52 de la face avant. Dans chaque zone latérale, les modules support sont disposés en deux rangée de quatre modules support. Une première rangée de quatre premiers modules support comprenant des premiers mandrins est disposée le long du premier plan P1, et une deuxième rangée de quatre deuxièmes modules support comprenant des deuxièmes mandrins est disposée le long de la première rangée, du côté de la première rangée qui est opposé au premier plan P1, le long du bord latéral 15.
L’intersection entre l’axe A3 d’un mandrin 41 et le plan d’assemblage dudit mandrin sur la structure support définit le point d’assemblage d’un mandrin. En référence à la figure 2, les premiers modules support sont montés sur la structure support de sorte que les points d’assemblage 45 des premiers mandrins sont disposés dans un premier plan de mandrin P5, parallèle à l’axe A2 du rouleau et disposé à une première distance d1 dudit l’axe A2. Les deuxièmes modules support sont montés sur la structure support de sorte que les points d’assemblage 46 des premiers mandrins sont disposés dans un deuxième plan de mandrin P6, parallèle à l’axe A2 de rotation et disposé à une deuxième distance d2 de l’axe de rotation, qui est supérieure à la première distance d1.
Par ailleurs, les premiers et deuxièmes modules support sont montés sur la structure support de sorte que les axes A3 des mandrins sont inclinés vers l’extérieur par rapport au premier plan P1 d’un angle α3,par exemple compris en 5 et 20°, par exemple d’environ 10°.
A titre d’exemple de montage, chaque module support comprend une platine d’assemblage, formée d’une plaque plane, sur laquelle est monté le mandrin 41, de sorte que l’axe A3 du mandrin soit disposé perpendiculairement à la platine. La platine porte également le rouleau de déroulement. Les platines sont assemblées sur la structure support et définissent les plans d’assemblage précités des mandrins. De chaque côté du premier plan P1, les platines des premiers modules support sont montées sur la structure support à une distance d1 de l’axe A2 tandis que les platines des deuxièmes modules support sont disposées à une distance d2. Les platines des premiers et deuxièmes modules support sont disposées parallèlement entre-elles et sont inclinées par rapport au premier plan P1 de sorte que les axes A3 des mandrins fassent un angle α3. Les angles α3des premiers et deuxièmes mandrins sont ici identiques. En variante, les angles α3des axes des premiers mandrins sont différents de ceux des deuxièmes mandrins.
La tête comprend un système de renvoi permettant de diriger les fibres déroulées depuis les modules support vers le bord amont 14 de la tête puis vers le module fonctionnel, plus particulièrement vers les premières et deuxièmes poulies 221, 222 du module fonctionnel. Les fibres déroulées depuis les premiers modules support vont constituer les premières fibres F1 de la première nappe, tandis que les fibres déroulées depuis les deuxièmes modules support vont constituer les deuxièmes fibres F2 de la deuxième nappe.
Pour chaque première rangée de premiers modules support, le système de renvoi comprend un premier ensemble de premières poulies 71 disposé dans la portion amont 511 de la zone centrale 51, et un deuxième ensemble de deuxièmes poulies 72 disposé dans la zone latérale 72 à proximité du bord amont 14. Ces premières poulies et deuxièmes poulies, illustrées de manière schématique sur les figures, sont montées sur la structure support de manière rotative autour d’axes de rotation parallèles aux axes A3 des mandrins. Chaque fibre provenant d’un rouleau oscillant d’un premier module passe sur une deuxième poulie 72, puis sur une première poulie 71. Dans un souci de clarté des figures, les chemins de fibre sont illustrés uniquement à partir des rouleaux oscillants jusqu’au module fonctionnel 2.
Le chemin de fibre d’une première fibre est le suivant: la fibre déroulée depuis sa bobine passe sur le rouleau de déroulement, le rouleau oscillant, s’étend sensiblement parallèlement au premier plan P1 jusqu’à passer sur une deuxième poulie 72, s’étend le long du bord amont 14 jusqu’à passer sur une première poulie 71, puis s’étend sensiblement parallèlement au premier plan P1 jusqu’à la première poulie 221 du module fonctionnel. Pour faciliter les chemins de fibres, comme mieux visible sur la figure 3, les modules support de la première rangée sont disposés selon une ligne, passant par les axes des mandrins, qui est légèrement inclinée par rapport au premier plan P1, plus le module support est éloigné du bord amont 14, plus ledit module est écarté dudit premier plan. Les rouleaux oscillants sont ainsi décalés les uns des autres par rapport au premier plan et les axes des deuxièmes poulies 72 sont décalés de manière correspondante, de sorte que les premières fibres F1 suivent des chemins parallèles sans entrer en contact les unes avec les autres.
Pour chaque deuxième rangée de deuxièmes modules support, le système de renvoi comprend un premier ensemble de premières poulies 73 disposé dans la portion amont 511 de la zone centrale, un deuxième ensemble de deuxièmes poulies 74 disposé dans la zone latérale à proximité du bord latéral 15, au niveau de la jonction entre sa portion plane 151 et sa portion courbée 152a, et un troisième ensemble de troisième poulies 75 disposé à proximité du bord latéral 15, à proximité de la jonction de sa portion courbée 152a avec le bord amont 14. Ces poulies 73-75, illustrées de manière schématique sur les figures, sont montées sur la structure support de manière rotative autour d’axes de rotation parallèles aux axes A3 des mandrins. Les trois modules support de la deuxième rangée les plus proches du bord amont sont disposés selon une ligne qui est légèrement inclinée par rapport au premier plan, plus le module support est éloigné du bord amont, plus ledit module est écarté du premier plan. Le quatrième module support disposé le plus près du bord aval 13, est légèrement décalé vers l’intérieur par rapport aux trois autres modules support, le système de renvoi comprenant, pour la fibre provenant de ce module, un rouleau de renvoi 76 dont l’axe de rotation est parallèle aux axes des mandrins et disposé à proximité de la jonction entre la portion plane 151 et la portion courbée 152b du bord latéral. Les rouleaux oscillants sont ainsi décalés les uns des autres par rapport au premier plan. Les axes des deuxièmes poulies 74 sont décalés de manière correspondante de sorte que les deuxièmes fibres F2 suivent des chemins parallèles sans entrer en contact les unes avec les autres.
Le chemin de fibre d’une deuxième fibre F2 est le suivant: la fibre déroulée depuis sa bobine passe sur le rouleau de déroulement, le rouleau oscillant, s’étend sensiblement parallèlement au premier plan à proximité de la portion plane 151 du bord latéral, jusqu’à passer sur une deuxième poulie 74. Pour la fibre déroulée depuis le quatrième module précité, la fibre passe sur le rouleau de renvoi 76 avant de passer sur une deuxième poulie 74. Au-delà de la deuxième poulie, chaque deuxième fibre s’étend le long de la portion courbée 152a jusqu’à passer sur une troisième poulie 75, puis le long du bord amont jusqu’à passer sur une première poulie 73, puis s’étend sensiblement parallèlement au premier plan jusqu’à une deuxième poulie 222 du module fonctionnel.
Comme mieux visible sur la figure 2, le positionnement des premiers modules support et des deuxièmes modules support sur deux niveaux différents, à des distances d1, d2 différentes de l’axe A2 du rouleau, permet d’avoir deux plans médians différents pour les chemins de fibres des premières fibres et des deuxièmes fibres, ce qui permet une meilleure répartition des systèmes de renvoi sur la tête et facilite ainsi le passage des fibres par un opérateur sur les différentes poulies de renvoi.
Dans le mode de réalisation illustré, pour chaque module support, le rouleau oscillant est disposé du côté du mandrin qui est opposé au premier plan P1, les premières fibres sont ramenées vers le bord amont en passant entre les premiers et deuxièmes modules, et les deuxièmes fibres passent du coté extérieur des deuxième modules support. Cette disposition permet d’obtenir une tête compacte tout en permettant à un opérateur de passer une fibre depuis la bobine jusqu’au module fonctionnel de manière relativement aisée. Selon un autre mode de réalisation les rouleaux oscillants sont disposés de sorte que les premières fibres passent entre les premiers modules et le premier plan, et les deuxièmes fibres passent entre les premiers modules support et les deuxièmes modules support.
Chaque module support peut comprendre en outre un capteur permettant de détecter le diamètre de la bobine qui varie en cours de drapage. Le capteur, par exemple un capteur à ultrason, est connecté à l’unité de commande qui pilote le moteur pour définir la vitesse de rotation de la bobine en fonction de son diamètre.
Les modules support avec mandrins motorisés peuvent être chargés avec de grosses bobines de fibres, par exemple de l’ordre de 15kg. A titre d’exemple non limitatif, les fibres sont des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres d’aramide, des fibres de polyéthylène, et/ou des fibres par exemple naturelles, telles que par exemple des fibres de lin. Les fibres peuvent être des fibres pré-imprégnées d’une résine thermoplastique ou thermodurcissable, des fibres sèches, et/ou des fibres sèches munies d’un liant, pour conférer un caractère collant aux fibres lors du drapage. A titre d’exemple, les fibres ont une largeur de 1/8, 1/4 ou 1/2 pouce. Selon un autre mode de réalisation, dans le cas de bobine de fibre de plus petite taille, par exemple de l’ordre de 5 kg, chaque premier mandrin est monté libre en rotation sur la paroi support et est par exemple équipé d’un système de freinage automatique asservi en fonction de la tension de la fibre. Le système de freinage est commandé en fonction de la position du bras oscillant, la commande étant par exemple de type mécanique, pneumatique ou électrique.
Pour chaque bobine, la fibre peut être enroulée sur la bobine avec un film de protection sur l’une de ses faces, de sorte que les spires de fibre enroulées sur la bobine soient séparées les unes des autres. Ce film de protection, appelé également film intercalaire ou séparateur, évite que les spires de fibre ne collent les unes aux autres et garantit un déroulement correct de la fibre, en particulier dans le cas de fibres pré-imprégnées. Chaque module support peut alors comprendre en outre un mandrin additionnel sur lequel est placé une bobine ou rouleau afin de rembobiner le film de protection au fur et à mesure que la fibre est débobinée.
La tête peut comprendre un système de chauffe dont le rayonnement est dirigé obliquement vers la zone de pincement ou zone de contact entre le rouleau de compactage et la surface d’application, pour chauffer les fibres à draper, avant leur compactage par ce dernier, ainsi que la surface d’application et/ou une ou plusieurs fibres préalablement appliquées en amont du rouleau. Le système de chauffe, de préférence montée sur le module fonctionnel en amont du rouleau par rapport à la direction d’avancement de la tête, comprend une ou plusieurs lampes flash, tel que décrit dans le document brevet WO2014/029969 ou WO2017/134453, une ou plusieurs lampes infrarouges, ou un système de chauffe de type laser.
Le rouleau de compactage est par exemple un rouleau souple, réalisé en un matériau dit souple, déformable élastiquement, par exemple en matériau élastomère, de manière à pouvoir se déformer en épousant le profil de la surface de drapage. Selon un autre mode de réalisation, le rouleau est un rouleau rigide segmenté, par exemple métallique, comprenant plusieurs segments de rouleau indépendants montés côte à côte sur une même tige axiale, chaque segment étant déplaçable sur ladite tige axiale, perpendiculairement à cette dernière, de manière indépendante, et étant sollicité élastiquement contre la surface d’application par des moyens élastiques, tels que des systèmes à poche expansible.
La portion aval 512 de la zone centrale peut être utilisée pour le positionnement de divers dispositifs, en particulier pour le positionnement d’un dispositif d’inspection en ligne.
Selon un autre mode réalisation, la tête d’application de fibres permet d’embarquer uniquement huit bobines de fibres, la structure support étant alors dimensionnée pour porter sur sa face avant uniquement les premiers modules support décrits précédemment, disposés selon deux rangées de quatre modules support, de part et d’autre et le long du premier plan. Comme précédemment, les fibres sont ramenées desdites modules par des poulies de renvoi vers le bord amont de la structure support et en direction d’un module fonctionnel, prévu ici pour appliquer huit fibres. Avantageusement, pour chaque rangée, les mandrins des deux modules support au centre de la rangée, ont des points d’assemblage disposés selon le plan P5 précité à une distance d1 de l’axe du rouleau, et les mandrins des deux modules support aux extrémités de la rangée, ont des points d’assemblage disposés selon le plan P6 précité à une distance d2 de l’axe du rouleau. Les fibres provenant des quatre modules support au centre des deux rangées constituent les premières fibres de la première nappe, tandis que les fibres provenant des quatre modules support aux extrémités des rangées constituent les deuxièmes fibres de la deuxième nappe.
Bien que l’invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, 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 (10)
- Tête d’application de fibres pour la réalisation de pièces en matériau composite, comprenant une structure support (10) présentant une face arrière (12) et une face avant (11), un système de compactage comprenant au moins un rouleau de compactage (21) monté sur la face avant de manière rotative autour d’un axe (A2) de rotation, des moyens support (4) de bobines de fibre montés sur la face avant, et des systèmes de renvoi (71-76) pour diriger les fibres (F1, F2) depuis les bobines vers ledit rouleau de compactage, caractérisée en ce que
- les moyens support sont positionnés dans deux zones latérales (52) de la face avant, disposées de part et d’autre d’une zone centrale (51) qui est centrée selon un premier plan (P1) principal perpendiculaire à l’axe (A2) de rotation du rouleau de compactage et dans laquelle est disposé ledit rouleau de compactage, ladite zone centrale s’étendant d’un bord aval (13) à un bord amont (14) de la structure support,
- les systèmes de renvoi comprennent des premiers moyens de renvoi (71, 73) montés sur la face avant, dans la zone centrale, et aptes à rediriger les fibres (F1, F2) provenant des zones latérales (52) vers le rouleau de compactage dans une direction sensiblement parallèle au premier plan (P1). - Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de renvoi (71,73) sont montés dans la portion amont (511) de la zone centrale (51) disposée en amont du système de compactage par rapport au sens (S) d’avancement de la tête lors du drapage.
- Tête selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un module fonctionnel (2) portant ledit rouleau de compactage (21), et comprenant des moyens de guidage (22) aptes à guider des premières fibres (F1) en direction du rouleau de compactage selon un premier plan de guidage (P3) formant un premier angle (α1) non nul avec le plan de compactage (Pc) passant par l’axe (A2) du rouleau de compactage et perpendiculaire au premier plan (P1), et à guider des deuxièmes fibres (F2) en direction du rouleau de compactage selon un second plan de guidage (P4) formant un deuxième angle (α2) non nul avec le plan de compactage, ledit deuxième angle (α2) étant inférieur au premier angle (α1), lesdits plans de guidage étant disposés du même côté du plan de compactage, en amont dudit plan de compactage par rapport au sens (S) d’avancement de la tête lors du drapage.
- Tête selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, pour chaque bobine, les moyens support comprennent un mandrin (41) monté en porte à faux sur la structure support.
- Tête selon la revendication 4, caractérisée en ce que les mandrins (41) sont disposés symétriquement de part et d’autre du premier plan (P1) dans les deux zones latérales (52) de la face avant, selon au moins une rangée dans chaque zone latérale.
- Tête selon la revendication 5, caractérisée en ce que, dans chaque zone latérale (52), la tête comprend une première rangée de premiers mandrins disposée le long du premier plan (P1), et une deuxième rangée de deuxièmes mandrins disposée le long de la première rangée, du côté de la première rangée qui est opposé au premier plan (P1).
- Tête selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la tête comprend des mandrins dont les points d’assemblage (45) sont disposés dans un premier plan de mandrin (P5) qui est parallèle à l’axe (A2) de rotation du rouleau et disposé à une première distance (d1) dudit axe (A2) de rotation, et des mandrins dont les points d’assemblage (46) sont disposés dans un deuxième plan de mandrins (P6) qui est parallèle à l’axe (A2) de rotation et disposé à une deuxième distance (d2) dudit axe de rotation, ladite deuxième distance (d2) étant supérieure à la première distance (d1).
- Tête selon la revendication 6 et 7, caractérisée en ce que les points d’assemblage (45) des premiers mandrins sont disposés selon le premier plan de mandrin (P5) et les points d’assemblage (46) des deuxièmes mandrins sont disposés selon le deuxième plan de mandrin (P6).
- Tête selon l’une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que les axes (A3) des mandrins sont inclinés vers l’extérieur par rapport au premier plan (P1).
- Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant l’application de fibres continues sur une surface d’application, caractérisé en ce que l’application de fibres est réalisée au moyen d’une tête d’application de fibres selon l’une des revendications 1 à 9, par déplacement relatif de la tête d’application par rapport à la surface de drapage selon des trajectoires de dépose.
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