FR3133334A1 - Roller for depositing by automatic placement of fibers - Google Patents
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Abstract
Rouleau pour le dépôt par placement automatique de fibres L’invention concerne un rouleau de dépôt (1) de structures fibreuses (7) comprenant un noyau indéformable (10) centré sur l’axe de rotation (A) dudit rouleau (1), caractérisé en ce que le rouleau (1) comprend en outre une peau extérieure déformable (30) maintenue de manière concentrique autour du noyau (10) par une couche de matériau déformable (20) interposée entre ladite peau (30) et ledit noyau (10) en l’absence d’application d’une pression par le rouleau (1), le rouleau (1) comprenant en outre au moins un capteur (100) apte à mesurer la distance ou une variation de la distance entre la peau (30) et le noyau (10). Figure pour l’abrégé : Fig. 5Roller for depositing by automatic placement of fibers The invention relates to a roller for depositing (1) fibrous structures (7) comprising a non-deformable core (10) centered on the axis of rotation (A) of said roller (1), characterized in that the roller (1) further comprises a deformable outer skin (30) held concentrically around the core (10) by a layer of deformable material (20) interposed between said skin (30) and said core (10) in the absence of application of pressure by the roller (1), the roller (1) further comprising at least one sensor (100) capable of measuring the distance or a variation of the distance between the skin (30) and the core (10). Figure for abstract: Fig. 5
Description
La présente invention se rapporte au domaine général des procédés de drapage par placement automatique de fibres.The present invention relates to the general field of draping methods by automatic fiber placement.
Il est connu de réaliser des pièces en matériau composite par drapage en forme de strates de structures fibreuses sèches ou pré-imprégnées. Dans certaines techniques actuelles, le drapage est effectué manuellement par un opérateur. Ces techniques peuvent engendrer des coûts de production de pièces relativement élevés et des risques d’erreur de positionnement des strates. Cela conduit à une certaine variabilité dans les performances mécaniques des pièces obtenues, voire à des pièces dont les propriétés mécaniques sont insuffisantes.It is known to produce composite material parts by draping in the form of layers of dry or pre-impregnated fibrous structures. In certain current techniques, draping is carried out manually by an operator. These techniques can result in relatively high part production costs and risks of strata positioning errors. This leads to a certain variability in the mechanical performance of the parts obtained, or even to parts whose mechanical properties are insufficient.
Des solutions mécanisées ont ainsi été développées pour réduire le coût de production de ces pièces en matériau composite, comme la technique de placement automatique de fibres, aussi connue sous le nom AFP pour « Automated Fiber Placement ». Une telle technique est notamment décrite dans les documents FR 3 062 336 A1 et FR 3 072 672 A1. Dans l’art antérieur, des structures fibreuses pré-imprégnées ou sèches sont drapées sur une surface de drapage à l’aide d’une tête d’application comprenant classiquement au moins un rouleau de dépôt. La pression de compactage appliquée par le rouleau de dépôt sur la surface de drapage est en général contrôlée par le biais d’un vérin.Mechanized solutions have thus been developed to reduce the production cost of these composite material parts, such as the automatic fiber placement technique, also known as AFP for “Automated Fiber Placement”. Such a technique is described in particular in documents FR 3 062 336 A1 and FR 3 072 672 A1. In the prior art, pre-impregnated or dry fibrous structures are draped on a draping surface using an application head conventionally comprising at least one deposition roller. The compaction pressure applied by the deposit roller on the draping surface is generally controlled by means of a cylinder.
Toutefois, dans le cas où la surface de drapage est discontinue ou accidentée, la pression appliquée par le rouleau de dépôt sur la surface de drapage est globalement inadaptée, provoquant des défauts de drapage et altérant la qualité du matériau obtenu.However, in the case where the draping surface is discontinuous or uneven, the pressure applied by the deposit roller on the draping surface is generally unsuitable, causing draping defects and altering the quality of the material obtained.
La présente invention a pour but principal de permettre la fabrication de pièces en matériau composite par drapage selon la technique de placement automatique de fibres y compris lorsque la surface de drapage est discontinue, irrégulière ou accidentée.The main aim of the present invention is to enable the manufacture of parts made of composite material by draping using the automatic fiber placement technique, including when the draping surface is discontinuous, irregular or uneven.
A cet effet, l’invention propose un rouleau de dépôt de structures fibreuses comprenant un noyau indéformable centré sur l’axe de rotation dudit rouleau, caractérisé en ce que le rouleau comprend en outre une peau extérieure déformable maintenue de manière concentrique autour du noyau par une couche de matériau déformable interposée entre ladite peau et ledit noyau en l’absence d’application d’une pression par le rouleau, le rouleau comprenant en outre au moins un capteur apte à mesurer la distance ou une variation de la distance entre la peau et le noyau.For this purpose, the invention proposes a roller for depositing fibrous structures comprising a non-deformable core centered on the axis of rotation of said roller, characterized in that the roller further comprises a deformable outer skin held concentrically around the core by a layer of deformable material interposed between said skin and said core in the absence of application of pressure by the roller, the roller further comprising at least one sensor capable of measuring the distance or a variation of the distance between the skin and the nucleus.
La mise en place d’un tel capteur au niveau du rouleau de dépôt permet de contrôler la pression de compactage exercée par le rouleau selon la forme et les irrégularités de la surface de drapage. La pression de compactage appliquée par le rouleau peut donc être ajustée rapidement en cas d’irrégularités sur la surface de drapage, afin d’obtenir une pièce de bonne qualité. En effet, une pression de compactage trop élevée ou trop faible pourrait altérer la qualité du drapage, les propriétés mécaniques de la pièce obtenue ou encore la qualité du matériau.The installation of such a sensor at the level of the deposit roller makes it possible to control the compaction pressure exerted by the roller according to the shape and irregularities of the draping surface. The compaction pressure applied by the roller can therefore be adjusted quickly in the event of irregularities on the draping surface, in order to obtain a good quality part. Indeed, too high or too low a compaction pressure could alter the quality of the draping, the mechanical properties of the part obtained or even the quality of the material.
En particulier, le au moins un capteur du rouleau est apte à mesurer la distance ou une variation de la distance entre la surface interne de la peau et le noyau.In particular, the at least one sensor of the roller is capable of measuring the distance or a variation of the distance between the internal surface of the skin and the core.
En particulier, le capteur est de préférence apte à mesurer la distance ou la variation de distance entre la peau et le noyau selon toutes les directions radiales comprises dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du rouleau.In particular, the sensor is preferably capable of measuring the distance or the variation in distance between the skin and the core in all the radial directions included in a plane perpendicular to the axis of rotation of the roller.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, le rouleau comprend une pluralité de capteurs espacés le long de l’axe de rotation dudit rouleau.According to a particular embodiment of the invention, the roller comprises a plurality of sensors spaced along the axis of rotation of said roller.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention, le rouleau comprend un unique capteur comprenant plusieurs sections réparties le long de l’axe de rotation du rouleau, chaque section étant apte à mesurer la distance locale ou une variation de la distance locale entre la peau et le noyau.According to another particular embodiment of the invention, the roller comprises a single sensor comprising several sections distributed along the axis of rotation of the roller, each section being capable of measuring the local distance or a variation of the local distance between the skin and the core.
Ainsi, dans chacun des deux modes de réalisation précédents, le rouleau comprend une pluralité de secteurs le long de son axe de rotation, pour lesquels des mesures différentes peuvent être obtenues. Cette caractéristique permet de s’adapter à des irrégularités de la surface de drapage non seulement dans le cas de variations selon la direction de drapage, mais également dans le cas de variation selon la direction de l’axe de rotation du rouleau.Thus, in each of the two previous embodiments, the roller comprises a plurality of sectors along its axis of rotation, for which different measurements can be obtained. This characteristic makes it possible to adapt to irregularities in the draping surface not only in the case of variations according to the direction of draping, but also in the case of variation according to the direction of the axis of rotation of the roller.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention, ledit au moins un capteur est un capteur capacitif.According to another particular embodiment of the invention, said at least one sensor is a capacitive sensor.
Ce type de capteur est très robuste tout en étant peu encombrant, et s’intègre donc facilement à un rouleau de dépôt.This type of sensor is very robust while being compact, and is therefore easily integrated into a deposit roller.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention, la face interne de la peau en contact avec la couche de matériau déformable est conductrice et dans lequel le capteur comprend une électrode interne située dans le noyau.According to another particular embodiment of the invention, the internal face of the skin in contact with the layer of deformable material is conductive and in which the sensor comprises an internal electrode located in the core.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention, ledit au moins un capteur est un capteur résistif, la couche de matériau déformable étant conductrice.According to another particular embodiment of the invention, said at least one sensor is a resistive sensor, the layer of deformable material being conductive.
Par « conductrice », on entend ici « qui conduit l’électricité ».By “conductor”, we mean here “who conducts electricity”.
L’invention propose également une tête d’application pour le dépôt de structures fibreuses par placement automatique de fibres comprenant au moins un rouleau de dépôt selon l’invention.The invention also proposes an application head for the deposition of fibrous structures by automatic placement of fibers comprising at least one deposition roller according to the invention.
L’invention propose en outre une installation d’application de structures fibreuses sur une surface par placement automatique de fibres comprenant une tête d’application selon l’invention, et comprenant un dispositif de contrôle de l’effort appliqué sur la surface par la tête d’application selon la ou les distances mesurées par le ou les capteurs.The invention further proposes an installation for applying fibrous structures to a surface by automatic placement of fibers comprising an application head according to the invention, and comprising a device for controlling the force applied to the surface by the head of application according to the distance(s) measured by the sensor(s).
L’invention propose enfin un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant la formation d’une préforme fibreuse par dépôt sur une surface d’une pluralité de structures fibreuses par placement automatique de fibres à l’aide de l’installation selon l’invention, et la formation d’une matrice dans les porosités de la préforme fibreuse.The invention finally proposes a method of manufacturing a part made of composite material comprising the formation of a fibrous preform by deposition on a surface of a plurality of fibrous structures by automatic placement of fibers using the installation according to the invention, and the formation of a matrix in the porosities of the fibrous preform.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, la surface sur laquelle est déposée la pluralité de structures fibreuses est discontinue ou irrégulière.According to a particular embodiment of the invention, the surface on which the plurality of fibrous structures is deposited is discontinuous or irregular.
En effet, l’invention trouve un intérêt particulier lors la surface de drapage n’est pas régulière, car il est alors nécessaire de contrôler la pression de compactage appliquée par le rouleau de dépôt en fonction des irrégularités de la surface de drapage.Indeed, the invention is of particular interest when the draping surface is not regular, because it is then necessary to control the compaction pressure applied by the depositing roller as a function of the irregularities of the draping surface.
Les figures 1 et 2 illustrent un rouleau de dépôt 1 selon l’invention pour le drapage de structures fibreuses par placement automatique de fibres. Ce rouleau de dépôt 1 est destiné à rouler, au moins en partie, sur une surface de drapage afin de déposer des structures fibreuses sur ladite surface de drapage. Le rouleau de dépôt 1 comprend un noyau indéformable 10 centré sur l’axe de rotation A du rouleau.Figures 1 and 2 illustrate a deposit roller 1 according to the invention for draping fibrous structures by automatic placement of fibers. This deposition roller 1 is intended to roll, at least in part, on a draping surface in order to deposit fibrous structures on said draping surface. The deposit roller 1 comprises a non-deformable core 10 centered on the axis of rotation A of the roller.
La surface externe 10e du noyau déformable 10 peut être métallique ou être réalisée dans un matériau polymère. De préférence, le noyau déformable 10 est réalisé principalement dans une mousse dont la dureté Shore A est de préférence comprise entre 20 et 70, entourée d’une gaine métallique ou en polymère.The external surface 10e of the deformable core 10 may be metallic or made of a polymer material. Preferably, the deformable core 10 is made mainly from a foam whose Shore A hardness is preferably between 20 and 70, surrounded by a metal or polymer sheath.
De préférence, le noyau indéformable 10 du rouleau de dépôt 1 est une pièce axisymétrique, et de préférence cylindrique ou globalement cylindrique. De préférence, le noyau 10 s’étend sur toute la longueur du rouleau de dépôt 1 définie dans la direction de l’axe de rotation A dudit rouleau 1. De préférence, le noyau 10 présente des éléments de fixation 11 situés de part et d’autre du rouleau de dépôt 1 permettant de fixer le rouleau de dépôt 1 à la tête d’application.Preferably, the non-deformable core 10 of the deposition roller 1 is an axisymmetric part, and preferably cylindrical or generally cylindrical. Preferably, the core 10 extends over the entire length of the deposit roller 1 defined in the direction of the axis of rotation A of said roller 1. Preferably, the core 10 has fixing elements 11 located on either side and d other of the deposit roller 1 allowing the deposit roller 1 to be fixed to the application head.
Le rouleau de dépôt 1 comprend également une couche de matériau déformable 20 présente autour du noyau 10, réalisée dans un matériau souple et déformable élastiquement. La couche de matériau déformable 20 peut ainsi être réalisée en matériau élastomère, en particulier en silicone ou en polyuréthane, ou dans une mousse dont la dureté Shore A est de préférence comprise entre 20 et 70. Le matériau choisi pour la couche de matériau déformable 20 est de préférence identique au matériau choisi pour l’intérieur du noyau indéformable 10. Le matériau choisi pour la couche de matériau déformable 20 doit être adapté aux températures subies par le rouleau de dépôt 1.The deposition roller 1 also comprises a layer of deformable material 20 present around the core 10, made of a flexible and elastically deformable material. The layer of deformable material 20 can thus be made of an elastomeric material, in particular of silicone or polyurethane, or of a foam whose Shore A hardness is preferably between 20 and 70. The material chosen for the layer of deformable material 20 is preferably identical to the material chosen for the interior of the non-deformable core 10. The material chosen for the layer of deformable material 20 must be adapted to the temperatures experienced by the deposition roller 1.
Le rouleau de dépôt 1 ou plus généralement la tête d’application peuvent comprendre des moyens de régulation thermique permettant d’abaisser la température subie par le rouleau de dépôt 1, par exemple par injection ou circulation de gaz. De préférence, la couche de matériau déformable 20 s’étend sur toute la longueur du rouleau de dépôt 1 définie dans la direction de l’axe de rotation A dudit rouleau 1.The deposition roller 1 or more generally the application head may include thermal regulation means making it possible to lower the temperature experienced by the deposition roller 1, for example by injection or circulation of gas. Preferably, the layer of deformable material 20 extends over the entire length of the deposition roller 1 defined in the direction of the axis of rotation A of said roller 1.
La surface interne 20i de la couche de matériau déformable 20 est de préférence directement au contact de la surface externe 10e du noyau 10. Le rouleau de dépôt 1 illustré sur les figures 1 et 2 est en état de repos, c’est-à-dire dans un état où il n’exerce aucune pression de drapage ou de compactage. Dans cet état de repos, la couche de matériau déformable 20 et le noyau indéformable 10 sont concentriques, c’est-à-dire que la surface externe 20e de la couche de matériau déformable 20 et la surface externe 10e du noyau 10 sont concentriques par rapport à l’axe de rotation A du rouleau de dépôt 1.The internal surface 20i of the layer of deformable material 20 is preferably directly in contact with the external surface 10e of the core 10. The deposition roller 1 illustrated in Figures 1 and 2 is in a rest state, that is to say say in a state where it exerts no draping or compaction pressure. In this rest state, the layer of deformable material 20 and the non-deformable core 10 are concentric, that is to say that the external surface 20e of the layer of deformable material 20 and the external surface 10e of the core 10 are concentric by relative to the axis of rotation A of the deposit roller 1.
Le rouleau de dépôt 1 comprend également une peau extérieure déformable 30 présente autour de la couche de matériau déformable 20, qui est souple et déformable. La surface interne 30i de la peau extérieure 30 peut être réalisée dans un matériau différent du reste de la peau extérieure 30. La partie externe de la peau extérieure 30 comprenant la surface externe 30e de ladite peau 30 peut être réalisée en matériau élastomère, en particulier en silicone ou en polyuréthane. De préférence la partie externe de la peau extérieure 30 comprenant la surface externe 30e de ladite peau 30 est réalisée dans le même matériau que la couche de matériau déformable 20. Le ou les matériaux choisis pour la peau extérieure 30 doivent être adaptés aux températures subies par le rouleau de dépôt 1.The deposition roller 1 also comprises a deformable outer skin 30 present around the layer of deformable material 20, which is flexible and deformable. The internal surface 30i of the external skin 30 can be made of a material different from the rest of the external skin 30. The external part of the external skin 30 comprising the external surface 30e of said skin 30 can be made of elastomeric material, in particular silicone or polyurethane. Preferably the external part of the outer skin 30 comprising the external surface 30e of said skin 30 is made of the same material as the layer of deformable material 20. The material(s) chosen for the outer skin 30 must be adapted to the temperatures experienced by the deposit roller 1.
La surface interne 30i de la peau extérieure 30 est de préférence directement au contact de la surface externe 20e de la couche de matériau déformable 20. De préférence, la peau extérieure 30 s’étend sur toute la longueur du rouleau de dépôt 1 définie dans la direction de l’axe de rotation dudit rouleau 1.The internal surface 30i of the outer skin 30 is preferably directly in contact with the outer surface 20e of the layer of deformable material 20. Preferably, the outer skin 30 extends over the entire length of the deposition roller 1 defined in the direction of the axis of rotation of said roller 1.
Le rouleau de dépôt 1 illustré sur les figures 1 et 2 est en état de repos, c’est-à-dire dans un état où il n’exerce aucune pression de drapage ou de compactage. Dans cet état de repos, la peau extérieure 30 et le noyau indéformable 10 sont concentriques, c’est-à-dire que les surfaces interne et externe 30i et 30e de la peau extérieure 30 et la surface externe 10e du noyau 10 sont concentriques par rapport à l’axe de rotation A du rouleau de dépôt 1.The deposit roller 1 illustrated in Figures 1 and 2 is in a rest state, that is to say in a state where it does not exert any draping or compaction pressure. In this rest state, the outer skin 30 and the non-deformable core 10 are concentric, that is to say that the internal and external surfaces 30i and 30e of the outer skin 30 and the external surface 10e of the core 10 are concentric by relative to the axis of rotation A of the deposit roller 1.
La peau extérieure 30, et en particulier sa surface externe 30e, peut éventuellement être recouverte par un film anti-adhérent, par exemple un film PTFE (polytétrafluoroéthylène) classiquement appelé film téflon. Ce film permet de limiter l’adhérence entre le rouleau de dépôt et les structures fibreuses ainsi que l’encrassement général du rouleau de dépôt. Ce film ne doit pas nuire à la déformabilité générale du rouleau de dépôt 1, et en particulier à la déformabilité de de la peau extérieure 30.The outer skin 30, and in particular its outer surface 30e, can optionally be covered by a non-stick film, for example a PTFE (polytetrafluoroethylene) film conventionally called Teflon film. This film limits adhesion between the deposit roller and the fibrous structures as well as general clogging of the deposit roller. This film must not harm the general deformability of the deposition roller 1, and in particular the deformability of the outer skin 30.
Le rouleau de dépôt 1 comprend en outre au moins un capteur 100 apte à mesurer la distance, ou une variation de distance, entre la peau extérieure 30 et le noyau indéformable 10 du rouleau de dépôt 1. De préférence, ledit au moins capteur 100 est apte à mesurer la distance, ou une variation de distance, entre la peau extérieure 30 et le noyau indéformable 10 dans toutes les directions radiales appartenant à un plan perpendiculaire à l’axe de rotation A. De préférence, ledit au moins capteur 100 est apte à mesurer la distance, ou une variation de distance, entre la surface interne 30i de la peau extérieure 30 et la surface externe 10e du noyau 10. De préférence, le ou les capteurs sont aptes à mesurer localement le long de l’axe de rotation A du rouleau de dépôt 1 la distance, ou une variation de distance, entre la surface interne 30i de la peau extérieure 30 et la surface externe 10e du noyau 10.The deposition roller 1 further comprises at least one sensor 100 capable of measuring the distance, or a variation in distance, between the outer skin 30 and the non-deformable core 10 of the deposition roller 1. Preferably, said at least sensor 100 is capable of measuring the distance, or a variation of distance, between the outer skin 30 and the non-deformable core 10 in all radial directions belonging to a plane perpendicular to the axis of rotation A. Preferably, said at least sensor 100 is capable to measure the distance, or a variation of distance, between the internal surface 30i of the external skin 30 and the external surface 10e of the core 10. Preferably, the sensor(s) are capable of measuring locally along the axis of rotation A from the deposit roller 1 the distance, or a variation of distance, between the internal surface 30i of the external skin 30 and the external surface 10e of the core 10.
De préférence, ledit au moins capteur 100 est un capteur capacitif. Dans ce cas, comme illustré sur la
Le capteur peut également être un capteur résistif. Dans ce cas, la couche de matériau déformable 20 est conductrice, ce qui permet de manière bien connue de mesurer la distance entre ladite électrode 110 et la face interne 30i de la peau extérieure 30. Si le rouleau de dépôt ne comprend qu’un unique capteur résistif comprenant plusieurs sections réparties le long de l’axe de rotation du rouleau, la couche de matériau déformable 20 comprend plusieurs sections réparties le long de l’axe de rotation du rouleau et isolées électriquement les unes des autres.The sensor can also be a resistive sensor. In this case, the layer of deformable material 20 is conductive, which makes it possible, in a well-known manner, to measure the distance between said electrode 110 and the internal face 30i of the external skin 30. If the deposition roller only comprises a single resistive sensor comprising several sections distributed along the axis of rotation of the roller, the layer of deformable material 20 comprises several sections distributed along the axis of rotation of the roller and electrically isolated from each other.
Les figures 4 et 5 illustrent de manière schématique et partielle une installation 1000 selon l’invention, comprenant le rouleau de dépôt 1, pour le drapage de structures fibreuses 7 sur une surface de drapage S par placement automatique de fibres, afin de former une préforme fibreuse.Figures 4 and 5 schematically and partially illustrate an installation 1000 according to the invention, comprising the deposition roller 1, for draping fibrous structures 7 on a draping surface S by automatic placement of fibers, in order to form a preform fibrous.
Les structures fibreuses 7 peuvent être sous la forme de mèches fibreuses ou de strates de tissu. On entend par « mèche » un ensemble de de fibres ou de filaments sensiblement parallèles entre eux et réunis en une bande non tissée.The fibrous structures 7 may be in the form of fibrous strands or layers of fabric. By “wick” is meant a set of fibers or filaments substantially parallel to each other and united into a non-woven strip.
Les structures fibreuses 7 peuvent être tissées ou non. Les structures fibreuses 7 peuvent être sèches, c’est-à-dire non imprégnées par une résine, pré-imprégnées ou chargées en particules.The fibrous structures 7 may be woven or not. The fibrous structures 7 can be dry, that is to say not impregnated with a resin, pre-impregnated or loaded with particles.
Les structures fibreuses 7 peuvent comprendre des fibres continues, longues ou courtes. Les fibres des structures fibreuses 7 peuvent être des fibres céramiques ou en carbone. Les fibres céramiques peuvent être des fibres en matériau non-oxyde, comme le carbure de silicium (SiC), ou en matériau oxyde, comme l’alumine.The fibrous structures 7 may comprise continuous, long or short fibers. The fibers of the fibrous structures 7 can be ceramic or carbon fibers. Ceramic fibers can be fibers made of non-oxide material, such as silicon carbide (SiC), or of oxide material, such as alumina.
Les structures fibreuses 7 peuvent être imprégnées par un matériau thermoplastique ou thermodurcissable, qui peut comporter des charges solides. Les structures fibreuses 7 peuvent également être imprégnées par un matériau thermoplastique ou thermodurcissable ne comprenant pas de charges solides. Les structures fibreuses 7 peuvent être imprégnées uniquement par une phase organique constituée d’un matériau thermoplastique.The fibrous structures 7 can be impregnated with a thermoplastic or thermosetting material, which can include solid fillers. The fibrous structures 7 can also be impregnated with a thermoplastic or thermosetting material not comprising solid fillers. The fibrous structures 7 can be impregnated only with an organic phase consisting of a thermoplastic material.
Les matériaux thermoplastiques pouvant imprégner les structures fibreuses 7 peuvent être choisi parmi : les polyaryléthercétones (PAEK) tels que le polyétheréthercétone (PEEK) et le polyéthercétonecétone (PEKK), les polyétherimides (PEI), le polysulfure de phénylène (PPS) et le polysulfone (PSU).The thermoplastic materials which can impregnate the fibrous structures 7 can be chosen from: polyaryletherketones (PAEK) such as polyetheretherketone (PEEK) and polyetherketoneketone (PEKK), polyetherimides (PEI), polyphenylene sulfide (PPS) and polysulfone ( PSU).
L’imprégnation préalable des structures fibreuses 7 peut être réalisée par toute technique conventionnelle, par exemple par trempage, par application au rouleau ou encore par pulvérisation.The prior impregnation of the fibrous structures 7 can be carried out by any conventional technique, for example by dipping, by roller application or even by spraying.
Les structures fibreuses 7 sèches ou pré-imprégnées sont destinées à être drapées sur la surface de drapage S par tête d’application. La surface de drapage S peut être lisse et continue, par exemple en présentant une forme générale de plan, de cylindre, de cône ou de demi-sphère. Toutefois, la présente invention est particulièrement intéressante dans le cas d’une surface de drapage S discontinue ou accidentée, par exemple pour une surface de drapage S comme illustrée sur les figures 4 et 5, ou par exemple pour le drapage de la face supérieure d’un corps multicellulaire de panneau d’atténuation acoustique, afin de former une peau acoustique d’ouverture ou de fermeture.The dry or pre-impregnated fibrous structures 7 are intended to be draped on the draping surface S by application head. The draping surface S can be smooth and continuous, for example having the general shape of a plane, cylinder, cone or half-sphere. However, the present invention is particularly interesting in the case of a draping surface S that is discontinuous or uneven, for example for a draping surface S as illustrated in Figures 4 and 5, or for example for the draping of the upper face of a multicellular body of acoustic attenuation panel, in order to form an acoustic opening or closing skin.
La tête d’application de l’installation comprend au moins un élément d’application de la pression se présentant sous la forme d’un rouleau de dépôt 1, attaché au reste de la tête d’application par des éléments d’accrochage 2. Ce ou ces rouleaux de dépôt 1 appliquent chacun une pression de compactage P dirigée vers la surface de drapage S afin de réaliser le dépôt des structures fibreuses 7 sur ladite surface de drapage S.The application head of the installation comprises at least one pressure application element in the form of a deposit roller 1, attached to the rest of the application head by hooking elements 2. This or these deposition rollers 1 each apply a compaction pressure P directed towards the draping surface S in order to deposit the fibrous structures 7 on said draping surface S.
Lors de l’opération de drapage, la tête d’application est mobile selon une direction de drapage D afin d’appliquer les structures fibreuses 7 sur une première zone déterminée de la surface de drapage S. Une fois l’application réalisée sur la première zone, l’élément de découpe 5 de la tête d’application coupe les structures fibreuses 7 de sorte à former une première bande 7a de structures fibreuses 7 sur la première zone de la surface de drapage S.During the draping operation, the application head is movable in a draping direction D in order to apply the fibrous structures 7 to a first determined area of the draping surface S. Once the application is carried out on the first zone, the cutting element 5 of the application head cuts the fibrous structures 7 so as to form a first strip 7a of fibrous structures 7 on the first zone of the draping surface S.
La formation de la préforme est ensuite poursuivie par avancée des structures fibreuses 7 dans la tête d’application jusqu’au rouleau par actionnement du ou des éléments de convoyage 3. La tête d’application peut être déplacée afin de réaliser le dépôt des structures fibreuses 7 sur une deuxième zone de la surface S, distincte de la première zone, afin de former une deuxième bande 7b de structures fibreuses 7 selon la direction de drapage D.The formation of the preform is then continued by advancing the fibrous structures 7 in the application head to the roller by actuation of the conveying element(s) 3. The application head can be moved in order to deposit the fibrous structures 7 on a second zone of the surface S, distinct from the first zone, in order to form a second strip 7b of fibrous structures 7 in the draping direction D.
La réalisation de la préforme est ensuite poursuivie par dépôt d’une ou plusieurs autres bandes de structures fibreuses de la même manière que décrite plus haut.The production of the preform is then continued by depositing one or more other strips of fibrous structures in the same manner as described above.
Lors du drapage, la couche de matériau déformable 20 et la peau extérieure déformable 30 se déforment afin de s’adapter à la géométrie de la surface de drapage S. Le capteur 100 mesure alors les distances radiales ou les variations de distances radiales entre la peau extérieure déformable 30 et le noyau indéformable 10. Ces mesures sont ensuite traitées par un dispositif de contrôle de l’effort appliqué sur la surface S, apte à piloter la pression de compactage P appliquée par le ou les rouleaux de dépôt 1 sur la surface S, de sorte à appliquer une pression de compactage P optimale et adaptée à chaque instant à la géométrie de la surface de drapage S présente sous le ou les rouleaux de dépôt 1. L’application d’une pression de compactage P adaptée aux irrégularités de la surface S permet d’obtenir une pièce finale présentant une bonne qualité matière et des propriétés mécaniques satisfaisantes. De préférence, les éléments d’accrochage 2 situés de part et d’autre du rouleau de dépôt 1 sont contrôlés par un vérin, de sorte à piloter l’axe de rotation A du rouleau en translation de sorte à appliquer la pression de compactage P souhaitée.During draping, the layer of deformable material 20 and the deformable outer skin 30 deform in order to adapt to the geometry of the draping surface S. The sensor 100 then measures the radial distances or the variations in radial distances between the skin deformable exterior 30 and the non-deformable core 10. These measurements are then processed by a device for controlling the force applied to the surface S, capable of controlling the compaction pressure P applied by the deposition roller(s) 1 on the surface S , so as to apply an optimal compaction pressure P and adapted at each moment to the geometry of the draping surface S present under the deposit roller(s) 1. The application of a compaction pressure P adapted to the irregularities of the surface S makes it possible to obtain a final part having good material quality and satisfactory mechanical properties. Preferably, the hooking elements 2 located on either side of the depositing roller 1 are controlled by a jack, so as to control the axis of rotation A of the roller in translation so as to apply the compaction pressure P desired.
Lorsqu’une pluralité de capteurs est disposée dans la longueur du rouleau de dépôt 1 le long de son axe de rotation A, ou lorsque le capteur comprend une pluralité de sections disposées dans la longueur du rouleau de dépôt 1, il est également possible d’adapter la pression de compactage P appliquée sur la surface de drapage S à partir des mesures de la distance ou de la variation de distance entre la peau extérieure 30 et le noyau 10 déterminées en différents points de la longueur du rouleau de dépôt 1 par les capteurs ou les secteurs du capteur. De préférence, les capteurs ou les secteurs du capteur sont espacés de manière régulière le long de l’axe de rotation du rouleau, de sorte à définir des secteurs de taille égale dans la longueur du rouleau, comme illustré sur les figures 2, 3 et 5.When a plurality of sensors is arranged in the length of the deposit roller 1 along its axis of rotation A, or when the sensor comprises a plurality of sections arranged in the length of the deposit roller 1, it is also possible to adapt the compaction pressure P applied to the draping surface S from measurements of the distance or variation in distance between the outer skin 30 and the core 10 determined at different points along the length of the deposit roller 1 by the sensors or sensor sectors. Preferably, the sensors or sensor sectors are spaced evenly along the axis of rotation of the roller, so as to define sectors of equal size along the length of the roller, as illustrated in Figures 2, 3 and 5.
La
A l’aide d’un dispositif de traitement de mesure 501, on traite la position mesurée Amde l’axe de rotation A du rouleau 1 pour obtenir l’effort global PAappliqué par le rouleau 1. A l’aide d’un dispositif de traitement de mesure 502, on traite les distances locales ou les variations locales de distance mesurées X1m, X2m, … Ximentre la peau extérieure 30 et le noyau 10 pour obtenir les efforts locaux PX1, PX2, … PXiappliqués par le rouleau 1.Using a measurement processing device 501, the measured position A m of the axis of rotation A of the roller 1 is processed to obtain the overall force P A applied by the roller 1. Using a measurement processing device 502, the local distances or local variations in distance measured X 1m , … P Xi applied by roller 1.
L’effort global PAet les efforts locaux PX1, PX2, … PXiappliqués par le rouleau 1 sont ensuite comparées avec la valeur souhaitée P0de pression de compactage à l’aide d’un comparateur 503, qui transmet une valeur corrigée Pcde pression de compactage au contrôleur du déplacement du rouleau 505. De préférence, le contrôleur du déplacement du rouleau 505 comprend un vérin.The overall force P A and the local forces P X1 , P corrected value P c of compaction pressure to the roller movement controller 505. Preferably, the roller movement controller 505 comprises a jack.
Par exemple, si la valeur de l’effort global PAet les valeurs des efforts locaux PX1, PX2, … PXisont inférieures à la valeur souhaitée P0, le comparateur transmet une valeur corrigée Pcplus élevée. Au contraire, si la valeur de l’effort global PAet les valeurs des efforts locaux PX1, PX2, … PXisont supérieures à la valeur souhaitée P0, le comparateur transmet une valeur corrigée Pcplus faible.For example, if the value of the global force P A and the values of the local forces P X1 , P On the contrary, if the value of the global force P A and the values of the local forces P X1 , P X2 , ... P Xi are greater than the desired value P 0 , the comparator transmits a lower corrected value P c .
De même, par exemple, si la valeur de l’effort global PAest inférieure ou égale à la valeur souhaitée P0, mais que les valeurs des efforts locaux PX1, PX2, … PXisont supérieures à la valeur souhaitée P0, le comparateur transmet une valeur corrigée Pcplus faible.Likewise, for example, if the value of the global force P A is less than or equal to the desired value P 0 , but the values of the local forces P X1 , P X2 , … P Xi are greater than the desired value P 0 , the comparator transmits a lower corrected value P c .
Ainsi, on n’utilise pas seulement l’effort global mesurée pour piloter la pression de compactage P appliquée, mais également un ensemble d’efforts locaux mesurés grâce au rouleau de dépôt 1 de l’invention, pour permettre un meilleur drapage de la surface de drapage S, en particulier lorsque celle-ci est irrégulière.Thus, we do not only use the overall force measured to control the compaction pressure P applied, but also a set of local forces measured using the deposit roller 1 of the invention, to allow better draping of the surface. draping S, particularly when it is irregular.
Lorsque l’opération de drapage est terminée, on forme ensuite une matrice au sein de la préforme fibreuse ainsi fabriquée. La méthode de formation de la matrice au sein de la préforme fibreuse dépend de manière bien connue de la constitution des structures fibreuses utilisées pour le drapage.When the draping operation is completed, a matrix is then formed within the fibrous preform thus manufactured. The method of formation of the matrix within the fibrous preform depends in a well-known manner on the constitution of the fibrous structures used for draping.
Par exemple, si les structures fibreuses drapées étaient sèches ou imprégnées d’une composition fugitive, on peut former de manière bien connue la matrice par infusion ou par injection d’une résine ou d’une barbotine dans la préforme fibreuse après élimination de l’éventuelle composition fugitive. On peut par exemple citer les techniques de moulage par injection dites « RTM » pour « Resin Transfer Molding », ou les techniques d’injection sous membrane souple. Une telle technique est par exemple décrite dans le document FR 3 030 503 A1.For example, if the draped fibrous structures were dry or impregnated with a fugitive composition, the matrix can be formed in a well-known manner by infusion or by injection of a resin or a slip into the fibrous preform after removal of the possible fugitive composition. For example, we can cite injection molding techniques called “RTM” for “Resin Transfer Molding”, or injection techniques under flexible membrane. Such a technique is for example described in document FR 3 030 503 A1.
Selon un autre exemple, si les structures fibreuses drapées étaient imprégnées par une composition comprenant un liant et des charges céramiques ou carbone, on peut former de manière bien connue la matrice par frittage desdites charges. Une telle technique est par exemple décrite dans le document FR 3 072 672 A1.According to another example, if the draped fibrous structures were impregnated with a composition comprising a binder and ceramic or carbon fillers, the matrix can be formed in a well-known manner by sintering said fillers. Such a technique is for example described in document FR 3 072 672 A1.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas simplement aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais comprend toutes les variantes et moyens équivalents de mise en œuvre des procédés décrits ci-dessus concernant la fabrication d’une préforme par placement automatique de fibres.Of course, the present invention is not simply limited to the embodiments described above but includes all the variants and equivalent means of implementing the methods described above concerning the manufacture of a preform by automatic placement of fibers.
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