FR3133396A1 - Système d’aiguilletage pour la fabrication d’une préforme textile - Google Patents

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Abstract

Système d’aiguilletage pour la fabrication d’une préforme textile Système d’aiguilletage (100) pour la réalisation d’une préforme textile comprenant : une tête d’aiguilletage (110) ;un bras (120) robotisé mobile selon plusieurs degrés de liberté, portant la tête d’aiguilletage et configuré de manière à déplacer la tête d’aiguilletage suivant des trajectoires et des orientations prédéterminées ;un dispositif d’alimentation (130) d’une bande textile monté sur la tête d’aiguilletage et configuré pour déposer la bande textile sur un support et procéder à sa découpe, etune unité de contrôle (140) configurée pour commander le bras robotisé, l’actionnement de la tête d’aiguilletage et le dépôt de la bande textile selon un programme prédéfini pour la réalisation de la préforme textile. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Système d’aiguilletage pour la fabrication d’une préforme textile
La présente invention concerne la fabrication de préforme textile par aiguilletage, et plus particulièrement un système d’aiguilletage pour la fabrication d’une préforme textile.
Les préformes textiles forment le renfort de matériaux composites à matrice organique ou céramique. Elles forment une armature au matériau reprenant l’essentiel des efforts mécaniques, qui est renforcée et protégée par la matrice organique ou céramique du matériau composite.
La réalisation de préformes textiles par aiguilletage consiste à superposer des plis textiles et à lier ces plis entre eux par aiguilletage. Les systèmes d’aiguilletage actuels permettent ainsi de réaliser des préformes axisymétriques ou des préformes dont la géométrie est débouchante.
Néanmoins, certaines préformes, comme les préformes de protections thermiques de rentrée atmosphérique, peuvent avoir une forme de calotte sphérique (géométrie non-débouchante) ou une géométrie non-axisymétrique et les moyens actuels d’aiguilletage ne sont pas adaptés à ce type de géométrie.
Il est donc souhaitable de disposer d’un nouveau système d’aiguilletage plus versatile et permettant d’aiguilleter des préformes dont la géométrie est non-axisymétrique et/ou non-débouchante, ou dont la géométrie est axisymétrique ou non, débouchante ou non, et capable d’aiguilleter des bandes textiles dont les trajectoires sont entièrement paramétrables, sans limitation de trajectoire.
La présente invention concerne un système d’aiguilletage pour la réalisation d’une préforme textile comprenant :
  • une tête d’aiguilletage ;
  • un bras robotisé mobile selon plusieurs degrés de liberté, portant la tête d’aiguilletage et configuré de manière à déplacer la tête d’aiguilletage suivant des trajectoires et des orientations prédéterminées ;
  • un dispositif d’alimentation d’une bande textile monté sur la tête d’aiguilletage et configuré pour déposer la bande textile sur un support et procéder à sa découpe, et
  • une unité de contrôle configurée pour commander le bras robotisé, l’actionnement de la tête d’aiguilletage et le dépôt de la bande textile selon un programme prédéfini pour la réalisation de la préforme textile.
L’invention propose ainsi une tête d’aiguilletage modulable car, grâce au bras robotisé, elle peut s’adapter aux géométries complexes de préforme. Le système d’aiguilletage de l’invention permet donc de fabriquer des préformes de géométrie non-débouchante, comme une calotte sphérique, ou des géométries non-axisymétriques. Le système d’aiguilletage de l’invention permet également de paramétrer des trajectoires de bandes textiles à façon, sans limitation de trajectoire.
De plus, la présence du dispositif d’alimentation d’une bande textile sur la tête d’aiguilletage permet d’envisager un dépôt d’une bande et son aiguilletage sur les bandes précédemment déposées simultanément avec un seul système. Cela permet de déposer les bandes textiles dans diverses directions en faible ou forte épaisseur, et également d’automatiser le placement des bandes grâce au bras robotisé et à l’unité de contrôle. Cela permet également de se passer d’additif de fixation entre les bandes ou d’autres éléments pouvant polluer les bandes formant la préforme et pouvant perturber les liaisons fibres/matrices lors de la densification de la préforme aiguilletée, car le maintien des bandes entre elles est réalisé lors de l’aiguilletage par le transfert partiel dans le sens transversal des fibres provenant des bandes déposées. Autrement dit, il s’agit, dans le cas de l’invention, d’un liage mécanique des bandes textiles et non chimique contrairement aux procédés de l’art antérieur permettant de déposer et de maintenir les bandes textiles et/ou les fils (comme les technologies de nappage automatique, « Automatic Tape Laying, ATL » et de placement automatique de fibres, « Automatic Fiber Placement, AFP »).
Selon une caractéristique particulière de l’invention, le dispositif d’alimentation d’une bande textile comprend un système de freinage configuré pour régler la tension de la bande textile lors de son dépôt sur le support.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le dispositif d’alimentation d’une bande textile comprend un système de guidage de la bande textile.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le système de guidage de la bande textile comprend des rouleaux de détours réglables selon au moins un repère tridimensionnel sphérique.
Cela permet de rendre plus précis le guidage de la bande et son placement sur le support.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme textile par aiguilletage mis en œuvre par le système d’aiguilletage de l’invention sur un outillage de support dont la forme correspond à celle de la préforme textile à réaliser, le procédé comprenant le dépôt et l’aiguilletage d’une bande textile sur l’outillage de support.
Ce procédé permet d’aiguilleter directement la bande textile à la forme de la préforme finale.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’outillage de support a une forme non-axisymétrique et/ou non-débouchante.
Cela permet de réaliser des préformes de géométrie complexe.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la bande textile est déposée et aiguilletée sur l’outillage de support sans limitation de trajectoire.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la tête d’aiguilletage forme un angle compris entre -85° et 85° par rapport à la direction perpendiculaire au plan tangent de l’outillage de support durant tout ou partie du dépôt et de l’aiguilletage de la bande textile.
Cela permet de transférer les fibres, lors de l’aiguilletage, dans une direction perpendiculaire ou non perpendiculaire à la tangente de la préforme, c’est-à-dire la tangente de l’outillage de support. Le fait de ne pas se limiter à une direction perpendiculaire permet de transférer les fibres dans de nombreuses direction pour optimiser les propriétés thermomécaniques et la tenue à l’abrasion de la préforme textile finale selon les applications visées pour la pièce comprenant cette préforme.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.
La représente, de manière schématique et partielle, un système d’aiguilletage selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière partielle, une tête d’aiguilletage en cours de dépôt et d’aiguilletage selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière schématique et partielle, la tête d’aiguilletage de la , en particulier l’orientation des aiguilles par rapport à la bande déposée.
La représente, de manière schématique et partielle, un système d’aiguilletage 100 selon un mode de réalisation de l’invention permettant de réaliser une préforme textile.
Le système 100 comprend une tête d’aiguilletage 110 sur laquelle est monté un dispositif d’alimentation 130 d’une bande textile, un bras robotisé 120 mobile selon plusieurs degrés de liberté et portant la tête d’aiguilletage 110 et une unité de contrôle 140.
Le bras robotisé 120 est configuré de manière à déplacer la tête d’aiguilletage 110 suivant des trajectoires et des orientations prédéterminées.
Le dispositif d’alimentation 130 est configuré pour déposer la bande textile sur un support et procéder à la découpe de la bande déposée.
L’unité de contrôle 140 est configurée pour commander le bras robotisé 120, l’actionnement de la tête d’aiguilletage 110 et le dépôt de la bande textile selon un programme prédéfini pour la réalisation de la préforme textile.
La représente, de manière partielle, une tête d’aiguilletage 210 portant un dispositif d’alimentation 230 d’une bande textile 233 selon un mode de réalisation de l’invention lors de la fabrication d’une préforme textile, en particulier lors du dépôt et de l’aiguilletage d’une bande textile 234 sur un outillage de support 250. La représente une vue schématique de la , notamment l’orientation des aiguilles de la tête d’aiguilletage par rapport à la bande déposée, les références utilisées pour ces deux figures représentant les mêmes objets.
Le dispositif d’alimentation 230 d’une bande textile 233 comprend un support de cassette 232 et une cassette 231 contenant la bande textile 233 et placée sur le support de cassette 232. La cassette 231 a une largeur correspondant sensiblement à la largeur de la bande textile 233 enroulée sur la cassette 231.
La bande textile 233 est par exemple une bande ou une nappe de fils dont les propriétés sont utiles en tant que renfort fibreux dans la préforme composant un matériau composite, par exemple un fil ou un ensemble de fils, un tissu, un textile non-tissé multidirectionnel (ou « Non Crimp Fabric, NCF »), une tresse, ou encore un voile non tissé.
La tête d’aiguilletage 210 comprend une pluralité d’aiguilles 211 montée sur une planche à aiguilles qui permettent d’aiguilleter la bande textile 234 qui vient d’être déposée sur l’outillage de support 250. Cette bande textile 234 est ainsi aiguilletée avec les bandes 235 précédemment déposées afin de réaliser la préforme textile. Afin d’obtenir la géométrie désirée, le dépôt et l’aiguilletage a lieu sur l’outillage de support 250 qui a une forme correspondant à celle de la préforme à réaliser. Ainsi pour réaliser une préforme non-axisymétrique, l’outillage de support 250 a une forme non-axisymétrique. L’outillage de support 250 peut également être mobile, par exemple en rotation autour d’un axe, afin de faciliter les mouvements du bras robotisé et de la tête d’aiguilletage 210.
La tête d’aiguilletage 210 comprend également un débourreur 212 comprenant une plaque comportant une pluralité de perforations. La plaque présente une face interne et une face externe, la face externe étant présente du côté de l’outillage de support 250. La planche à aiguilles est en regard de la face interne du débourreur et les aiguilles 211 sont alignées avec les perforations présentes sur la plaque du débourreur 212. Lors de l’aiguilletage de la bande 234, les aiguilles 211 passent alternativement d’une position rétractée dans laquelle elles ne dépassent pas de la surface externe de la plaque du débourreur 212 à une position déployée dans laquelle elles dépassent de la face externe de la plaque afin de pénétrer dans la bande textile 234. Le dispositif d’alimentation 230 d’une bande textile 233 est fixé à la tête d’aiguilletage 210 transversalement à la plaque perforée du déboureur 212 destinée à être traversée par les aiguilles 211.
Le dispositif d’alimentation 230 d’une bande textile 233 peut comprendre un système de guidage 270 de la bande textile et/ou un système de freinage qui permet de régler la tension de la bande 234 lors de son dépôt. Le système de guidage 270 peut être fixé sur la surface du débourreur 212 ou sur la tête d’aiguilletage 210, idéalement au plus près de la surface du déboureur 210, portant le dispositif d’alimentation 230.
De plus, le système de guidage de la bande textile peut être muni de rouleaux de détours 271 réglables selon un repère tridimensionnel, notamment dans un repère sphérique. Ces rouleaux 271 sont par exemple réglables en translation selon la direction de la largeur de la bande 234 et réglables en rotation selon deux axes permettant de régler l’angle de la bande 234 par rapport à l’outillage de support 250. Ces rouleaux de détours 271 permettent de guider la bande 234 depuis la cassette 231 jusqu’à la surface de dépôt de l’outillage de support 250. La largeur de ces rouleaux 271 peut être adaptée à la largeur de la bande 234.
Quel que soit le mode de réalisation, le dispositif d’alimentation d’une bande textile peut être configuré pour stocker une bande textile de largeur comprise entre 5 mm et 500 mm, préférentiellement entre 5 mm et 200 mm.
Quel que soit le mode de réalisation, la tête d’aiguilletage peut être configurée pour différentes largeurs de planche à aiguilles (support portant la pluralité d’aiguilles) et/ou pour différentes largeurs de débourreur, par exemple de manière à pouvoir aiguilleter des bandes textiles de largeur comprise entre 5 mm et 500 mm, préférentiellement des bandes textiles de largeur comprise entre 5 mm et 200 mm. La planche à aiguilles et le débourreur peuvent également être amovibles de la tête d’aiguilletage afin de les adapter à la géométrie de préforme à réaliser et/ou aux largeurs de bandes textiles aiguilletées.
Quel que soit le mode de réalisation, la tête d’aiguilletage, en particulier les aiguilles, forme un angle α (représenté sur la ) variable par rapport à un axe perpendiculaire 270 au plan tangent 260 de l’outillage de support 250 durant tout ou partie du dépôt et de l’aiguilletage de la bande textile, par exemple cet angle est compris entre -85° et 85°, de préférence entre -30° et 30°. Plus généralement, la tête d’aiguilletage est réglable selon toutes les directions autour de cet axe perpendiculaire 270. Cela permet d’aiguilleter les bandes textiles selon différentes orientations, par exemple en biais ou selon un angle pour transférer des fibres selon une certaine orientation pour conférer certaines propriétés thermomécaniques et/ou de tenue à l’abrasion à la pièce finale.
Quel que soit le mode de réalisation, la tête d’aiguilletage peut être programmée pour se déplacer et s’orienter, grâce au bras robotisé, autour de l’outillage de support pour déposer et aiguilleter la bande textile. Le programme de déplacement et d’orientation de la tête d’aiguilletage comprend ainsi les points de passage et l’orientation angulaire de la tête d’aiguilletage autour de l’outillage de support.
Les points de passage peuvent être déterminés en fonction des positions des fibres en Z dans la préforme textile à réaliser, de son rayon de courbure local et d’une distance minimale à respecter entre la tête d’aiguilletage et l’outillage de support ou la préforme pour éviter de dégrader la préforme. L’orientation angulaire de la tête d’aiguilletage peut être déterminée pour chaque point de passage en fonction de l’orientation angulaire des fibres en Z dans la préforme à réaliser.
De plus, afin de faciliter la programmation de la tête d’aiguilletage, et dans le cas d’un outillage de support en rotation sur lui-même, les points de passage peuvent être exprimés en termes de distance entre la tête d’aiguilletage et l’outillage de support. Pour cela, on peut projeter les points de passage dans un plan de référence fixe par rapport à l’outillage de support, et ainsi programmer la tête selon la distance entre la tête d’aiguilletage et l’outillage de support.
Quel que soit le mode de réalisation, il est également possible de piloter la tête d’aiguilletage par un asservissement en fonction de la pression du déboureur et/ou en fonction de la position du débourreur s’il est flottant et/ou en fonction de la position des aiguilles.
L’expression « compris(e) entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims (8)

  1. Système d’aiguilletage (100) pour la réalisation d’une préforme textile comprenant :
    • une tête d’aiguilletage (110, 210) ;
    • un bras (120) robotisé mobile selon plusieurs degrés de liberté, portant la tête d’aiguilletage et configuré de manière à déplacer la tête d’aiguilletage suivant des trajectoires et des orientations prédéterminées ;
    • un dispositif d’alimentation (130, 230) d’une bande textile (233) monté sur la tête d’aiguilletage et configuré pour déposer la bande textile sur un support (250) et procéder à sa découpe, et
    • une unité de contrôle (140) configurée pour commander le bras robotisé, l’actionnement de la tête d’aiguilletage et le dépôt de la bande textile selon un programme prédéfini pour la réalisation de la préforme textile.
  2. Système d’aiguilletage selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d’alimentation d’une bande textile comprend un système de freinage configuré pour régler la tension de la bande textile lors de son dépôt sur le support.
  3. Système d’aiguilletage selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le dispositif d’alimentation d’une bande textile comprend un système de guidage (270) de la bande textile.
  4. Système d’aiguilletage selon la revendication 3, dans lequel le système de guidage comprend des rouleaux (271) de détours réglables selon au moins un repère tridimensionnel sphérique.
  5. Procédé de fabrication d’une préforme textile par aiguilletage mis en œuvre par le système d’aiguilletage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 sur un outillage de support (250) dont la forme correspond à celle de la préforme textile à réaliser, le procédé comprenant le dépôt et l’aiguilletage d’une bande textile sur l’outillage de support.
  6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’outillage de support a une forme non-axisymétrique et/ou non-débouchante.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel la bande textile est déposée et aiguilletée sur l’outillage de support sans limitation de trajectoire.
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel la tête d’aiguilletage forme un angle (α) compris entre -85° et 85° par rapport à la direction perpendiculaire au plan tangent (260) de l’outillage de support durant tout ou partie du dépôt et de l’aiguilletage de la bande textile.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2669941A1 (fr) * 1990-12-03 1992-06-05 Europ Propulsion Installation pour la realisation de preformes fibreuses aiguilletees destinees a la fabrication de pieces en materiau composite.
CN105755680B (zh) * 2016-04-25 2017-10-20 天津工业大学 一种机器人针刺设备

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