WO2005077644A2 - Dispositif de depose de nappe ou de fils dans un moule pour la fabrication des pieces en materiaux composites - Google Patents

Dispositif de depose de nappe ou de fils dans un moule pour la fabrication des pieces en materiaux composites Download PDF

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WO2005077644A2
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depositing
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matrix
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Frédéric DESPLATS
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Dcmp -Digital Composite Manufacturing Process
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]

Definitions

  • the present invention relates to the field of installations for the manufacture of composite materials, having great mechanical qualities.
  • the present invention relates more particularly to a device and its process for the automated manufacture of large parts in composite materials with high mechanical performance.
  • the present invention intends to remedy the shortcomings of the prior art by proposing a system for depositing long fiber composite materials in a mold, identical to the work carried out by human operators.
  • This automated system for manufacturing composite materials is capable of producing composite materials on a large scale, such as for producing parts in molds of the left shape of mats or the like.
  • the present invention relates to a device for the manufacture of composite materials with high mechanical performance, comprising at least one mold in ⁇ jquel is deposited the material for the fabrication of said composite material, a machine tool comprising a movable frame, located above said mold, carrying at least one wire storage turret, said machine tool comprising a reel arm for depositing the matrix of the composite material, as well as a depositing interface, managed by a control means, for depositing and then cutting the wires forming the reinforcement of the composite material, characterized in that it comprises a means of conveying said wires for the routing of said wires in the above-mentioned depositing interface to an application means in the mold, said conveying means being able to distribute the drive force by contact with said wires.
  • the device according to the invention will include means for tensioning the wires.
  • the device of the invention will comprise at least one nacelle, fixed on the gantry, intended to translate the above-mentioned storage turret and the reel arm.
  • the device of the invention will include means for impregnating the wires with the matrix.
  • the impregnation means will comprise a heating depositing nozzle for conveying the matrix-forming material, the wires coming to sink into the resin during their passage through the depositing interface .
  • the impregnation means will comprise a sealed container having at least one calibrated slot in the cross section of the wires, said sealed container comprising the matrix-forming material.
  • the application means, fixed to the depositing interface will consist of a depositing roller capable of acting under pressure on the deposited wires.
  • the wire storage turret may comprise a plurality of towers mounted to rotate comprising a plurality of rollers of wires.
  • the device of the invention will comprise a wire collector coming from each of the wire rolls.
  • the threads will be glass fiber and / or carbon fiber, aramid or any other synthetic and / or vegetable fiber.
  • the device makes it possible to carry out all of the following steps: deposition of a sheet or threads of glass fiber (carbon, aramid or any other synthetic and / or vegetable fiber), deposition or spraying of “Gelcoats” and release agents, definition of the points on the surface of the mold , machining (cutting, deburring %), in two concave molds, for example a lower surface mold and an upper surface mold to form a pale wind turbine.
  • the present invention also allows: the deposition of pre-preg glass fiber yarns, the cutting of pre-impregnated glass fiber layers, the filament winding on a mandrel (spar mold) or any other form of revolution.
  • FIG. 1 illustrates a sectional view of the device according to the invention with its gantry, the nacelle, the turret and the reel arm;
  • FIG. 2 illustrates a partial sectional view of the dispensing interface according to one embodiment;
  • Figure 3 illustrates a partial sectional view of the dispensing interface according to a second embodiment;
  • Figure 4 illustrates a partial sectional view of the dispensing interface according to a third embodiment.
  • the device according to the invention comprises a gantry 1 having the shape of an inverted flared U.
  • This gantry 1 comprises, of course, a central slot 2 for the passage in particular of the reel arm 4, said gantry 1 being placed overhanging, or above, a mold, not shown in the appended figures, necessary to make a composite material.
  • the present invention intends to apply to processes for producing a composite material using at least one mold. As an example, in the case of making a large blade, it will be necessary to have a mold for the lower surface and a mold for the upper surface.
  • the gantry 1 will carry on either side of the central slot 2 a nacelle 3 making it possible to operate the direction of the reel arm 4 along the central slot 2.
  • the circular turret 5 having 'a plurality of pylons 5' each comprising a plurality of coils of wires intended to form the core or the reinforcement of the composite material.
  • the gantry 1 performs a longitudinal movement perpendicular, or transversely, to the axis of the linear slot 2 over a length of 55 meters. Of course, this length could be much greater and exceeded 100 meters.
  • the on-board weight of this gantry crane 1 will be between 7 and 8 tonnes, while the width between the two guide rails, not visible in the appended figures, will be between 5 and 8 meters.
  • the gantry 1 has the function of presenting the reel arm 4 and the depositing interface 6 in the different positions: of work, maintenance, testing and control. This gantry 1 must be able to move at two speeds: a working speed Vt (250mm / s), a return speed Vr (2 to 4 x Vt).
  • a ladder and a platform in accordance with the standards in force allows the operator to climb onto the platform 3.
  • a plurality of elements is fixed to the gantry 1, in particular: the turret 5 storing the filament (wires forming the reinforcement or the core of the composite material), - the nacelle 3 supporting the robot 7 actuating the depositing interface 6, the turret 5 and the reel arm 4, the reel arm 4 which routes the filaments towards the depositing interface 6 managed by the robot 7.
  • the turret 5 comprises a store of spools of fiber threads.
  • the fiber magazine is made up of different 5 'elements used to unwind fiber yarn conditioned in spools. Each wire goes from a coil in use to a collector, not shown in the appended figures, placed in the center of the turret 5.
  • the coils have a unit mass of approximately 24 kilos and the following dimensions 310 x 165 x 260
  • the coils are threaded on rotating pylons to avoid the accumulation of wire winding.
  • the number of pylons 5 ′ corresponds to the number of fiberglass yarns constituting the final sheet.
  • the circular arrangement of the pylons 5 'on the floor of the turret 5 allows a straight path without returning each wire to the central collector.
  • On each 5 'pylon several coils are threaded on top of each other in order to limit the stop phases for recharging the system.
  • the coils are unwound on each 5 'pylon, level by level.
  • the first reels unwound are those placed at the top of each stack, the bottom reel supporting the mass of the other reels.
  • the wire coming from the pylon changes level (1st level, 2 nd level, 3 ⁇ level).
  • the position of the wire depends on the position of the spool unwound.
  • a mechanical and automatic system must ensure a return of the wire downwards. This system always limits the angular deviations between the axis of the coil and the wire (90 ° +/- 15 °) before it descends into the central collector.
  • the fiber thread of the empty spool is linked to the thread of the next spool to ensure the continuity of the supply of fiber thread.
  • the joining (or splicing) of the wires of two different coils must resist the conveying forces. This junction is made by gluing almost instantaneously. This junction does not make the wires rigid nor does it increase the width of the wire flat.
  • the stores comprising the plurality of spools of wire have lifting points to be placed and placed on the ground for recharging the spools by an operator. All the mechanics and the motorization of the turret are protected by sealing against the small pieces of son of glass, or carbon, which are disseminated in the air.
  • the nacelle 3 is mounted on a transverse axis relative to the axis of longitudinal displacement of the gantry 1, which allows the robot 7 to access the entire width of the gantry 1. This transverse axis makes it possible to avoid the extreme positions of the axes of the robot 7.
  • the nacelle supports the load of the robot 7, the turret 5, the coils of filaments, the reel arm 4 as well as various equipment (hydraulic, electric, pneumatic, etc.).
  • the reel arm 4 is composed of several elements: the body of the arm, - the wire drive system, the end tensioner.
  • the body of the reel arm 4 is integral with the turret 5 and follows the angular movements of the turret 5.
  • the body of the reel arm 4 integrates, by its geometry, the drive system of the wires coming from the collector.
  • the wire drive system is a key element of the present invention. It is made up of different assemblies: a motorized treadmill, a crazy treadmill (free to rotate), a belt tension adjustment, a pressure adjustment between the belts, a quick access system to the wires between the carpets.
  • the wire drive system at the outlet of the collector, is placed in the part of the body of the reel arm 4 located under the turret 5.
  • the wire drive system runs flat.
  • Each wire must be guided in and out of the system so that all the wires run in parallel.
  • a sensor must make it possible to detect any overvoltage of the wires at the input of the fiber yarn drive system.
  • the end tensioner ensures the tension of the threads whatever the position of the robot, so to each thread corresponds a tensioning guide (flexible part equipped with eyelets).
  • the wire removal interface comprises a plurality of elements, not shown in the appended figures: - a set of eyelet poles equipped with wire passes receives the wires coming from the reel arm 4 (same principle as the reel arm), a first conveyor belt which drives the fiber threads coming from the reel arm 4, - a mechanical assembly ensures the cutting of the sheet, a second re-priming conveyor belt after cutting, a matrix impregnation system, in this case the resin epoxy, a mechanical assembly ensures re-priming of the reinforcement, or of the ply, after cutting,
  • a thermoplastic sizing assembly assembling the wires for cutting.
  • the interface receives the wires through a collector; the flexible rods equipped with eyelets (fishing rod type) taking up the principle used on the end tensioner of the reel arm 4.
  • the wires are received and repositioned in the form of a ply (placement of the wires at the edge of the wires placed flat and parallel) then the wires are then driven by a first set of conveyor belt 12 made of elastomer.
  • the ply of threads passes between two flanged conveyor belts 13 to ensure the entrainment of the ply (belts made of elastomer, notched belt type).
  • provision may be made for the ply, when assembled, to be bonded by a thermoplastic son deposited at 70 ° / 90 ° relative to the direction of the fiber.
  • the dry fiber son arriving at the entrance of the interface conveyor come into contact with the resin film 9 semi-liquid, or pasty.
  • the resin 9 is conveyed in the liquid phase (viscous) by heated pipes 10 to the deposit nozzle 11.
  • the deposit nozzle 11 is heated and calibrates the resin in film of rectangular section (extrusion).
  • the temperature of the nozzle 11 must be constantly regulated to maintain the good consistency of the resin 9 (consistency of the calibrated wax).
  • the section of the film is determined by the width of the web on the one hand and by the desired impregnation rate on the other hand.
  • the fiber threads 8 arranged parallel and edge to edge will, as they pass through the interface conveyor, sink slightly into the resin film.
  • the cohesion of the wires 8 between them at the outlet of the interface conveyor is ensured by the resin film 9.
  • the unwinding of the sheet controls the supply of resin 9 to the system.
  • the dry fiber threads 8 may enter a tank 14 through a slit calibrated in the section of the dry fiber threads 8 .
  • the tray 14 contains the matrix (epoxy resin and hardener), which is regulated (temperature, level, pressure ).
  • the impregnated sheet comes out through a calibrated slot.
  • the impregnation of the sheet is a direct function: - of the dimensions of the outlet slot, of the pressure in the tank, of the temperature of the epoxy (or other) system.
  • the last impregnation method chosen to illustrate the invention, and represented in FIG. 4, consists in depositing a liquid epoxy film on one of the faces of the sheet: the objective here is to make the epoxy system electrostatic ( negatively charged) using an electrode 15.
  • This electrode 15 is placed in an extruder nozzle which produces the matrix film 9.
  • This nozzle can heat the matrix 9.
  • the cutting of the fiber threads, forming the reinforcement or the core of the composite material is carried out by shearing using a cutting blade 16.
  • overlapping of the wires 8 in the resin film 9 makes it possible to make clean cuts.
  • the resin 9 maintains the wires 8 together.
  • the fiber strands 8 remain integral with the film 9 after cutting and can thus be drawn towards the second interface conveyor. To be placed under the applicator roller 17.
  • the cutting is carried out before the gluing phase with the resin 9.
  • thermoplastic polymer placed upstream of the conveyor belt 12.
  • the latter will apply pressure to the molten bead causing it to migrate into the fiber 8.
  • the bead will solidify during the course of the sheet between the two carpets 12.
  • the cutting is carried out by shearing of the sheet in line with the gluing of the thermoplastic.
  • the location of the cut is located after the carpet 12, that is to say before the wires 8 are impregnated with matrix 9.
  • a mechanical priming system allows this ply to be positioned between the mold and the applicator roller 17.
  • the mobile axis system follows an elliptical trajectory (connecting rod-crank) and in another embodiment, a plate curved at the radius of the roller which presses the sheet on the roller 17 (rotational movement), the robot 7 will adopt an inclined position at the start of the trajectory to pinch the fall.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif de fabrication de matériaux composites, comportant au moins un moule, une machine-outil comprenant un portique (1) mobile, portant au moins une tourelle (5) de stockage de fils (8), ladite machine-outil comportant un bras dévidoir (4) pour le dépôt de la matrice (9), ainsi qu'une interface de dépose (6), gérée par un moyen de commande (7), pour la dépose puis la découpe des fils (8), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de convoyage (12, 13) desdits fils pour l'acheminement desdits fils dans la susdite interface de dépose (6) à destination d'un moyen d'application (17) dans le moule, ledit moyen de convoyage (12, 13) étant apte à répartir l'effort d'entraînement par contact avec lesdits fils sur au moins la moitié de leur longueur.

Description

DISPOSITIF DE DÉPOSE DE NAPPE OU DE FILS DANS UN MOULE POUR LA FABRICATION DE PIÈCES EN MATÉRIAUX COMPOSITES
La présente invention se rapporte au domaine des installations destinées à la fabrication de matériaux composites, présentant de grandes qualités mécaniques. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif et son procédé de fabrication automatisée de pièces de grandes dimensions en matériaux composites à hautes performances mécaniques.
L'art antérieur connaît déjà des appareils destinés à réaliser des textiles sophistiqués, comportant en particulier une pluralité de matière différente. Néanmoins, les matériaux qui sont toujours des matières textiles.
En effet, à l'heure actuelle, il n'existe aucun processus automatisé de fabrication de pièces en composites à fibres longues, permettant d'obtenir des caractéristiques mécaniques élevées, dans le cadre d'un environnement de fonctionnement à contraintes sévères. Cette constatation s'applique en particulier aux fabricants d'éoliennes et de pales d'éoliennes qui investissent pourtant lourdement depuis plusieurs années pour maîtriser leur propre fabrication de pales et améliorer les rendements.
Ainsi, il n'y a pas sur le marché d'appareils destinés à la fabrication de matériaux composites de grandes dimensions, automatisant toutes la chaîne de production de sorte qu'un nombre très limité d'opérateurs est nécessaire, le matériau composite conservant toutes ses qualités mécaniques . La présente invention entend remédier aux lacunes de l'art antérieur en proposant un système de dépose de matériaux composites à fibres longues dans un moule, à 1 ' identique du travail réalisé par des opérateurs humains . Ce système automatisé de fabrication de matériaux composites est apte à produire des matériaux composites à grande échelle, tels que pour la réalisation de pièces dans des moules de forme gauche de mats ou analogues. Pour ce faire, la présente invention concerne un dispositif pour la fabrication de matériaux composites à hautes performances mécaniques , comportant au moins un moule dans Λjquel est déposée la matière destinée à la fabrication dudit matériau composite, une machine-outil comprenant un portique mobile, situé au-dessus dudit moule, portant au moins une tourelle de stockage de fils, ladite machine-outil comportant un bras dévidoir pour le dépôt de la matrice du matériau composite, ainsi qu'une interface de dépose, gérée par un moyen de commande, pour la dépose puis la découpe des fils formant le renfort du matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de convoyage desdits fils pour l'acheminement desdits fils dans la susdite interface de dépose à destination d'un moyen d'application dans le moule, ledit moyen de convoyage étant apte à répartir l'effort d'entraînement par contact avec lesdits fils.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprendra un moyen de mise en tension des fils. Selon un mode d'exécution préféré, le dispositif de l'invention comprendra au moins une nacelle, fixée sur le portique, destinée à translater la susdite tourelle de stockage et le bras dévidoir. Avantageusement, le dispositif de l'invention comprendra un moyen d'imprégnation des fils par la matrice.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'imprégnation comprendra une buse de déposante chauffante pour l'acheminement de la matière formant matrice, les fils venant s'enfoncer dans la résine lors de leur passage dans l'interface de dépose. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moyen d'imprégnation comprendra un bac étanche disposant d'au moins une fente calibrée à la section des fils, ledit bac étanche comportant la matière formant matrice. De préférence, le moyen d'application, fixé à l'interface de dépose, consistera en un rouleau de dépose apte à agir en pression sur les fils déposés.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la tourelle de stockage des fils pourra comprendre une pluralité de pylônes montés rotatifs comportant une pluralité de rouleaux de fils.
Avantageusement, le dispositif de l'invention comprendra un collecteur de fils provenant de chacun des rouleaux de fils.
De préférence, les fils seront de la fibre de verre et/ou de la fibre de carbone, d'aramide ou tout autre fibre synthétique et/ou végétale.
Grâce à l'invention, le dispositif permet d'effectuer toutes les étapes suivantes : dépôt d'une nappe ou des fils de fibre de verre (carbone, d'aramide ou tout autre fibre synthétique e /ou végétale) , dépôt ou pulvérisation des « Gelcoats » et des agents de démoulage, définition des points sur la surface du moule, usinage (découper, ébavurer...) , dans deux moules de forme concave, par exemple un moule intrados et un moule extrados pour former une pâle d'éolienne. la présente invention permet également : la dépose de fils de fibre de verre pré-i prégnés, la découpe de nappes de fibre de verre pré- imprégnées, l'enroulement filamentaire sur un mandrin (moule longeron) ou tout autre forme de révolution.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après a titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées : la figure 1 illustre une vue en coupe du dispositif selon l'invention avec son portique, la nacelle, la tourelle et le bras dévidoir ; la figure 2 illustre une vue partielle en coupe de l'interface de dépose suivant un mode de réalisation ; la figure 3 illustre une vue partielle en coupe de l'interface de dépose suivant un deuxième mode de réalisation ; et la figure 4 illustre une vue partielle en coupe de l'interface de dépose suivant un troisième mode de réalisation. Comme visible sur la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend un portique 1 présentant la forme d'un U évasé inversé. Ce portique 1 comprend, bien entendu, une fente centrale 2 pour le passage notamment du bras dévidoir 4, ledit portique 1 étant placé en surplomb, ou au-dessus, d'un moule, non représenté sur les figures annexées, nécessaire pour réaliser un matériau composite. En effet, la présente invention entend s'appliquer aux procédés de réalisation d'un matériaux composites utilisant au moins un moule. À titre d'exemple, dans le cas de la réalisation d'une pâle de grandes dimensions, il sera nécessaire d'avoir un moule pour l'intrados et un moule pour l'extrados.
Le portique 1 portera de part et d'autre de la fente centrale 2 une nacelle 3 permettant d'opérer la direction du bras dévidoir 4 le long de la fente centrale 2. Enfin, sur la nacelle 3 se trouve la tourelle circulaire 5 disposant d'une pluralité de pylônes 5 ' comportant chacun une pluralité de bobines de fils destinés à former le cœur ou le renfort du matériau composite.
Dans un mode de réalisation particulier, le portique 1 effectue un déplacement longitudinal perpendiculairement, ou transversalement, à l'axe de la fente linéaire 2 sur une longueur de 55 mètres. Bien entendu, cette longueur pourra être largement supérieure et dépassée les 100 mètres. Le poids embarqué de ce portique 1 se situera entre 7 et 8 tonnes, tandis que la largeur entre les deux rails de guidage, non visible sur les figures annexées, sera comprise entre 5 et 8 mètres.
Le portique 1 a pour fonction de présenter le bras dévidoir 4 et l'interface de dépose 6 dans les différentes positions : de travail, de maintenance, d'essais et de contrôle. Ce portique 1 doit pouvoir se déplacer suivant deux vitesses : une vitesse Vt de travail (250mm/s), une vitesse Vr de retour (2 à 4 x Vt) .
Une échelle et une plate forme aux normes en vigueur permet à l'opérateur de monter sur la nacelle 3.
Une pluralité d'éléments est fixée au portique 1, notamment : la tourelle 5 stockant le filament (fils formant le renfort ou le cœur du matériau composite), - la nacelle 3 supportant le robot 7 actionnant l'interface de dépose 6, la tourelle 5 et le bras dévidoir 4, le bras dévidoir 4 qui achemine les filaments vers l'interface de dépose 6 géré par le robot 7. La tourelle 5 comporte un magasin de bobines de fils fibre. Le magasin de fibre est constitués de différents éléments 5' permettant de dévider des fils de fibre conditionnés en bobines. Chaque fil part d'une bobine en cours d'utilisation jusqu'à un collecteur, non représenté sur les figures annexées, placé au centre de la tourelle 5.
Les bobines ont une masse unitaire d' approximativement 24 kilos et les dimensions suivantes 310 x 165 x 260
(millimètres). Bien entendu, ces dimensions et ce poids ne reflètent qu'un mode de réalisation et ne constituent pas un critère limitatif. Les bobines sont enfilées sur des pylônes rotatifs afin d'éviter le cumul d'enroulement du fil. Le nombre de pylônes 5 ' correspond au nombre de fils de fibre de verre constituant la nappe finale.
La disposition circulaire des pylônes 5 ' sur le plancher de la tourelle 5 permet un cheminement rectiligne sans renvoi de chaque fil vers le collecteur central. Sur chaque pylône 5' plusieurs bobines sont enfilées les unes sur les autres afin de limiter les phases d'arrêt pour le rechargement du système. Les bobines sont dévidées sur chaque pylône 5', niveau par niveau. Les premières bobines dévidées sont celles qui sont placées en haut de chaque empilement, la bobine du bas supportant la masse des autres bobines .
Au fur et à mesure que les bobines se vident, le fil venant du pylône change de niveau (1er niveau, 2eme niveau, 3^ niveau) . La position du fil dépend de la position de la bobine dévidée. Un système mécanique et automatique doit assurer un renvoi du fil vers le bas. Ce système limite toujours les écarts angulaires entre l'axe de la bobine et le fil (90° +/- 15°) avant qu'il ne descende dans le collecteur central.
Le fil de fibre de la bobine vide est lié au fil de la bobine suivante pour assurer la continuité de l'alimentation en fil de fibre. La jonction (ou l'éclissage) des fils de deux bobines différentes doit résister aux efforts de convoyage. Cette jonction se fait par collage de manière quasi-instantanée. Cette jonction ne rend pas les fils rigides ni n'augmente la largeur du fil à plat. Les magasins comportant la pluralité de bobines de fil disposent de points de levage pour être déposés et mis au sol pour rechargement des bobines par un opérateur. Toute la mécanique et la motorisation de la tourelle sont protégées par étanchéité contre les petits morceaux de fils de verre, ou de carbone, qui sont disséminés dans l'air.
La nacelle 3 est montée sur un axe transversal par rapport à l'axe de déplacement longitudinal du portique 1, qui permet au robot 7 d'accéder à toute la largeur du portique 1. Cet axe transversal permet d'éviter les positions extrêmes des axes du robot 7. La nacelle supporte la charge du robot 7, de la tourelle 5, des bobines de filaments, du bras dévidoir 4 ainsi que de divers équipements (hydrauliques, électriques, pneumatique...).
Le bras dévidoir 4 est composé de plusieurs éléments : le corps du bras, - le système d'entraînement des fils, le tendeur d'extrémité.
Le corps du bras dévidoir 4 est solidaire de la tourelle 5 et suit les déplacements angulaires de la tourelle 5. Le corps du bras dévidoir 4 intègre, par sa géométrie, le système d'entraînement des fils venant du collecteur.
Le système d'entraînement des fils constitue un élément clé de la présente invention. Il est composé de différents ensembles : un tapis roulant motorisé, un tapis roulant fou (libre de rotation), un réglage de tension des tapis, un réglage de pression entre les tapis, un système d'accès rapide aux fils entre les tapis.
Le système d'entraînement des fils, à la sortie du collecteur, est placé dans la partie du corps du bras dévidoir 4 située sous la tourelle 5.
Le système d'entraînement des fils s'effectue à plat.
Chaque fil doit être guidé à l'entrée et à la sortie du système pour que tous les fils cheminent parallèlement. Un capteur doit permettre de détecter toute surtension des fils à l'entrée du système d'entraînement des fils de fibre.
Le tendeur d'extrémité assure la tension des fils quelle que soit la position du robot, ainsi à chaque fil correspond un guide tendeur (pièce flexible équipée d'oeillets) .
L'interface de dépose des fils comprend une pluralité d'éléments, non représentés sur les figures anexées : - un ensemble de perches à œillets équipées de passes fils réceptionne les fils venant du bras dévidoir 4 (même principe que le bras dévidoir), un premier tapis roulant qui entraîne les fils de fibre venant du bras dévidoir 4, - un ensemble mécanique assure la découpe de la nappe, un deuxième tapis roulant de réamorçage après découpe, un système d'imprégnation de matrice, en l'occurrence de la résine époxy, un ensemble mécanique assure le réamorçage du renfort, ou de la nappe, après découpe, De façon optionnelle, on pourra également prévoir un ensemble d'encollage de thermoplastique (assemblage des fils pour la découpe). L'interface réceptionne les fils par un collecteur ; les tiges flexibles équipées d'œillets (type canne à pêche) reprenant le principe utilisé sur le tendeur d'extrémité du bras dévidoir 4. Les fils sont réceptionnés et repositionnés sous forme de nappe (placement des fils en bord à bord des fils mis à plat et parallèles) puis les fils sont ensuite entraînés par un premier ensemble de tapis roulant 12 en élastomère. La nappe de fils passe entre deux tapis roulants 13 flasques pour assurer l'entraînement de la nappe (courroies fabriquées en élastomère, type courroie crantée). De façon accessoire, on pourra prévoir que la nappe, lors de son assemblage, est collée par un fils thermoplastique déposé à 70°/90° par rapport au sens de la fibre.
Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 2, Les fils de fibre secs arrivant à l'entrée du convoyeur de l'interface (convoyeur interface) entrent en contact avec le film de résine 9 semi-liquide, ou pâteux.
La résine 9 est acheminée en phase liquide (visqueuse) par des tuyaux réchauffés 10 jusqu'à la buse de dépose 11. La buse de dépose 11 est chauffante et calibre la résine en film de section rectangulaire (extrusion) . La température de la buse 11 doit être régulée en permanence pour conserver la bonne consistance de la résine 9 (consistance de la cire calibrée) . La section du film est déterminée par la largeur de la nappe d'une part et par le taux d'imprégnation désiré d'autre part. Les fils de fibre 8 disposés parallèlement et bord à bord vont lors de leur passage dans le convoyeur d'interface s'enfoncer légèrement dans le film de résine. La cohésion des fils 8 entre eux à la sortie du convoyeur d'interface est assurée par le film de résine 9. Le déroulement de la nappe commande l'alimentation en résine 9 du système. Selon un autre mode de réalisation de l'imprégnation de fils de fibre 8, représenté sur la figure 3, on pourra prévoir que les fils de fibre 8 secs pénètrent dans un bac 14 par une fente calibrée à la section des fils de fibre 8 secs. Dans ce cas, le bac 14 contient la matrice (résine époxy et durcisseur), qui est régulée (température, niveau, pression...). La nappe imprégnée ressort par une fente calibrée. L'imprégnation de la nappe est directement fonction : - des dimensions de la fente de sortie, de la pression dans le bac, de la température du système époxydique (ou autre).
Le dernier mode d'imprégnation choisi pour illustrer l'invention, et représenté sur la figure 4, consiste en la dépose d'un film époxy liquide sur une des faces de la nappe : l'objectif est ici de rendre le système époxy électrostatique (chargé négativement) à l'aide d'une électrode 15. Cette électrode 15 est placée dans une buse extrudeuse qui fabrique le film de matrice 9. Cette buse peut chauffer la matrice 9. La découpe des fils de fibre, formant le renfort ou le cœur du matériau composite, est effectuée par cisaillement grâce à une lame de découpe 16. Dans les variantes d'imprégnation des fils de fibre 8 représentées sur les figures 2 et 3 : l'imbrication des fils 8 dans le film de résine 9 permet d'effectuer des coupes franches. La résine 9 assure le maintien des fils 8 entre eux. Les fils de fibre 8 restent solidaires du film 9 après la coupe et peuvent ainsi être entraînés vers le deuxième convoyeur d'interface .pour être placés sous le rouleau applicateur 17. Dans la variante d'imprégnation des fils de fibre représentée sur la figure 4 : il est nécessaire de tenir compte de l'absence de liaison entre les fils de fibre 8. En effet, la coupe s'effectue avant la phase d'encollage avec la résine 9.
De façon optionnelle et afin d'assurer une découpe parfaite, il est prévu d'imprégner la nappe d'un cordon de polymère thermoplastique disposé en amont du tapis roulant 12. Ce dernier appliquera une pression sur le cordon en fusion le faisant migrer dans la fibre 8. Le cordon se solidifiera lors du parcours de la nappe entre les deux tapis 12. La découpe est effectuée par cisaillement de la nappe au droit de l'encollage du thermoplastique. L'emplacement de la découpe se situe après le tapis 12, c'est-à-dire avant que les fils 8 ne soient imprégnés de matrice 9.
Un système mécanique de réamorçage permet à cette nappe de se positionner entre le moule et le rouleau applicateur 17. Dans un mode de réalisation, le système d'axe mobile suit une trajectoire elliptique (bielle-manivelle) et dans un autre mode de réalisation, une plaque courbée au rayon du rouleau qui vient plaquer la nappe sur le rouleau 17 (mouvement de rotation) , le robot 7 adoptera une position inclinée au départ de la trajectoire pour pincer la chute.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour la fabrication de matériaux composites à hautes performances mécaniques, comportant au moins un moule dans lequel est déposée la matière destinée à la fabrication dudit matériau composite, une machine-outil comprenant un portique (1) mobile, situé au-dessus dudit moule, portant au moins une tourelle (5) de stockage de fils (8), ladite machine-outil comportant un bras dévidoir (4) pour le dépôt de la matrice (9) du matériau composite, ainsi qu'une interface de dépose (6), gérée par un moyen de commande (7), pour la dépose puis la découpe des fils (8) formant le renfort du matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de convoyage (12, 13) desdits fils pour l'acheminement desdits fils dans la susdite interface de dépose (6) à destination d'un moyen convoyage (12, 13) dans le moule, ledit moyen de convoyage (12, 13) étant apte à répartir l'effort d'entraînement par contact avec lesdits fils (8).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mise en tension des fils.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une nacelle (3), fixée sur le portique (1), destinée à translater la susdite tourelle (5) de stockage et le bras dévidoir (4) perpendiculaire à l'axe de déplacement du portique ( 1 ) .
4. D i spos iti f s e lon l ' une que lconque de s revendications précédentes , caractérisé en ce qu ' il comprend un moyen d' imprégnation ( 11 , 14 ou 15 ) des fils ( 8 ) par la matrice ( 9 ) .
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen d'imprégnation (11) comprend une buse de déposante chauffante pour l'acheminement de la matière formant matrice (9), les fils (8) venant s'enfoncer dans la résine (9) lors de leur passage dans l'interface de dépose (6).
6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen d'imprégnation (14) comprend un bac étanche disposant d'au moins une fente calibrée à la section des fils (8), ledit bac (14) étanche comportant la matière formant matrice ( 9 ) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'application, fixé à l'interface de dépose (6), consiste en un rouleau de dépose (17) apte à agir en pression sur les fils (8) déposés.
8. Dispos itif selon l ' une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que la tourelle ( 5 ) de stockage des fils comprend une pluralité de pylônes (5 ' ) montés rotatif comportant une pluralité de rouleaux de fils ( 8 ) .
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur de fils provenant de chacun des rouleaux de fils (8).
10. Dispos itif se lon l ' une que lconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que les fils ( 8 ) sont de la fibre de verre et/ou de la fibre de carbone, d'aramide ou tout autre fibre synthétique et/ou végétale.
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