WO2017203109A1 - Machine d'application de fibres continues comprenant un dispositif de freinage dispose dans la tete d'application et procede mettant en œuvre une telle machine - Google Patents

Machine d'application de fibres continues comprenant un dispositif de freinage dispose dans la tete d'application et procede mettant en œuvre une telle machine Download PDF

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WO2017203109A1
WO2017203109A1 PCT/FR2017/000084 FR2017000084W WO2017203109A1 WO 2017203109 A1 WO2017203109 A1 WO 2017203109A1 FR 2017000084 W FR2017000084 W FR 2017000084W WO 2017203109 A1 WO2017203109 A1 WO 2017203109A1
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fiber
application
pulleys
pulley
machine according
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Application number
PCT/FR2017/000084
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English (en)
Inventor
Yvan Hardy
Olivier Le Borgne
Original Assignee
Coriolis Composites
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B29C70/30—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]
    • B29C70/384—Fiber placement heads, e.g. component parts, details or accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B29C70/56—Tensioning reinforcements before or during shaping

Definitions

  • the invention belongs to the field of devices and methods for applying fibers for the production of parts made of composite materials.
  • the invention relates to a fiber application machine for applying fibers to a drape surface
  • a fiber application head for applying at least one continuous fiber to a drape displacement adapted to move the application head relative to the drape surface
  • storage means such as a creel, for storing said continuous fiber
  • a fiber tension adjusting device for adjusting the tension of a fiber
  • the device for adjusting the fiber tension is arranged in the creel, upstream of a set of return pulleys responsible for conveying the continuous fiber to the head of the machine. application. It comprises for each fiber a pivoting arm whose equilibrium position results from the action of a pneumatic cylinder, a return spring and the continuous fiber passed around a pulley mounted at one end of the pivoting arm.
  • It also comprises a motorized pull pulley whose speed is controlled by the equilibrium position of the pivoting arm to enable the continuous fiber to be unwound with a tension appropriate to the contact deposit, also called fiber placement, for which the pulling pulley tends to cancel the unwinding tension of the fiber by increasing its speed of rotation, or winding, also called filament winding, for which the pulling pulley tends instead to raise the unwinding tension of the fiber by decreasing its rotation speed.
  • a tension appropriate to the contact deposit also called fiber placement
  • winding also called filament winding
  • the device for adjusting the fiber tension makes it possible to record the tension upstream of the set of loaded return pulleys, as has been recalled, to convey the continuous fiber. towards the application head. Due to the high tension of the fibers during their transport, the fibers may tend to deteriorate and foul the pulley assemblies. Furthermore, this adjustment device does not take into account the contribution of these pulleys to the fiber tension at the point of application, whether in winding or fiber placement. A fortiori, it does not allow to take into account the contribution of conveying means other than return pulleys, for example flexible tubes for routing the continuous fiber.
  • one of the aims of the invention is to propose a fiber application machine designed to overcome at least one of the aforementioned drawbacks.
  • the subject of the invention is a fiber application machine for applying fibers to a draping surface
  • a fiber application head for applying at least one continuous fiber to a draping surface
  • a system displacement device adapted to move the application head relative to the drape surface
  • storage means for storing said continuous fiber
  • a device for increasing the fiber tension characterized in that the device for increasing the tension of fiber is mounted on the application head.
  • the device for increasing the voltage also called the braking device, is arranged at the level of the application head.
  • the invention makes it possible to increase the fiber tension at the head to effect winding draping requiring a large fiber voltage, without increasing the risk of deterioration of the fiber during its transport to the end. head and / or the risk of clogging of the conveying means, especially when the machine comprises means of transport remote from the head, not shipped on the head.
  • the invention makes it possible to take into account the contribution not only of the storage means but also of the means of routing the continuous fiber during the adjustment of the tension of the continuous fiber.
  • the invention makes it possible to better adjust the fiber voltage, regardless of the routing means used to route the continuous fiber from the storage means to the application head, and in particular allows the use of simple routing means, such as flexible conveying tubes.
  • the machine according to the invention can be used for the application of continuous fibers, in particular unidirectional continuous fibers, for example carbon fibers or glass fibers, comprising a multitude of filaments and in the form of ribbons conventionally called wicks.
  • the fibers may be pre-impregnated with a thermoplastic or thermosetting polymer, the polymer constituting the matrix of the final composite material, or dry fibers, provided with a binding polymer, conventionally called binder or binder, the preform resulting from the draping being subsequently subjected to an injection or infusion operation.
  • the device for increasing the fiber tension comprises at least one set or set of one or more pulleys mounted in parallel, side by side, around a common axis, also called common axial rod, of preferably cylindrical, and a brake adapted to exert a braking force, preferably adjustable, on the pulleys or said game.
  • the device for increasing the fiber tension comprises a first set of one or more pulleys associated with a first brake, and at least one additional second set of one or more pulleys mounted in parallel about an axis. common, the first set and the second additional set being arranged in series, the second additional set comprising a second brake adapted to exert a braking force on the pulley or pulleys of said second set.
  • each set When the machine is intended for the application of a single fiber, each set comprises a single pulley. When the machine is intended for the application of a band of n fibers, each set comprises n pulleys.
  • the device may comprise more than two games, for example three or four games arranged in series, each game comprising the same number of pulleys.
  • the use of several sets of pulleys makes it possible to progressively increase the tension of the fibers.
  • the number of games and the fiber surface in contact with each pulley are defined as a function of the tension that it is desired to apply to the fibers, taking into account the constraints of space.
  • each brake comprises means for exerting on the or the pulleys of said play a tightening torque due to pressure.
  • the common axis of the pulley or sheaves of said first game, and that of the possible second game, are preferably fixed relative to the application head, and the pulley or sheaves of each set are respectively mounted on one or more bearings around the common axis.
  • a first variant of this embodiment is that, for each brake, the pressure is exerted by at least one spring mounted between a pulley of said clearance and a stop at the end of the common axis, preferably adjustable, such as a nut screwed onto the common axis.
  • a second variant of this same embodiment is that, for each brake, the pressure is exerted by at least one pneumatic pressure prevailing in a compression chamber, connected to a pneumatic pressure tap, and sealed in a sealed manner.
  • common axis of said game by a friction shoe, movable relative to the common axis of said game and adapted to come, directly or indirectly, in abutment against a pulley of said game.
  • the brake may comprise at each end a spring associated with a stop or a compression chamber associated with a friction shoe, particularly when the axis comprises several pulleys, for example four or more pulleys.
  • a central abutment for example formed of an intermediate plate, preferably being mounted fixed in translation on the axis to separate the set of pulleys in two.
  • a wear ring is disposed between the spring or the friction shoe and said pulley of said game, and when the game comprises several pulleys in parallel, each pulley of said game is enclosed between two intermediate plates and between two wear washers, which are arranged between one of said intermediate plates and one side of each pulley or a washer assembled to said sidewall of the pulley, said intermediate plates being locked in rotation on the common axis, a intermediate plate central being optionally locked in translation in the event of a braking force torque applied to each end of the common axis.
  • a blowing device comprising nozzles directing a flow on the pulley or pulleys of said game to cool them. It can also be provided that the nozzles have a shape-corresponding curvature with the pulley or sheaves of said set to notably facilitate the insertion of the fibers in this device.
  • the application head comprises an application roll, or compaction roll, intended to come into contact with the draping surface for an application in contact with the fibers, the device for increasing the fiber tension being disposed upstream of said application roller, and preferably disposed between a return pulley and the application roll of the application head.
  • Such a machine with application roller can be applied by winding in contact with the fibers in curved paths.
  • the machine advantageously comprises a heating system for heating the fiber band to be applied, and / or the mold or strips already applied upstream of the compaction roller, just before the compaction of the band, in order to at least soften the prepreg polymer or the bonding polymer, and thus promote the adhesion of the strips together.
  • the application roller makes it possible to precisely define the zone of contact of the fibers with the mold, and in the case of laser-type heating means, the winding in contact with the application roller ensures precise heating by the laser of the contact area between the roll and the mold.
  • the machine comprises a poly-articulated robot for moving the application head, and / or a creel for storing the continuous fiber, and / or a flexible routing tube for conveying each fiber. continuous, from the creel to the application head, and preferably a device for reducing the fiber voltage, disposed upstream of the conveying tubes with respect to a direction of travel of the continuous fiber.
  • the device for increasing the tension is removable and can be replaced by at least one functional fiber placement module, comprising cutting means of fiber, fiber re-routing means, and possibly fiber blocking means.
  • the head is capable of guiding a plurality of fibers in the form of two plies to form a strip of fibers at the level of the roll, and the device for increasing the tension then comprises a modulus for each layer of fibers.
  • the invention extends to a method of producing a composite material part comprising the draping of a fiber on a draping surface, characterized in that said draping is implemented by a fiber application machine such as as previously described.
  • the braking forces of the first set and the second additional set arranged in series are adjusted, the first set being disposed upstream of the second set in a running direction of the continuous fiber, in order to form two stages of braking force for gradually increase the fiber tension.
  • This use makes it possible to progressively increase the fiber tension from one stage to another and makes it possible to reach important fiber voltages, without slipping between the fibers and the pulleys.
  • the pressure is controlled to vary the tightening torque during draping, the pressure possibly being removed during draping.
  • Fig. 1 shows a fiber application machine according to a preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows the application head of the fiber application machine.
  • Fig. 3 presents a module, comprising three sets of pulleys arranged in series, a device for increasing the fiber tension according to a first embodiment.
  • Fig. 4 shows the module of Figure 3 in longitudinal section along the section plane IV-IV.
  • Fig. 5 shows a set of pulleys of the module of FIG. 3, comprising four pulleys mounted in parallel.
  • Fig. 6 shows the set of pulleys of Figure 5 in longitudinal section along the section plane VI-VI.
  • Fig. 7 shows the brake of the set of pulleys of Figure 5 exploded.
  • Fig. 8 shows a module, comprising three sets of pulleys arranged in series, a device for increasing the fiber tension according to a second embodiment.
  • Fig. 9 shows the module of Figure 8 in a first longitudinal section along the IX-IX section plane.
  • Fig. 10 shows the module of Figure 8 according to a second longitudinal section along the X-X section plane.
  • Fig. 11 presents a set of pulleys of the module of FIG. 8, comprising four pulleys mounted in parallel.
  • Fig. 12 shows the set of pulleys of Figure 1 1 in longitudinal section along the section plane XII-XII.
  • Fig. 13 shows the brake of the set of pulleys of Figure 1 1 exploded.
  • Fig.14 shows the application head of Figure 1, equipped with a laser heating system.
  • a fiber application machine comprises a fiber application head 1, a displacement system 3 capable of effecting a relative displacement of the application head 1 with respect to a draping surface, means for storage 5 for storing at least one continuous fiber, and routing means for conveying the fibers from the storage means to the application head.
  • the machine here allows draping wound contact with a mold of a strip formed of one or more fibers, in particular continuous fibers, for example of carbon fiber type, in the form of ribbon typically called bits.
  • the applicator head comprises a compacting system 7 with at least one application roller 9, rotatably mounted about an axis A7, for application to a drape surface, not shown, of a strip formed of one or more continuous fibers. Means of 11 are provided for guiding the fibers on the application roller 9.
  • the displacement system 3 comprises a poly-articulated six-axis robot, known per se, movably mounted on a linear rail 21 fixed to the ground.
  • the poly-articulated robot 1 1 is fixed by its base 19 on a carriage slidably mounted on the rail 21.
  • the application head 1 is mounted at the end wrist 17 of the poly-articulated arm.
  • the machine is provided here for the lay-up of fibers, for example of carbon fiber type, in the form of ribbon, packaged in coils.
  • the means for storing continuous fibers comprise a creel 5 for receiving fiber reels and delivering the fibers independently of one another. Each coil is mounted on a mandrel, motorized or not.
  • the creel is also mounted on a follower carriage, disposed on the rail 21 and mechanically connected to the carriage carrying the robot.
  • the machine is provided for draping a strip of eight fibers, the creel comprising eight fiber reels.
  • the fibers enter the head in the form of two groups or plies of four fibers.
  • the guide means 1 1 comprise two channel systems arranged in staggered rows in two planes approaching each other downstream upstream of each other to separately guide the fibers 2 and 2 'of the two sheets towards the roll and form a fiber web in which the fibers of the two webs are disposed substantially edge to edge.
  • These guide means comprise for example channels formed at the assembly interface of three plates.
  • the conveying means for conveying the continuous fibers, from the creel to the application head 1, are here flexible tubes such as described for example in the patent document WO2012 / 160270, extending from an outlet section 23 of the creel 5 at an inlet section 25 of the application head 1.
  • the tubes are gathered in a bundle, and are placed in the internal passage of a flexible sheath 24, optionally cooled to cool and maintain the fibers at a temperature low, to which the fibers remain little sticky.
  • these means of transport could also be simple return pulleys.
  • the machine is provided for draping in contact with fibers, and in particular for draping by winding, also called filament winding, of fibers on a mold rotatably mounted on a positioner (not shown).
  • the fiber application machine includes a device for increasing the fiber tension.
  • this device is housed in the application head 1.
  • the device is split in the form of two modules 27, 27 ', arranged upstream of the application roll 9 and guide means 1 1, and responsible for adjusting respectively the tension of the fibers 2 of the first ply and fibers 2 'of the second ply.
  • the first or second module 27, 27 ' comprises a first set 29 of four pulleys 35 mounted in parallel on a common cylindrical axis A8, also called axial rod common, and a first brake capable of exerting a braking force on the pulleys 35 of said first set 29.
  • the three sets 29, 31 and 33 are arranged in series, that is to say that the common axes A8, A9 and A10 to the sets of pulleys 35 are arranged in the application head 1 parallel to the axis A7 of the application roller, so that the fibers 2, 2 'entering the head pass successively through the first set 29, the second set 31 and the third set 33, each fiber of the first sheet passing over a pulley of each set of the first module 27, and each fiber of the second web passing over a pulley of each set of the second module 27 '.
  • Each module 27, 27 ' also comprises a second and a third brake capable of exerting a braking force on the pulleys 35 respectively of said second set 31 and said third set 33.
  • each module 27, 27 ' also comprises a set 37 of return pulleys 39, in this case four in number, mounted idle in rotation about a common axis Al 1.
  • the set 37 of the return pulleys 39 is disposed upstream of said first set 29.
  • the common axis of the pulleys 35 of said first 29, second 31 or third set 33, respectively A8, A9 or A 10, is mounted between two support plates 41, 43 specific to each module 27, 27 ' , by which each module is removably mounted on the application head 1.
  • the common axis of each set is locked in rotation and in translation, between the two support plates 41, 43.
  • the maintenance of the two plates 41, 43 is provided by transverse bars 45 screwed into the plates.
  • the pulleys 35 of each set 29, 31, 33 are mounted via bearings 47 on the common axis A8, A9, A10 of said clearance, movable in translation on said common axis, and said first, second or third brake comprises means for exert on the pulleys of said game, a tightening torque due to a pressure directed along the axis of said game.
  • the first variant is illustrated in FIGS. 5 to 7.
  • the second variant is illustrated by FIGS. 10 to 13.
  • the pressure P directed along the axis A8, A9 or A10 of the first, second or third set 29, 31 or 33 is here exerted by at least one spring 49a, 49b mounted between each pulley 35 to end of said game and a nut 51 screwed onto the common axis.
  • the springs 49a, 49b are preferably flat-wire compression springs having a reduced height relative to the coil springs, to limit the size of the brake. They are arranged transversely to the axis to direct the elastic pressure P in the axial direction of said axis. At each end of the axis, it uses two springs 49a, 49b of different diameters supported one and the other on a washer 53 with two stepped shoulders to split the elastic pressure P while limiting the bulk.
  • the nuts 51 also have shoulders and housings for the establishment of the springs. They are also provided with clamping jacks 55 having an axial insertion direction to be easily maneuvered from an opening in the fastening plates 41, 43 of each module 27, 27 '. Pressure P elastic exerted by the springs 49 is adjusted by the clamping force applied to the nuts 51 screwed on the common axis.
  • a central intermediate plate 80 is mounted fixed in rotation and in translation on the common axis. Two pulleys are arranged on either side of this central intermediate plate. Each nut 51 associated with a spring system 49a, 49b thus resiliently urges a pair of pulleys towards the central intermediate plate. For its locking in rotation and in translation, the edge of the central intermediate plate has two semicircular notches 80a, the edge of the intermediate plate being inserted at its notches in annular grooves 45a of transverse bars 45.
  • a lateral intermediate plate 79 is interposed between the two pulleys, and between the end pulley and the washer 53.
  • a wear washer 77 is disposed from and each other of each pulley 35, each wear washer being interposed between a pulley and an intermediate plate 79 or 80.
  • the intermediate plates and the wear washers are mounted to move in translation on the common axis, the intermediate plates lateral sides being locked in rotation via the transverse bars 45 which are positioned in notches 79a formed on the edge of the lateral intermediate plates.
  • the choice of materials constituting the wear ring 77 on the one hand, the intermediate plates 79, 80 and the flank 81 of the pulley 35 on the other hand, is dictated by the search for a coefficient of friction allowing a range significant amount of torque.
  • the wear ring 77 is preferably made of plastic, more particularly high density polyethylene (HDPE). Other materials are planned, such as felt, leather or carbon.
  • the intermediate plates are preferably made of steel.
  • the pulleys 35 of the different sets can be chosen from a plastic material, in particular to lighten the mass of the application head 1.
  • a washer 83 against the sidewalls of the pulley, formed of a material identical to that of the intermediate plates for example steel, of so that each wear washer is disposed between a washer 83 and an intermediate plate 79, 80.
  • the pulleys may have a coating 82 antiskid vis-à-vis the continuous fibers.
  • the coating is chosen according to the type of fiber to be applied, in order to limit the sliding of the fibers on the pulley.
  • the pulleys have a polyurethane coating in the case of fibers pre-impregnated with a thermoplastic polymer.
  • the pressure P directed along the axis A8, A9 or A10 of the first, second or third set 29, 31 33 is exerted by a pneumatic pressure in a compression chamber 57 at each end of the common axis sealingly closed on the common axis of said clearance by a piston or friction shoe 61, movable with respect to the axis and pressed against the pulley 35 at the end of said clearance.
  • the two compression chambers are connected in such a manner fluidic to a source of compressed air.
  • Each compression chamber 57 is formed by a blind chamber body 63, with respect to which the common axis and the friction shoe 61 are adjusted.
  • a first O-ring 65 seals between the chamber body 63 and the friction shoe 61.
  • a second O-ring 67 seals between the friction shoe 61 and the common axis, being noted that these two elements are also adjusted relative to each other.
  • An annular volume forming the compression chamber is thus defined between the chamber body 63, the common axis and the friction shoe.
  • the ends of the common axis are inserted into recesses of the bottom walls of the chamber bodies, and the mounting of the common axis between the two support plates is achieved via the chamber bodies assembled, by screwing, on the support plates. 41, 43.
  • the common axis is locked in rotation in the chamber bodies, for example via a pin (not visible).
  • the compressed air supply of the two chambers is here carried out via one of the two chamber bodies.
  • Said chamber body has an opening 71 communicating with a pneumatic pressure tap 59, or pneumatic connector, and opening on its recess to communicate on a radial channel 72 formed at the end of the common axis.
  • This radial channel communicates with an axial channel 73 extending along the entire length of the common axis, and two radial channels 75 in the common axis provide communication between the axial channel 73 and the two compression chambers 57.
  • the pressure P exerted by each friction shoe 61 on the pulley end of the clearance is adjusted by the pneumatic pressure prevailing in the compression chamber 57.
  • the two chambers are fed via a single pneumatic pressure tap connected via a pressure regulating system to a source of pressure. compressed air, which guarantees an identical braking torque for all the game's pulleys.
  • each pulley is mounted on either side of a central intermediate plate 80 locked in rotation and in translation on the common axis, each pulley is disposed between two washers 83, two wear washers 77 and two plates Intermediates 79, 80.
  • the shoes 61 here come directly against a plate 79 intermediate side.
  • the fiber application machine presented further comprises a device for reducing the fiber tension, shown schematically as reference 22 in FIG. 1, arranged upstream of the conveying tubes so as to limit the tension in the fibers entering the flexible tubes.
  • a device for reducing the fiber tension shown schematically as reference 22 in FIG. 1, arranged upstream of the conveying tubes so as to limit the tension in the fibers entering the flexible tubes.
  • the application head 1 comprises a blowing device, as shown in FIGS. 4 and 9.
  • Nozzles 85 direct a flow on the pulleys 35 of said first, second and third sets 29, 31 33 pulleys.
  • the fluid used is for example air, the nozzle being for example supplied with cold air by a cooling system of the vortex tube type. It is introduced by means of a plug 87 formed in the device and in communication with the nozzles 85.
  • the latter preferably have a curvature 89 in correspondence with the radius of the pulleys to channel the flow and increase the heat exchange surface.
  • the machine preferably comprises a heating system for heating the strip of fibers to be applied, and / or the draping surface of the mold or strips already applied upstream of the compacting roller, so as to at least soften the resin of pre- impregnation or the binding resin, and thus promote the adhesion of the strips together.
  • the heating system 92 is a laser-type heating system, and comprises an optics 93 mounted on the head.
  • the beam emitted by a source (not shown) offset from the head is fed through an optical fiber to optics 93 to form a laser beam 94 towards the contact area between the roll and the draping surface 95 of the mold.
  • the fiber application machine which has just been presented is used to produce composite parts by contact winding. The continuous fiber webs are draped over the drape surface of a mold.
  • the fiber tension tangency In the case of winding, it is sought to increase the fiber tension tangency with the roller to prevent the formation of folds during winding.
  • a new fiber voltage value requires a machine stop for manual intervention.
  • the value of the fiber tension can be changed more simply by increasing or decreasing the pneumatic pressure in the compression chamber of each set of pulleys by controlling the pressure regulating systems to which they are connected. pneumatic pressure taps.
  • the choice of having three sets of pulleys in series makes it possible to form three stages of braking in increasing order, from the first to the third set.
  • the modules are set to obtain for each fiber a fiber voltage of 2 to 10 daN.
  • the first, second and third sets being arranged in this order with respect to the direction of travel of the continuous fiber strips, the first braking stage increases the fiber voltage to a voltage of between 1 and 1.5. daN, the second stage at a voltage between 2.5 and 5 daN and the third stage at a voltage between 6 and 10 daN.
  • the pneumatic pressure taps of the first sets of the two modules are connected to the same pressure regulating system, so that the pulleys of the first sets of the two modules can be adjusted simultaneously with the same value of braking torque.
  • the pneumatic pressure taps of the other sets of the two modules are identically connected to common control systems.
  • the braking torques can be varied to vary the fiber tension.
  • the pressure in the compression chambers may also be eliminated, so as to eliminate any braking force to perform a lay-up by placing fibers with a minimum of tension in the fibers.
  • the machine according to the invention can easily be modified into a conventional fiber placement machine, in which each fiber can be cut and re-routed at any time, by dismounting the two modules, and replacing them with one or more modules.
  • functional comprising cutting means for individually cutting each fiber, re-routing means for rerouting each cut-off fiber, in order to be able to stop and resume the application of a fiber at any time, as well as to choose the width of the band, and possibly locking means to block a fiber that has just been cut.
  • the aforementioned modules with pneumatic brake systems are mounted on the head upstream of a module .

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Abstract

L'invention concerne une machine d'application de fibres pour appliquer des fibres sur une surface de drapage, et un procédé d'application de fibres pour la réalisation de pièces en matériaux composites. La machine comprend une tête d'application 1 de fibres pour appliquer au moins une fibre continue 2, 2' sur une surface de drapage, un système de déplacement apte à déplacer la tête d'application relativement à la surface de drapage, des moyens de stockage pour le stockage de ladite fibre continue, et un dispositif 27, 27' pour augmenter la tension de fibre, monté sur la tête d'application.

Description

MACHINE D'APPLICATION DE FIBRES CONTINUES
COMPRENANT UN DISPOSITIF DE FREINAGE DISPOSE DANS LA TETE D'APPLICATION ET PROCEDE METTANT EN ŒUVRE
UNE TELLE MACHINE
L'invention appartient au domaine des dispositifs et procédés d'application de fibres pour la réalisation de pièces en matériaux composites.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une machine d'application de fibres pour appliquer des fibres sur une surface de drapage comprenant, une tête d'application de fibres pour appliquer au moins une fibre continue sur une surface de drapage, un système de déplacement apte à déplacer la tête d'application relativement à la surface de drapage, des moyens de stockage, tel qu'un cantre, pour le stockage de ladite fibre continue et un dispositif d'ajustement de la tension de fibre.
Une telle machine est divulguée par le document EP 626 252. Le dispositif d'ajustement de la tension de fibre est disposé dans le cantre, en amont d'un ensemble de poulies de renvoi chargées d'acheminer la fibre continue vers la tête d'application. Il comprend pour chaque fibre un bras pivotant dont la position d'équilibre résulte de l'action d'un vérin pneumatique, d'un ressort de rappel et de la fibre continue passée autour d'une poulie montée à une extrémité du bras pivotant. Il comprend également une poulie de tirage motorisée dont la vitesse est asservie à la position d'équilibre du bras pivotant pour permettre le dévidage de la fibre continue avec une tension appropriée soit à la dépose au contact, appelée également placement de fibre, pour lequel la poulie de tirage tend à annuler la tension de dévidage de la fibre en augmentant sa vitesse de rotation, soit au bobinage, appelé également enroulement filamentaire, pour laquelle la poulie de tirage tend au contraire à relever la tension de dévidage de la fibre en diminuant sa vitesse de rotation.
Le dispositif d'ajustement de la tension de fibre, tel qu'il est disposé dans cette machine, permet de relever la tension en amont de l'ensemble des poulies de renvoi chargées, comme cela a été rappelé, d'acheminer la fibre continue vers la tête d'application. En raison de la tension importante des fibres lors de leur acheminement, les fibres peuvent avoir tendance à se détériorer et à encrasser les ensembles de poulies. Par ailleurs, ce dispositif d'ajustement ne permet pas de prendre en compte la contribution de ces poulies à la tension de fibre au point même d'application, que ce soit en bobinage ou en placement de fibres. A fortiori, il ne permet pas de prendre en compte la contribution de moyens d'acheminement autres que des poulies de renvoi, par exemple de tubes flexibles d'acheminement de la fibre continue.
Ainsi, l'un des buts de l'invention est de proposer une machine d'application de fibres visant à pallier au moins l'un des inconvénients précités.
A cet effet, l'invention a pour objet une machine d'application de fibres pour appliquer des fibres sur une surface de drapage comprenant, une tête d'application de fibres pour appliquer au moins une fibre continue sur une surface de drapage, un système de déplacement apte à déplacer la tête d'application relativement à la surface de drapage, des moyens de stockage pour le stockage de ladite fibre continue, et un dispositif pour augmenter la tension de fibre, caractérisée en ce que le dispositif pour augmenter la tension de fibre est monté sur la tête d'application.
Selon l'invention, le dispositif pour augmenter la tension, également appelé dispositif de freinage, est disposé au niveau de la tête d'application. Par cet agencement, l'invention permet d'augmenter la tension de fibre au niveau de la tête pour effectuer un drapage par bobinage nécessitant une tension de fibre importante, sans augmenter le risque de détérioration de la fibre lors de son acheminement jusqu'à la tête et/ou le risque d'encrassement des moyens d'acheminement, notamment lorsque la machine comprend des moyens d'acheminement déportés par rapport à la tête, non embarqués sur la tête. Par ailleurs, l'invention permet de prendre en compte la contribution non seulement des moyens de stockage mais également des moyens d'acheminement de la fibre continue lors de l'ajustement de la tension de la fibre continue. L'invention permet de mieux ajuster la tension de fibre, quels que soient les moyens d'acheminement utilisés pour acheminer la fibre continue des moyens de stockage vers la tête d'application, et autorise notamment l'utilisation de moyens d'acheminement simples, tels que des tubes flexibles d'acheminement. La machine selon l'invention peut être utilisée pour l'application de fibres continues, en particulier des fibres continues unidirectionnelles, par exemple des fibres de carbone ou des fibres de verre, comprenant une multitude de filaments et se présentant sous forme de rubans classiquement appelées mèches. Les fibres peuvent être pré-imprégnées d'un polymère thermoplastique ou thermodurcissable, le polymère constituant la matrice du matériau composite final, ou des fibres sèches, munies d'un polymère de liaison, classiquement appelé liant ou binder, la préforme résultant du drapage étant par la suite soumise à une opération d'injection ou infusion.
Selon un mode de réalisation, le dispositif pour augmenter la tension de fibre comprend au moins un jeu ou ensemble d'une ou de plusieurs poulies montées en parallèle, côte à côte, autour d'un axe commun, également appelée tige axiale commune, de préférence cylindrique, et un frein apte à exercer une force de freinage, de préférence réglable, sur la ou les poulies dudit jeu.
De préférence, le dispositif pour augmenter la tension de fibre comprend un premier jeu d'une ou de plusieurs poulies associé à un premier frein, et au moins un deuxième jeu supplémentaire d'une ou de plusieurs poulies montées en parallèle autour d'un axe commun, , le premier jeu et le deuxième jeu supplémentaire étant disposés en série, le deuxième jeu supplémentaire comprenant un deuxième frein apte à exercer une force de freinage sur la ou les poulies dudit deuxième jeu.
Lorsque la machine est prévue pour l'application d'une seule fibre, chaque jeu comprend une seule poulie. Lorsque la machine est prévue pour l'application d'une bande de n fibres, chaque jeu comprend n poulies. Le dispositif peut comprendre plus de deux jeux, par exemple trois ou quatre jeux disposés en série, chaque jeu comprenant un même nombre de poulies. L'utilisation de plusieurs jeux de poulies permet d'augmenter progressivement la tension des fibres. Le nombre de jeux et la surface de fibre en contact avec chaque poulie sont définis en fonction de la tension que l'on souhaite appliquer aux fibres, en tenant compte des contraintes d'encombrement.
Selon un mode de réalisation particulier, la ou les poulies de chaque jeu sont montées de manière rotative et mobile en translation sur l'axe commun, et chaque frein comprend des moyens pour exercer sur la ou les poulies dudit jeu un couple de serrage due à une pression. Cet agencement permet de proposer un frein comprenant de moyens de freinage communs agissant sur plusieurs poulies, et ainsi un dispositif de freinage d'encombrement réduit, pouvant être aisément intégré dans la tête d'application.
L'axe commun de la ou des poulies dudit premier jeu, et celui de l'éventuel deuxième jeu, sont de préférence fixes par rapport à la tête d'application, et la ou les poulies de chaque jeu sont montées sur respectivement un ou des roulements autour de l'axe commun.
Une première variante de ce mode de réalisation tient en ce que, pour chaque frein, la pression est exercée par au moins un ressort monté entre une poulie dudit jeu et une butée en extrémité de l'axe commun, de préférence réglable, tel qu'un écrou vissé sur l'axe commun.
Une deuxième variante de ce même mode de réalisation tient en ce que, pour chaque frein, la pression est exercée par au moins une pression pneumatique régnant dans une chambre de compression, connectée à une prise de pression pneumatique, et fermée de façon étanche sur l'axe commun dudit jeu par un sabot de frottement, mobile par rapport à l'axe commun dudit jeu et apte à venir, directement ou indirectement, en appui contre une poulie dudit jeu.
Dans l'une ou l'autre variante, le frein peut comprendre à chaque extrémité un ressort associé à une butée ou une chambre de compression associée à un sabot de frottement, notamment lorsque l'axe comprend plusieurs poulies, par exemple quatre poulies ou plus, une butée centrale, par exemple formée d'une plaque intermédiaire, étant de préférence montée fixe en translation sur l'axe pour séparer le jeu de poulies en deux.
De préférence, dans l'une ou l'autre variante, une rondelle d'usure est disposée entre le ressort ou le sabot de frottement et ladite poulie dudit jeu, et lorsque le jeu comprend plusieurs poulies en parallèle, chaque poulie dudit jeu est enserrée entre deux plaques intermédiaires et entre deux rondelles d'usure, lesquelles sont disposées entre une desdites plaques intermédiaires et un flanc de chaque poulie ou une rondelle assemblée audit flanc de la poulie, lesdites plaques intermédiaires étant bloquées en rotation sur l'axe commun, une plaque intermédiaire centrale étant éventuellement bloquée en translation en cas de couple de force de freinage appliquée à chaque extrémité de l'axe commun.
Avantageusement, on prévoit un dispositif de soufflage comprenant des buses dirigeant un flux sur la ou les poulies dudit jeu pour les refroidir. On peut prévoir également que les buses présentent une courbure en correspondance de forme avec la ou les poulies dudit jeu pour notamment faciliter l'insertion des fibres dans ce dispositif.
Selon un mode de réalisation, la tête d'application comprend un rouleau d'application, ou rouleau de compactage, destiné à venir au contact de la surface de drapage pour une application au contact des fibres, le dispositif pour augmenter la tension de fibre étant disposé en amont dudit rouleau d'application, et de préférence disposé entre une poulie de renvoi et le rouleau d'application de la tête d'application.
Une telle machine avec rouleau d'application permet d'appliquer par bobinage au contact des fibres selon des trajectoires courbes. Par ailleurs, la machine comprend avantageusement un système de chauffage pour chauffer la bande de fibres à appliquer, et/ou le moule ou des bandes déjà appliquées en amont du rouleau de compactage, juste avant le compactage de la bande, afin d'au moins ramollir le polymère préimprégnation ou le polymère de liaison, et ainsi favoriser l'adhésion des bandes entre elles. Le rouleau d'application permet de définir précisément la zone de contact des fibres avec le moule, et dans le cas de moyens de chauffage de type laser, le bobinage au contact avec le rouleau d'application assure un chauffage précis par le laser de la zone de contact entre le rouleau et le moule.
Selon un mode de réalisation, la machine comprend un robot poly- articulé pour le déplacement de la tête d'application, et/ou un cantre pour le stockage de la fibre continue, et/ou un tube d'acheminement flexible pour acheminer chaque fibre continue, du cantre à la tête d'application, et de préférence un dispositif pour réduire la tension de fibre, disposé en amont des tubes d'acheminement par rapport à un sens de défilement de la fibre continue.
Selon un mode de réalisation, le dispositif pour augmenter la tension est démontable et peut être remplacé par au moins un module fonctionnel de placement de fibres, comprenant des moyens de coupe de fibre, des moyens de réacheminement de fibre, et éventuellement des moyens de blocage de fibre.
Selon un mode de réalisation, la tête est apte à guider plusieurs fibres sous la forme de deux nappes pour former au niveau du rouleau une bande de fibres, et le dispositif pour augmenter la tension comprend alors un module pour chaque nappe de fibres.
L'invention s'étend à un procédé de réalisation d'une pièce en matériau composite comprenant le drapage d'une fibre sur une surface de drapage, caractérisé en ce que ledit drapage est mis en œuvre par une machine d'application de fibres telle que décrite précédemment.
Avantageusement, on règle les forces de freinage du premier jeu et du deuxième jeu supplémentaire disposés en série, le premier jeu étant disposé en amont du deuxième jeu dans un sens de défilement de la fibre continue, afin de former deux étages de force de freinage pour augmenter progressivement la tension de fibre. Cette utilisation permet d'accroître progressivement la tension de fibre d'un étage à l'autre et permet d'atteindre des tensions de fibre importantes, sans glissement entre les fibres et les poulies.
Selon un mode de réalisation, on pilote la pression pour faire varier le couple de serrage lors du drapage, la pression étant éventuellement supprimée lors du drapage.
D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description des modes d'exécution illustrés par les dessins.
La Fig. 1 présente une machine d'application de fibres selon un mode préféré de réalisation de l'invention.
La Fig. 2 présente la tête d'application de la machine d'application de fibres.
La Fig. 3 présente un module, comportant trois jeux de poulies disposés en série, d'un dispositif pour augmenter la tension de fibre selon une première variante de réalisation.
La Fig. 4 présente le module de la figure 3 en coupe longitudinale selon le plan de coupe IV-IV.
La Fig. 5 présente un jeu de poulies du module de la figure 3, comportant quatre poulies montées en parallèle.
La Fig. 6 présente le jeu de poulies de la figure 5 en coupe longitudinale, selon le plan de coupe VI-VI. La Fig. 7 présente le frein du jeu de poulies de la figure 5 en éclaté.
La Fig. 8 présente un module, comportant trois jeux de poulies disposés en série, d'un dispositif pour augmenter la tension de fibre selon une deuxième variante de réalisation.
La Fig. 9 présente le module de la figure 8 suivant une première coupe longitudinale, selon le plan de coupe IX-IX.
La Fig. 10 présente le module de la figure 8 suivant une deuxième coupe longitudinale, selon le plan de coupe X-X.
La Fig. 11 présente un jeu de poulies du module de la figure 8, comportant quatre poulies montées en parallèle.
La Fig. 12 présente le jeu de poulies de la figure 1 1 en coupe longitudinale, selon le plan de coupe XII-XII.
La Fig. 13 présente le frein du jeu de poulies de la figure 1 1 en éclaté.
La Fig.14 présente la tête d'application de la figure 1, équipée d'un système de chauffe de type laser.
Dans la suite de la description, un élément commun à plusieurs figures d'illustration de l'invention porte une même référence et les termes « aval » et « amont » se réfèrent au sens de défilement de la fibre continue.
Figures 1 et 2, une machine d'application de fibres comprend une tête d'application de fibres 1 , un système de déplacement 3 apte effectuer un déplacement relatif de la tête d'application 1 par rapport à une surface de drapage, des moyens de stockage 5 pour le stockage d'au moins une fibre continue, et des moyens d'acheminement pour acheminer les fibres des moyens de stockage à la tête d'application. La machine permet ici le drapage par bobinage au contact sur un moule d'une bande formée d'une ou plusieurs fibres, en particulier de fibres continues, par exemple de type fibres de carbone, sous forme de ruban classiquement appelées mèches.
La tête d'application comprend un système de compactage 7 avec au moins un rouleau 9 d'application, monté rotatif autour d'un axe A7, pour l'application sur une surface de drapage, non représentée, d'une bande formée d'une ou de plusieurs fibres continues. Des moyens de guidage 11 sont prévus pour guider les fibres sur le rouleau d'application 9.
Le système de déplacement 3 comprend un robot poly-articulé à six axes, connu en soi, monté mobile sur un rail linéaire 21 fixé au sol. Le robot poly-articulé 1 1 est fixé par son embase 19 sur un chariot monté coulissant sur le rail 21. La tête d'application 1 est montée au poignet d'extrémité 17 du bras poly-articulé.
La machine est prévue ici pour le drapage de fibres, par exemple de type fibres de carbone, sous forme de ruban, conditionnées en bobines. Les moyens de stockage des fibres continues comprennent un cantre 5 pour recevoir des bobines de fibres et délivrer les fibres indépendamment les unes des autres. Chaque bobine est montée sur un mandrin, motorisé ou non. Le cantre est également monté sur un chariot suiveur, disposé sur le rail 21 et relié mécaniquement au chariot portant le robot. Dans le mode de réalisation illustré, la machine est prévue pour le drapage d'une bande de huit fibres, le cantre comprenant huit bobines de fibre. Les fibres entrent dans la tête sous la forme de deux groupes ou nappes de quatre fibres.
Les moyens de guidage 1 1 comprennent deux systèmes de canaux disposés en quinconce selon deux plans de guidage se rapprochant d'aval en amont l'un de l'autre pour guider séparément les fibres 2 et 2' des deux nappes vers le rouleau et former une bande de fibres dans laquelle les fibres des deux nappes sont disposées sensiblement bord à bord. Ces moyens de guidage comprennent par exemple des canaux formés à l'interface d'assemblage de trois plaques.
Les moyens d'acheminement pour acheminer les fibres continues, du cantre à la tête d'application 1 , sont ici des tubes flexibles tels que décrits par exemple dans le document brevet WO2012/160270, s'étendant d'une section de sortie 23 du cantre 5 à une section d'entrée 25 de la tête d'application 1. Les tubes sont rassemblés en un faisceau, et sont placés dans le passage interne d'une gaine 24 flexible, éventuellement refroidie pour refroidir et maintenir les fibres à une température basse, à laquelle les fibres restent peu collantes. Cependant, ces moyens d'acheminement pourraient aussi être de simples poulies de renvoi. La machine est prévue pour le drapage au contact de fibres, et notamment pour le drapage par bobinage, appelé également enroulement filamentaire, de fibres sur un moule monté rotatif sur un positionneur (non représenté). La machine d'application de fibres comprend un dispositif pour augmenter la tension de fibre. Selon l'invention, ce dispositif est logé dans la tête d'application 1. Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif est dédoublé sous la forme de deux modules 27, 27', disposés en amont du rouleau d'application 9 et des moyens de guidage 1 1, et chargés d'ajuster respectivement la tension des fibres 2 de la première nappe et des fibres 2' de la deuxième nappe. Figures 3 et 4 d'une part, 8 et 9 d'autre part, le premier ou le deuxième module 27, 27' comprend un premier jeu 29 de quatre poulies 35 montées en parallèle sur un axe commun A8 cylindrique, appelé également tige axiale commune, et un premier frein apte à exercer une force de freinage sur les poulies 35 dudit premier jeu 29. Chaque module 27, 27' comprend un deuxième jeu 31 supplémentaire et un troisième jeu 33 supplémentaire de quatre poulies chacun, les poulies 35 de chaque jeu supplémentaire étant montées en parallèle autour d'un axe commun cylindrique, respectivement A9 et A 10.
Les trois jeux 29, 31 et 33 sont disposés en série, c'est-à-dire que les axes communs A8, A9 et A10 aux jeux de poulies 35 sont disposés dans la tête d'application 1 parallèlement à l'axe A7 du rouleau d'application, de sorte que les fibres 2, 2' entrant dans la tête passent successivement par le premier jeu 29, le deuxième jeu 31 et le troisième jeu 33, chaque fibre de la première nappe passant sur une poulie de chaque jeu du premier module 27, et chaque fibre de la deuxième nappe passant sur une poulie de chaque jeu du deuxième module 27'.
Chaque module 27, 27' comprend également un deuxième et un troisième frein apte à exercer une force de freinage sur les poulies 35 respectivement dudit deuxième jeu 31 et dudit troisième jeu 33.
A noter que chaque module 27, 27' comprend également un jeu 37 de poulies de renvoi 39, en l'occurrence au nombre de quatre, montées folles en rotation autour d'un axe commun Al 1. Par rapport au sens de défilement des fibres continues 2, 2' qui, comme illustré par la flèche F, va du premier 29 au troisième 33 jeu en direction du rouleau d'application 9, le jeu 37 des poulies de renvoi 39 est disposé en amont dudit premier jeu 29.
Dans le mode de réalisation présenté, l'axe commun des poulies 35 dudit premier 29, deuxième 31 ou troisième jeu 33, respectivement A8, A9 ou A 10, est monté entre deux plaques support 41, 43 propres à chaque module 27, 27', par lesquelles chaque module est monté de manière amovible sur la tête d'application 1. L'axe commun de chaque jeu est bloqué en rotation et en translation, entre les deux plaques support 41 , 43. Le maintien des deux plaques 41, 43 est assuré par des barres 45 transversales vissées dans les plaques. Les poulies 35 de chaque jeu 29, 31, 33 sont montées via des roulements 47 sur l'axe commun A8, A9, A10 dudit jeu, mobiles en translation sur ledit axe commun, et ledit premier, deuxième ou troisième frein comprend des moyens pour exercer sur les poulies dudit jeu, un couple de serrage due à une pression dirigée suivant l'axe dudit jeu.
Deux variantes du frein sont décrites ci-après. La première variante est illustrée par les figures 5 à 7. La deuxième variante est illustrée par les figures 10 à 13.
Dans la première variante, la pression P dirigée suivant l'axe A8, A9 ou A10 du premier, du deuxième ou du troisième jeu 29, 31 ou 33 est ici exercée par au moins un ressort 49a, 49b monté entre chaque poulie 35 à l'extrémité dudit jeu et un écrou 51 vissé sur l'axe commun.
Les ressorts 49a, 49b sont de préférence des ressorts de compression à fil plat offrant une hauteur réduite par rapport aux ressorts hélicoïdaux, pour limiter l'encombrement du frein. Ils sont disposés transversalement à l'axe pour diriger la pression élastique P suivant la direction axiale dudit axe. A chaque extrémité de l'axe, on a recours à deux ressorts 49a, 49b de diamètres différents appuyés l'un et l'autre sur une rondelle 53 à deux épaulements étagés pour dédoubler la pression élastique P tout en limitant l'encombrement.
Les écrous 51 possèdent également des épaulements et des logements pour la mise en place des ressorts. Ils sont par ailleurs pourvus de prises de serrage 55 ayant un sens d'introduction axial pour être manœuvrés facilement à partir d'une ouverture pratiquée dans les plaques de fixation 41, 43 de chaque module 27, 27'. La pression élastique P exercée par les ressorts 49 est réglée par l'effort de serrage appliqué aux écrous 51 vissés sur l'axe commun.
Une plaque intermédiaire centrale 80 est montée fixe en rotation et en translation sur l'axe commun. Deux poulies sont disposées de part et d'autre de cette plaque intermédiaire centrale. Chaque écrou 51 associé à un système de ressort 49a, 49b sollicitent ainsi élastiquement une paire de poulies vers la plaque intermédiaire centrale. Pour son blocage en rotation et en translation, le bord de la plaque intermédiaire centrale présente deux encoches 80a semi-circulaires, le bord de la plaque intermédiaire s 'insérant au niveau de ses encoches dans des gorges annulaires 45a des barres transversales 45.
Pour chaque paire de poulie 35 d'un côté de la plaque intermédiaire centrale, une plaque intermédiaire latérale 79 est intercalée entre les deux poulies, et entre la poulie d'extrémité et la rondelle 53. Une rondelle d'usure 77 est disposée de part et d'autre de chaque poulie 35, chaque rondelle d'usure étant intercalée entre une poulie et une plaque intermédiaire 79 ou 80. Les plaques intermédiaires et les rondelles d'usure sont montées mobiles en translation sur l'axe commun, les plaques intermédiaires latérales étant bloquées en rotation via les barres transversales 45 venant se positionner dans des encoches 79a ménagées sur le bord des plaques intermédiaires latérales.
Le choix des matériaux constitutifs de la rondelle d'usure 77 d'une part, des plaques intermédiaires 79, 80 et du flanc 81 de la poulie 35 d'autre part, est dicté par la recherche d'un coefficient de frottement permettant une plage importante de valeurs de couple de serrage. La rondelle d'usure 77 est de préférence en matière plastique, plus particulièrement en polyéthylène haute densité (PEHD). D'autres matériaux sont prévus, comme le feutre, le cuir ou le carbone. Les plaques intermédiaires sont de préférence en acier.
A noter que les poulies 35 des différents jeux peuvent être choisies dans un matériau plastique, notamment pour alléger la masse de la tête d'application 1. Dans ce cas, pour limiter l'usure de la poulie elle-même due au frottement de la rondelle d'usure 77, on prévoit de positionner une rondelle 83 contre les flancs de la poulie, formée d'un matériau identique à celui des plaques intermédiaires par exemple en acier, de sorte que chaque rondelle d'usure soit disposée entre une rondelle 83 et une plaque intermédiaire 79, 80.
A noter également que les poulies peuvent présenter un revêtement 82 antidérapant vis-à-vis des fibres continues. Le revêtement est choisi en fonction du type de fibre à appliquer, afin de limiter le glissement des fibres sur la poulie. A titre d'exemple, les poulies présentent un revêtement polyuréthane dans le cas de fibres préimprégnées d'un polymère thermoplastique.
Dans la deuxième variante, la pression P dirigée suivant l'axe A8, A9 ou A10 du premier, deuxième ou troisième jeu 29, 31 33 est exercée par une pression pneumatique régnant dans une chambre de compression 57 à chaque extrémité de l'axe commun, fermée de façon étanche sur l'axe commun dudit jeu par un piston ou sabot de frottement 61, mobile par rapport à l'axe et pressé contre la poulie 35 à l'extrémité dudit jeu. Les deux chambres de compression sont reliées de manière fluidique à une source d'air comprimé. Chaque chambre de compression 57 est formée par un corps de chambre borgne 63, vis-à-vis duquel l'axe commun et le sabot de frottement 61 sont ajustés. Un premier joint torique 65 assure l'étanchéité entre le corps de chambre 63 et le sabot de frottement 61. Un deuxième joint torique 67 assure l'étanchéité entre le sabot de frottement 61 et l'axe commun, étant noté que ces deux éléments sont également ajustés l'un par rapport à l'autre. Un volume annulaire formant la chambre de compression est ainsi défini entre le corps de chambre 63, l'axe commun et le sabot de frottement.
Les extrémités de l'axe commun sont insérées dans des renfoncements des parois de fond des corps de chambre, et le montage de l'axe commun entre les deux plaques support est réalisé via les corps de chambres assemblés, par vissage, sur les plaques support 41, 43. De préférence, l'axe commun est bloqué en rotation dans les corps de chambre, par exemple via une goupille (non visible).
L'alimentation en air comprimé des deux chambres est ici réalisée via l'un des deux corps de chambre. Ledit corps de chambre présente une ouverture 71 communiquant avec une prise de pression pneumatique 59, ou connecteur pneumatique, et débouchant sur son renfoncement pour communiquer sur un canal radial 72 ménagé à l'extrémité de l'axe commun. Ce canal radial communique avec un canal axial 73 s'étendant sur toute la longueur de l'axe commun, et deux canaux radiaux ménagés 75 dans l'axe commun assurent la communication entre le canal axial 73 et les deux chambres de compression 57. La pression P exercée par chaque sabot de frottement 61 sur la poulie d'extrémité du jeu est réglée par la pression pneumatique régnant dans la chambre de compression 57. Dans ce mode de réalisation, les deux chambres sont alimentées via une même prise de pression pneumatique connectée via un système de régulation de pression à une source d'air comprimé, ce qui garantit un couple de freinage identique pour l'ensemble des poulies du jeu.
Comme précédemment, deux poulies sont montées de part et d'autre d'une plaque intermédiaire centrale 80 bloquée en rotation et en translation sur l'axe commun, chaque poulie est disposée entre deux rondelles 83, deux rondelles d'usure 77 et deux plaques intermédiaires 79, 80. Les sabots 61 viennent ici directement en appui contre une plaque intermédiaire 79 latérale.
La machine d'application de fibres présentée comprend en outre un dispositif pour réduire la tension de fibre, représenté de manière schématique sous la référence 22 à la Fig.1 , disposé en amont des tubes d'acheminement de manière à limiter la tension dans les fibres entrant dans les tubes flexibles. Il est fait renvoi à la description détaillée de ce dispositif dans le document brevet WO2006/092514. Ainsi, la tension des fibres lors de leur acheminement jusqu'à la tête reste faible, ce qui permet de réduire les risques de détérioration des fibres lors de leur acheminement du cantre à la tête.
Pour limiter réchauffement dû au freinage, la tête d'application 1 comprend un dispositif de soufflage, comme cela est illustré par les figures 4 et 9. Des buses 85 dirigent un flux sur les poulies 35 dudit premier, deuxième et troisième jeux 29, 31 33 de poulies. Le fluide utilisé est par exemple de l'air, la buse étant par exemple alimentée en air froid par un système de refroidissement de type tube à vortex. Il est introduit au moyen d'une prise 87 formée dans le dispositif et en communication avec les buses 85. Ces dernières présentent de préférence une courbure 89 en correspondance avec le rayon des poulies pour canaliser le flux et augmenter la surface d'échange thermique. On prévoit également de doter le dispositif de déflecteurs 91 ayant la courbure 89 des buses 85. Par cet agencement, on améliore l'efficacité du refroidissement. A noter que la courbure 89 des buses 85 et des déflecteurs 91 aide également au défilement des bandes de fibres continues 2, 2' plus particulièrement lors de l'étape d'amorçage de la machine.
La machine comprend de préférence un système de chauffage pour chauffer la bande de fibres à appliquer, et/ou la surface de drapage du moule ou des bandes déjà appliquées en amont du rouleau de compactage, afin d'au moins ramollir la résine de pré-imprégnation ou la résine de liaison, et ainsi favoriser l'adhésion des bandes entre elles.
Selon un mode de réalisation illustré à la figure 14, le système de chauffage 92 est un système de chauffage de type laser, et comprend une optique 93 montée sur la tête. Le faisceau émis par une source (non représentée) déportée par rapport à la tête est acheminée via une fibre optique jusqu'à l'optique 93 pour former un faisceau laser 94 en direction de la zone de contact entre le rouleau et la surface de drapage 95 du moule. La machine d'application de fibres qui vient d'être présentée est utilisée pour réaliser des pièces en matériaux composites par bobinage au contact. Les bandes de fibres continues sont drapées sur la surface de drapage d'un moule.
Dans le cas du bobinage, on cherche à augmenter la tension de fibre aux tangences avec le rouleau pour éviter la formation de plis lors du bobinage. Pour obtenir la tension de fibre recherchée, on dispose dans la première variante, du réglage de l'effort de serrage appliqué aux écrous des différents jeux de poulies. Une nouvelle valeur de tension de fibre nécessite un arrêt de la machine pour une intervention manuelle. Avec la deuxième variante en revanche, on peut changer la valeur de la tension de fibre plus simplement, en augmentant ou en diminuant la pression pneumatique dans la chambre de compression de chaque jeu de poulies, en commandant les systèmes de régulation de pression auxquelles sont connectées les prises de pression pneumatique. Dans l'une ou l'autre variante, le choix de disposer trois jeux de poulies en série permet de former trois étages de freinage en ordre croissant, du premier au troisième jeu. Cette augmentation de la tension par étage permet d'appliquer une tension importante aux fibres, par exemple de l'ordre de 8N, sans glissement des fibres sur les poulies. A titre d'exemple, les modules sont réglés pour obtenir pour chaque fibre une tension de fibre de 2 à 10 daN. A titre d'exemple, les premier, deuxième et troisième jeux étant disposés dans cet ordre par rapport au sens de défilement des bandes de fibre continues, le premier étage de freinage augmente la tension de fibre à une tension comprise entre 1 et 1,5 daN, le deuxième étage à une tension comprise entre 2,5 et 5 daN et le troisième étage, à une tension comprise entre 6 et 10 daN.
Dans le cas de la deuxième variante, les prises de pression pneumatique des premiers jeux des deux modules sont connectées à un même système de régulation de pression, de sorte que les poulies des premiers jeux des deux modules puissent être réglées simultanément avec la même valeur de couple de freinage. Les prises de pression pneumatique des autres jeux des deux modules sont connectées de manière identique à des systèmes de régulation communs.
En cours de drapage les couples de freinage peuvent être modifiés pour faire varier la tension de fibre. La pression dans les chambres de compression pourra par ailleurs être supprimée, de manière à supprimer tout effort de freinage pour effectuer un drapage par placement de fibres avec un minimum de tension dans les fibres.
Il convient de rappeler que la disposition du dispositif de réglage de la tension de fibre, dans la tête d'application, permet de mieux ajuster ladite tension, quels que soient les moyens utilisés pour conduire la fibre continue des moyens de stockage vers la tête d'application de la machine.
Par ailleurs, la machine selon l'invention peut être aisément modifiée en une machine de placement de fibres classique, dans laquelle chaque fibre peut à tout moment être coupée et réacheminée, en démontant les deux modules, et en les remplaçant par un ou plusieurs modules fonctionnels, comprenant des moyens de coupe pour couper individuellement chaque fibre, des moyens de réacheminement pour réacheminer chaque fibre venant d'être coupée, afin de pouvoir à tout moment stopper et reprendre l'application d'une fibre, ainsi que choisir la largeur de la bande, et éventuellement des moyens de blocage afin de bloquer une fibre venant d'être coupée.
Selon un autre mode, les modules précités avec les systèmes de frein pneumatique sont montés sur la tête en amont d'un module .
16 fonctionnel de placement de fibres, intégrant les fonctions précitées de coupe, de réacheminement et de blocage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine d'application de fibres pour appliquer des fibres sur une surface de drapage comprenant, une tête d'application (1) de fibres pour appliquer au moins une fibre continue (2, 2') sur une surface de drapage, un système de déplacement (3) apte à déplacer la tête d'application (1) relativement à la surface de drapage, des moyens de stockage (5) pour le stockage de ladite fibre continue et un dispositif pour augmenter la tension de fibre, caractérisée en ce que le dispositif (27, 27') pour augmenter la tension de fibre est monté sur la tête d'application (1).
2. Machine d'application de fibres selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif pour augmenter la tension de fibre comprend au moins un jeu (29, 31, 33) d'une ou de plusieurs poulies (35) montées en parallèle autour d'un axe commun (A8, A9, A10) et un frein apte à exercer une force de freinage sur la ou les poulies (35) dudit jeu (29).
3. Machine d'application de fibres selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif pour augmenter la tension de fibre comprend un premier jeu (29) d'une ou de plusieurs poulies (35) associé à un premier frein, et au moins un deuxième jeu (31,33) supplémentaire d'une ou de plusieurs poulies (35) montées en parallèle autour d'un axe commun (A9, A 10), le premier jeu (29) et le deuxième jeu supplémentaire (31, 32) étant disposés en série, le deuxième jeu supplémentaire comprenant un deuxième frein apte à exercer une force de freinage sur la ou les poulies (35) dudit deuxième jeu (31, 33).
4. Machine d'application de fibres selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que chaque frein comprend des moyens (19a, 19b ; 57, 61) pour exercer sur la ou les poulies dudit jeu un couple de serrage due à une pression (P).
5. Machine d'application de fibres selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pression est exercée par au moins un ressort (49a, 49b) monté entre une poulie (35) dudit jeu et une butée (51) en extrémité de l'axe commun.
6. Machine d'application de fibres selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pression est exercée par une pression pneumatique régnant dans une chambre de compression (57), connectée à une prise de pression pneumatique (59), et fermée de façon étanche sur l'axe commun dudit jeu par un sabot de frottement (61), mobile par rapport à l'axe commun dudit jeu.
7. Machine d'application de fibres selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'une rondelle d'usure (77) est disposée entre le ressort (49a, 49b) ou le sabot de frottement (61) et la poulie (35) dudit jeu.
8. Machine d'application de fibres selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque poulie (35) dudit jeu est enserrée entre deux plaques intermédiaire (79, 80) et entre deux rondelles d'usure (77), lesquelles sont disposées entre une desdites plaques intermédiaires et un flanc (81) de chaque poulie (35).
9. Machine d'application de fibres selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que la tête d'application (1) comprend un dispositif de soufflage comprenant des buses (85) dirigeant un flux sur la ou les poulies (35) dudit jeu.
10. Machine d'application de fibres selon la revendication 9, caractérisée en ce que les buses (85) présentent une courbure (89) en correspondance de forme avec la ou les poulies (35) dudit jeu.
11. Machine d'application de fibres selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la tête d'application (1) comprend un rouleau d'application (9) destiné à venir au contact de la surface de drapage pour une application au contact des fibres, le dispositif (27, 27') pour augmenter la tension de fibre étant disposé en amont dudit rouleau d'application (9).
12. Machine d'application de fibres selon l'une des revendications 1 à 1 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un robot poly-articulé pour le déplacement de la tête d'application (1), un cantre (5) pour le stockage de la fibre continue, un tube d'acheminement flexible pour acheminer chaque fibre continue (2, 2'), du cantre à la tête d'application, et un dispositif (22) pour réduire la tension de fibre, disposé en amont des tubes d'acheminement par rapport à un sens de défilement (F) de la fibre continue.
13. Procédé de réalisation d'une pièce en matériau composite comprenant le drapage d'une fibre sur une surface de drapage, caractérisé en ce que ledit drapage est mis en œuvre par une machine d'application de fibres selon l'une des revendications 1 à 12.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on règle les forces de freinage du premier jeu (29, 31) et du deuxième (31,33) jeu supplémentaire disposés en série, le premier jeu en amont du deuxième jeu dans un sens de défilement (F) de la fibre continue, afin de former deux étages de force de freinage pour augmenter progressivement la tension de fibre.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'on pilote la pression pour faire varier le couple de serrage lors du drapage.
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