WO2020234313A1 - Dispositif et procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite - Google Patents

Dispositif et procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite Download PDF

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WO2020234313A1
WO2020234313A1 PCT/EP2020/063996 EP2020063996W WO2020234313A1 WO 2020234313 A1 WO2020234313 A1 WO 2020234313A1 EP 2020063996 W EP2020063996 W EP 2020063996W WO 2020234313 A1 WO2020234313 A1 WO 2020234313A1
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fiber preform
mold
heating
temperature
polymer
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PCT/EP2020/063996
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Gaëlle GUYADER
Benjamin MASSETEAU
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Institut De Recherche Technologique Jules Verne
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    • B29K2715/00—Condition, form or state of preformed parts, e.g. inserts
    • B29K2715/003—Cellular or porous

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture, by shaping and / or by adding material, in particular but not exclusively by stamping and / or injection molding, of a part made of composite material from a fiber preform, also called " organosheet ”, made of a polymer-based composite material, in particular thermoplastic or thermosetting.
  • Composite material parts which are made from a fiber preform made from polymer-based composite material, in particular thermoplastic or thermosetting, called “organosheets", can be manufactured in several stages. First, a fiber preform is heated. Then the fiber preform is moved in a mold, for example for a stamping step and / or an overmolding step by material injection. Finally, the mold is closed and the stamping and / or overmolding is carried out by injection of polymer, in particular thermoplastic. We then obtain the part. Such a process is for example described in international application WO2018072906.
  • the fiber preform must be at a sufficient temperature so that, in the case of overmolding by polymer injection, the polymer, in particular thermoplastic or thermosetting, injected and the fiber preform have good adhesion quality.
  • the temperature should also be high enough to improve reproducibility.
  • the displacement of the fiber preform from the heating zone to the mold can cool the fiber preform to an insufficient temperature which limits the quality of adhesion between the injected thermoplastic polymer and the fiber preform.
  • a known solution to allow a sufficient temperature of the fiber preform is to have a vertical mold and an oven near the mold in order to limit the transfer time to less than 5s. Such a solution excludes horizontal molds and generates constraints on the location of tooling.
  • Another solution to have a desired temperature of the fiber preform is to heat the mold using internal heating.
  • Such a solution is proposed in the international application WO 2018/211009 which proposes the heating of the placing mold. form, or in international application WO 2019/020583 which provides for the regulation of the temperature in the cavity of a mold using conduits in which extend inductors for heating and conduits for the circulation of a fluid coolant for cooling.
  • Application WO 2019/025122 also relates to the control of the temperature of an injection mold. In these cases, the heating of the mold is generally of the induction type, and therefore expensive, and it is not always compatible with the needs in the case of the injection process alone.
  • WO 2018/073324 relates to a device for thermoforming a composite part and for overmolding, by injection, a shape on a surface of said composite part, in a mold comprising a matched forming die and a punch which together define a closed cavity.
  • the forming die is mounted on a transfer unit comprising a station for loading a blank onto the forming die and unloading it therefrom and a station for performing the injection and for closing the mold between the punch and the die. forming.
  • a subject of the present invention is thus, according to a first of its aspects, a device for manufacturing, by shaping and / or by adding polymer material in particular by injection, for example by stamping and / or injection molding, of a part of composite material comprising at least one fiber preform of composite material based on polymer, in particular thermoplastic or thermosetting, the manufacturing device comprising:
  • a mold for shaping and / or adding polymer material comprising first and second parts, movable relative to each other to allow opening or closing of the mold, a configured heater for heating or maintaining at a predetermined temperature at least part of the fiber preform in place in the open mold, the heating device being independent or removable from the mold.
  • the first mold part may include a member for receiving the fiber preform.
  • the fiber preform may be in place in the open mold when received by the receiving member. It is understood that the fiber preform is in place in the open mold when it substantially occupies the location for its shaping and / or the addition of material made in the mold.
  • the first and second parts can define between them a cavity, in particular an injection cavity, and / or a molding impression.
  • fiber preform is meant an “organosheet”, that is to say a prepreg fiber preform.
  • the fiber preform may consist of a flat 2D composite plate, preimpregnated with a polymer powder, for example resin.
  • the polymer present in the fiber preform is advantageously the same as that which is injected, if necessary, into the mold, during the addition of polymer material.
  • the manufacturing device may include a device for gripping the fiber preform configured to transport the fiber preform, in particular from a heating zone, to the mold, in particular to the member for receiving the fiber preform.
  • the device for gripping the fiber preform can carry the heating device.
  • the gripping device comprises for example a first face with gripping means, in particular with suction cups or needles, and a second face, opposite the first, with the heating device.
  • the gripping means and the heating device can alternatively be arranged on the same face of the gripping device.
  • the mold comprises a removable frame, said removable frame carrying the heating device.
  • the frame can be maneuvered by a jack or manually, for example by an operator wearing gloves. It can be driven with the mold.
  • the heater may include a plurality of infrared lamps.
  • the heating device advantageously comprises a casing for protecting the infrared lamps.
  • the infrared lamps can be arranged on the heater so as to conform to the shape of the fiber preform. This can help ensure even heating. Infrared lamps are generally sized, by their power, and arranged on the heating device so as to ensure heating not only homogeneous but also rapid, in order to limit the cycle time.
  • the number and the positioning of the infrared lamps on the heating device are advantageously adjusted so as to allow heating of the whole of the fiber preform or of the fiber preforms, or only a part of the fiber preform.
  • the infrared lamps can be arranged by being aligned in one or more rows.
  • the heater may include induction heating elements or a hot nitrogen torch.
  • the heating device preferably comprises a thermal regulation system, in particular configured to control the power of the infrared lamps.
  • a thermal regulation system in particular configured to control the power of the infrared lamps.
  • the thermal regulation system when present, may include a temperature measuring member capable of measuring the temperature of at least part of the fiber preform, preferably a thermal camera, in particular infrared, or a pyrometer. This makes it possible in particular to control the temperature of the fiber preform before heating and after heating, just before closing the mold. Such a thermal regulation system can thus improve the repeatability of a process implementing the manufacturing device of the invention.
  • the thermal regulation system can implement a regulation of the Proportional Integral Derivative (PID) type.
  • PID Proportional Integral Derivative
  • the thermal regulation system preferably comprises a voltage variator, in particular which directly supplies the infrared lamps.
  • the heating device preferably comprises a temperature control, in particular using the temperature measuring device, such as the pyrometer or thermal camera, in order to control the heating time during heating.
  • the temperature measuring device such as the pyrometer or thermal camera
  • the manufacturing device may include an oven, in particular an infrared radiation oven, for heating the fiber preform outside the mold.
  • the oven then forms the heating zone from which the fiber preform is moved by the gripping device towards the mold, after heating of the fiber preform.
  • Such an oven is different from the heater.
  • the oven is designed to heat the fiber preform outside the mold while the heating device is designed to heat or maintain the temperature of the fiber preform when in the mold, in particular in position in the mold for the shaping step, in particular stamping, and / or addition of polymer material, in particular overmolding by injection of polymer material.
  • the heating device is the only means of heating the fiber preform of the manufacturing device. In this case, no other heating zone, oven, is provided. This may be the case, for example, if the fiber preform comprises a so-called fast-curing thermosetting polymer (“fast curing” in English). In this case, the polymerization takes place in a few minutes, for example between 2 and 5 min.
  • the fiber preform is then placed in the open mold, without prior heating in a heating zone, an oven.
  • the heating device heats the fiber preform present in the mold, then, after closing the mold, the shaping, for example by compressing the mold, is carried out.
  • the mold is preferably configured to carry out the stamping and / or the injection molding of polymer material.
  • other methods of shaping and / or adding material can be implemented in the mold, chosen for example from the group consisting of resin transfer molding (RTM), transfer molding resin transfer molding (RTM Light), high pressure resin transfer molding (HP-RTM), thermoplastic resin transfer molding (T-RTM), resin transfer molding with open-mold liquid resin deposition (RTM / Liquid Compression Molding LCM), particularly in the case where the fiber preform must be heated before the process, thermoplastic thermo-stamping, using the fiber preform consisting of a dry preform and a thermoplastic matrix in powder form or plate, compression transfer molding and infusion molding.
  • the mold can be configured to shape the fiber preform.
  • the fiber preform comprises a thermosetting polymer
  • the fiber preform can be placed in the mold, then the fiber preform is heated using the heating device, for example at a temperature between 30 ° C and 40 ° C approximately, in order to soften it and make it flexible.
  • the mold is then closed and the fiber preform undergoes shaping, without injection of polymerization resin.
  • the shaped fiber preform can then be removed from the mold for storage, at a storage temperature at which the shaped fiber preform is hard. Subsequently, it is possible to carry out a process for adding material to this shaped fiber preform, in this mold or in another mold, for example at another location in the plant.
  • Such a process for adding material could, for example, be an injection molding of polymer material.
  • Another subject of the invention is a manufacturing process, by shaping and / or by adding polymer material, in particular by injection, in particular by stamping and / or overmolding. by injection, of a part made of composite material from at least one fiber preform of composite material based on polymer, in particular thermoplastic or thermosetting, by means of a manufacturing device as defined above, comprising the following steps :
  • the invention provides a manufacturing process which makes it possible to improve the mechanical performance of the part, in particular at the interface between the fiber preform and the added polymer material. This also makes it possible to improve the repeatability of the process by better thermal control of the process. This is because the method makes it possible to know the temperature of the fiber preform (s) just before implementation of step d).
  • the manufacturing device comprises a device for gripping said at least one fiber preform
  • the method may include a step of heating said at least one fiber preform in a heating zone, in particular in an oven, outside the mold, and a step moving said at least one fiber preform from the heating zone to the mold using the gripping device. It should be noted that the gripping device can make it possible to transport the fiber preform to the mold, even in the absence of a heating zone.
  • the heating of said at least one fiber preform in step a) is preferably such that at the end of this step, the fiber preform (s) is / are heated to a temperature greater than or equal to the temperature of melting of the polymer, in particular thermoplastic or thermosetting.
  • the heating time is advantageously less than 5 min, better still less than 2 min.
  • the heating device comprises a thermal regulation system using a PID type regulation system
  • the power can be directly managed as a function of the temperature ramp to be applied to the material of the fiber preform. This is advantageously done by a voltage variator.
  • the temperature is then maintained for a defined time in order to homogenize the temperature on the surface and according to the thickness.
  • the PID regulator manages the power requirement; it is possible via an output on the PID regulator to recover the time or energy spent on heating in order to carry out process control.
  • the heating device preferably comprises a temperature control, in particular using the temperature measuring device, such as the pyrometer or the thermal camera, in order to control the heating time during heating.
  • the temperature measuring device such as the pyrometer or the thermal camera
  • the heating device can be removed and the mold closed to carry out the shaping and / or the addition of material. This saves cycle time.
  • the time interval between the end of step b) of removing the heating device and step c) of closing the mold is less than 4 s, preferably less than or equal to 2s, or even less than ls. This short time allows the fiber preform to cool very little, that is to say less than about 10 ° C over 2s.
  • the transfer between this heating zone and the mold generally causes the fiber preform to lose about 15 ° C per second, with ambient air at around 25 ° C. There is thus a significant heat loss.
  • the loss is of the order of a few degrees as indicated above, in particular because the mold is at a high temperature, for example of the order of of 250 ° C, which promotes temperature maintenance.
  • the fiber preform can be heated in the heating zone, in particular in a heating oven. infrared, at 300 ° C. The transfer of the preform from the oven to the mold generates heat loss. Then the heating device makes it possible to raise the temperature of the fiber preform to around 350 ° C. When performing injection molding in the mold, the temperature of the fiber preform is then close to 350 ° C.
  • the shaping is preferably stamping.
  • the addition of polymer material is preferably carried out by injection molding.
  • the method may include the step of depositing in the mold at least one second fiber preform, preheated or not, before closing the mold.
  • the method may include the step of heating the second fiber preform, for example simultaneously with the fiber preform already in place in the open mold, in particular deposited on the receiving member.
  • the method is particularly advantageous when several fiber preforms are assembled to form the part. In fact, in this case, a fiber preform is deposited in the open mold, then another fiber preform, and optionally one or more other fiber preforms, which increases the time during which the fiber preform or preforms cool.
  • the heating step of the method according to the invention makes it possible to raise the temperature of each fiber preform to a desired temperature. and favorable for the implementation of the following steps of shaping and / or addition of polymer material.
  • the fiber preforms can all be composite materials based on a polymer, in particular thermoplastic or thermosetting.
  • One or more fiber preforms, deposited after the first fiber preform, can alternatively be replaced by an element made of metallic material, a foam core, or the like.
  • the number of fiber preforms made of a polymer-based composite material is relatively small. This allows heating of all the fiber preforms. Indeed, if the number of fiber preforms is too large, the thermal resistances being added, it may be more difficult to heat the fiber preforms furthest from the heating device.
  • the fiber preform may be a fiber reinforcement preform with a polymer matrix, in particular thermoplastic or thermosetting.
  • the fibrous reinforcement can comprise continuous fibers, advantageously woven or knitted or more generally assembled by a textile process.
  • the thermoplastic matrix can be made from at least one thermoplastic polymer chosen from the group consisting of polyolefins, in particular polypropylene, polyamides, in particular aliphatic polyamides, such as polycaprolactam PA 6, polyhexamethylene adipamide PA 6.6, polycarbonates, PAEK (Polyaryletherketone) including PEEK (polyetheretherketone) and PEKK (polyetherketonketone), PEI (Polyetherimide also known as ULTEM), PPS (Polyphenylene sulfide), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PLA (poly lactic acid), TPU (thermoplastic polyurethane) and PET (polyethylene).
  • polyolefins in particular polypropylene
  • polyamides in particular aliphatic polyamides, such as polycaprolactam PA 6, polyhexamethylene adipamide PA 6.6, polycarbonates, PAEK (Polyaryletherketone) including PEE
  • thermosetting matrix it can be made from at least one thermosetting polymer, for example an epoxy or polyepoxy resin.
  • Step d) can be a stamping and / or an injection molding, that is to say a stamping, or an injection molding or else a stamping and an injection molding.
  • step d) may only comprise a step of injection, in particular local, of polymer material. In this case, the heating carried out in step a) may only concern part of the fiber preform.
  • Figure 1 shows schematically and partially, seen in cross section, a mold of an example of a manufacturing device according to the invention, with the gripping device in the process of placing the fiber preform in the mold,
  • FIG 2 is a view similar to Figure 1 of the same manufacturing device, with the heating device heating the fiber preform in the mold,
  • Figure 3 is a view similar to Figure 1 of another example of a manufacturing device
  • FIG 4 is a block diagram illustrating different steps of an example of the manufacturing process according to the invention.
  • Figure 5 is a schematic view illustrating an example of a manufacturing device according to the invention.
  • Figure 6 is a schematic view partially illustrating, in cross section, another example of a manufacturing device according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates an example of a manufacturing device 1 according to the invention of a part made of composite material formed by shaping, in particular hot, and / or adding a polymer material from a preform.
  • fibrous 5 made of a composite material based on a thermoplastic polymer.
  • the manufacturing device 1 comprises a mold 2, comprising a first part 3 and a second part 4.
  • the first part 3 and the second part 4 of the mold are movable with respect to one another to allow opening or closing. close the mold 2.
  • One of the parts can be fixed, for example the first part 3, and the other part, for example the second part 4, can be movable.
  • the mold 2 is arranged in this example horizontally, that is to say that the relative axis of movement of the first part 3 and / or of the second part 4 is vertical.
  • the first and second parts 3 and 4 define between them a cavity 8.
  • the mold 2 is shown in the open configuration and the cavity 8 is schematically. shown in the space between the first and second parts 3 and 4, but this cavity 8 is actually visible when the mold 2 is closed.
  • the first part 3 comprises in this example a receiving member 6 of the fiber preform 5.
  • the receiving member 6 makes it possible to support or even keep in place the fiber preform 5 before closing the mold 2.
  • the receiving member 6 comprises in this example, conical axes on which the positioning holes present on the fiber preform 5 come to be positioned.
  • the mold 2 is closed in order to carry out the shaping and / or the addition of polymer material, preferably by injection.
  • the manufacturing device 1 comprises a gripping device 10 making it possible to transport the fiber preform 5 in particular from a heating zone when present to the mold 2, in this example to the receiving member 6 of the fiber preform 5.
  • the gripping device 10 is for example carried by an arm of a robot 21 as illustrated in FIG. 5.
  • the heating zone can be formed by an oven 20 as illustrated in FIG. 5.
  • the gripping device 10 comprises a gripping member 11 constituted by a plurality of gripping means 12 consisting in the example considered of suction cups making it possible to hold the fiber preform 5.
  • the gripping device 10 includes a first face 15 which carries the suction cups forming the gripping means 12.
  • the gripping means 12 could be other than suction cups, for example needles, without departing from the scope of the invention.
  • the gripping device 10 also comprises a heating device 13 comprising in the example illustrated a plurality of infrared lamps 14 arranged on a second face 16 which is opposite to the first face 15.
  • the gripping device 10 is configured to allow the heating device 13 to be presented in front of the fiber preform 5, near the latter once the fiber preform 5 is placed in the mold 2 open, in this example when supported by the member. reception 6 of the first part 3 of the mold 2, as visible in Figure 2.
  • the heating device 13 may include a casing 9 for protecting the lamps of the infrared lamps 14 illustrated in dotted lines in FIGS. 1 and 2.
  • the infrared lamps 14 are arranged regularly on the heating device 13 and can if necessary have a shape conforming to the fiber preform 5 in order to heat it as uniformly as possible.
  • the heating device 13 in a manner not visible in the drawing for the sake of clarity thereof, comprises a thermal regulation system configured to control the power of the infrared lamps 14. This makes it possible to precisely control the temperature. of each of the infrared lamps 14.
  • the thermal regulation system comprises a temperature measuring member capable of measuring the temperature of the fiber preform 5.
  • this temperature measuring member 20 is an infrared camera but it could be different, for example consist of a pyrometer, without departing from the scope of the invention.
  • the thermal regulation system implements a so-called proportional integral derivative (PID) regulation and includes a voltage variator.
  • PID proportional integral derivative
  • the manufacturing device 1 also comprises a heating zone forming in this example an oven 20, in this example an infrared radiation oven, in which the fiber preform 5 is initially heated before being taken into account. load and carried by the gripping device 10 to bring it in the mold 2 to the receiving member 6.
  • the heating in the oven 20 of the fiber preform 5 can be such that the temperature of the fiber preform 5 is greater than or equal to the melting point of the thermoplastic polymer of the fiber preform 5.
  • the gripping device 10 is carried by a gripping arm of a robot 21 schematically illustrated in FIG. 5.
  • the method of manufacturing a part made of composite material from a fiber preform 5 made of a composite material based on thermoplastic polymer may comprise the following steps, described with reference to FIG. 4.
  • a first step 25 the fiber preform 5 is heated in the oven 20, as explained above, so as to reach a temperature greater than or equal to the melting point of the thermoplastic polymer.
  • the fiber preform 5 is moved from the oven 20 to the mold 2 and placed as far as the receiving member 6 as described above, using the gripping means 12 of the gripping device. 10, arranged on the first face 15.
  • the gripping device 10 is turned over so that the second face 16 carrying the heating device 13 faces the fiber preform 5, close to the latter.
  • the heating device 13 allows, while the mold 2 is open, to heat the fiber preform 5 again to a temperature greater than or equal to the melting temperature of the thermoplastic material or to maintain the fiber preform 5 at this temperature, the temperature actual value of the fiber preform 5 which may have decreased too greatly during its movement from the oven 20 to the mold 2.
  • the infrared camera makes it possible to monitor the temperature of the fiber preform 5 before, during and / or after heating by the heating device 13.
  • the thermal regulation system makes it possible to reach the desired temperature and to control it.
  • a step 28 the mold 2 is closed by moving the first part 3 and / or the second part 4.
  • the time lapse between the withdrawal of the heating device 13 and the closing of the mold 2 is very short, preferably less than 4s in order to ensure that the temperature of the fiber preform 5 remains at a satisfactory level, in particular in order to allow an interface between the fiber preform and the added polymer which is of good quality, and / or in order to allow to have good reproducibility of the shaping process.
  • the shaping and / or addition of polymer material is then carried out within the mold 2.
  • the processes which are implemented in the mold 2 are a stamping process followed by overmolding by injection of polymer material. Only one of these methods could be implemented or other methods could be implemented in the mold 2 without departing from the scope of the invention, for example an injection of polymer material, for example local.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the mold 2 of the manufacturing device 1.
  • the heating device 13 and the gripping member 11 are carried by the same face of the gripping device 10, namely the first face 15.
  • the other face, the second face 16, is occupied by another gripping member 30 allowing the withdrawal of the finished part 31 which was carried by the second part 4 of the mold 2 and manufactured during the previous cycle.
  • the gripping means 12 are then chosen so as to be compatible with the heating temperature of the heating device.
  • the mold 2, also called a press is placed vertically, that is to say that the relative displacement axis of the first part 3 and / or of the second part 4 is horizontal.
  • fiber preforms 5 or elements can be placed on the receiving member 6 before heating is carried out using the heating device 13.
  • the gripping device 10 has three faces, namely one face with the heating device 13, one face with the gripping member 30, consisting for example of at least one suction cup, for gripping the part P having undergone shaping and / or addition of material, in particular by injection, and a third face with the gripping means 12, consisting for example of a plurality of needles, for gripping the heated fiber preform, therefore supple and soft.
  • the heating device 13 can be arranged to heat only a part of the fiber preform 5, for example in the event of local injection of polymer material on the fiber preform 5 using the mold 2, in order to form the part. 31. This then makes it possible to ensure good cohesion of the interface between the fiber preform and the injected polymer material.
  • the heating device may include induction heating elements or hot nitrogen torch.
  • the heating device can be carried by a frame which can be removably attached to the mold 2.
  • the mold 2 is illustrated with the first fixed part 3 and the second movable part 4, respectively fixed to a fixed press part 40 and a movable press part 41.
  • the mold 2 comprises a molding cavity 42.
  • the heating device 13 is mounted on a removable frame 43.
  • the heating device 13 comprises infrared lamps 14 and a casing 9 for protecting the infrared lamps, carried by a sliding system 44, vertical in this example, of the removable frame 43 which can be mounted or lowered as illustrated using the double arrow, for example using a cylinder, in particular pneumatic, mounted on the press part 41.
  • the housing 9 can be made of aluminum, have dimensions of 280 * 280 * 62mm and weigh less than 2kg.
  • the infrared lamps 14 can form a frame for the infrared lamps 14 which are for example arranged in rows, for example in three rows.
  • Aluminum profiles can support the casing 9, so as to connect it to the sliding system 44.
  • the heating device 13 is placed close to the fiber preform 5, as illustrated in FIG. 6, by lowering the sliding system 44.
  • the sliding system 44 is raised, retracted, and the heating device 13 is removed.
  • the mold 2 is then closed by bringing the second part 4 of the first part 3, along a horizontal axis in this example.
  • a stamping of the fiber preform 5 is then performed, in this example.

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Abstract

Dispositif et procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite Dispositif de fabrication (1), par mise en forme et/ou ajout de matériau polymère notamment par injection, d'une pièce (31) en matériau composite comportant au moins une préforme fibreuse (5) en matériau composite à base de polymère, comportant : - un moule (2) pour la mise en forme et/ou l'ajout de matériau polymère, comportant des première et seconde parties (3, 4), mobiles l'une par rapport à l'autre pour permettre d'ouvrir ou de fermer le moule (2), - un dispositif de chauffage (13) configuré pour chauffer ou maintenir à une température prédéterminée au moins une partie de la préforme fibreuse (5) en place dans le moule (2) ouvert, le dispositif de chauffage (13) étant indépendant ou amovible du moule (2).

Description

Description
Titre : Dispositif et procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite
Domaine technique
La présente invention concerne la fabrication, par mise en forme et/ou par ajout de matière, notamment mais non exclusivement par estampage et/ou surmoulage par injection, d’une pièce en matériau composite à partir d’une préforme fibreuse, encore appelée « organosheet », en matériau composite à base de polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable.
Technique antérieure
Les pièces en matériau composite qui sont fabriquées à partir d’une préforme fibreuse en matériau composite à base de polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable, appelées « organosheet », peuvent être fabriquées en plusieurs étapes. Tout d’abord, on chauffe une préforme fibreuse. Puis on déplace la préforme fibreuse dans un moule, par exemple pour une étape d’estampage et/ou une étape de surmoulage par injection de matière. Enfin, on ferme le moule et on réalise l’estampage et/ou le surmoulage par injection de polymère, notamment thermoplastique. On obtient alors la pièce. Un tel procédé est par exemple décrit dans la demande internationale W02018072906.
La préforme fibreuse doit être à température suffisante pour que, en cas de surmoulage par injection de polymère, le polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable, injecté et la préforme fibreuse aient une bonne qualité d’adhésion.
En cas d’estampage seul, la température doit également être suffisamment élevée pour améliorer la reproductibilité.
Or, le déplacement de la préforme fibreuse depuis la zone de chauffage jusqu’au moule peut refroidir la préforme fibreuse à une température insuffisante qui limite la qualité d’adhésion entre le polymère thermoplastique injecté et la préforme fibreuse.
Une solution connue pour permettre d’avoir une température suffisante de la préforme fibreuse est d’avoir un moule vertical et un four à proximité du moule afin de limiter le temps de transfert à moins de 5s. Une telle solution exclut les moules horizontaux et génère des contraintes sur l’emplacement des outillages.
Une autre solution pour avoir une température souhaitée de la préforme fibreuse est de chauffer le moule à l’aide d’un chauffage interne. Une telle solution est proposée dans la demande internationale WO 2018/211009 qui propose le chauffage du moule de mise en forme, ou dans la demande internationale WO 2019/020583 qui prévoit la régulation de la température dans la cavité d’un moule à l’aide de conduits dans lesquels s’étendent des inducteurs pour chauffer et de conduits pour la circulation d’un fluide caloporteur pour refroidir. La demande WO 2019/025122 est également relative au contrôle de la température d’un moule à injection. Dans ces cas, le chauffage du moule est généralement du type à induction, donc coûteux, et il n’est pas toujours compatible avec les besoins en cas de procédé d’injection seul.
WO 2018/073324 concerne un dispositif de thermo formage d'une pièce composite et de surmoulage, par injection, d'une forme sur une surface de ladite pièce composite, dans un moule comprenant une matrice de formage appariée et un poinçon qui définissent ensemble une cavité fermée. La matrice de formage est montée sur une unité de transfert comprenant une station pour charger une ébauche sur la matrice de formage et la décharger de celle-ci et un poste pour réaliser l'injection et pour fermer le moule entre le poinçon et la matrice de formage.
Il existe un besoin pour permettre, dans la fabrication d’une pièce en matériau composite, de disposer d’une préforme fibreuse à température suffisante au moment de la mise en forme et/ou de l’ajout de matériau polymère, afin d’obtenir une pièce satisfaisante.
Exposé de l’invention
Dispositif de fabrication
La présente invention a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, un dispositif de fabrication, par mise en forme et/ou par ajout de matériau polymère notamment par injection, par exemple par estampage et/ou surmoulage par injection, d’une pièce en matériau composite comportant au moins une préforme fibreuse en matériau composite à base de polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable, le dispositif de fabrication comportant :
un moule pour la mise en forme et/ou l’ajout de matériau polymère, comportant des première et seconde parties, mobiles l’une par rapport à l’autre pour permettre d’ouvrir ou de fermer le moule, un dispositif de chauffage configuré pour chauffer ou maintenir à une température prédéterminée au moins une partie de la préforme fibreuse en place dans le moule ouvert, le dispositif de chauffage étant indépendant ou amovible du moule. Grâce à l’invention, on bénéficie d’un système de fabrication qui permet de chauffer la préforme fibreuse avant la mise en forme et/ou l’ajout de matériau polymère, notamment avant l’estampage et/ou le surmoulage par injection, afin que la préforme fibreuse soit à température souhaitée avant ces étapes. Cela permet d’avoir une pièce aux performances mécaniques augmentées, notamment à l’interface entre la préforme fibreuse et le matériau polymère ajouté.
La première partie de moule peut comporter un organe de réception de la préforme fibreuse. La préforme fibreuse peut être en place dans le moule ouvert lorsque reçue par l’organe de réception. On comprend que la pré forme fibreuse est en place dans le moule ouvert lorsqu’elle occupe sensiblement l’emplacement pour sa mise en forme et/ou l’ajout de matière réalisé(s) dans le moule.
Les première et seconde parties peuvent délimiter entre elles une cavité, notamment d’injection, et/ou une empreinte moulante.
Par « préforme fibreuse », on désigne une « organosheet », c’est-à-dire une préforme fibreuse pré-imprégnée. La préforme fibreuse peut consister en une plaque plane composite en 2D, préimprégnée d’une poudre de polymère, par exemple de résine. Le polymère présent dans la préforme fibreuse est avantageusement le même que celui qui est injecté, le cas échéant, dans le moule, lors de l’ajout de matériau polymère.
Le dispositif de fabrication peut comporter un dispositif de préhension de la préforme fibreuse configuré pour transporter la préforme fibreuse, notamment depuis une zone de chauffage, jusqu’au moule, notamment jusqu’à l’organe de réception de la préforme fibreuse.
Dans ce cas, le dispositif de préhension de la préforme fibreuse peut porter le dispositif de chauffage. Dans ce dernier cas, le dispositif de préhension comporte par exemple une première face avec des moyens de préhension, notamment à ventouses ou à aiguilles, et une deuxième face, opposée à la première, avec le dispositif de chauffage. Les moyens de préhension et le dispositif de chauffage peuvent être, de manière alternative, disposés sur la même face du dispositif de préhension.
En variante, le moule comporte un châssis amovible, ledit châssis amovible portant le dispositif de chauffage. Dans un tel cas, le châssis peut être manœuvré par un vérin ou manuellement, par exemple par un opérateur avec des gants. Il peut être piloté avec le moule. Le dispositif de chauffage peut comporter une pluralité de lampes à infrarouge. Dans ce cas, le dispositif de chauffage comporte avantageusement un carter de protection des lampes à infrarouge. Les lampes à infrarouge peuvent être agencées sur le dispositif de chauffage de manière à épouser la forme de la préforme fibreuse. Cela peut permettre d’assurer un chauffage homogène. Les lampes à infrarouge sont généralement dimensionnées, de par leur puissance, et disposées sur le dispositif de chauffage de manière à assurer un chauffage non seulement homogène mais également rapide, afin de limiter le temps de cycle.
Le nombre et le positionnement des lampes à infrarouge sur le dispositif de chauffage sont avantageusement ajustés de manière à permettre un chauffage de l’ensemble de la préforme fibreuse ou des préformes fibreuses, ou seulement une partie de la préforme fibreuse. Les lampes à infrarouge peuvent être agencées en étant alignées selon une ou plusieurs rangées.
En variante, le dispositif de chauffage peut comporter des éléments de chauffage à induction ou une torche d’azote chaud.
Le dispositif de chauffage comporte de préférence un système de régulation thermique, notamment configuré pour commander la puissance des lampes à infrarouge. Un tel système permet de contrôler précisément la température de chacune des lampes à infrarouge.
Le système de régulation thermique, lorsque présent, peut comporter un organe de mesure de température apte à mesurer la température d’au moins une partie de la préforme fibreuse, de préférence une caméra thermique, notamment infrarouge, ou un pyromètre. Cela permet notamment de contrôler la température de la préforme fibreuse avant chauffage et après chauffage, juste avant fermeture du moule. Un tel système de régulation thermique peut ainsi améliorer la répétabilité d’un procédé mettant en œuvre le dispositif de fabrication de l’invention.
Le système de régulation thermique peut mettre en œuvre une régulation de type Proportionnelle Intégrale Dérivée (PID).
Le système de régulation thermique comporte de préférence un variateur de tension, notamment qui alimente directement les lampes à infrarouge.
Le dispositif de chauffage comporte de préférence un asservissement en température, notamment à l’aide de l’organe de mesure de la température, tel que le pyromètre ou la caméra thermique, afin de commander la durée de chauffage en cours de chauffage.
Le dispositif de fabrication peut comporter un four, notamment un four à rayonnement infrarouge, pour chauffer la préforme fibreuse en dehors du moule. Le four forme alors la zone de chauffage depuis laquelle la préforme fibreuse est déplacé par le dispositif de préhension vers le moule, après chauffage de la préforme fibreuse. Un tel four est différent du dispositif de chauffage. Le four est prévu pour chauffer la préforme fibreuse en dehors du moule tandis que le dispositif de chauffage est prévu pour chauffer ou maintenir à température la préforme fibreuse lorsque dans le moule, notamment en position dans le moule pour l’étape de mise en forme, notamment d’estampage, et/ou d’ajout de matériau polymère, notamment de surmoulage par injection de matériau polymère.
En variante, le dispositif de chauffage est le seul moyen de chauffage de la préforme fibreuse du dispositif de fabrication. Dans ce cas, aucune autre zone de chauffage, four, n’est prévu. Cela peut être le cas par exemple si la préforme fibreuse comporte un polymère thermodurcissable dit à durcissement rapide (« fast curing » en anglais). Dans ce cas, la polymérisation a lieu en quelques minutes, par exemple entre 2 et 5 min. La préforme fibreuse est alors mise en place dans le moule ouvert, sans chauffage préalable dans une zone de chauffage, un four. Le dispositif de chauffage réalise le chauffage de la préforme fibreuse présente dans le moule, puis, après fermeture du moule, la mise en forme, par exemple par compression du moule, est effectuée.
Le moule est de préférence configuré pour réaliser l’estampage et/ou le surmoulage par injection de matériau polymère. En variante, d’autres procédés de mise en forme et/ou d’ajout de matière peuvent être mis en œuvre dans le moule, choisis par exemple dans le groupe constitué par le moulage par transfert de résine (RTM), le moulage par transfert de résine léger (RTM Light), le moulage par transfert de résine à haute pression (HP-RTM), le moulage par transfert de résine thermoplastique (T-RTM), le moulage par transfert de résine avec dépôt de résine liquide à moule ouvert (RTM/ Liquid Compression Molding LCM), notamment dans le cas où la préforme fibreuse doit être chauffé avant le procédé, le thermo-estampage thermoplastique, mettant en œuvre la préforme fibreuse consistant en une préforme sèche et une matrice thermoplastique sous forme de poudre ou de plaque, le moulage par compression-transfert et le moulage par infusion. Le moule peut être configuré pour faire la mise en forme de la préforme fibreuse. En particulier, lorsque la préforme fibreuse comporte un polymère thermodurcissable, celle- ci peut être mise en place dans le moule, puis la préforme fibreuse est chauffée à l’aide du dispositif de chauffage, par exemple à une température comprise entre 30°C et 40°C environ, afin de la ramollir et de la rendre souple. Le moule est alors fermé et la préforme fibreuse subit la mise en forme, sans injection de résine de polymérisation. La préforme fibreuse mise en forme peut ensuite être retirée du moule pour être stockée, à une température de stockage à laquelle la préforme fibreuse mise en forme est dure. Ultérieurement, il est possible d’effectuer un procédé d’ajout de matière sur cette préforme fibreuse mise en forme, dans ce moule ou dans un autre moule, par exemple à un autre endroit de l’usine. Un tel procédé d’ajout de matière pourra être par exemple un moulage par injection de matière polymère.
Procédé de fabrication
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication, par mise en forme et/ou par ajout de matériau polymère notamment par injection, notamment par estampage et/ou surmoulage par injection, d’une pièce en matériau composite à partir d’au moins une préforme fibreuse en matériau composite à base de polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable, au moyen d’un dispositif de fabrication tel que défini plus haut, comportant les étapes suivantes :
a) chauffer, à l’aide du dispositif de chauffage, au moins une partie dudit au moins une préforme fibreuse lorsqu’ en place dans le moule ouvert, b) retirer le dispositif de chauffage,
c) fermer le moule, et
d) réaliser la mise en forme et/ou l’ajout de matériau polymère, notamment l’estampage et/ou le surmoulage par injection, pour fabriquer la pièce.
Grâce à l’invention, on bénéficie d’un procédé de fabrication qui permet d’améliorer les performances mécaniques de la pièce, notamment à l’interface entre préforme fibreuse et matériau polymère ajouté. Cela permet également d’améliorer la répétabilité du procédé par une meilleure maîtrise thermique du procédé. En effet, le procédé permet de connaître la température du ou des préformes fibreuses juste avant mise en œuvre de l’étape d). Lorsque le dispositif de fabrication comporte un dispositif de préhension dudit au moins une préforme fibreuse, le procédé peut comporter une étape de chauffage dudit au moins une préforme fibreuse dans une zone de chauffage, notamment dans un four, en dehors du moule, et une étape de déplacement dudit au moins une préforme fibreuse depuis la zone de chauffage jusqu’au moule à l’aide du dispositif de préhension. Il est à noter que le dispositif de préhension peut permettre de transporter la préforme fibreuse jusqu’au moule, même en l’absence d’une zone de chauffage.
Le chauffage dudit au moins une préforme fibreuse à l’étape a) est de préférence tel qu’à la fin de cette étape, la ou les pré formes fibreuses est/sont chauffée(s) à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable. Le temps de chauffage est avantageusement inférieur à 5 min, mieux inférieur à 2 min.
Lorsque le dispositif de chauffage comporte un système de régulation thermique utilisant un système de régulation de type PID, la puissance peut être directement gérée en fonction de la rampe de température à appliquer au matériau de la préforme fibreuse. Cela s’effectue avantageusement par un variateur de tension. La température est ensuite maintenue selon un temps défini afin d’homogénéiser la température sur la surface et selon l’épaisseur. En fonction du besoin en homogénéité, il est possible d’utiliser plusieurs sondes de température de type pyromètre et via une loi mathématique, le régulateur PID gère le besoin en puissance ; il est possible via une sortie sur le régulateur PID de récupérer le temps ou l’énergie passée au chauffage afin de faire du contrôle de procédé.
Le dispositif de chauffage comporte de préférence un asservissement en température, notamment à l’aide de l’organe de mesure de la température, tel que le pyromètre ou la caméra thermique, afin de commander la durée de chauffage en cours de chauffage. Ainsi, si par exemple, on fixe un cycle de 30s de chauffage à l’aide du dispositif de chauffage, afin de monter la température de la préforme fibreuse à 350°C, mais que l’on détecte au bout de 20s que la température est déjà à 350°C, on peut retirer le dispositif de chauffage et fermer le moule pour la réalisation de la mise en forme et/ou de l’ajout de matière. Cela permet de gagner du temps de cycle.
L’intervalle de temps entre la fin de l’étape b) de retrait du dispositif de chauffage et l’étape c) de fermeture du moule est inférieur à 4s, de préférence inférieur ou égal à 2s, voire inférieur à ls. Ce temps court permet que la préforme fibreuse ne se refroidisse que très peu, c’est-à-dire de moins de 10°C environ sur 2s.
Il est à noter que lorsque la pré forme fibreuse est d’abord chauffée dans une zone de chauffage, notamment un four, le transfert entre cette zone de chauffage et le moule fait généralement perdre environ 15°C par seconde à la préforme fibreuse, avec un air ambiant à environ 25°C. Il y a ainsi une déperdition thermique importante. Lorsque la préforme fibreuse est en place dans le moule et chauffée par le dispositif de chauffage, la déperdition est de l’ordre de quelques degrés comme indiqué ci-dessus, notamment car le moule est à une température élevée, par exemple de l’ordre de 250°C, ce qui favorise le maintien en température.
Pour un polymère PEAK dont la température d’imprégnation est de 350°C, polymère PEAK qui constitue le matériau polymère de la préforme fibreuse dans un exemple de réalisation, on peut chauffer la préforme fibreuse dans la zone de chauffage, notamment dans un four à infrarouge, à 300°C. Le transfert de la préforme depuis le four jusqu’au moule génère une déperdition de chaleur. Puis le dispositif de chauffage permet de faire remonter la température de la préforme fibreuse à 350°C environ. Lorsqu’on réalise un moulage par injection dans le moule, la température de la préforme fibreuse est alors proche de 350°C.
La mise en forme est de préférence l’estampage. L’ajout de matériau polymère est de préférence réalisé par surmoulage par injection.
Le procédé peut comporter l’étape consistant à déposer dans le moule au moins une deuxième préforme fibreuse, préchauffée ou non, avant fermeture du moule. Dans ce cas, notamment si la deuxième préforme fibreuse comporte un matériau composite à base de polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable, le procédé peut comporter l’étape consistant à chauffer la deuxième préforme fibreuse, par exemple simultanément à la préforme fibreuse déjà en place dans le moule ouvert, notamment déposé sur l’organe de réception. Le procédé est particulièrement avantageux lorsque plusieurs préformes fibreuses sont assemblées pour former la pièce. En effet, dans ce cas, on dépose une préforme fibreuse dans le moule ouvert, puis une autre préforme fibreuse, et éventuellement une ou plusieurs autres préformes fibreuses, ce qui augmente le temps pendant lequel la ou les préformes fibreuses se refroidissent. La mise en œuvre de l’étape de chauffage du procédé selon l’invention, par exemple lorsque toutes les préformes fibreuses sont en place dans le moule, permet de remonter la température de chaque préforme fibreuse à une température souhaitée et favorable pour la mise en œuvre des étapes suivantes de mise en forme et/ou d’ajout de matériau polymère. Il est à noter que les préformes fibreuses peuvent être toutes des matériaux composites à base de polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable. Une ou plusieurs préformes fibreuses, déposées après la première préforme fibreuse, peuvent alternativement être remplacées par un élément en matériau métallique, un noyau en mousse, ou autre.
Le nombre de préformes fibreuses en matériau composite à base de polymère est relativement peu important. Cela permet d’assurer un chauffage de toutes les préformes fibreuses. En effet, si le nombre de préformes fibreuses est trop important, les résistances thermiques s’ajoutant, il pourra être plus difficile de chauffer les préformes fibreuses les plus éloignées du dispositif de chauffage.
La préforme fibreuse peut être une préforme en renfort fibreux avec une matrice polymère, notamment thermoplastique ou thermodurcissable. Le renfort fibreux peut comporter des fibres continues, avantageusement tissées ou tricotées ou plus généralement assemblées par un procédé textile.
La matrice thermoplastique peut être réalisée à partir d’au moins un polymère thermoplastique choisi dans le groupe constitué par les polyoléfines, notamment le polypropylène, les polyamides, notamment les polyamides aliphatiques, tels que le polycaprolactame PA 6, le polyhexaméthylène adipamide PA 6.6, les polycarbonates, les PAEK (Polyaryléthercétone) dont font partie le PEEK (polyétheréthercétone) et le PEKK (polyéthercétonecétone), les PEI (Polyétherimide également connu sous le nom d’ULTEM), le PPS (Polysulfure de phénylène), l’ABS (acrylonitrile butadiène styrène), le PLA (acide poly lactique), le TPU (polyuréthane thermoplastique) et le PET (polyéthylène).
En cas de matrice thermodurcissable, celle-ci peut être réalisée à partir d’au moins un polymère thermodurcissable, par exemple une résine époxyde ou polyépoxyde.
L’étape d) peut être un estampage et/ou un surmoulage par injection, c’est-à-dire un estampage, ou un surmoulage par injection ou encore un estampage et un surmoulage par injection. En variante, l’étape d) peut ne comprendre qu’une étape d’injection, notamment locale, de matériau polymère. Dans ce cas, le chauffage réalisé à l’étape a) peut ne concerner qu’une partie de la préforme fibreuse.
Brève description des dessins L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] la figure 1 représente schématiquement et partiellement, vu en coupe transversale, un moule d’un exemple de dispositif de fabrication selon l’invention, avec le dispositif de préhension en train de placer la préforme fibreuse dans le moule,
[Fig 2] la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 du même dispositif de fabrication, avec le dispositif de chauffage en train de chauffer la préforme fibreuse dans le moule,
[Fig 3] la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 d’un autre exemple de dispositif de fabrication,
[Fig 4] la figure 4 est un schéma bloc illustrant différentes étapes d’un exemple de procédé de fabrication selon l’invention,
[Fig 5] la figure 5 est une vue schématique illustrant un exemple de dispositif de fabrication selon l’invention, et
[Fig 6] la figure 6 est une vue schématique illustrant partiellement, en coupe transversale, un autre exemple de dispositif de fabrication selon l’invention.
Description détaillée
On a illustré sur la figure 1 un exemple de dispositif de fabrication 1 selon l'invention d'une pièce en matériau composite formée par mise en forme, notamment à chaud, et/ou ajout d'un matériau polymère à partir d'une préforme fibreuse 5 en matériau composite à base de polymère thermoplastique.
Le dispositif de fabrication 1 comprend un moule 2, comportant une première partie 3 et une deuxième partie 4. La première partie 3 et la deuxième partie 4 du moule sont mobiles l'une par rapport à l'autre pour permettre d'ouvrir ou de fermer le moule 2. L’une des parties peut être fixe, par exemple la première partie 3, et l’autre partie, par exemple la deuxième partie 4, peut être mobile.
Le moule 2 est disposé dans cet exemple à l’horizontale, c’est-à-dire que l’axe de déplacement relatif de la première partie 3 et/ou de la deuxième partie 4 est vertical. Les première et deuxième parties 3 et 4 délimitent entre elles une cavité 8. Dans cet exemple, le moule 2 est représenté en configuration ouverte et la cavité 8 est schématiquement représentée dans l’espace entre les première et deuxième parties 3 et 4, mais cette cavité 8 est réellement visible lorsque le moule 2 est fermé.
La première partie 3 comporte dans cet exemple un organe de réception 6 de la préforme fibreuse 5. L'organe de réception 6 permet de supporter voire de maintenir en place la préforme fibreuse 5 avant fermeture du moule 2. L’organe de réception 6 comporte dans cet exemple des axes coniques sur lesquels des trous de positionnement présents sur la préforme fibreuse 5 viennent se positionner.
Le moule 2 est fermé pour effectuer la mise en forme et/ou l'ajout de matériau polymère, de préférence par injection.
Dans l'exemple illustré, le dispositif de fabrication 1 comporte un dispositif de préhension 10 permettant de transporter la préforme fibreuse 5 notamment depuis une zone de chauffage lorsque présente jusqu’au moule 2, dans cet exemple jusqu'à l'organe de réception 6 de la préforme fibreuse 5. Le dispositif de préhension 10 est par exemple porté par un bras d’un robot 21 comme illustré sur la figure 5. La zone de chauffage peut être formée par un four 20 comme illustré sur la figure 5.
Le dispositif de préhension 10 comporte un organe de préhension 11 constitué par une pluralité de moyens de préhension 12 consistant dans l'exemple considéré en des ventouses permettant de tenir la préforme fibreuse 5. Le dispositif de préhension 10 comporte une première face 15 qui porte les ventouses formant les moyens de préhension 12. Les moyens de préhension 12 pourraient être autres que des ventouses, par exemple des aiguilles, sans sortir du cadre de l’invention.
Toujours dans cet exemple, le dispositif de préhension 10 comporte également un dispositif de chauffage 13 comportant dans l'exemple illustré une pluralité de lampes à infrarouge 14 disposées sur une deuxième face 16 qui est opposée à la première face 15.
Le dispositif de préhension 10 est configuré pour permettre de présenter le dispositif de chauffage 13 devant la préforme fibreuse 5, à proximité de celui-ci une fois la préforme fibreuse 5 disposée dans le moule 2 ouvert, dans cet exemple lorsque supportée par l'organe de réception 6 de la première partie 3 du moule 2, comme visible sur la figure 2.
Le dispositif de chauffage 13 peut comporter un carter 9 de protection de lampes des lampes à infrarouge 14 illustré en pointillés sur les figures 1 et 2. Les lampes à infrarouge 14 sont disposées de manière régulière sur le dispositif de chauffage 13 et peuvent si nécessaire présenter une forme conforme à la préforme fibreuse 5 afin de la chauffer le plus uniformément possible.
Par ailleurs, le dispositif de chauffage 13, de façon non visible sur le dessin dans un souci de clarté de celui-ci, comporte un système de régulation thermique configuré pour commander la puissance des lampes à infrarouge 14. Cela permet de contrôler précisément la température de chacune des lampes à infrarouge 14. Le système de régulation thermique comporte dans l'exemple illustré un organe de mesure de température apte à mesurer la température de la préforme fibreuse 5. Dans l'exemple illustré, cet organe de mesure de la température 20 est une caméra infrarouge mais il pourrait être différent, par exemple consister en un pyromètre, sans sortir du cadre de l'invention.
Le système de régulation thermique met en œuvre une régulation dite proportionnelle intégrale dérivée (PID) et comporte un variateur de tension.
Comme visible sur la figure 5, le dispositif de fabrication 1 comporte encore une zone de chauffage formant dans cet exemple un four 20, dans cet exemple un four à rayonnement infrarouge, dans lequel la préforme fibreuse 5 est initialement chauffé avant d'être pris en charge et porté par le dispositif de préhension 10 pour l'amener dans le moule 2 jusqu'à l'organe de réception 6. Le chauffage dans le four 20 de la préforme fibreuse 5 peut être tel que la température de la préforme fibreuse 5 soit supérieure ou égale à la température de fusion du polymère thermoplastique de la préforme fibreuse 5.
Le dispositif de préhension 10 est porté par un bras préhenseur d'un robot 21 illustré schématiquement sur la figure 5.
Le procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à partir d'une préforme fibreuse 5 en matériau composite à base de polymère thermoplastique peut comporter les étapes suivantes, décrites en regard de la figure 4. Dans une première étape 25, la préforme fibreuse 5 est chauffé dans le four 20, comme expliqué ci-dessus, de manière à atteindre une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère thermoplastique.
Puis, dans une étape 26, la préforme fibreuse 5 est déplacé depuis le four 20 jusqu'au moule 2 et disposé jusque dans l'organe de réception 6 comme décrit plus haut, à l’aide des moyens de préhension 12 du dispositif de préhension 10, disposés sur la première face 15. Dans une étape 27, le dispositif de préhension 10 est retourné de manière à ce que la deuxième face 16 portant le dispositif de chauffage 13 se trouve face à la préforme fibreuse 5, à proximité de celui-ci. Le dispositif de chauffage 13 permet, alors que le moule 2 est ouvert, de chauffer la préforme fibreuse 5 à nouveau à une température supérieure ou égale à la température de fusion du matériau thermoplastique ou de maintenir la préforme fibreuse 5 à cette température, la température réelle de la préforme fibreuse 5 ayant pu diminuer trop fortement pendant son déplacement depuis le four 20 jusqu’au moule 2. La caméra infrarouge permet de surveiller la température de la préforme fibreuse 5 avant, pendant et/ou après chauffage par le dispositif de chauffage 13. Le système de régulation thermique permet d'atteindre la température souhaitée et de la contrôler.
Ensuite, on retire le dispositif de chauffage 13.
Dans une étape 28, on ferme le moule 2 en déplaçant la première partie 3 et/ou la deuxième partie 4. Le laps de temps entre le retrait du dispositif de chauffage 13 et la fermeture du moule 2 est très court, de préférence inférieur à 4s afin d’assurer que la température de la préforme fibreuse 5 reste à un niveau satisfaisant, notamment afin de permettre d’avoir une interface entre la préforme fibreuse et le polymère ajouté qui soit de qualité, et/ou afin de permettre d’avoir une bonne reproductibilité du procédé de mise en forme.
On réalise alors la mise en forme et/ou l'ajout de matériau polymère au sein du moule 2. Dans l'exemple illustré, les procédés que l'on met en œuvre dans le moule 2 sont un procédé d'estampage suivi d'un surmoulage par injection de matière polymère. Un seul de ces procédés pourrait être mis en œuvre ou d'autres procédés pourraient être mis en œuvre dans le moule 2 sans sortir du cadre de l'invention, par exemple une injection de matériau polymère, par exemple locale.
On a enfin représenté sur la figure 3 un autre mode de réalisation du moule 2 du dispositif de fabrication 1. Dans cet exemple, le dispositif de chauffage 13 et l'organe de préhension 11 sont portés par la même face du dispositif de préhension 10, à savoir la première face 15. L'autre face, la deuxième face 16, est occupée par un autre organe de préhension 30 permettant le retrait de la pièce 31 finie qui était portée par la deuxième partie 4 du moule 2 et fabriquée au cours du cycle précédent. Les moyens de préhension 12 sont alors choisis de manière à être compatibles avec la température de chauffage du dispositif de chauffage. Dans cet exemple, le moule 2, encore appelé presse, est disposé à la verticale, c’est-à-dire que l’axe de déplacement relatif de la première partie 3 et/ou de la deuxième partie 4 est horizontal.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
En particulier, on peut disposer sur l’organe de réception 6 plusieurs préformes fibreuses 5 ou éléments avant de réaliser le chauffage à l’aide du dispositif de chauffage 13.
Dans une variante, le dispositif de préhension 10 comporte trois faces, à savoir une face avec le dispositif de chauffage 13, une face avec l’organe de préhension 30, consistant par exemple en au moins une ventouse, pour la préhension de la pièce P ayant subi la mise en forme et/ou l’ajout de matière, notamment par injection, et une troisième face avec les moyens de préhension 12, consistant par exemple en une pluralité d’aiguilles, pour la préhension de la préforme fibreuse chauffée, donc souple et molle.
Le dispositif de chauffage 13 peut être agencé pour ne chauffer qu’une partie de la préforme fibreuse 5, par exemple en cas d’injection locale de matériau polymère sur la préforme fibreuse 5 à l’aide du moule 2, afin de former la pièce 31. Cela permet alors d’assurer une bonne cohésion de l’interface préforme fibreuse et matériau polymère injecté.
Le dispositif de chauffage peut comporter des éléments de chauffage par induction ou torche d’azote chaud.
Le dispositif de chauffage peut être porté par un châssis pouvant être fixé de manière amovible sur le moule 2.
On a représenté sur la figure 6 un tel exemple. Le moule 2 est illustré avec la première partie 3 fixe et la deuxième partie 4 mobile, fixées respectivement à une partie de presse fixe 40 et une partie de presse mobile 41. Le moule 2 comporte une empreinte de moulage 42. Le dispositif de chauffage 13 est monté sur un châssis amovible 43. Le dispositif de chauffage 13 comporte des lampes à infrarouge 14 et un carter 9 de protection des lampes à infrarouge, porté par un système coulissant 44, vertical dans cet exemple, du châssis amovible 43 pouvant être monté ou descendu comme illustré à l’aide de la double flèche, par exemple à l’aide d’un vérin, notamment pneumatique, monté sur la partie de presse 41. Le carter 9 peut être réalisé en aluminium, avoir des dimensions de 280 * 280 * 62 mm et peser moins de 2kg. Il peut former un cadre pour les lampes à infrarouge 14 qui sont par exemple disposées en rangées, par exemple en trois rangées. Des profilés en aluminium, non visibles dans un souci de clarté du dessin, peuvent supporter le carter 9, de manière à le relier au système coulissant 44. Lorsque la préforme fibreuse 5 doit être chauffée, le moule 2 étant ouvert, le dispositif de chauffage 13 est mis à proximité de la préforme fibreuse 5, comme illustré sur la figure 6, en descendant le système coulissant 44. Lorsque la pré forme fibreuse 5 est à bonne température, le système coulissant 44 est remonté, escamoté, et le dispositif de chauffage 13 est éloigné. Le moule 2 est alors fermé en rapprochant la deuxième partie 4 de la première partie 3, selon un axe horizontal dans cet exemple. Un estampage de la préforme fibreuse 5 est alors effectué, dans cet exemple.

Claims

Revendications
1. Dispositif de fabrication (1), par mise en forme et/ou ajout de matériau polymère notamment par injection, d’une pièce (31) en matériau composite comportant au moins une préforme fibreuse (5) en matériau composite à base de polymère, le dispositif de fabrication (1) comportant :
un moule (2) pour la mise en forme et/ou l’ajout de matériau polymère, comportant des première et seconde parties (3, 4), mobiles l’une par rapport à l’autre pour permettre d’ouvrir ou de fermer le moule (2), un dispositif de chauffage (13) configuré pour chauffer ou maintenir à une température prédéterminée au moins une partie de la préforme fibreuse (5) en place dans le moule (2) ouvert, le dispositif de chauffage (13) étant indépendant ou amovible du moule (2).
2. Dispositif selon la revendication 1, comportant un dispositif de préhension (10) de la préforme fibreuse (5) configuré pour transporter la préforme fibreuse (5), notamment depuis une zone de chauffage, jusqu’au moule (2).
3. Dispositif selon la revendication 2, le dispositif de préhension (10) de la préforme fibreuse (5) portant le dispositif de chauffage (13).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de préhension (10) comporte une première face (15) avec des moyens de préhension, notamment à ventouses ou à aiguilles, et une deuxième face (16), opposée à la première, avec le dispositif de chauffage (13).
5. Dispositif selon la revendication 1, le moule comportant un châssis amovible (43), ledit châssis amovible (43) portant le dispositif de chauffage (13).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage (13) comporte une pluralité de lampes à infrarouge (14).
7. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de chauffage (13) comporte un carter (9) de protection des lampes à infrarouge (14).
8. Dispositif selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel les lampes à infrarouge (14) sont agencées sur le dispositif de chauffage (13) de manière à épouser la forme de la préforme fibreuse (5).
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage (13) comporte un système de régulation thermique configuré pour commander la puissance des lampes à infrarouge (14).
10. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le système de régulation thermique comporte un organe de mesure de température apte à mesurer la température de la préforme fibreuse (5), de préférence une caméra infrarouge ou un pyromètre.
11. Dispositif selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel le système de régulation thermique met en œuvre une régulation de type Proportionnelle Intégrale Dérivée (PID).
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le système de régulation thermique comporte un variateur de tension.
13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un four (20), notamment un four à rayonnement infrarouge, pour chauffer la préforme fibreuse (5) en dehors du moule (2).
14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage (13) comporte un asservissement en température.
15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moule (2) est configuré pour réaliser la mise en forme et/ou l’ajout de matière, notamment l’estampage et/ou le surmoulage par injection de matériau polymère.
16. Procédé de fabrication, par mise en forme et/ou par ajout de matière notamment par injection, d’une pièce (31) en matériau composite à partir d’au moins une préforme fibreuse (5) en matériau composite à base de polymère thermoplastique, au moyen d’un dispositif de fabrication (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :
a) chauffer, à l’aide du dispositif de chauffage (13), au moins une partie dudit au moins une préforme fibreuse (5) en place dans le moule (2) ouvert,
b) retirer le dispositif de chauffage (13),
c) fermer le moule (2), et
d) réaliser la mise en forme et/ou l’ajout de matériau polymère pour fabriquer la pièce (31).
17. Procédé selon la revendication précédente, le dispositif de fabrication (1) comportant un dispositif de préhension (10) dudit au moins une préforme fibreuse (5), le procédé comportant une étape de chauffage dudit au moins une préforme fibreuse (5) dans une zone de chauffage, notamment dans un four (20), en dehors du moule (2), et une étape de déplacement dudit au moins une préforme fibreuse (5) depuis la zone de chauffage jusqu’au moule (2) à l’aide du dispositif de préhension (10).
18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 et 17, le chauffage de la préforme fibreuse (5) à l’étape a) étant tel qu’à la fin de cette étape, ledit au moins une préforme fibreuse (5) est chauffé à une température supérieure ou égale à la température de fusion du polymère thermoplastique.
19. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel l’intervalle de temps entre la fin de l’étape b) de retrait du dispositif de chauffage (13) et l’étape c) de fermeture du moule (2) est inférieur ou égal à 2 s.
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