WO2020249897A1 - Module de découpe pour tête de dépose de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, tête de dépose, robot de dépose et procédé de découpe et procédé de dépose - Google Patents

Module de découpe pour tête de dépose de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, tête de dépose, robot de dépose et procédé de découpe et procédé de dépose Download PDF

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WO2020249897A1
WO2020249897A1 PCT/FR2020/050977 FR2020050977W WO2020249897A1 WO 2020249897 A1 WO2020249897 A1 WO 2020249897A1 FR 2020050977 W FR2020050977 W FR 2020050977W WO 2020249897 A1 WO2020249897 A1 WO 2020249897A1
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WO
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cutting
strip
fibers
fiber
sections
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050977
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English (en)
Inventor
Pavel PERROTEY
Chiemi AVILA MORI
Original Assignee
Carbon Axis
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Carbon Axis filed Critical Carbon Axis
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/01—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work
    • B26D1/04—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a linearly-movable cutting member
    • B26D1/06—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a linearly-movable cutting member wherein the cutting member reciprocates
    • B26D1/08—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a linearly-movable cutting member wherein the cutting member reciprocates of the guillotine type
    • B26D1/085—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a linearly-movable cutting member wherein the cutting member reciprocates of the guillotine type for thin material, e.g. for sheets, strips or the like
    • 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
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    • 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
    • B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
    • B29C70/388—Tape 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
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    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding

Definitions

  • Cutting module for the head for depositing sections of fiber strip for the production of parts in composite materials, the depositing head, the depositing robot and the cutting process and the depositing process.
  • the present invention relates to a fiber application machine for producing parts in composite materials, and more particularly to a fiber application head, also called a draping head, for such a machine.
  • Fiber application machines are known, commonly called fiber placement machines, for the application in contact on a draping tool, such as a male or female mold, of a wide strip, formed of several flat fibers. continuous, of ribbon type, dry or impregnated with thermosetting or thermoplastic resin, in particular with carbon fibers, made up of a multitude of carbon threads or filaments.
  • These machines comprise a system for moving a fiber application head, capable of applying the strip formed on an application surface of the mold, fiber storage means, and means for conveying the fibers of said means of storage to the application head.
  • the fiber application head also called the fiber placement head, conventionally comprises an application roller, also called the compacting roller, intended to come into contact against the mold along a line of contact to apply the strip of fibers, and means for guiding the fibers in the form of a strip on said compacting roller.
  • the displacement system ensures the displacement of the application head in at least three directions perpendicular to each other.
  • the movement system can be formed by a polyarticulated arm of standard six-axis robot type, arranged on the ground or mounted on a linear axis, with an end wrist to which the application head is attached, or by a Cartesian robot of the type gantry equipped with an end wrist carrying the application head.
  • the compaction roller maintains continuous pressure on the application surface of the mold to progressively evacuate the air trapped between the strips of deposited fibers.
  • the resulting part is vacuum hardened by passing through an oven, usually autoclave. This compacting operation during the removal makes it possible to obtain a part before the hardening operation, the dimensions of which correspond substantially to those of the final part obtained after hardening.
  • the fiber placement head further comprises cutting means for individually cutting each fiber upstream of the application roll.
  • the cutting means comprise a flat blade actuated by a linear actuator which is placed opposite a fixed back tool, for example document EP 3192643.
  • the back tool can also be mobile as in document EP 3406429, also operated by a linear actuator.
  • the minimum length of a section of fiber ribbon deposited by a draping head is of the order of 10 cm.
  • the use of such a machine is not possible when the dimensions of the parts to be manufactured are less than 4 cm.
  • a cutting module for a head for laying up sections of strip of fibers for the production of parts in composite materials comprising a guillotine provided with a cutting blade arranged to cut, in a cutting plane, a strip of fibers arranged on a support plane in sections of a strip of fibers.
  • the blade of the guillotine can have an angle of approximately 30 ° with the support plane.
  • the guillotine can be fixed in a rotating cage mounted in rotation around an axis perpendicular to the support plane and has an angle, called the strip cutting angle, formed between the cutting plane and a longitudinal direction of the fiber strip.
  • the tape cutting angle may be is different from 90 °.
  • the strip cutting angle can be controlled in value.
  • the web cutting angle can be selected from the values + 45 ° and -45 °.
  • the cutting module may further include a cavity for discharging sections of strips of fibers.
  • the cutting module may further include blowing means arranged to transport a section of fiber strip from the discharge cavity to a storage area.
  • a head for laying up sections of strip of fibers for the production of parts in composite materials comprising:
  • a feed module arranged to form a strip of fibers from one or more fibers
  • a cutting module according to the first aspect of the invention, or one or more of its improvements, arranged to cut said strip of fibers to form sections of strip of fibers
  • a depositing module designed to deposit said sections of strip of fibers.
  • a draping robot for producing parts in composite materials comprising a draping head according to the second aspect of the invention, or one or more of its improvements.
  • a cutting process for its use within a head for laying up sections of a strip of fibers for the production of a part made of composite materials, comprising a step of cutting the strip. of fibers per guillotine.
  • the strip of fiber to be cut may be formed from a plurality of fibers joined together along their thicknesses.
  • the fiber strip may include at least one fiber strip formed by superimposing at least two fibers.
  • a method of draping by a draping head of fiber strip sections comprising the following steps:
  • a step of feeding a strip of fibers from one or more fibers
  • the invention also proposes a power supply module for a head for laying up sections of fiber strip for the production of part in composite materials, in which the fiber strip comprises at least one strip. of fibers formed by superimposing at least two fibers.
  • the fiber strip may be formed from a plurality of fiber ribbons joined along their thicknesses, each of the fiber ribbons being formed by superimposing at least two fibers.
  • the power supply module can include:
  • a third device for transferring said first and second half-ribbons, at a third point of application to form the band of fibers.
  • the invention also proposes a method of supplying a strip of fibers in the form of a strip for its use within a head for laying up sections of strip of fibers for the production of a part. made of composite materials, comprising a step of forming the ribbon of fibers by superimposing at least two fibers.
  • the invention also proposes a module for depositing on a depositing surface for a lay-up head of sections of strip of fibers for the production of part in composite materials, comprising a section support guide of fibers and, a toothed downstream roller and a toothed upstream roller equipped with a toothed belt arranged to drive a section of fiber arranged on the support guide between the toothed upstream roller up to the toothed downstream roller and deposit the fiber section under pressure on the deposit surface.
  • the toothed belt can be made of an elastomeric material.
  • the depositing module can also include a linear actuator, for example a jack, preferably a pneumatic jack, arranged to move the downstream notched roller between a first and a second position.
  • a linear actuator for example a jack, preferably a pneumatic jack, arranged to move the downstream notched roller between a first and a second position.
  • the invention also proposes a method of depositing by a depositing module for its use within a head for laying up sections of strip of fibers for the production of parts made of composite materials, comprising a step of conveying and depositing under pressure on the depositing surface of a section of fiber strip implemented by a toothed belt.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a fiber layup head according to the invention, presenting in particular a supply module, a cutting module and a depositing module,
  • Figure 2 is another perspective view of the fiber layup head shown in Figure 1, with broken away at the power module,
  • FIG 3 is a perspective view of one embodiment of the fiber feed module of the fiber layup head shown in Figure 1,
  • Figure 4 is a perspective view of one embodiment of the cutting module of the fiber layup head shown in Figure 1, the cutting module having a cutting blade in a high position and disposed perpendicular to the direction. advancement of the fiber,
  • Figure 5 is a perspective view of the cutting module shown in Figure 4, the cutting blade forming a non-right angle with the direction of advancement of the fiber,
  • Figure 6 is a perspective view of the cutting module shown in Figure 5, the cutting blade being in a low position
  • FIG. 7 is a perspective view of the cutting module shown in FIG. 4, in which the counter blade of the cutting blade is retracted,
  • Figure 8 is a side elevational view of the cutting module shown in Figure 4,
  • Figure 9 is a perspective view from below of the cutting module shown in Figure 4,
  • Figure 10 is a schematic illustration in top view of the cutting module shown in Figure 4,
  • Figure 11 is a side elevational view of a detail at the cutting blade of the cutting module of Figure 4,
  • FIG. 12 is a perspective view of one embodiment of the laying module for the fiber layup head shown in FIG. 1. Description of embodiment
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described, subsequently isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient. to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. .
  • FIG. 1 Illustrated in FIG. 1 is an embodiment of a layup head 100, also called the application head, of fiber strip sections according to the invention.
  • the method according to the invention is described at the same time as the device according to the invention.
  • this description relates to carbon fiber, glass fiber, kevlar fiber, flax fiber, polyester fiber, NFPP type fiber (for English Natural Fiber Polypropylene), NFPU type fiber (for the English Natural Fiber Polyurethan), hemp, coconut, bamboo, polymer fiber reinforced with carbon fiber type CFRP (for English Carbon Fiber Reinforced Plastic), CFK type fiber (for the German Carbon-maschineverstarker Kunststoffoff).
  • the layup head comprises a support plate 102, by which said head is intended to be assembled to a displacement system.
  • the draping head successively comprises:
  • a fiber strip feed module 200 arranged to form a strip of fibers in the form of a strip from one or more fibers, supported in a support plane, in the direction of travel X,
  • a cutting module 300 arranged to cut the strip of fibers into a section of strip of fibers
  • a depositing module 400 designed to deposit the section of strip of fibers
  • FIG. 3 An embodiment of a power supply module 200 according to the invention is illustrated in FIG. 3.
  • the fiber web feed module 200 is arranged to form a web of fibers in the form of a ribbon from one or more fibers.
  • the power supply module 200 is arranged to form a strip of fibers B from four fibers F1, F2, F3, F4, with a thickness equal to twice that of one of the fibers entering the modulus and of a width equal to twice that of one of the fibers entering the modulus.
  • a first step to form the band B two of the four fibers, F1 and F2, are superimposed to form a first half-ribbon RI and the other two of the four fibers, F3 and F4, are superimposed to form a second half-ribbon R2.
  • the two half-ribbons R1 and R2 are joined along their thickness to form said band B.
  • the power supply module comprises:
  • a third device for transferring the first and second half-ribbons, respectively RI and R2, at a third point of application to form the strip.
  • the power supply module comprises two columns 202, 204, arranged parallel to each other, suitable to be fixed on the support plate 102.
  • the two columns define a longitudinal direction of the supply module as well as a longitudinal plane in which the axes of revolution of the two columns are inscribed.
  • the power module comprises successively, in the longitudinal direction of the power module:
  • a second stage 230 extending transversely between the column 202 and the column 204,
  • An output module 240 extending transversely between the post 202 and the post 204.
  • the power supply module can include any other device for supporting the input 210, first stage 220, second stage 230 and output 240 modules.
  • the cross section of the columns can be rectangular, preferably rectangular. square.
  • Each of the modules and of the stages has a general U-shape in a plane perpendicular to the support plane, and extends axially in the longitudinal direction. Any other form of module can be considered.
  • two cylinders opening out on either side are bored in the longitudinal direction at each of the ends of the vertical branches of the U.
  • two blind cylinders are bored in the longitudinal direction at each of the ends of the vertical branches of the U.
  • first stage 220, the second stage 230, and the output module 240 are mounted in translation on the posts 202 and 204. This translation is then stopped by a clamping means (not shown) on each of the posts.
  • the columns 202 and 204 are also inserted into the blind cylinders of the input module 210, and are thus stopped in translation by the bottom of the cylinders.
  • the input module 210 has four pulleys 212 214 216 and 218, each mounted around an axis of rotation distinct from the others and perpendicular to the longitudinal plane.
  • the pulleys 212 and 214 receive, respectively, the fibers F1 and F2.
  • the pulleys 216 and 218 receive, respectively, the fibers F3 and F4.
  • the first stage 220 comprises two pulleys 222, 224, each mounted around an axis of rotation distinct from the other and perpendicular to the longitudinal plane.
  • the pulley 222 receives, at the point of application PI (not shown), the fibers F1 and F2 to form the first half-strip RI.
  • the pulley 224 receives, at the point of application P2 (not shown), the fibers F3 and F4 to form the first half-strip RI.
  • the three centers of pulleys 212, 214 and 222 are arranged in the same first plane of travel, parallel to the longitudinal plane.
  • the pulleys 212, 214 and 222 form the first device for transferring the two fibers F1, F2, to the first point of application.
  • the three centers of pulleys 216, 218 and 224 are arranged in the same plane, second travel plane, parallel to the longitudinal plane.
  • the pulleys 216, 218 and 224 form the second device for transferring the two fibers F3, F4, to the second point of application.
  • the second stage 230 also comprises two pulleys 232, 234, each mounted around an axis of rotation distinct from the other and perpendicular to the longitudinal plane.
  • the pulley 232 receives and redirects the half-ribbon RI. Also, the center of the pulley 232 is disposed in the first scroll plane.
  • the pulley 234 receives and redirects the half-ribbon R2. Also, the center of pulley 234 is disposed in the second travel plane.
  • the output module 240 comprises two rollers 242 and 244, arranged to receive the two half-strips R1 and R2, join them along their thickness and form said strip B, at the level of the third application point P3 (not shown) .
  • the centers of the two rollers 242 and 244 are arranged on either side of the strip B in a plane.
  • the supply module could comprise only one output module, supplying the cutting module with a strip of fibers in the form of a ribbon. from one fiber, or from two superimposed fibers, or from two contiguous fibers.
  • FIG. 4 An embodiment of a cutting module 300 according to the invention is illustrated in FIG. 4.
  • the cutting module 300 is arranged to cut the strip of fibers received from the supply module 200 into a section of strip of fibers.
  • the cutting module comprises a fixed part 310 intended to be fixed to the support plate 102 and a movable part 320 in rotation with respect to the fixed part 310 about an axis of rotation Y perpendicular to the support plane of the strip of fibers.
  • the support plane is determined as the plane tangent to the two rollers 242 and 244, and an exit roll 302, also called a stimulus roll.
  • the fixed part 310 comprises a fixing plate 312 adapted to be fixed on the support plate 102 and the stator part 314 of a brushless controlled electric motor adapted to be fixed on the fixing plate 312.
  • the movable part 320 is fixed to the rotor part 322 of the electric motor defined on the Y axis.
  • the movable part 320 further comprises a rotating cage 330 fixed to the movable part 320.
  • the movable part can be driven in an angular position relative to the stator part 314. All the angle values can be selected.
  • a cylinder body 342 of a pneumatic cylinder 340 (reference not shown) is fixed to the rotating cage 330.
  • the rotating cage further comprises an actuator rod 344 (reference not shown) of the actuator 340 on which is mounted a blade holder 352.
  • a blade 354 is mounted on the blade holder 352, in a high position in FIG. 4.
  • the rotating cage further comprising a back blade 356, cooperating with the blade 354.
  • the back blade 356 participates in the indirect guidance of the blade 354, by guiding the blade holder 352.
  • the back blade 356 is also an anvil for the blade 354.
  • the guiding is carried out by a vertical sub part of the counter blade 356.
  • the anvil is produced by a horizontal sub part of the counter blade 356.
  • the blade is tilted at 30 ° to make a guillotine cut rather than a shear cut to allow multiple layers of fiber to be cut from a strip of fibers.
  • the 30 ° angle is preferred at an angle of 45 ° to limit the lateral forces which move the strip of fibers out of its way during cutting.
  • Figure 5 shows the cutting module 300 in a position in which the movable part 320 forms an angle of 45 ° with respect to its arrangement in Figure 4.
  • the backing blade 356 is retractable. Also, it is possible to easily access the cutting blade for a maintenance operation or changing the cutting blade.
  • the rotating cage 330 comprises two discs 332 upstream of the cut to guide the band of fibers through the cutting module. To this end, the two discs face each other, parallel to the support plane and extending on either side of the support plane.
  • a system of two discs 334 perforated with an evacuation cavity 336 make it possible to guide the fiber at the outlet when its length is sufficiently large not to be considered as waste.
  • the two tape guide discs 332 and 334 thus guide the tape to and from the blade 354.
  • the discs 334 and 332 also form against blade and anvil for blade 354.
  • FIG. 9 shows the discharge cavity 336 formed on the disc 334.
  • the waste of shorter length, falls through the cavity to be discharged into a storage area at the bottom. using a blast of compressed air.
  • the air draw can be achieved by the arrival of a compressed air tube connected to a nozzle which channels the air in order to blow the waste which has fallen on a plane under the cavity.
  • This air intake sends the waste into a storage cavity (not shown) fixed to the support plate 102, which storage cavity can be retracted in order to empty the waste.
  • the cutting module could be a conventional guillotine, not comprising means for making the cutting plane pivot relative to the support plane, of which the cutting angle of the cutting blade is 45 ° relative to the support plane, and not including an evacuation cavity.
  • the cutting module comprises the means for making the cutting plane pivot relative to the support plane.
  • the cutting angle of the cutting blade is 30 ° relative to the support plane.
  • the cutting module is provided with a cavity suitable for removing waste in a storage area.
  • the section plane of the guillotine can have at least three configurations: - According to a first configuration, the cutting plane of the cutting blade is perpendicular to the direction of advance of the band of fibers.
  • the cutting plane of the cutting blade rotated by an angle of - 45 ° with respect to the direction of advance of the band of fibers
  • the cutting plane of the cutting blade rotated by an angle of + 45 ° with respect to the direction of advance of the band of fibers
  • the cutting edge of the cutting blade forms an angle with the support plane, for example 45 °, to form a guillotine cut rather than by shearing. It is thus possible to cut several layers of fiber from a strip of fibers.
  • the angle formed between the cutting edge of the cutting blade and the support plane is 30 °, as illustrated in FIG. 11, to limit the lateral forces which shift the strip of fibers out of its way during cutting. chopped off.
  • FIG. 12 There is illustrated in FIG. 12 an embodiment of a depositing module 400 according to the invention.
  • the depositing module 400 is arranged to deposit the section of strip of fibers resulting from the cutting of the fiber by the cutting module 300.
  • the depositing module 400 comprises a compacting roller, intended to come into contact against the mold along a contact line to apply the strip of fibers, and means for guiding the fibers in the form of a strip on said roller. compaction.
  • the roller 402 of the depositing module 400 could be identified with such a compacting roller. Consequently, usually, the length of a section of deposited fiber strip is at least equal to a characteristic distance, projected into the travel plane, between the cutting blade of the cutting module 300 and the point of application of the section. of fiber strip at the level of the compaction roller. Indeed, a section of a shorter length could not be driven and guided up to the level of the contact line. This is inconvenient when it is desired to produce a small part, for example of a size less than 4 cm.
  • One idea to shorten the distance would be to move the cutting module 300 closer to the dispensing module 400. This is not possible for reasons. space, because the cutting module could collide with the surface on which the fiber strip sections are deposited.
  • the dispensing module 400 further comprises:
  • a support guide 404 of fiber section arranged between the cutting module 300 and the roller 402 of the depositing module 400 arranged to support and guide sections of fiber strip of a length less than the characteristic distance between the cutting module 300 and roll 402,
  • toothed belt designates a belt of which at least an inner part is toothed.
  • the outer part corresponding to the driving surface of the toothed belt is smooth or textured in order to reduce the adhesion of the fiber strip on the belt.
  • the coefficient of adhesion between the web of fibers and the laying surface may be greater than the coefficient of adhesion between the web of fibers and the belt.
  • Any flexible material such as elastomer, rubber, or even foam, can be used to form a belt.
  • a section of strip of fibers is conveyed between the belt 408 and a drive roller 410 of small diameter made of elastomeric material which allows the section of strip of fibers to adhere to the belt.
  • the angle between the belt 408 and the surface on which the fiber strip sections are deposited can be about 60 ° in order to allow a relative arrival tangency of the section to the support surface while freeing up space under the support head in order to be able to deposit complex surfaces without collisions.
  • a single belt is used to drive a section
  • the support 404 is formed of a plate arranged to support and guide the section along the belt.
  • the belt is traction driven at the point of application as the drape head moves.
  • support 404 is at least in lateral contact with the belt and is shaped to keep the fiber web aligned.
  • roller 402 at the point of application is mounted on a cylinder 412 to allow pressing on the support surface during application of the fiber web.
  • Roller 406 is pivotally mounted to allow assembly 400 to rotate about the axis of roll 406.
  • Jack 412 can be positioned freely according to the geometry of layup head 100 to apply stress to the roll. the belt resulting in pressure on the depositing surface.
  • the jack 412 acts on the assembly of the layup head 100 and is mounted on a robot.
  • the jack 412 is equipped with a force sensor so as to exert sufficient pressure at the point of application of the fiber strip.
  • a force sensor so as to exert sufficient pressure at the point of application of the fiber strip.

Landscapes

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Abstract

Module de découpe (300) pour tête de drapage (100) de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une guillotine dotée d'une lame de découpe (354) agencée pour découper, dans un plan de découpe, une bande de fibres disposée sur un plan support en tronçons de bande de fibres. La guillotine est fixée dans une cage tournante (330) montée en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan support et présente un angle, dit angle de coupe de la bande, formé entre le plan de découpe et une direction longitudinale de la bande de fibres.

Description

Description
Titre : Module de découpe pour tête de dépose de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, tête de dépose, robot de dépose et procédé de découpe et procédé de dépose.
Domaine technique
La présente invention se rapporte à une machine d'application de fibres pour la réalisation de pièces en matériaux composites, et plus particulièrement une tête d'application de fibres, aussi appelée tête de drapage, pour une telle machine.
État de la technique antérieure
Des machines d'application de fibres sont connues, appelées couramment machines de placement de fibres, pour l'application au contact sur un outillage de drapage, tel qu'un moule mâle ou femelle, d'une bande large, formée de plusieurs fibres plates continues, de type rubans, sèches ou imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique, notamment de fibres de carbone, constituées d'une multitude de fils ou filaments de carbone.
Ces machines comprennent un système de déplacement d'une tête d'application de fibres, apte à appliquer la bande formée sur une surface d'application du moule, des moyens de stockage de fibres, et des moyens d'acheminement des fibres desdits moyens de stockage vers la tête d'application.
La tête d'application de fibres, aussi appelée tête de placement de fibres, comprend classiquement un rouleau d'application, aussi appelé rouleau de compactage, destiné à venir en contact contre le moule selon une ligne de contact pour appliquer la bande de fibres, et des moyens de guidage des fibres sous la forme d'une bande sur ledit rouleau de compactage. Le système de déplacement assure le déplacement de la tête d'application selon au moins trois directions perpendiculaires les unes aux autres. Le système de déplacement peut être formé par un bras polyarticulé de type robot standard six axes, disposé au sol ou monté sur un axe linéaire, avec un poignet d'extrémité auquel est fixée la tête d'application, ou par un robot cartésien de type portique équipé d'un poignet d'extrémité portant la tête d'application. Lors de l'application ou dépose de la bande de fibres, le rouleau de compactage maintient une pression continue sur la surface d'application du moule pour évacuer progressivement l'air emprisonné entre les bandes de fibres déposées. Après application de plusieurs couches de bandes superposées, la pièce résultante est durcie sous vide par passage dans un four, généralement autoclave. Cette opération de compactage lors de la dépose permet d'obtenir une pièce avant opération de durcissement dont les dimensions correspondent sensiblement à celles de la pièce finale obtenue après durcissement.
La tête de placement de fibre comprend en outre des moyens de coupe pour couper individuellement chaque fibre en amont du rouleau d'application. Les moyens de coupe comprennent une lame plane actionnée par un actuateur linéaire qui est disposée en vis-à- vis d'un contre-outil fixe par exemple le document brevet EP 3192643. Le contre-outil peut également être mobile comme dans le document EP 3406429, également actionné par un actuateur linéaire.
Les machines actuelles de dépose de fibre déposent une seule épaisseur de fibre mais utilisent plusieurs fibres en parallèle afin d'augmenter les capacités de dépose de la machine (kg de fibre déposé par heure). Pour déposer sur de grandes surfaces cette technique fonctionne car la dépose de larges bandes de fibre n'est pas contraignante vis à vis des contours à déposer. Lorsque l'on souhaite déposer de petites surfaces à contours complexes, il est nécessaire de réduire le nombre de fibres en parallèle afin de ne pas perdre en détail de dépose. Déposer une seule ou deux fibres en parallèle au lieu de huit où douze réduit fortement la capacité de la machine.
Les machines actuelles de dépose de fibre n'ont pas la capacité de faire de la découpe en angle et se limitent à une coupe perpendiculaire à la fibre. Ceci génère des contours présentant un crénelage qui doit être découpé par la suite pour obtenir la forme désirée.
On connaît par ailleurs les brevets US8327743B2 et US2019/126573 qui présentent plusieurs moyens de coupe disposés avec un angle par rapport à la direction d'avancement de fibres. Ces dispositifs conviennent à découper des fibres espacées entre elles pour former ensuite un contour non perpendiculaire à la direction longitudinale des fibres, qui sera déposé sur la surface de dépose. Ce dispositif nécessite par ailleurs de couper séquentiellement chacune des fibres. A cet effet, il est nécessaire de gérer la coupe en angle de chacune des fibres, et donc de gérer des différences d'avance entre chacune des fibres, ce qui nécessite, pour chacune des fibres, de disposer de moyens de transfert gérés indépendamment les uns des autres, comportant au moins un rouleau d'alimentation du dispositif de coupe et un rouleau de relance du tronçon coupé. Il n'existe pas de machine visant à préformer des contours de quelques centimètres à un mètre, ce qui rend nécessaire une étape de découpe du contour post-dépose pour éliminer ce crénelage.
Il existe un besoin de miniaturisation de telles machines, par exemple en utilisant des robots miniatures, dont l'effecteur, c'est-à-dire la tête de drapage, ne doit pas dépasser une masse prédéterminée, par exemple une masse de 10 kg.
Par ailleurs, à l'heure actuelle, la longueur minimale d'un tronçon de ruban de fibres déposé par une tête de drapage est de l'ordre de 10 cm. L'utilisation de telle machine n'est pas possible lorsque les dimensions des pièces à fabriquer sont inférieures à 4 cm.
Exposé de l'invention
Un but de l'invention est notamment de remédier à tout ou partie des inconvénients précités. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé module de découpe pour tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une guillotine dotée d'une lame de découpe agencée pour découper, dans un plan de découpe, une bande de fibres disposée sur un plan support en tronçons de bande de fibres.
La lame de la guillotine peut présenter un angle d'environ de 30° avec le plan support.
La guillotine peut être fixée dans une cage tournante montée en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan support et présente un angle, dit angle de coupe de la bande, formé entre le plan de découpe et une direction longitudinale de la bande de fibres. L'angle de coupe de bande peut être est différent de 90°. L'angle de découpe de bande peut être piloté en valeur. L'angle de coupe de bande peut être sélectionné parmi les valeurs +45° et -45°.
Le module de découpe peut en outre comporter une cavité d'évacuation de tronçons de bandes de fibres.
Le module de découpe peut en outre comporter des moyens de soufflage agencés pour transporter un tronçon de bande de fibre depuis la cavité d'évacuation vers une zone de stockage.
Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé une tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant :
— un module d'alimentation agencé pour former une bande de fibres à partir d'une ou plusieurs fibres, — un module de découpe selon le premier aspect de l'invention, ou l'un ou plusieurs de ses perfectionnements, agencé pour découper ladite bande de fibres pour former des tronçons de bande de fibres,
— un module de dépose, agencé pour déposer lesdits tronçons de bande de fibres.
Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé un robot de drapage pour la réalisation de pièce en matériaux composites comportant une tête de drapage selon le deuxième aspect de l'invention, ou l'un ou plusieurs de ses perfectionnements.
Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de découpe pour son utilisation au sein d'une tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une étape de découpe de la bande de fibres par guillotine.
La bande de fibre à découper peut être formée à partir d'une pluralité de fibres accolées le long de leurs épaisseurs.
La bande de fibre peut comporter au moins un ruban de fibres formé par superposition d'au moins deux fibres.
Selon un cinquième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de drapage par une tête de drapage de tronçons de bande de fibres, comportant les étapes suivantes :
— une étape d'alimentation en bande de fibres à partir d'une ou plusieurs fibres,
— une étape de découpe de ladite bande de fibres conforme au procédé selon le quatrième aspect de l'invention, ou l'un ou plusieurs de ses perfectionnements pour former des tronçons de bande de fibres,
— une étape de dépose desdits tronçons de bande de fibres.
Alternativement, ou en complément de ce qui précède, l'invention propose aussi un module d'alimentation pour tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, dans lequel la bande de fibre comporte au moins un ruban de fibres formé par superposition d'au moins deux fibres.
La bande de fibre peut être formée à partir d'une pluralité de rubans de fibres accolés le long de leurs épaisseurs, chacun des rubans de fibre étant formé par superposition d'au moins deux fibres. Le module d'alimentation peut comporter :
— un premier dispositif de transfert d'au moins deux fibres, en un premier point d'application au niveau duquel lesdites au moins deux fibres sont superposées pour former un premier demi-ruban,
— un deuxième dispositif de transfert d'au moins deux autres fibres, en un deuxième point d'application au niveau duquel lesdites au moins deux autres fibres sont superposées pour former un deuxième demi-ruban,
— un troisième dispositif de transfert desdits premier et deuxième demi-rubans, au niveau d'un troisième point d'application pour former la bande de fibres.
Alternativement, ou en complément de ce qui précède, l'invention propose aussi un procédé d'alimentation en bande de fibres sous forme de ruban pour son utilisation au sein d'une tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une étape de formation du ruban de fibres par superposition d'au moins deux fibres.
Alternativement, ou en complément de ce qui précède, l'invention propose aussi un module de dépose sur une surface de dépose pour tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant un guide support de tronçon de fibres et, un rouleau aval cranté et un rouleau amont cranté équipés d'une courroie crantée agencée pour entraîner un tronçon de fibre disposé sur le guide support entre depuis le rouleau amont cranté jusqu'au rouleau aval cranté et déposer sous pression le tronçon de fibre sur la surface de dépose.
La courroie crantée peut être en matériau élastomère.
Le module de dépose peut en outre comporter un actuateur linéaire, par exemple un vérin, de préférence un vérin pneumatique, agencé pour déplacer le rouleau aval cranté entre une première et une deuxième position.
Alternativement, ou en complément de ce qui précède, l'invention propose aussi un procédé de dépose par un module de dépose pour son utilisation au sein d'une tête de drapage de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une étape d'acheminement et de dépose sous pression sur la surface de dépose d'un tronçon de bande de fibre mise en œuvre par une courroie crantée. Description des figures
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une tête de drapage de fibre selon l'invention, présentant notamment un module d'alimentation, un module de découpe et un module de dépose,
La figure 2 est une autre vue en perspective de la tête de drapage de fibre représentée sur la Figure 1, avec arraché au niveau du module d'alimentation,
La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du module d'alimentation en fibre de la tête de drapage de fibre représentée sur la Figure 1,
La figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du module de découpe de la tête de drapage de fibre représentée sur la Figure 1, le module de découpe présentant une lame de découpe dans une position haute et disposée perpendiculairement à la direction d'avancement de la fibre,
La figure 5 est une vue en perspective du module de découpe représenté sur la Figure 4, la lame de découpe formant un angle non droit avec la direction d'avancement de la fibre,
La figure 6 est une vue en perspective du module de découpe représenté sur la Figure 5, la lame de découpe étant dans une position basse,
La figure 7 est une vue en perspective du module de découpe représenté sur la Figure 4, dans lequel la contre lame de la lame de découpe est escamotée,
La figure 8 est une vue latérale en élévation du module de découpe représenté sur la Figure 4,
La figure 9 est une vue en perspective de dessous du module de découpe représenté sur la Figure 4,
La figure 10 est une illustration schématique en vue de dessus du module de découpe représenté sur la Figure 4,
La figure 11 est une vue latérale en élévation d'un détail au niveau de la lame de découpe du module de découpe de la Figure 4,
La figure 12 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du module de dépose de la tête de drapage de fibre représentée sur la Figure 1. Description de mode de réalisation
Les modes de réalisation décrits ci-après n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Sur les figures, un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence.
Il est illustré sur la Figure 1 un mode de réalisation d'une tête de drapage 100, aussi dite tête d'application, de tronçons de bande de fibres selon l'invention. Le procédé selon l'invention est décrit en même temps que le dispositif selon l'invention.
Par fibre, la présente description vise de la fibre de carbone, de la fibre de verre, de la fibre de kevlar, de la fibre de lin, de la fibre de polyester, de la fibre de type NFPP (pour l'anglais Natural Fiber Polypropylen), de la fibre de type NFPU (pour l'anglais Natural Fiber Polyurethan), du chanvre, de la coco, de bambou, de la fibre de polymère renforcé de fibre de carbone de type CFRP (pour l'anglais Carbon Fiber Reinforced Plastic), de la fibre de type CFK (pour l'allemand Carbon-faserverstarker Kunstoff).
La tête de drapage comporte une platine support 102, par laquelle ladite tête est destinée à être assemblée à un système de déplacement.
Selon une direction X de défilement de fibres, la tête de drapage comporte successivement :
— un module d'alimentation 200 en bande de fibres agencé pour former une bande de fibres sous forme de ruban à partir d'une ou plusieurs fibres, supporté selon un plan support, selon la direction de défilement X,
— un module de découpe 300, agencé pour découper la bande de fibres en tronçon de bande de fibres,
— un module de dépose 400, agencé pour déposer le tronçon de bande de fibres
résultant de la découpe de la fibre par le module de découpe 300. Description du module d'alimentation
Il est illustré sur la Figure 3 un mode de réalisation d'un module d'alimentation 200 selon l'invention.
Comme énoncé plus haut, le module d'alimentation 200 en bande de fibres est agencé pour former une bande de fibres sous forme de ruban à partir d'une ou plusieurs fibres.
Selon l'exemple représenté le module d'alimentation 200 est agencé pour former une bande de fibres B à partir de quatre fibres Fl, F2, F3, F4, d'une épaisseur égale à deux fois celle d'une des fibres entrant dans le module et d'une largeur égale à deux fois celle d'une des fibres entrant dans le module.
Selon une première étape pour former la bande B, deux des quatre fibres, Fl et F2, sont superposées pour former un premier demi-ruban RI et les deux autres des quatre fibres, F3 et F4, sont superposées pour former un deuxième demi-ruban R2.
Selon une deuxième étape pour former la bande B, les deux demi-rubans RI et R2 sont accolés le long de leur épaisseur pour former ladite bande B.
A cet effet, le module d'alimentation comporte :
— un premier dispositif de transfert desdites deux fibres Fl, F2, en un premier point d'application au niveau duquel elles sont superposées pour former le premier demi- ruban RI,
— un deuxième dispositif de transfert desdites deux autres fibres F3, F4, en un deuxième point d'application au niveau duquel elles sont superposées pour former le deuxième demi-ruban R2,
— un troisième dispositif de transfert des premier et deuxième demi-rubans, respectivement RI et R2, au niveau d'un troisième point d'application pour former la bande.
A cet effet, le module d'alimentation comporte deux colonnettes 202, 204, disposées parallèlement entre elles, convenant à être fixées sur la platine support 102.
Les deux colonnettes définissent une direction longitudinale du module d'alimentation ainsi qu'un plan longitudinal dans lequel s'inscrit les axes de révolution des deux colonnettes.
Le module d'alimentation comporte successivement, selon la direction longitudinale du module d'alimentation :
— un module d'entrée 210 s'étendant transversalement entre la colonnette 202 et la colonnette 204, — un premier étage 220 s'étendant transversalement entre la colonnette 202 et la colonnette 204,
— un deuxième étage 230 s'étendant transversalement entre la colonnette 202 et la colonnette 204,
— un module de sortie 240 s'étendant transversalement entre la colonnette 202 et la colonnette 204.
Bien entendu, le module d'alimentation peut comprendre tout autre dispositif de support des modules d'entrée 210, de premier étage 220, de deuxième étage 230 et de sortie 240. Par exemple, la section transverse des colonnettes peut être rectangulaire, de préférence carrée. Chacun des modules et des étages présente une forme générale en U dans un plan perpendiculaire au plan support, et s'étend axialement selon la direction longitudinale. Toute autre forme de module peut être envisagée.
Au niveau du module de sortie, du deuxième étage et du premier étage, deux cylindres débouchant de part et d'autre sont alésés selon la direction longitudinale au niveau de chacune des extrémités des branches verticales du U.
Au niveau du module d'entrée, deux cylindres borgnes sont alésés selon la direction longitudinale au niveau de chacune des extrémités des branches verticales du U.
Ainsi, le premier étage 220, le deuxième étage 230, et le module de sortie 240 sont montés en translation sur les colonnettes 202 et 204. Cette translation est ensuite arrêtée par un moyen de serrage (non représenté) sur chacune des colonnettes.
Les colonnettes 202 et 204 sont également insérées dans les cylindres borgnes du module d'entrée 210, et sont ainsi arrêtées en translation par le fond des cylindres.
Le module d'entrée 210 présente quatre poulies 212 214 216 et 218, chacune montée autour d'un axe de rotation distinct des autres et perpendiculaire au plan longitudinal.
En fonctionnement, les poulies 212 et 214 reçoivent, respectivement, les fibres Fl et F2.
En fonctionnement, les poulies 216 et 218 reçoivent, respectivement, les fibres F3 et F4.
Le premier étage 220 comporte 2 poulies 222, 224, chacune montée autour d'un axe de rotation distinct de l'autre et perpendiculaire au plan longitudinal.
En fonctionnement, la poulie 222 reçoit, au niveau du point d'application PI (non représenté), les fibres Fl et F2 pour former le premier demi-ruban RI.
En fonctionnement, la poulie 224 reçoit, au niveau du point d'application P2 (non représenté), les fibres F3 et F4 pour former le premier demi-ruban RI. A cet effet les trois centres des poulies 212, 214 et 222 sont disposés dans un même plan premier plan de défilement, parallèle au plan longitudinal.
Les poulies 212, 214 et 222 forment le premier dispositif de transfert des deux fibres Fl, F2, au premier point d'application.
De la même manière, les trois centres des poulies 216, 218 et 224 sont disposés dans un même plan deuxième plan de défilement, parallèle au plan longitudinal.
Les poulies 216, 218 et 224 forment le deuxième dispositif de transfert des deux fibres F3, F4, au deuxième point d'application.
Le deuxième étage 230 comporte également deux poulies 232, 234, chacune montée autour d'un axe de rotation distinct de l'autre et perpendiculaire au plan longitudinal.
En fonctionnement, la poulie 232 reçoit et redirige le demi-ruban RI. Aussi, le centre de la poulie 232 est disposé dans le premier plan de défilement.
En fonctionnement, la poulie 234 reçoit et redirige le demi-ruban R2. Aussi, le centre de la poulie 234 est disposé dans le deuxième plan de défilement.
Le module de sortie 240 comporte deux rouleaux 242 et 244, agencés pour recevoir les deux demi-ruban RI et R2, les accoler le long de leur épaisseur et former ladite bande B, au niveau du troisième point d'application P3 (non représenté).
A cet effet, les centres des deux rouleaux 242 et 244 sont disposés de part et d'autre de la bande B dans un plan.
Selon une variante d'un mode de réalisation d'une tête de drapage selon l'invention, le module d'alimentation pourrait ne comporter qu'un seul module de sortie, alimentant le module de découpe avec une bande de fibres sous forme de ruban à partir d'une fibre, ou de deux fibres superposées, ou encore de deux fibres accolées.
Description du module de découpe
Il est illustré sur la Figure 4 un mode de réalisation d'un module de découpe 300 selon l'invention.
Comme énoncé plus haut, le module de découpe 300 est agencé pour découper la bande de fibres reçue du module d'alimentation 200 en tronçon de bande de fibres.
Le module de découpe comporte une partie fixe 310 destinée à être fixée à la platine support 102 et une partie mobile 320 en rotation par rapport à la partie fixe 310 autour d'un axe de rotation Y perpendiculaire au plan support de la bande de fibres. Dans l'exemple représenté, le plan support est déterminé comme le plan tangent aux deux rouleaux 242 et 244, et un rouleau de sortie 302, aussi appelé rouleau de relance.
Plus précisément la partie fixe 310 comporte une platine de fixation 312 adaptée pour être fixée sur la platine de support 102 et la partie statorique 314 d'un moteur électrique commandé brushless adaptée pour être fixée sur la platine de fixation 312.
La partie mobile 320 est fixée à la partie rotorique 322 du moteur électrique défini l'axe Y.
La partie mobile 320 comporte en outre une cage tournante 330 fixée sur la partie mobile 320. Ainsi, la partie mobile peut être pilotée en position angulaire par rapport à la partie statorique 314. Toutes les valeurs d'angles peuvent être sélectionnées.
Un corps de vérin 342 d'un vérin pneumatique 340 (référence non représentée) est fixé sur la cage tournante 330.
La cage tournante comporte en outre une tige de vérin 344 (référence non représentée) du vérin 340 sur laquelle est monté un porte lame 352. Une lame 354 est montée sur le porte lame 352, dans une position haute sur la figure 4.
La cage tournante comportant en outre une contre lame 356, coopérant avec la lame 354. La contre lame 356 participe au guidage indirect de la lame 354, par guidage du porte lame 352. La contre lame 356 est également une enclume pour la lame 354. Le guidage est réalisé par une sous partie verticale de la contre lame 356. L'enclume est réalisée par une sous partie horizontale de la contre lame 356.
La lame est inclinée à 30° afin de faire une coupe par guillotine plutôt que par cisaillement pour permettre de couper plusieurs épaisseurs de fibre dans une bande de fibres. L'angle de 30° est préféré à un angle de 45° pour limiter les efforts latéraux qui viennent décaler la bande de fibres hors de son chemin lors de la coupe.
La figure 5 représente le module de découpe 300 dans une position dans laquelle la partie mobile 320 forme un angle de 45° par rapport à sa disposition sur la figure 4.
Les mêmes éléments sont encore représentés sur la figure 6, le porte lame 352 et la lame 354 étant représentés en position basse.
Comme cela est plus visible sur la figure 7, la contre lame 356 est escamotable. Aussi, il est possible d'accéder facilement à la lame de coupe pour une opération de maintenance ou de changement de la lame de coupe.
En référence à la figure 8, la cage tournante 330 comporte deux disques 332 en amont de la coupe pour guider la bande de fibres à travers le module de découpe. A cet effet, les deux disques se font face, parallèles au plan support et s'étendant de part et d'autre du plan support.
En sortie de guillotine, un système de deux disques 334 ajourés d'une cavité d'évacuation 336 permettent de guider la fibre en sortie lorsque sa longueur est suffisamment grande pour ne pas être considérée comme un déchet.
Les deux disques 332 et 334 de guidage de bande guident ainsi la bande vers et depuis la la lame 354.
Les disques 334 et 332 forment également contre lame et enclume pour la lame 354.
Cela peut être mieux compris en observant la figure 9, qui présente la cavité d'évacuation 336 formée sur le disque 334. Les déchets, de plus courte longueur, eux tombent à travers la cavité pour être évacués dans une zone de stockage à l'aide d'un puise d'air comprimé. Le puise d'air peut être réalisé par l'arrivée d'un tube d'air comprimé relié à une buse qui vient canaliser l'air afin de souffler les déchets qui sont tombés sur un plan sous la cavité. Ce puise d'air envoie les déchets dans une cavité de stockage (non représentée) fixée sur la platine support 102, cavité de stockage qui peut être escamotée afin de vider les déchets.
Selon une première variante d'un mode de réalisation d'une tête de drapage selon l'invention, le module de découpe pourrait être une guillotine classique, ne comportant pas de moyens de faire pivoter le plan de coupe par rapport au plan support, dont l'angle de coupe de la lame de coupe est de 45° par rapport au plan support, et ne comportant pas de cavité d'évacuation. Selon une deuxième variante, uniquement décrite pour ses différences avec la première variante, le module de découpe comprend les moyens de faire pivoter le plan de coupe par rapport au plan support.
Selon une troisième variante, uniquement décrite pour ses différences avec la première variante, et éventuellement combinable avec la deuxième variante, l'angle de coupe de la lame de coupe est de 30° par rapport au plan support.
Selon une quatrième variante, uniquement décrite pour ses différences avec la première variante, et éventuellement combinable avec la deuxième et/ou la troisième variante, le module de découpe est doté d'une cavité convenant à évacuer les déchets dans une zone de stockage.
En référence à la figure 10, on observe que le plan de coupe de la guillotine peut présenter au moins trois configurations : — selon une première configuration, le plan de coupe de la lame de coupe est perpendiculaire à la direction d'avancement de la bande de fibres.
— selon une deuxième configuration, le plan de coupe de la lame de coupe tournée d'un angle de - 45 ° par rapport à la direction d'avancement de la bande de fibres,
— selon une troisième configuration, le plan de coupe de la lame de coupe tournée d'un angle de + 45 ° par rapport à la direction d'avancement de la bande de fibres,
En référence à la figure 11, on observe que le tranchant de la lame de coupe forme un angle avec le plan support, par exemple de 45 °, pour former une coupe par guillotine plutôt que par cisaillement. Il est ainsi possible de couper plusieurs épaisseurs de fibre dans une bande de fibres. De préférence, l'angle formé entre le tranchant de la lame de coupe et le plan support est de 30°, comme illustré sur la Figure 11, pour limiter les efforts latéraux qui viennent décaler la bande de fibres hors de son chemin lors de la coupe.
Description du module de dépose
Il est illustré sur la Figure 12 un mode de réalisation d'un module de dépose 400 selon l'invention.
Comme énoncé plus haut, le module de dépose 400 est agencé pour déposer le tronçon de bande de fibres résultant de la découpe de la fibre par le module de découpe 300.
Usuellement, le module de dépose 400 comprend un rouleau de compactage, destiné à venir en contact contre le moule selon une ligne de contact pour appliquer la bande de fibres, et des moyens de guidage des fibres sous la forme d'une bande sur ledit rouleau de compactage. Le rouleau 402 du module de dépose 400 pourrait être identifié avec un tel rouleau de compactage. En conséquence, usuellement, la longueur d'un tronçon de bande de fibres déposé est au minimum égale à une distance caractéristique, projetée dans le plan de défilement, entre la lame de découpe du module de découpe 300 et le point d'application du tronçon de bande de fibres au niveau du rouleau de compactage. En effet, un tronçon d'une longueur inférieure ne pourrait pas être entraîné et guidé jusqu'au niveau de la ligne de contact. Cela est gênant lorsque l'on souhaite réaliser de petite pièce, par exemple de taille inférieure à 4 cm.
Une idée pour raccourcir la distance serait de déplacer le module de découpe 300 pour le rapprocher du module de dépose 400. Cela n'est pas possible pour des raisons d'encombrements, car le module de découpe pourrait entrer en collision avec la surface sur laquelle les tronçons de bande de fibres sont déposés.
A cet effet, le module de dépose 400 comporte en outre :
— un guide support 404 de tronçon de fibres disposé entre le module de découpe 300 et le rouleau 402 du module de dépose 400 agencé pour supporter et guider des tronçons de bande de fibres d'une longueur inférieure à la distance caractéristique entre le module de découpe 300 et le rouleau 402,
— un deuxième rouleau 406, qui est cranté, agencé pour recevoir une courroie crantée 408 en matériau élastomère et coopérer avec le rouleau 402 qui est un rouleau cranté de sorte que la courroie 408 soit tendue entre les rouleaux 402 et 406.
Par courroie crantée, la présente description désigne une courroie dont au moins une partie intérieure est crantée.
Dans la présente description, la partie extérieure correspondant à la surface d'entraînement de la courroie crantée, est lisse ou texturée afin de réduire l'adhérence de la bande de fibre sur la courroie. Lorsque la bande de fibre est texturée, le coefficient d'adhérence entre la bande de fibres et la surface de dépose peut être supérieur au coefficient d'adhérence entre la bande de fibres et la courroie.
Tout matériaux flexible, type élastomère, caoutchouc, voir même mousse, peut être utilisé pour former une courroie.
En entrée de courroie 408, un tronçon de bande de fibres est acheminé entre la courroie 408 et un rouleau entraîneur 410 de petit diamètre en matériau élastomère qui permet au tronçon de bande de fibres d'adhérer à la courroie.
L'angle entre la courroie 408 et la surface sur laquelle sont déposés les tronçons de bande de fibres peut être d'environ 60° afin de permettre une relative tangence d'arrivée du tronçon à la surface support tout en libérant de l'espace sous la tête de support afin de pouvoir déposer des surfaces complexes sans collisions.
Il est usuellement utilisé de convoyer les tronçons via deux courroies face à face ayant un sens de direction opposé, devant être motorisées la plupart du temps.
Par souci de compacité, une seule courroie est utilisée pour entraîner un tronçon, et le support 404 est formé d'une plaque agencée pour supporter et guider le tronçon le long de la courroie.
La courroie est entraînée par adhérence au niveau du point d'application lors du déplacement de la tête de drapage. Pour s'assurer de l'alignement de la bande de fibre sur la courroie, le support 404 est au moins en contact latéral avec la courroie et présente une forme permettant de garder la bande de fibre alignée.
Le rouleau 402 au niveau du point d'application est monté sur un vérin 412 pour permettre de presser sur la surface support lors de l'application de la bande de fibre. Le rouleau 406 est monté sur pivot pour permettre à l'ensemble 400 de tourner autour de l'axe du rouleau 406. Le vérin 412 peut être positionné librement en fonction de la géométrie de la tête de drapage 100 afin d'appliquer un effort sur la courroie résultant en une pression sur la surface de dépose.
En variante, le vérin 412 agit sur l'ensemble de la tête de drapage 100 et est monté sur un robot.
Selon une autre variante, le vérin 412 est équipé d'un capteur d'effort de sorte à exercer une pression suffisante au niveau du point d'application de la bande de fibre. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

Revendications
1. Module de découpe (300) pour tête de drapage (100) de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une guillotine dotée d'une lame de découpe (354) agencée pour découper, dans un plan de découpe, une bande de fibres disposée sur un plan support en tronçons de bande de fibres caractérisé en ce que,
la guillotine est fixée dans une cage tournante (330) montée en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan support et présente un angle, dit angle de coupe de la bande, formé entre le plan de découpe et une direction longitudinale de la bande de fibres.
2. Module de découpe (300), dans lequel la cage tournante (330) est dotée d'un système de contre-lame et/ou d'une enclume.
3. Module de découpe selon la revendication précédente, comportant deux disques (332, 334) de guidage de bande agencés pour guider la bande vers et depuis la lame (354), les deux disques étant montés sur la cage tournante (330) et formant contre lame et enclume pour la lame de découpe (354).
4. Module de découpe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la lame de la guillotine présente un angle d'environ de 30° avec le plan support.
5. Module de découpe selon la revendication précédente, dans lequel l'angle de coupe de la bande est différent de 90°.
6. Module de découpe selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'angle de découpe de bande est piloté en valeur.
7. Module de découpe selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'angle de coupe de bande peut être sélectionné parmi les valeurs +45° et -45°.
8. Module de découpe selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre une cavité d'évacuation (336) de tronçons de bandes de fibres.
9. Module de découpe selon la revendication précédente, dans lequel la cavité d'évacuation (336) est formée sur un disque (334) de guidage de bande agencé pour guider la bande vers et depuis la lame (354),
10. Module de découpe selon la revendication précédente, comportant en outre des moyens de soufflage agencés pour transporter un tronçon de bande de fibre depuis la cavité d'évacuation (336) vers une zone de stockage.
11. Tête de drapage (100) de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant :
— un module d'alimentation (200) agencé pour former une bande de fibres à partir d'une ou plusieurs fibres,
— un module de découpe (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencé pour découper ladite bande de fibres pour former des tronçons de bande de fibres,
— un module de dépose (400), agencé pour déposer lesdits tronçons de bande de fibres.
12. Robot de drapage pour la réalisation de pièce en matériaux composites comportant une tête de drapage selon la revendication précédente.
13. Procédé de découpe (300) pour son utilisation au sein d'une tête de drapage (100) de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, comportant une étape de découpe de la bande de fibres par la lame (354).
14. Procédé de découpe selon la revendication précédente, dans lequel la bande de fibre à découper est formée à partir d'une pluralité de fibres accolées le long de leurs épaisseurs.
15. Procédé de découpe selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la bande de fibre comporte au moins un ruban de fibres formé par superposition d'au moins deux fibres.
16. Procédé de drapage par une tête de drapage de tronçons de bande de fibres, comportant les étapes suivantes :
— une étape d'alimentation en bande de fibres à partir d'une ou plusieurs fibres,
— une étape de découpe de ladite bande de fibres conforme au procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 pour former des tronçons de bande de fibres,
— une étape de dépose desdits tronçons de bande de fibres.
PCT/FR2020/050977 2019-06-11 2020-06-09 Module de découpe pour tête de dépose de tronçons de bande de fibres pour la réalisation de pièce en matériaux composites, tête de dépose, robot de dépose et procédé de découpe et procédé de dépose WO2020249897A1 (fr)

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