WO2025003620A1 - Procédé d'assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté - Google Patents

Procédé d'assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté Download PDF

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welding
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sonotrode
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Issam HRAZMI
Killian BEURET
Laurent BRODARD
Armel Mbiakop Ngassa
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
    • B64G1/2221—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state characterised by the manner of deployment
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2022/00—Hollow articles
    • B29L2022/02—Inflatable articles

Definitions

  • TITLE Method for assembling biaxially oriented polyethylene terephthalate strips
  • the present invention relates to the field of deorbiting space debris, more precisely to such deorbiting from a deployable kit comprising an inflatable structure and a net, and, more particularly still, to a method of assembling MylarTM strips for the manufacture of such an inflatable structure.
  • the INSIDeR (Innovative Net & Space Inflatable structure for active Debris Removal) system aims to safely deorbit space debris of different sizes.
  • This system is a kit comprising a flexible net with high mechanical resistance serving as a capture system capable of capturing large objects and adapting to different debris morphologies and their tumbling speed and a tubular inflatable structure supporting said net serving as a net deployment system and ensuring the control and damping of debris movement.
  • the inflatable structure comprises an assembly of sections, notably tubular, composed of sheets of biaxially oriented polyethylene terephthalate (BOPET) also commonly called MylarTM.
  • BOPET biaxially oriented polyethylene terephthalate
  • Inflatable MylarTM structures intended to be sent into space are known from the prior art and are assembled by gluing. However, gluing does not allow for a long-term resistant assembly and there is thus a risk of delamination.
  • An aim of the invention is to enable the assembly of sections of an inflatable structure of a deployable kit for capturing space debris which makes it possible to obtain an inflatable structure which is resistant over the long term for use in space, preferably at least ten years, more preferably at least twenty years.
  • An aim of the invention is therefore to enable the production of an inflatable structure which has good mechanical strength at very high inflation pressures, preferably at around 2 x 10 6 Pa (20 bar).
  • Another aim of the invention is to enable the production of an inflatable structure which is watertight and continuous, that is to say made of a single material.
  • a method of assembling a first strip of biaxially oriented polyethylene terephthalate and a second strip of biaxially oriented polyethylene terephthalate for the manufacture of an inflatable structure of a deployable kit for capturing space debris comprising the steps of: a) arranging a stack of the first strip and the second strip on a bearing face of an anvil, b) applying a sonotrode to compress said stack between a welding face of the sonotrode and the bearing face of the anvil, c) welding the first and second strips by emitting ultrasound through the stack by the sonotrode.
  • - welding is carried out by performing a relative movement between the sonotrode and the stack;
  • the method comprises a step a1) prior to step b) of arranging a filler material between the first strip and the second strip, said filler material melting at least partially during welding;
  • the filler material is linear polyester, preferably polyethylene terephthalate and even more preferably biaxially oriented polyethylene terephthalate;
  • the first strip and the second strip are parts of different biaxially oriented polyethylene terephthalate sheets
  • the first strip and the second strip are parts of the same sheet of biaxially oriented polyethylene terephthalate;
  • a method for manufacturing an inflatable structure of a deployable kit for capturing space debris comprising the steps of: i) assembling a first strip of biaxially oriented polyethylene terephthalate and a second strip of biaxially oriented polyethylene terephthalate by implementing the method as described above so as to form an assembly of biaxially oriented polyethylene terephthalate, ii) winding the assembly produced in step i) so as to cover a first edge of the assembly with a second edge of the assembly so as to form a tube, iii) assembling the first edge and the second edge by implementing the method as described above.
  • the weld made in step i) is a shear weld and the weld made in step iii) is a peel or shear weld.
  • a system for implementing the method as described above comprising:
  • anvil having a support face arranged opposite the welding face of the sonotrode.
  • the support face of the anvil and/or the welding face of the sonotrode have hollow areas and protruding areas;
  • an inflatable structure of a deployable kit for capturing space debris comprising a first strip of biaxially oriented polyethylene terephthalate and a second strip of biaxially oriented polyethylene terephthalate assembled by welding, characterized in that the inflatable structure is capable of being inflated up to 2 x 10 6 Pa (20 bars).
  • said welding is carried out by emitting ultrasound through a stack of said strips.
  • Figure 1 shows a deployable kit
  • Figure 2 illustrates a set of assembled sections rolled up on itself and shear welded
  • Figure 3 illustrates a system for assembling biaxially oriented polyethylene terephthalate strips
  • Figure 4 shows strips of shear welded sections
  • Figure 5 shows the steps of a manufacturing process for an inflatable structure
  • Figure 6 illustrates a system for joining biaxially oriented polyethylene terephthalate strips during a welding step
  • Figure 7 shows strips of welded sections in peel
  • Figure 8 illustrates a set of assembled sections rolled up on itself and welded in peel
  • Figure 9 illustrates a system for joining biaxially oriented polyethylene terephthalate strips during an edge welding step of a set of sections.
  • a deployable kit 100 is provided for capturing space debris.
  • the deployable kit 100 comprises an inflatable structure 1 and advantageously a net 2.
  • the deployable kit 100 is suitable for being deployed in space in order to capture space debris such as decommissioned satellites.
  • the inflatable structure 1 Before using the kit 100, it is necessary to inflate the inflatable structure 1.
  • the inflatable structure 1 is suitable for being inflated up to 2 x 10 6 Pa (20 bars). This pressure ensures that the inflatable structure 1 remains inflated in space.
  • the inflatable structure 1 is composed of a plurality of sections 10. These sections 10 are made of biaxially oriented polyethylene terephthalate (BOPET) also commonly called MylarTM. This material is suitable for the temperature and pressure constraints to which the inflatable structure is subjected in space.
  • BOPET biaxially oriented polyethylene terephthalate
  • the inflatable structure 1 comprises a plurality of assembled sections 10.
  • Figure 2 illustrates a portion of the inflatable structure 1 comprising two assembled sections 10a, 10b.
  • the manufacture of the inflatable structure 1 notably comprises the assembly of the sections 10 together by welding.
  • the assembly of the sections 10 by welding instead of gluing in fact makes it possible to obtain an inflatable structure 1 that is more resistant to temperature and pressure constraints in space, including as the structure ages.
  • a method of manufacturing an inflatable structure 1, a method and a system 6 for assembling strips of biaxially oriented polyethylene terephthalate for the manufacture of an inflatable structure 1 will thus be described.
  • the system 6 comprises an anvil 3, a sonotrode 4 and an ultrasonic generator.
  • the anvil 3 is typically an anvil used during welding operations, in particular ultrasonic welding.
  • the anvil 3 has a bearing face 31.
  • This bearing face 31 is in particular adapted to receive one or more sheets of biaxially oriented polyethylene terephthalate for welding.
  • the anvil 3 takes the form of a wheel.
  • the ultrasonic generator 5 is a typical ultrasonic generator. Preferably, the ultrasonic generator 5 is adapted to emit ultrasound at a frequency between 25 kHz and 40 kHz.
  • the sonotrode 4 is a metal part adapted to transmit the ultrasounds from the ultrasonic generator to a sheet (or a stack of sheets) arranged on the bearing face 31 of the anvil 3 while applying mechanical pressure to said sheet (or a stack of sheets).
  • the sonotrode 4 is connected to the ultrasonic generator 5 and is adapted to emit the ultrasounds generated by the ultrasonic generator 5.
  • the sonotrode 4 is a typical sonotrode 4 for ultrasonic welding.
  • the welding face 41 of the sonotrode 4 is arranged opposite the bearing face 31 of the anvil 3.
  • the sonotrode 4 has a welding face 41 adapted to be arranged opposite, and advantageously in contact with, one or more sheets arranged on the bearing face 31 of the anvil 3 to weld them ultrasonically.
  • Sonotrode 4 is suitable for emitting ultrasound from its welding face 41.
  • the sonotrode 4 takes the form of a roulette.
  • the sonotrode and anvil assembly serves to concentrate the vibrations emitted by the sonotrode at the level of the material in contact with the sonotrode, in order to locally heat the material.
  • the anvil not only serves as a support for the sheet(s) to be welded, but also to absorb the vibrations emitted by the sonotrode in order to ensure their concentration at the welding interface and to limit the transmission of these vibrations to the rest of the system.
  • the anvil 3 and the sonotrode 4 each take the form of a wheel, which allows the sheet(s) to be scrolled for continuous ultrasonic welding. This provides high productivity, which makes the assembly process particularly interesting on an industrial scale.
  • the support face 31 of the anvil 3 and/or the welding face 41 of the sonotrode 4 have hollow areas and protruding areas distributed according to a predetermined pattern.
  • the support face 31 and/or the welding face 41 are therefore not smooth.
  • the pattern of the rollers is defined to optimize the movement of the molten material between the anvil and the sonotrode in order to homogenize the weld. This pattern can also make it possible to ensure the positioning of a sheet of biaxially oriented polyethylene terephthalate, i.e. of a section 10, during welding since the sheet is less likely to slip and move. In addition, it allows mechanical anchoring between two strips of biaxially oriented polyethylene terephthalate simultaneously with welding so as to ensure the connection between the two strips.
  • the support face 31 of the anvil 3 and/or the welding face 41 of the sonotrode 4 are smooth.
  • the support face 31 of the anvil 3 and the welding face 41 of the sonotrode 4 are smooth. This has the advantage of limiting the mechanical deformations of the biaxially oriented polyethylene terephthalate sheets during welding. These deformations are not desired because they can weaken the sheet and the inflatable structure 1 obtained will be more fragile.
  • step i) of assembling sections 10 is implemented.
  • step i) a method of assembling strips 12, 14 of sections 10 will be implemented.
  • the sections 10 are initially flat and each take the form of a sheet of biaxially oriented polyethylene terephthalate.
  • Figure 4 illustrates a first section 10a and a second section 10b flat.
  • a stack of a strip 12 of the first section 10a, hereinafter called first strip 12, and of a strip 14 of the second section 10b, hereinafter called second strip 14, is arranged on the bearing face 31 of the anvil 3.
  • the first strip 12 and the second strip 14 are in this step a) parts of sections 10, i.e. of different biaxially oriented polyethylene terephthalate sheets.
  • the sections 10a, 10b are stacked only at a part of each.
  • a filler material 8 is arranged between the first strip 12 and the second strip 14.
  • the filler material 8 allows the implementation of a weld of the strips 12, 14 together which is more solid.
  • the filler material 8 is preferably linear polyester, preferably polyethylene terephthalate (PET) and even more preferably biaxially oriented polyethylene terephthalate.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the connection between two strips 12, 14 is continuous, the inflatable structure 1 is made of a single type of material and is thus more resistant.
  • the sonotrode 4 is applied to compress the stack between the welding face 41 of the sonotrode 4 and the support face 31 of the anvil 31.
  • the ultrasonic generator 5 is activated so as to generate ultrasounds which are thus emitted by the sonotrode 4 from the support face 41.
  • the ultrasounds are emitted at a frequency between 25 kHz and 40 kHz.
  • the first strip 12 and the second strip 14 are welded by emitting ultrasounds through the stack.
  • the material of the stack i.e. the first strip 12 and the second strip 14 are deformed simultaneously with welding so as to create a mechanical anchoring of the first strip 12 in the second strip 14.
  • the first strip 12 in the second strip 14 are subjected to mechanical deformation. This makes it possible in particular to ensure the connection between the first strip 12 and the second strip 14 which are connected by welding and by mechanical deformation.
  • the welding is carried out substantially without mechanical deformation of the first strip 12 and the second strip 14.
  • the material of the first strip 12 and the second strip 14 is not weakened, which makes it possible to obtain a more resistant inflatable structure 1, less likely to disintegrate in space.
  • the strips 12, 14 are less mechanically deformed, which makes it possible to obtain a more solid and resistant weld. Indeed, in this case, there is only a small deformation at the interface between the internal face of each strip 12, 14 and the filler material 8. In addition, the filler material 8 melts at least partially, making the weld more resistant.
  • the weld is formed by performing a relative movement between the sonotrode 4 and the stack.
  • one and/or the other of the sonotrode 4 and the anvil 3, when they are in the form of rollers, are rotated so as to cause the stack to move.
  • the weld is performed along the entire length of the first strip 12 and the second strip 14.
  • the welding of the first strip 12 and the second strip 14 may be a peel weld (i.e. a weld which is stressed in tension, in a direction perpendicular to the interface between the strips formed by the weld) or a shear weld (i.e. a weld which is stressed in shear, in a direction coplanar to the interface between the strips formed by the weld).
  • a peel weld i.e. a weld which is stressed in tension, in a direction perpendicular to the interface between the strips formed by the weld
  • a shear weld i.e. a weld which is stressed in shear, in a direction coplanar to the interface between the strips formed by the weld
  • Figure 6 illustrates a system 6 and a stack of strips of sections 10a and 10b flat during a shear welding step. Strips 12, 14 of sections 10a and 10b of Figure 4 are shear welded. Shear welding in practice allows a stronger weld.
  • Figure 7 illustrates strips 12, 14 welded in peel. In certain cases which will be explained later, this type of welding is easier to implement.
  • sections 10 are assembled together.
  • at least three sections 10 are assembled, it being understood that the number of sections can vary, this number being chosen to ensure a satisfactory compromise between the mechanical strength and the sealing of the assembly.
  • all the sections 10 of the inflatable structure 1 are connected to each other, each section 10 being flat.
  • the assembled sections 10 form an assembly 7 illustrated in FIGS. 4 and 7.
  • the assembly 7 of FIGS. 4 and 7 comprises two sections 10a, 10b.
  • a step ii) the set 7 of sections 10 is wound so as to cover a first edge 71 of the set 7 with a second edge 72 of the set 7 so as to form a tube as illustrated in FIGS. 2 and 8.
  • the set 7 is wound so as to allow the implementation of a shear weld between the edges 71 and 72.
  • the set 7 is wound so as to allow the implementation of a peel weld between the edges 71 and 72.
  • the edges 71 and 72 are assembled by ultrasonic welding in the same manner as the strips 12 and 14 in step i).
  • steps a) to c) of assembling strips are again implemented for the edges 71, 72, that is to say that the strips 12, 14 correspond to the edges 71, 72.
  • step iii) consists of implementing steps a) to c) previously described by substituting the terms “first strip 12” and “second strip 14” with, respectively, “first edge 71” and “second edge 72”.
  • the edges 71, 72 forming the strips are part of the same sheet of biaxially oriented polyethylene terephthalate, said sheet being the assembly 7.
  • a stack of the first edge 71 and the second edge 72 is arranged on the bearing face 31 of the anvil 3.
  • a filler material 8 is arranged between the first edge 71 and the second edge 72.
  • the sonotrode 4 is applied to compress the stack between the welding face 41 of the sonotrode 4 and the support face 31 of the anvil 31.
  • the ultrasonic generator 5 is activated so as to generate ultrasound which is thus emitted by the sonotrode 4 from the support face 41.
  • the first edge 71 and the second edge 72 are welded by emitting ultrasound through the stack.
  • the inflatable structure 1, or at least a part of the inflatable structure 1, is formed.
  • Figure 9 illustrates the peel welding step of the edges 71 and 72. Peel welding is in this case easier to implement than shear welding.

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Abstract

Procédé d'assemblage d'une première bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté et d'une deuxième bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté pour la fabrication d'une structure gonflable d'un kit déployable pour la capture de débris spatiaux, le procédé comprenant les étapes de : a) disposition d'un empilement de la première bande et de la deuxième bande sur une face d'appui d'une enclume, b) application d'une sonotrode pour comprimer ledit empilement entre une face de soudage de la sonotrode et la face d'appui de l'enclume, c) soudage des deux bandes par émission d'ultrasons au travers de l'empilement par la sonotrode.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé d’assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine du désorbitage des débris spatiaux, plus précisément d’un tel désorbitage à partir d’un kit déployable comprenant une structure gonflable et un filet, et, plus particulièrement encore, d’un procédé d’assemblage de bandes de Mylar™ pour la fabrication d’une telle structure gonflable.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le système INSIDeR (Innovative Net & Space Inflatable structure for active Debris Removal) vise à désorbiter en toute sécurité des débris spatiaux de différentes tailles. Ce système est un kit comprenant un filet flexible à haute résistance mécanique servant de système de capture capable de capturer des objets de grande taille et de s'adapter aux différentes morphologies de débris et à leur vitesse de culbutage et une structure gonflable de forme tubulaire supportant ledit filet servant de système de déploiement du filet et assurant le contrôle et l'amortissement du mouvement des débris.
La structure gonflable comprend un assemblage de sections, notamment tubulaires, composées de feuilles de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté (BOPET) aussi communément appelé Mylar™.
On connaît de l’art antérieur des structures gonflables en Mylar™ destinées à être envoyées dans l’espace qui sont assemblées par collage. Toutefois, le collage ne permet pas un assemblage résistant sur le long terme et l’on s’expose ainsi à un risque de délaminage.
EXPOSE DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de permettre l’assemblage de sections d’une structure gonflable d’un kit déployable pour la capture de débris spatiaux qui permette d’aboutir à une structure gonflable résistante sur le long terme pour une utilisation dans l’espace, de préférence au moins dix ans, encore de préférence au moins vingt ans. Un but de l’invention est donc de permettre l’obtention d’une structure gonflable qui présente une bonne tenue mécanique à des pressions de gonflage très importantes, de préférence à environ 2 x 106 Pa (20 bar).
Un autre but de l’invention est de permettre l’obtention d’une structure gonflable qui soit étanche et continue c’est-à-dire faite d’un seul matériau. Selon un premier aspect, il est proposé un procédé d’assemblage d’une première bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté et d’une deuxième bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté pour la fabrication d’une structure gonflable d’un kit déployable pour la capture de débris spatiaux, le procédé comprenant les étapes de : a) disposition d’un empilement de la première bande et de la deuxième bande sur une face d’appui d’une enclume, b) application d’une sonotrode pour comprimer ledit empilement entre une face de soudage de la sonotrode et la face d’appui de l’enclume, c) soudage des première et deuxième bandes par émission d’ultrasons au travers de l’empilement par la sonotrode.
Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible :
- on réalise le soudage en effectuant un déplacement relatif entre la sonotrode et l’empilement ;
- on déforme la première bande et la deuxième bande simultanément au soudage de façon à créer un ancrage mécanique de la première bande dans la deuxième bande ;
- le soudage est réalisé sensiblement sans déformation mécanique de la première bande et de la deuxième bande ;
- le procédé comprend une étape a1 ) préalable à l’étape b) de disposition d’un matériau d’apport entre la première bande et la deuxième bande, ledit matériau d’apport fondant au moins partiellement lors du soudage ;
- le matériau d’apport est du polyester linéaire, de préférence du polytéréphtalate d'éthylène et encore plus préférentiellement du polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté ;
- la première bande et la deuxième bande sont des parties de feuilles de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté différentes ;
- la première bande et la deuxième bande sont des parties d’une même feuille de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté ;
- les ultrasons sont émis à une fréquence comprise entre 25 kHz et 40 kHz. Selon un deuxième aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’une structure gonflable d’un kit déployable pour la capture de débris spatiaux comprenant les étapes de : i) assemblage d’une première bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté et d’une deuxième bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté par mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment de sorte à former un ensemble de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté, ii) enroulement de l’ensemble réalisé à l’étape i) de façon à recouvrir un premier bord de l’ensemble avec un deuxième bord de l’ensemble de sorte à former un tube, iii) assemblage du premier bord et du deuxième bord par mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment.
De manière avantageuse, la soudure réalisée à l’étape i) est une soudure en cisaillement et la soudure réalisée à l’étape iii) est une soudure en pelage ou en cisaillement.
Selon un troisième aspect, il est proposé un système pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment, comprenant :
- un générateur d’ultrasons,
- une sonotrode adaptée pour émettre les ultrasons générés par le générateur depuis une face de soudage,
- une enclume présentant une face d’appui agencée en regard de la face de soudage de la sonotrode.
Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible :
- l’enclume et la sonotrode prennent la forme de roulettes ;
- la face d’appui de l’enclume et/ou la face de soudage de la sonotrode présentent des zones creuses et des zones saillantes ;
- la face d’appui de l’enclume et la face de soudage de la sonotrode sont lisses.
Selon un quatrième aspect, il est proposé une structure gonflable d’un kit déployable pour la capture de débris spatiaux comprenant une première bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté et une deuxième bande de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté assemblées par soudage, caractérisée en ce que la structure gonflable est apte à être gonflée jusqu’à 2 x 106 Pa (20 bars). De manière particulièrement avantageuse, ledit soudage est réalisé par émission d’ultrasons à travers un empilement desdites bandes.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux figures annexées dont :
La figure 1 représente un kit déployable ;
La figure 2 illustre un ensemble de sections assemblées enroulé sur lui-même et soudé en cisaillement ;
La figure 3 illustre un système d’assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté ;
La figure 4 représente des bandes de sections soudées en cisaillement ;
La figure 5 représente les étapes d’un procédé de fabrication d’une structure gonflable ;
La figure 6 illustre un système d’assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté lors d’une étape de soudage ;
La figure 7 représente des bandes de sections soudées en pelage ;
La figure 8 illustre un ensemble de sections assemblées enroulé sur lui-même et soudé en pelage ;
La figure 9 illustre un système d’assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté lors d’une étape de soudage de bords d’un ensemble de sections.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION
Kit
En référence à la figure 1 , il est proposé un kit déployable 100 pour la capture de débris spatiaux. Le kit déployable 100 comprend une structure gonflable 1 et avantageusement un filet 2. Le kit déployable 100 est adapté pour être déployé dans l’espace afin de capturer des débris spatiaux tels que des satellites hors-service. Avant d’utiliser le kit 100, il est nécessaire de gonfler la structure gonflable 1. Avantageusement, la structure gonflable 1 est apte à être gonflée jusqu’à 2 x 106 Pa (20 bars). Cette pression permet d’assurer que la structure gonflable 1 demeure gonflée dans l’espace. La structure gonflable 1 est composée d’une pluralité de sections 10. Ces sections 10 sont constituées de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté (BOPET) aussi communément appelé Mylar™. Ce matériau est adapté pour les contraintes de température et de pression auxquelles est soumise la structure gonflable dans l’espace.
La structure gonflable 1 comprend une pluralité de sections 10 assemblées. La figure 2 illustre une partie de la structure gonflable 1 comprenant deux sections 10a, 10b assemblées. La fabrication de la structure gonflable 1 comprend notamment l’assemblage des sections 10 entre elles par soudage. L’assemblage des sections 10 par soudage au lieu de collage permet en effet l’obtention d’une structure gonflable 1 plus résistante aux contraintes de température et de pression dans l’espace, y compris au fur et à mesure du vieillissement de la structure.
Vont ainsi être décrits un procédé de fabrication d’une structure gonflable 1 , un procédé et un système 6 d’assemblage de bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté pour la fabrication d’une structure gonflable 1.
Système d’assemblage de bandes
En référence à la figure 3, le système 6 comprend une enclume 3, une sonotrode 4 et un générateur d’ultrasons.
L’enclume 3 est typiquement une enclume utilisée lors d’opérations de soudage, notamment de soudage par ultrasons. L’enclume 3 présente une face d’appui 31 . Cette face d’appui 31 est notamment adaptée pour recevoir une ou des feuilles de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté pour soudage. Avantageusement, l’enclume 3 prend la forme d’une roulette.
Le générateur d’ultrasons 5 est un générateur typique d’ultrasons. De préférence, le générateur d’ultrasons 5 est adapté pour émettre des ultrasons à une fréquence comprise entre 25 kHz et 40 kHz.
La sonotrode 4 est une pièce métallique adaptée pour transmettre les ultrasons du générateur d’ultrasons à une feuille (ou un empilement de feuilles) disposée(s) sur la face d’appui 31 de l’enclume 3 tout en appliquant une pression mécanique sur ladite feuille (ou un empilement de feuilles). La sonotrode 4 est connectée au générateur d’ultrasons 5 et est adaptée pour émettre les ultrasons générés par le générateur d’ultrasons 5. La sonotrode 4 est une sonotrode 4 typique pour le soudage par ultrasons. La face de soudage 41 de la sonotrode 4 est disposée en regard de la face d’appui 31 de l’enclume 3. La sonotrode 4 présente une face de soudage 41 adaptée pour être disposée en vis-à-vis, et avantageusement au contact, d’une ou de plusieurs feuilles disposées sur la face d’appui 31 de l’enclume 3 pour les souder par ultrasons. La sonotrode 4 est adaptée pour émettre des ultrasons depuis sa face de soudage 41. Avantageusement, la sonotrode 4 prend la forme d’une roulette.
L’ensemble de la sonotrode et de l’enclume permet de concentrer les vibrations émises par la sonotrode au niveau du matériau en contact avec la sonotrode, afin de chauffer localement le matériau. A cet égard, l’enclume ne sert pas uniquement d'appui pour la ou les feuilles à souder, mais aussi à absorber les vibrations émises par la sonotrode afin d’assurer leur concentration à l'interface de soudage et de limiter la transmission de ces vibrations au reste du système.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l’enclume 3 et la sonotrode 4 prennent chacun la forme d’une roulette, ce qui permet de faire défiler la ou les feuilles pour un soudage par ultrasons en continu. On bénéficie ainsi d’une grande productivité, ce qui rend le procédé d’assemblage particulièrement intéressant à l’échelle industrielle.
Selon un mode de réalisation particulier, la face d’appui 31 de l’enclume 3 et/ou la face de soudage 41 de la sonotrode 4 présentent des zones creuses et des zones saillantes réparties selon un motif prédéterminé. La face d’appui 31 et/ou la face de soudage 41 ne sont donc pas lisses. Le motif des molettes est défini pour optimiser le déplacement de la matière fondue entre l’enclume et la sonotrode afin d ’homogénéiser la soudure. Ce motif peut également permettre d’assurer le positionnement d’une feuille de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté, i.e. d’une section 10, lors du soudage dans la mesure où la feuille est moins susceptible de glisser et de se déplacer. En outre, il permet un ancrage mécanique entre deux bandes de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté de manière simultanée au soudage de sorte à assurer la liaison entre les deux bandes.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la face d’appui 31 de l’enclume 3 et/ou la face de soudage 41 de la sonotrode 4 sont lisses. Avantageusement, la face d’appui 31 de l’enclume 3 et la face de soudage 41 de la sonotrode 4 sont lisses. Ceci présente l’avantage de limiter les déformations mécaniques des feuilles de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté lors du soudage. Ces déformations ne sont pas souhaitées car elles peuvent fragiliser la feuille et la structure gonflable 1 obtenue sera plus fragile.
Procédés
Pour fabriquer une structure gonflable 1 , une étape i) d’assemblage de sections 10 est mise en oeuvre. Pour mettre en oeuvre l’étape i), un procédé d’assemblage de bandes 12, 14 de sections 10 va être mis en oeuvre.
Les sections 10 sont initialement à plat et prennent chacune la forme d’une feuille de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté. La figure 4 illustre une première section 10a et une deuxième section 10b à plat. En référence aux figures 3 à 5, dans une étape a), un empilement d’une bande 12 de la première section 10a, nommée par la suite première bande 12, et d’une bande 14 de la deuxième section 10b, nommée par la suite deuxième bande 14, est disposé sur la face d’appui 31 de l’enclume 3.
La première bande 12 et la deuxième bande 14 sont dans cette étape a) des parties de sections 10, i.e. de feuilles de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté, différentes. Les sections 10a, 10b, sont empilées uniquement au niveau d’une partie de chacune.
Avantageusement, dans une étape a1 ), un matériau d’apport 8 est disposé entre la première bande 12 et la deuxième bande 14. Le matériau d’apport 8 permet la mise en oeuvre d’une soudure des bandes 12, 14 entre elles qui soit plus solide.
De préférence, le matériau d’apport 8 est de préférence du polyester linéaire, de préférence du polytéréphtalate d'éthylène (PET) et encore plus préférentiellement du polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté. Ainsi, la liaison entre deux bandes 12, 14 est continue, la structure gonflable 1 est constituée d’un seul type de matériau et est ainsi plus résistante.
Puis, dans une étape b), comme illustré en figure 6, la sonotrode 4 est appliquée pour comprimer l’empilement entre la face de soudage 41 de la sonotrode 4 et la face d’appui 31 de l’enclume 31 .
En outre, le générateur d’ultrasons 5 est activé de sorte à générer des ultrasons qui sont ainsi émis par la sonotrode 4 depuis la face d’appui 41. Avantageusement, les ultrasons sont émis à une fréquence comprise entre 25 kHz et 40 kHz. Dans une étape c), la première bande 12 et la deuxième bande 14 sont soudées par émission d’ultrasons au travers de l’empilement.
Dans le cas où la face d’appui 31 de l’enclume 3 et/ou la face de soudage 41 de la sonotrode 4 présentent des zones creuses et des zones saillantes, le matériau de l’empilement, i.e. la première bande 12 et la deuxième bande 14, sont déformées simultanément au soudage de façon à créer un ancrage mécanique de la première bande 12 dans la deuxième bande 14. En d’autres termes, en plus d’être soumis à des ultrasons, la première bande 12 dans la deuxième bande 14 sont soumises à une déformation mécanique. Ceci permet notamment d’assurer la liaison entre la première bande 12 et la deuxième bande 14 qui sont liées par soudage et par déformation mécanique.
Dans le cas où la face d’appui 31 de l’enclume 3 et la face de soudage 41 de la sonotrode 4 sont lisses, le soudage est réalisé sensiblement sans déformation mécanique de la première bande 12 et de la deuxième bande 14. Ainsi, le matériau de la première bande 12 et de la deuxième bande 14 n’est pas fragilisé ce qui permet d’obtenir une structure gonflable 1 plus résistante, moins susceptible de se déliter dans l’espace.
Dans le cas où un matériau d’apport 8 est disposé entre les bandes 12, 1 , les bandes 12, 14 sont moins déformées mécaniquement ce qui permet d’obtenir une soudure plus solide et résistante. En effet, dans ce cas, il y a uniquement une petite déformation à l’interface entre la face interne de chaque bande 12, 14 et le matériau d’apport 8. En outre, le matériau d’apport 8 fond au moins partiellement, rendant la soudure plus résistante.
Avantageusement, on forme la soudure en effectuant un déplacement relatif entre la sonotrode 4 et l’empilement. En d’autres termes, l’une et/ou l’autre de la sonotrode 4 et de l’enclume 3, lorsqu’elles se présentent sous la forme de roulettes, sont entraînées en rotation de sorte à entrainer le déplacement de l’empilement. Ainsi, la soudure est réalisée tout le long de la première bande 12 et de la deuxième bande 14.
La soudure de la première bande 12 et de la deuxième bande 14 peut être une soudure en pelage (c’est-à-dire une soudure qui est sollicitée en traction, dans une direction perpendiculaire à l’interface entre les bandes formée par la soudure) ou une soudure en cisaillement (c’est-à-dire une soudure qui est sollicitée en cisaillement, dans une direction coplanaire à l’interface entre les bandes formée par la soudure).
La figure 6 illustre un système 6 et un empilement de bandes de sections 10a et 10b à plat lors d’une étape de soudage en cisaillement. Les bandes 12, 14 des sections 10a et 10b de la figure 4 sont soudées en cisaillement. Le soudage en cisaillement permet en pratique une soudure plus résistante.
La figure 7 illustre des bandes 12, 14 soudées en pelage. Dans certains cas de figures qui seront expliqués plus loin, ce type de soudure est plus facile à mettre en oeuvre.
A l’issue de l’étape i), des sections 10 sont assemblées entre elles. Avantageusement, au moins trois sections 10 sont assemblées, étant entendu que le nombre de sections peut varier, ce nombre étant choisi pour assurer un compromis satisfaisant entre la tenue mécanique et l’étanchéité de l’assemblage. Avantageusement, toutes les sections 10 de la structure gonflable 1 sont liées les unes aux autres, chaque section 10 étant à plat. Les sections 10 assemblées forment un ensemble 7 illustré en figures 4 et 7. L’ensemble 7 des figures 4 et 7 comprend deux sections 10a, 10b.
Puis, dans une étape ii), l’ensemble 7 de sections 10 est enroulé de façon à recouvrir un premier bord 71 de l’ensemble 7 avec un deuxième bord 72 de l’ensemble 7 de sorte à former un tube comme illustré en figures 2 et 8. En figure 2, l’ensemble 7 est enroulé de sorte à permettre la mise en oeuvre d’une soudure en cisaillement entre les bords 71 et 72. En figure 8, l’ensemble 7 est enroulé de sorte à permettre la mise en oeuvre d’une soudure en pelage entre les bords 71 et 72. Enfin, dans une étape iii), les bords 71 et 72 sont assemblés par soudage par ultrasons de la même manière que les bandes 12 et 14 à l’étape i).
En d’autres termes, les étapes a) à c) d’assemblage de bandes sont de nouveau mises en oeuvre pour les bords 71 , 72, c’est-à-dire que les bandes 12, 14 correspondent aux bords 71 , 72. Encore en d’autres termes, l’étape iii) consiste à mettre en oeuvre les étape a) à c) précédemment décrite en substituant les termes « première bande 12 » et « deuxième bande 14 » par, respectivement, « premier bord 71 » et « deuxième bord 72 ». Dans ce cas, les bords 71 , 72 formant les bandes font partie d’une même feuille de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté, ladite feuille étant l’ensemble 7.
Plus précisément, dans une étape a), un empilement du premier bord 71 et du deuxième bord 72 est disposé sur la face d’appui 31 de l’enclume 3.
Avantageusement, dans une étape a1 ), un matériau d’apport 8 est disposé entre le premier bord 71 et le deuxième bord 72.
Puis, dans une étape b), comme illustré en figure 9, la sonotrode 4 est appliquée pour comprimer l’empilement entre la face de soudage 41 de la sonotrode 4 et la face d’appui 31 de l’enclume 31 .
En outre, le générateur d’ultrasons 5 est activé de sorte à générer des ultrasons qui sont ainsi émis par la sonotrode 4 depuis la face d’appui 41. Dans une étape c), le premier bord 71 et le deuxième bord 72 sont soudés par émission d’ultrasons au travers de l’empilement.
A l’issue de l’étape iii), la structure gonflable 1 , ou au moins une partie de structure gonflable 1 , est formée.
La figure 9 illustre l’étape de soudage en pelage des bords 71 et 72. Le soudage en pelage est dans ce cas plus facile à mettre en oeuvre qu’un soudage en cisaillement.
Dans le cas d’une soudure en cisaillement des bords 71 et 72, il sera nécessaire d’insérer l’enclume 3 ou de préférence la sonotrode 4 dans le tube formé par l’ensemble 7, par exemple à l’aide d’un bras robotisé pour mettre en oeuvre le soudage. La faisabilité de ce type de soudure dépend du diamètre du tube formé par l’ensemble 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’une structure gonflable (1 ) d’un kit (100) déployable pour la capture de débris spatiaux comprenant les étapes de : i) assemblage d’une première bande (12) de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté et d’une deuxième bande (14) de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté de sorte à former un ensemble (7) de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté par mise en oeuvre des étapes suivantes :
- disposition d’un empilement de la première bande (12) et de la deuxième bande (14) sur une face d’appui (31 ) d’une enclume (3),
- application d’une sonotrode (4) pour comprimer ledit empilement entre une face de soudage (41 ) de la sonotrode (4) et la face d’appui (31 ) de l’enclume (3),
- soudage des première et deuxième bandes (12, 14) par émission d’ultrasons au travers de l’empilement par la sonotrode (14), ii) enroulement de l’ensemble (7) réalisé à l’étape i) de façon à recouvrir un premier bord (71 ) de l’ensemble (7) avec un deuxième bord (72) de l’ensemble (7) de sorte à former un tube, iii) assemblage du premier bord (71 ) et du deuxième bord (72) par mise en oeuvre des étapes suivantes :
- disposition d’un empilement du premier bord (71 ) et du deuxième bord (72) sur la face d’appui (31 ) de l’enclume (3),
- application de la sonotrode (4) pour comprimer ledit empilement entre la face de soudage (41 ) de la sonotrode (4) et la face d’appui (31 ) de l’enclume (3),
- soudage des premier et deuxième bords (71 , 72) par émission d’ultrasons au travers de l’empilement par la sonotrode (14).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la soudure réalisée à l’étape i) est une soudure en cisaillement et la soudure réalisée à l’étape iii) est une soudure en pelage ou en cisaillement.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel on réalise les étapes de soudage en effectuant un déplacement relatif entre la sonotrode (4) et l’empilement.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, lors de l’étape de soudage à l’étape i), on déforme la première bande (12) et la deuxième bande (14) simultanément au soudage de façon à créer un ancrage mécanique de la première bande (12) dans la deuxième bande (14) et/ou, lors de l’étape de soudage à l’étape iii), on déforme le premier bord (71 ) et le deuxième bord (72) simultanément au soudage de façon à créer un ancrage mécanique du premier bord (71 ) dans le deuxième bord (72).
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à A, dans lequel le soudage à l’étape i) est réalisé sensiblement sans déformation mécanique de la première bande (12) et de la deuxième bande (14) et/ou le soudage à l’étape iii) est réalisé sensiblement sans déformation mécanique du premier bord (71 ) et du deuxième bord (72).
6. Procédé selon la revendication 5, comprenant une étape préalable à l’étape de soudage de l’étape i) de disposition d’un matériau d’apport (8) entre la première bande (12) et la deuxième bande (14), ledit matériau d’apport (8) fondant au moins partiellement lors du soudage et/ou comprenant une étape préalable à l’étape de soudage de l’étape iii) de disposition d’un matériau d’apport (8) entre le premier bord (71 ) et le deuxième bord (72), ledit matériau d’apport (8) fondant au moins partiellement lors du soudage.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le matériau d’apport (8) est du polyester linéaire, de préférence du polytéréphtalate d'éthylène et encore plus préférentiellement du polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les ultrasons sont émis à une fréquence comprise entre 25 kHz et 40 kHz.
9. Structure gonflable (1 ) d’un kit (100) déployable pour la capture de débris spatiaux comprenant une première bande (12) de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté et une deuxième bande (14) de polytéréphtalate d'éthylène biaxialement orienté assemblées par soudage, caractérisée en ce que la structure gonflable (1 ) est apte à être gonflée jusqu’à 2 x 106 Pa (20 bars).
10. Structure gonflable (1 ) selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit soudage est réalisé par émission d’ultrasons à travers un empilement desdites bandes (12, 14).
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