WO2025017255A1 - Fabrication d'une piece en materiau composite par superposition de preformes fibreuses thermoformees - Google Patents

Fabrication d'une piece en materiau composite par superposition de preformes fibreuses thermoformees Download PDF

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WO2025017255A1
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thermoforming
preform
draping
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Foucault DE FRANCQUEVILLE
Naoufel BEN SALEM
Rémi Roland Robert MERCIER
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Safran SA
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    • B29L2031/748—Machines or parts thereof not otherwise provided for
    • B29L2031/7504—Turbines

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of composite material parts by draping and thermoforming.
  • the invention relates to the manufacture of aeronautical engine parts, nacelles or fuselages.
  • the draping of the fibrous plies makes it possible to obtain a fibrous blank pre-impregnated with a resin, which will then be shaped to obtain a fibrous preform of the part to be obtained.
  • the geometry of the desired fibrous preform is not always directly achievable by draping, in particular when said geometry has hollows or angles at the bottom. which the draping head cannot access.
  • Said fibrous preform is then consolidated in a well-known manner so as to form a matrix, in order to obtain the desired composite material part.
  • thermoforming The shaping of the fibrous blank into a fibrous preform is conventionally carried out by thermoforming.
  • This thermoforming step comprises a temperature increase of the fibrous blank in order to reduce the viscosity of the resin which impregnates it, and thus to be able to proceed with the deformation of said blank.
  • the invention proposes to reduce the thickness of the fibrous blanks to be thermoformed, by producing the final preform by stacking several separately thermoformed sub-preforms.
  • the invention proposes a method of manufacturing a part made of composite material comprising the following steps: [0010] - producing a first fiber blank by draping one or more first pre-impregnated plies on a first draping surface, [0011] - producing a first fiber sub-preform by thermoforming the first fiber blank on a first thermoforming surface, [0012] - producing at least one second fiber blank by draping one or more second pre-impregnated plies on a second draping surface different from the first draping surface,
  • the drapings are carried out by an automated draping method.
  • draping can be done by automatic fiber placement, called “AFP”. Draping can also be done by automatic ribbon deposition, called “ATL”, or by “pick and place” type deposition.
  • the fibrous blanks are pre-impregnated with a resin.
  • the draping surfaces are convex and the thermoforming surfaces are concave.
  • the first thermoforming surface is formed by the second fibrous preform arranged on the second thermoforming surface.
  • thermoforming mold can be used for all thermoforming operations, the previously thermoformed fiber sub-preform being used as a thermoforming surface for the next fiber sub-preform.
  • the draping surfaces comprise at least one end zone having undulations, such that the portion of the fibrous blanks formed on said end portion having undulations is deformed during thermoforming so as to produce at least one fibrous sub-preform sub-flange, the stack of the fibrous sub-preform sub-flanges producing at least one fibrous preform flange intended to form at least one flange on the final part.
  • the method further comprises a preliminary step of determining the number of fibrous sub-preforms to be produced, according to which the minimum number of stacked fibrous sub-preforms to be produced is determined so that the probability of a forming defect appearing during the thermoforming of a fibrous sub-preform is less than a determined probability value.
  • the determined probability value is W 9 .
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a composite material part obtained by the method of the invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective schematic view of a fiber preform of the part of Figure 1 composed of a plurality of fiber sub-preforms.
  • Figure 3 is a flowchart illustrating a manufacturing method according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic perspective view of the thermoforming of a first fibrous blank into a first fibrous sub-preform.
  • Figure 5 is a schematic perspective view of the thermoforming of a second fibrous blank into a second fibrous sub-preform.
  • Figure 6 is a schematic perspective view of the thermoforming of a third fibrous blank into a third fibrous sub-preform.
  • Figure 7 is a schematic perspective view of a thermoforming mold.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of the thermoforming mold of Figure 6 on which the third fiber blank has been thermoformed to obtain the third fiber sub-preform.
  • Figure 9 is a schematic perspective view of the thermoforming mold of Figure 6 on which the second fiber blank has been thermoformed to obtain the second fiber sub-preform.
  • Figure 10 is a schematic perspective view of the thermoforming mold of Figure 6 on which the first fiber blank has been thermoformed to obtain the first fiber sub-preform.
  • Figure 11 is a schematic perspective view of a draping mold for draping the first fiber blank.
  • Figure 12 is a schematic perspective view of a draping mold for draping the second fiber blank.
  • Figure 13 is a schematic perspective view of a draping mold for draping the third fiber blank.
  • Figure 14 is a schematic and partial view of a fiber blank draped by automatic fiber placement.
  • the present invention relates to the manufacture of a composite material part by draping.
  • the present invention is particularly interesting for the production of thick parts and/or parts having a complex geometry.
  • the present invention is particularly interesting for the production of a part formed by at least 20 pre-impregnated plies deposited by draping, and even more advantageous for the production of a part formed by at least 40 pre-impregnated plies deposited by draping.
  • Figure 1 illustrates an example of a part 5 made of composite material which can be produced using the method of the invention.
  • the composite material part 5 to be obtained may comprise a shell-shaped body extending around an axis, for example a half-shell-shaped body 5a extending around an axis A as in the example illustrated in FIG. 1.
  • the body 5a may have a cylindrical or truncated partial revolution shape, or any partial revolution shape.
  • the composite material part 5 to be obtained may comprise at least one flange 5b at one of its ends, as in the example illustrated in FIG. 1.
  • the flange(s) 5b are located in the extension of the body 5a of the part 5 to be obtained.
  • the part 5 further comprises an internal face 5i and an external face 5e, defined relative to the axis A.
  • the part 5 to be obtained will be produced by densification of a pre-impregnated fibrous preform 50, said fibrous preform 50 being obtained by stacking a plurality of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 obtained by draping and thermoforming, as illustrated in FIG. fibrous sub-preforms 51, 52, 53 are stacked so as to superimpose radially.
  • fibrous sub-preforms 51, 52, 53 superimpose in the thickness of the fibrous preform 50.
  • the fibrous sub-preforms 51, 52, 53 comprise an internal face 51i, 52i, 53i and an external face 51e, 52e, 53e.
  • the fibrous sub-preforms 51, 52, 53 are stacked such that the inner face 52i, 53i of an outer fibrous sub-preform 52, 53 is in contact with the outer face 51e, 52e of an inner fibrous sub-preform 51, 52.
  • the inner face 5li of the fibrous sub-preform 51 arranged furthest to the inside of the fibrous preform 50 will be intended to form the inner face 5i of the part 5.
  • the outer face 53e of the fibrous sub-preform 53 arranged furthest to the outside of the fibrous preform 50 will be intended to form the outer face 5e of the part 5.
  • Each fiber sub-preform 51, 52, 53 may comprise a sub-body 51a, 52a, 53a, intended to form a portion of the thickness of the body 5a of the final part 5, and at least one sub-flange 51b, 52b, 53b, intended to form a portion of the thickness of the flange 5b of the final part 5.
  • the total number P to tai of pre-impregnated plies to be draped to obtain the fibrous preform 50 of the part 5 is first determined.
  • the present invention is particularly interesting in the case where the total number P to tai of pre-impregnated plies to be draped to obtain the fibrous preform 50 of the part 5 is greater than 20.
  • the total number Ptotai of pre-impregnated plies to be draped is determined according to the thickness of the part 5 to be obtained and according to the material(s) constituting the pre-impregnated plies to be draped to obtain the part 5.
  • the maximum number of superimposed plies P ma x is determined for which the probability Pmüfaut of the appearance of a forming defect during thermoforming is low.
  • the probability Pmüfaut of the appearance of a forming defect during thermoforming is determined according to the material(s) constituting the pre-impregnated plies to be draped and according to the geometry of the part 5 to be obtained. This probability Pmüfect of the appearance of a forming defect during thermoforming can be obtained by carrying out tests.
  • the maximum number of superimposed plies P ma x is determined for which the probability Pdéfect of the appearance of a forming defect during thermoforming is less than or equal to a determined probability value p r éf.
  • the determined value p r éf is equal to 10' 9 .
  • the maximum number of superimposed folds P ma x is preferably less than or equal to 20 for 90° forming.
  • the number N of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 to be produced in order to obtain the fibrous preform 50 of the part is determined.
  • the minimum number N mini of fiber sub-preforms 51, 52, 53 to be produced is determined in order to obtain the fiber preform 50 of the part 5.
  • the minimum number N min of fiber sub-preforms 51, 52, 53 to be produced is determined by dividing the total number Ptotai of pre-impregnated plies to be draped in order to obtain the fiber preform 50 of the part 5 by the maximum number of superimposed plies P max .
  • the minimum number N mini of fiber sub-preforms 51, 52, 53 to be produced is equal to this integer. If the ratio of the total number P to tai of preimpregnated plies to be draped to the maximum number of superimposed plies P ma x is not an integer, then the minimum number Nmini of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 to be produced corresponds to the rounding up of this quotient.
  • the number N of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 to be produced to obtain the fibrous preform 50 of the part 5 is preferably chosen to be equal to the number minimum N min of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 to be produced to obtain the fibrous preform 50 of the part 5.
  • the number N of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 to be produced to obtain the fibrous preform 50 of the part 5 must be greater than or equal to the minimum number N min of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 to be produced to obtain the fibrous preform 50 of the part 5.
  • a fourth sub-step E M of the first optional preliminary step Ei the distribution of the number of plies in each fibrous sub-preform 51, 52, 53 to be produced in order to obtain the fibrous preform 50 of the part 5 is determined.
  • the distribution of the plies per fibrous sub-preform 51, 52, 53 is carried out so that the number of plies present in each fibrous sub-preform 51, 52, 53 is less than or equal to the maximum number of superimposed plies P ma x.
  • each fibrous sub-preform 51, 52, 53 comprises a similar number of plies, or even comprises the same number of plies.
  • a fibrous sub-preform 51, 52, 53 to be produced are thus obtained.
  • a fibrous sub-preform 51, 52, 53 is obtained by thermoforming a fibrous blank 510, 520, 530, as illustrated in FIGS. 4 to 6.
  • thermoforming surfaces Si 0 , S20, S30 of the thermoforming mold(s) 10, 20, 30 intended to allow the thermoforming of the fibrous blanks 510, 520, 530 into fibrous sub-preforms 51, 52, 53, as illustrated in FIGS. 7 to 10, are determined. These characteristics can easily be determined from the characteristics of each fibrous sub-preform 51, 52, 53 to be produced determined previously.
  • thermoforming surfaces S10, S20 , S30 of the thermoforming mold(s) 10, 20, 30 each comprise a sub-body area 10a, 20a, 30a intended to allow the thermoforming of the sub-body 51a, 52a, 53a of the fibrous sub-preform 51, 52, 53.
  • the thermoforming surfaces S10, S20 , S30 of the thermoforming mold(s) 10, 20, 30 also each comprise a sub-flange area 10b, 20b, 30b intended to allow the thermoforming of the sub-flange 51b, 52b, 53b of the fibrous sub-preform 51, 52, 53.
  • each fibrous blank 510, 520, 530 intended to form a fibrous sub-preform 51, 52, 53 after thermoforming on the thermoforming surfaces Si 0 , S 2 o, S 30 are determined.
  • the fibrous blank 510, 520, 530 comprises the same number of preimpregnated plies as the fibrous sub-preform 51, 52, 53 that said fibrous blank 510, 520, 530 is intended to form.
  • the shape of the fibrous blank 510, 520, 530 to be draped is easily determined by a person skilled in the art from the shape of the fibrous sub-preform 51, 52, 53 that said fibrous blank 510, 520, 530 is intended to become.
  • the fibrous sub-preform 51, 52, 53 to be produced has a geometry that cannot be produced directly by draping, for example because it has hollows or angles whose bottom cannot be reached by the deposition head of a draping device.
  • the associated fibrous blanks 510, 520, 530 will have, in a well-known manner, a corrugated end portion 510b, 520b, 530b called “flange portion of the fibrous blank” intended to be thermoformed into a sub-flange.
  • Determining the geometry of a draped fiber blank 510, 520, 530 to be thermoformed into a desired shape is well known to those skilled in the art, in particular for producing a part comprising at least one flange.
  • An example of such determination is described in particular in document WO2012/046020.
  • the fiber blanks 510, 520, 530 comprise an inner face 510i, 520i, 530i and an outer face 510e, 520e, 530e, as illustrated in FIGS. 4 to 6.
  • the inner face 510i, 520i, 530i of each fiber blank 510, 520, 530 is intended to form the inner face 511, 52i, 53i of a fiber sub-preform 51, 52, 53.
  • the outer face 510e, 520e, 530e of each fiber blank 510, 520, 530 is intended to form the external face 51st, 52nd, 53rd of a fibrous sub-preform 51, 52, 53.
  • the characteristics of the draping surfaces Si 00 , S 200 o, S300 of the draping molds 100, 200, 300 intended to allow the draping of the fiber blanks 510, 520, 530 are determined. These characteristics can easily be determined from the characteristics of each fiber blank 510, 520, 530 determined previously.
  • the plurality of fiber blanks 510, 520, 530 are produced by draping.
  • the first fiber blank 510 is produced by draping on a first draping surface Si 00 .
  • the first draping surface S100 belongs to a first draping mold 100.
  • the first draping surface Si 00 comprises at least one main zone 100a and a corrugated end zone 100b located in the extension of the main zone 100a.
  • the main zone 100a of the first draping surface Si 00 has the geometry of the body portion 510a of the first fiber blank 510 to be obtained.
  • the pre-impregnated plies draped on the main zone 100a of the first draping surface S100 are intended to form the body portion 510a of the first fiber blank 510 to be obtained.
  • the corrugated end zone 100b of the first draping surface S100 has the geometry of the flange portion 510b of the first fiber blank 510 to be obtained.
  • the pre-impregnated ply(ies) draped on the corrugated end zone 100b of the first draping surface S100 are intended to form the flange portion 510b of the first fiber blank 510 to be obtained.
  • the second fiber blank 520 is produced by draping on a second draping surface S 200 o- As illustrated in FIG. 12, the second draping surface S200 belongs to a second draping mold 200.
  • the second draping surface S200 comprises at least one main zone 200a and a corrugated end zone 200b located in the extension of the main zone 200a.
  • the main zone 200a of the second draping surface S 2 oo has the geometry of the body portion 520a of the second fiber blank 520 to be obtained.
  • the pre-impregnated plies draped on the main zone 200a of the second draping surface S 2 oo are intended to form the body portion 520a of the second fiber blank 520 to be obtained.
  • the corrugated end zone 200b of the second draping surface S 2 oo has the geometry of the flange portion 520b of the second fiber blank 520 to be obtained.
  • the pre-impregnated ply or plies draped on the corrugated end zone 200b of the second draping surface S 2 oo are intended to form the flange portion 520b of the second fiber blank 520 to be obtained.
  • the third fiber blank 530 is produced by draping on a third draping surface S 300 .
  • the third draping surface S 300 belongs to a third draping mold 300 .
  • the third draping surface S 300 comprises at least one main zone 300a and a corrugated end zone 300b located in the extension of the main zone 300a.
  • the main zone 300a of the third draping surface S 3 oo has the geometry of the body portion 530a of the third fiber blank 530 to be obtained.
  • the pre-impregnated plies draped on the main zone 300a of the third draping surface S 3 oo are intended to form the body portion 530a of the third fiber blank 530 to be obtained.
  • the corrugated end zone 300b of the third draping surface S 3 oo has the geometry of the flange portion 530b of the third fiber blank 530 to be obtained.
  • the pre-impregnated ply or plies draped on the corrugated end zone 300b of the third draping surface S 3 oo are intended to form the flange portion 530b of the third fiber blank 530 to be obtained.
  • the second draping surface S200 is different from the first draping surface S00 .
  • the second draping surface S200 has an overall shape similar to the overall shape of the first draping surface S00.
  • the second draping surface S200 may have dimensions proportionally larger than the dimensions of the first draping surface S00 .
  • the first draping surface S00 belongs to a first draping mold 100 different from the second draping mold 200 comprising the second draping surface S00 .
  • the first draping mold 100 is not included in the second draping mold 200.
  • the draping surfaces S 00 , S 200 , S 300 are all different from each other.
  • the draping surfaces S100, S 200 , S300 have a similar overall shape.
  • the dimensions of the draping surfaces S 00 , S 200 , S 300 are preferably proportional to each other.
  • the production of the fiber blanks 510, 520, 530 is preferably carried out by automatic placement of fibers, according to the so-called “AFP” method.
  • Figure 14 schematically illustrates the structure of a deposition head 80 of a device for implementing an AFP technique.
  • the structure of the deposition head 80 is well known.
  • the deposition head 80 is fed by a fibrous strip or wick 500.
  • the fibrous strip or wick 500 may be impregnated with a resin according to a particularly advantageous embodiment of the invention.
  • the fibrous strip or wick 500 may be impregnated with a thermosetting polymer or be impregnated with a thermoplastic polymer.
  • the fibrous strip or wick 500 may also be impregnated with an aqueous suspension comprising matrix precursor particles.
  • the fibrous strip or roving 500 may be conveyed by a conveying element 81 to a pressure application element 82 located on the side of the draping surface S 00 , S 200 , S 300 .
  • the conveying element 81 is here in the form of a pair of counter-rotating rollers 81a and 81b between which the strip or roving wick 500 is present.
  • the conveying element 81 allows the strip or wick 500 to be advanced to the pressure application element 82.
  • the pressure application element 82 applies pressure to the strip or wick 500 in order to produce a deposit on the draping surface Swo, S 2O o, S 300 .
  • the pressure application element 82 is here in the form of a roller.
  • the deposition head 80 may, in addition, comprise a heating element 83 located in the vicinity of the pressure application element 82.
  • This heating element 83 makes it possible, in the case of a strip or wick 500 impregnated with a thermoplastic or thermosetting polymer, to heat the impregnated strip or wick 500 during its deposition in order to fluidify the polymer and thus to confer the desired adhesive power to the strip or wick 500 deposited.
  • the deposition head 80 is movable in order to apply the strip or wick 500 to a first determined zone, the draping surface Swo, S 200 , S 300 -
  • a cutting element 84 of the deposition head 80 cuts the strip or wick 500. After this cutting, the deposition of a first fibrous structure is thus obtained, formed by a first section of the strip or wick 500, on the draping surface Swo, S 200 , S 300 .
  • the formation of the fibrous blank 510, 520, 530 is then continued by advancing the strip or roving 500 in the deposition head 80 to the pressure application element 82 by actuating the conveying element 81.
  • the deposition head 80 can be moved in order to deposit the roving or strip 500 on a second zone, the draping surface Swo, S 20 o, S 300 .
  • the deposition of a second fibrous structure, formed by a second section of the strip 500, on the second zone of the draping surface Swo, S 20 o, S 300 is then obtained in a manner similar to that described above.
  • the production of the fiber blank 510, 520, 530 is then continued by depositing several other fiber structures in the same manner as described above.
  • One or more pre-impregnated plies are thus produced on the draping surface Swo, S 2O o, S 3O o.
  • the plies are preferably pre-impregnated with a resin, as described above, for example with a thermosetting polymer or with a thermoplastic polymer.
  • a plurality of fibrous sub-preforms 51, 52, 53 are produced by thermoforming the fibrous blanks 510, 520, 530.
  • All the fiber blanks 510, 520, 530 can be produced and then, when all the fiber blanks have been produced, they can be thermoformed to obtain the fiber sub-preforms 51, 52, 53. It is also possible to thermoform one or more fiber blanks into fiber sub-preforms before all the fiber blanks have been produced.
  • the first fibrous sub-preform 51 is produced by thermoforming the first fibrous blank 510 on a first thermoforming surface Sio.
  • the first thermoforming surface Sw may comprise a sub-body area 10a and a sub-flange area 10b inclined relative to the sub-body area 10a.
  • the sub-body area 10a of the first thermoforming surface Sio has the geometry of the sub-body 51a of the first sub-preform 51 to be obtained.
  • the body portion 510a of the first fiber blank 510 is intended to be thermoformed against the sub-body area 10a of the first thermoforming surface Sio to form the sub-body 51a of the first sub-preform 51.
  • the sub-flange area 10b of the first thermoforming surface Sio has the geometry of the sub-flange 51b of the first sub-preform 51 to be obtained.
  • the flange portion 510b of the first fibrous blank 510 is intended to be thermoformed against the sub-flange area 10b of the first thermoforming surface Sio to form the sub-flange 51b of the first sub-preform 51.
  • the thermoforming of the first fibrous blank 510 is carried out by arranging the external face 510e of said first fibrous blank 510 against the first thermoforming surface Sio.
  • the second fibrous sub-preform 52 is made by thermoforming the second fibrous blank 520 on a second thermoforming surface S 2 o.
  • the second thermoforming surface S 2 o may comprise a sub-body area 20a and a sub-flange area 20b inclined relative to the sub-body area 20a.
  • the sub-body area 20a of the second thermoforming surface S20 has the geometry of the sub-body 52a of the second sub-preform 52 to be obtained.
  • the body portion 520a of the second fiber blank 520 is intended to be thermoformed against the sub-body area 20a of the second thermoforming surface S 2 o to form the sub-body 52a of the second sub-preform 52.
  • the sub-flange area 20b of the second thermoforming surface S 2 o has the geometry of the sub-flange 52b of the second sub-preform 52 to be obtained.
  • the flange portion 520b of the second fibrous blank 520 is intended to be thermoformed against the sub-flange area 20b of the second thermoforming surface S20 to form the sub-flange 52b of the second sub-preform 52.
  • the thermoforming of the second fibrous blank 520 is carried out by arranging the external face 520e of said second fibrous blank 520 against the second thermoforming surface S20 .
  • the third fibrous sub-preform 53 is produced by thermoforming the third fibrous blank 530 on a third thermoforming surface S30.
  • the third thermoforming surface S30 may comprise a sub-body area 30a and a sub-flange area 30b inclined relative to the sub-body area 30a.
  • the sub-body area 30a of the third thermoforming surface S30 has the geometry of the sub-body 53a of the third sub-preform 53 to be obtained.
  • the body portion 530a of the third fiber blank 530 is intended to be thermoformed against the sub-body area 30a of the third thermoforming surface S 30 to form the sub-body 53a of the third sub-preform 53.
  • the sub-flange area 30b of the third thermoforming surface S 30 has the geometry of the sub-flange 53b of the third sub-preform 53 to be obtained.
  • the flange portion 530b of the third fibrous blank 530 is intended to be thermoformed against the sub-flange area 30b of the third thermoforming surface S 3 o to form the sub-flange 53b of the third sub-preform 53.
  • the thermoforming of the third fibrous blank 530 is carried out by arranging the external face 530e of said third fibrous blank 530 against the third thermoforming surface S 3 Q.
  • the draping surfaces Sw, S20, S30 are convex while the thermoforming surfaces Si 00 , S 20 o, S 300 are concave, in order to improve the final material health obtained for the fibrous sub-preforms 51, 52, 53.
  • thermoforming surfaces S10, S20 , S30 may each belong to a separate thermoforming mold. However, according to a particular embodiment of the invention and as in the example illustrated in FIGS. 7 to 10, the thermoforming of the fibrous blanks 510, 520 and 530 may be carried out on a single thermoforming mold 30.
  • a fibrous blank here the third fibrous blank 530—is thermoformed directly on the thermoforming mold 30.
  • the third thermoforming surface S 3 o therefore belongs to the thermoforming mold 30.
  • the other fibrous blanks here the second blank 520 then the first blank 510—are thermoformed on the previously obtained fibrous sub-preform 53, 52 still arranged on the thermoforming mold 30, as illustrated in FIGS. 9 and 10.
  • the second thermoforming surface S 2 o is formed by the internal face 53i of the third fibrous sub-preform 53 still arranged on the thermoforming mold 30, and the first thermoforming surface S 10 is formed by the internal face 52i of the second fibrous sub-preform 52 still arranged on the thermoforming mold 30. the thermoforming mold 30.
  • Thermoforming parameters such as temperature, kinematics and speed are determined in a manner well known to those skilled in the art depending on the type of pre-impregnated plies used.
  • a third step E 3 the stacking of the fibrous sub-preforms 51, 52, 53 is carried out.
  • the stacking of the fibrous sub-preforms 51, 52, 53 is carried out after thermoforming, as described above.
  • the stacking can be carried out by an automated effector, for example by an automated “pick and place” type effector.
  • the stacking of the fibrous sub-preforms 51, 52, 53 forms the fibrous preform 50 of the part 5 to be obtained.
  • the fibrous preform 50 thus obtained is then polymerized in a well-known manner so as to consolidate said preform 50 to obtain the part 5 made of composite material according to a fourth step E 4 .
  • the invention is particularly interesting when the part 5 to be obtained is a part made of composite material with an organic matrix.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce (5) en matériau composite comprenant : - la réalisation d'une première ébauche fibreuse (510) par drapage sur une première surface de drapage (S100), - la réalisation d'une première sous-préforme fibreuse (51) par thermoformage de la première ébauche fibreuse (510) sur une première surface de thermoformage (S10), - la réalisation d'au moins une deuxième ébauche fibreuse (520) par drapage sur une deuxième surface de drapage (S200), - la réalisation d'au moins une deuxième sous-préforme fibreuse (52) par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse (520) sur une deuxième surface de thermoformage (S20), - l'empilement des sous-préformes (51, 52, 53) de sorte à obtenir une préforme fibreuse (50) ayant la forme de la pièce (5) à obtenir, - la consolidation de la préforme fibreuse (50) de sorte à obtenir la pièce (5).

Description

Description
Titre de l'invention : Fabrication d'une pièce en matériau composite par superposition de préformes fibreuses thermoformées
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne la fabrication de pièces en matériau composite par drapage et thermoformage. En particulier, mais non exclusivement, l'invention se rapporte à la fabrication de pièces de moteur aéronautique, de nacelles ou de fuselages.
Technique antérieure
[0002] L'utilisation de matériaux composites pour la fabrication de pièces aéronautiques, par exemple pour les carters de moteurs aéronautiques, permet d'obtenir des pièces résistantes et présentant des performances mécaniques équivalentes voire supérieures à celles réalisées en métal, tout en ayant une masse bien inférieure. Ainsi, leur utilisation contribue à optimiser les performances des turbomachines ou des équipements de la turbomachine, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions nocives telles que le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ou les oxydes d'azote de type « NOx ».
[0003] Il est connu de réaliser des pièces en matériau composite par drapage sur une surface de plis fibreux pré-imprégnées de résine. Pour des raisons de coûts de production et de répétabilité, le drapage peut être réalisé automatiquement, selon la technique de placement automatique de fibres dite « AFP » en anglais, pour « automated fiber placement ». Un exemple de procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite utilisant la méthode « AFP » est par exemple décrit dans le document FR3062336B1.
[0004] Le drapage des plis fibreux permet d'obtenir une ébauche fibreuse préimprégnée par une résine, qui sera ensuite mise en forme pour obtenir une préforme fibreuse de la pièce à obtenir. En effet, la géométrie de la préforme fibreuse souhaitée n'est pas toujours directement réalisable par drapage, en particulier lorsque ladite géométrie présente des creux ou des angles au fond desquels la tête de drapage ne peut pas accéder. Ladite préforme fibreuse est ensuite consolidée de manière bien connue sorte à former une matrice, afin d'obtenir la pièce en matériau composite souhaitée.
[0005] La mise en forme de l'ébauche fibreuse en préforme fibreuse est classiquement réalisée par thermoformage. Cette étape de thermoformage comprend une montée en température de l'ébauche fibreuse afin de faire baisser la viscosité de la résine qui l'imprègne, et ainsi de pouvoir procéder à la déformation de ladite ébauche.
[0006] Toutefois, il a été constaté qu'un tel procédé peut entraîner des déformations non-homogènes et des concentrations de contraintes non souhaitées, en particulier dans les zones structurales de la pièce. Le matériau composite final obtenu peut ainsi présenter des défauts et une qualité de matière peu maîtrisée, par exemple des ondulations de fibres dans les zones où le formage génère les glissements inter-plis les plus importants.
Exposé de l'invention
[0007] Il a été constaté que les défauts précités sont particulièrement marqués lors de la réalisation de pièces relativement épaisses comprenant de nombreux plis, en particulier plus de 20 plis, et en particulier lorsque lesdites pièces présentent des géométries relativement complexes, générant donc des glissements inter-plis importants pendant les phases de formage. En effet, lorsque les ébauches fibreuses sont constituées d'un grand nombre de plis pré-imprégnés, ceux-ci peuvent glisser les uns par rapports aux autres de manière non-maîtrisée lors de l'étape de thermoformage, et induire des défauts tels que des ondulations ou des plissures dans l'ébauche fibreuse obtenue.
[0008] Pour contrer ce phénomène, l'invention propose de réduire l'épaisseur des ébauches fibreuses à thermoformer, en réalisant la préforme finale par empilement de plusieurs sous-préformes thermoformées séparément.
[0009] A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : [0010] - la réalisation d'une première ébauche fibreuse par drapage d'un ou de plusieurs premiers plis pré-imprégnés sur une première surface de drapage, [0011] - la réalisation d'une première sous-préforme fibreuse par thermoformage de la première ébauche fibreuse sur une première surface de thermoformage, [0012] - la réalisation d'au moins une deuxième ébauche fibreuse par drapage d'un ou de plusieurs deuxièmes plis pré-imprégnés sur une deuxième surface de drapage différente de la première surface de drapage,
[0013] - la réalisation d'au moins une deuxième sous-préforme fibreuse par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse sur une deuxième surface de thermoformage différente de la première surface de thermoformage,
[0014] - l'empilement des sous-préformes fibreuses de sorte à obtenir une préforme fibreuse ayant la forme de la pièce à obtenir,
[0015] - la consolidation de la préforme fibreuse de manière à former une matrice de sorte à obtenir la pièce en matériau composite.
[0016] Ainsi, en décomposant la préforme fibreuse en plusieurs sous-préformes fibreuses d'épaisseur plus réduite, on réduit l'épaisseur des ébauches fibreuses à thermoformer. Par conséquent, le nombre de plis pré-imprégnés à thermoformer en une seule fois est également réduit, ce qui limite l'apparition de défauts dus au thermoformage.
[0017] Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les drapages sont réalisés par un procédé de drapage automatisé.
[0018] Par exemple, les drapages peuvent être réalisés par placement automatique de fibres, dit « AFP ». Les drapages peuvent également être réalisés par dépôt automatique de ruban, dit « ATL », ou par dépôt de type « pick and place ».
[0019] En effet, par rapport au drapage manuel, le drapage automatisé permet un gain de temps et une réduction des coûts de production tout en assurant une meilleure répétabilité du drapage.
[0020] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les ébauches fibreuses sont pré-imprégnées par une résine. [0021] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les surfaces de drapage sont convexes et les surfaces de thermoformage sont concaves.
[0022] Ainsi, on améliore la maîtrise de la qualité matière obtenue pour chaque sous-préforme fibreuse dans les zones thermoformées qui sont le plus souvent critiques d'un point de vue mécanique.
[0023] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la première surface de thermoformage est formée par la deuxième préforme fibreuse disposée sur la deuxième surface de thermoformage.
[0024] De ce fait, on réduit l'outillage nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. En effet, un seul moule de thermoformage peut être utilisé pour toutes les opérations de thermoformages, la sous-préforme fibreuse précédemment thermoformée étant utilisée comme surface de thermoformage pour la sous- préforme fibreuse suivante.
[0025] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les surfaces de drapage comprennent au moins une zone d'extrémité présentant des ondulations, de sorte que la partie des ébauches fibreuses formées sur ladite partie d'extrémité présentant des ondulations soit déformée lors du thermoformage de sorte à réaliser au moins une sous-bride de sous-préforme fibreuse, l'empilement des sous-brides de sous-préforme fibreuse réalisant au moins une bride de préforme fibreuse destinée à former au moins une bride sur la pièce finale.
[0026] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, le procédé comprend en outre une étape préliminaire de détermination du nombre de sous- préformes fibreuses à réaliser, selon laquelle on détermine le nombre minimum de sous-préformes fibreuses empilées à réaliser pour que la probabilité d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage d'une sous-préforme fibreuse soit inférieure à une valeur de probabilité déterminée.
[0027] Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la valeur de probabilité déterminée est de W9.
Brève description des dessins [0028] [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une pièce en matériau composite obtenue par le procédé de l'invention.
[0029] [Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en perspective éclatée d'une préforme fibreuse de la pièce de la figure 1 composée par une pluralité de sous- préformes fibreuses.
[0030] [Fig. 3] La figure 3 est un organigramme illustrant un procédé de fabrication selon l'invention.
[0031] [Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique en perspective du thermoformage d'une première ébauche fibreuse en une première sous-préforme fibreuse.
[0032] [Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en perspective du thermoformage d'une deuxième ébauche fibreuse en une deuxième sous-préforme fibreuse.
[0033] [Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique en perspective du thermoformage d'une troisième ébauche fibreuse en une troisième sous-préforme fibreuse.
[0034] [Fig. 7] La figure 7 est une vue schématique en perspective d'un moule de thermoformage.
[0035] [Fig. 8] La figure 8 est une vue schématique en perspective du moule de thermoformage de la figure 6 sur lequel la troisième ébauche fibreuse a été thermoformée pour obtenir la troisième sous-préforme fibreuse.
[0036] [Fig. 9] La figure 9 est une vue schématique en perspective du moule de thermoformage de la figure 6 sur lequel la deuxième ébauche fibreuse a été thermoformée pour obtenir la deuxième sous-préforme fibreuse.
[0037] [Fig. 10] La figure 10 est une vue schématique en perspective du moule de thermoformage de la figure 6 sur lequel la première ébauche fibreuse a été thermoformée pour obtenir la première sous-préforme fibreuse.
[0038] [Fig. 11] La figure 11 est une vue schématique en perspective d'un moule de drapage permettant le drapage de la première ébauche fibreuse. [0039] [Fig. 12] La figure 12 est une vue schématique en perspective d'un moule de drapage permettant le drapage de la deuxième ébauche fibreuse.
[0040] [Fig. 13] La figure 13 est une vue schématique en perspective d'un moule de drapage permettant le drapage de la troisième ébauche fibreuse.
[0041] [Fig. 14] La figure 14 est une vue schématique et partielle d'une ébauche fibreuse drapée par placement automatique de fibres.
Description des modes de réalisation
[0042] La présente invention concerne la fabrication d'une pièce en matériau composite par drapage. En particulier, la présente invention est particulièrement intéressante pour la réalisation de pièces épaisses et/ou présentant une géométrie complexe. La présente invention est particulièrement intéressante pour la réalisation d'une pièce formée par au moins 20 plis pré-imprégnés déposés par drapage, et plus avantageuse encore pour la réalisation d'une pièce formée par au moins 40 plis préimprégnés déposés par drapage.
[0043] La figure 1 illustre un exemple de pièce 5 en matériau composite pouvant être réalisée par le procédé de l'invention.
[0044] La pièce 5 en matériau composite à obtenir peut comprendre un corps en forme de coque s'étendant autour d'un axe, par exemple un corps 5a en forme de demi-coque s'étendant autour d'un axe A comme dans l'exemple illustré sur la figure 1. Le corps 5a peut présenter une forme de révolution partielle cylindrique ou tronconique, ou encore une forme de révolution partielle quelconque.
[0045] La pièce 5 en matériau composite à obtenir peut comprendre au moins une bride 5b à l'une de ses extrémités, comme dans l'exemple illustré sur la figure 1. La ou les brides 5b sont situées dans le prolongement du corps 5a de la pièce 5 à obtenir. La pièce 5 comprend en outre une face interne 5i et une face externe 5e, définie par rapport à l'axe A.
[0046] Conformément au procédé de l'invention, la pièce 5 à obtenir sera réalisée par densification d'une préforme fibreuse 50 pré-imprégnée, ladite préforme fibreuse 50 étant obtenue par l'empilement d'une pluralité de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 obtenues par drapage et thermoformage, comme illustré sur la figure 2. Les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 sont empilées de sorte à se superposer radialement. Ainsi, les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 se superposent dans l'épaisseur de la préforme fibreuse 50.
[0047] Les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 comprennent une face interne 51i, 52i, 53i et une face externe 51e, 52e, 53e. Les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 sont empilées de sorte que la face interne 52i, 53i d'une sous-préforme fibreuse extérieure 52, 53 soit au contact de la face externe 51e, 52e d'une sous-préforme fibreuse intérieure 51, 52. La face interne 5 li de la sous-préforme fibreuse 51 disposée la plus à l'intérieur de la préforme fibreuse 50 sera destinée à former la face interne 5i de la pièce 5. La face externe 53e de la sous-préforme fibreuse 53 disposée la plus à l'extérieur de la préforme fibreuse 50 sera destinée à former la face externe 5e de la pièce 5.
[0048] Chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 peut comprendre un sous-corps 51a, 52a, 53a, destiné à former une partie de l'épaisseur du corps 5a de la pièce finale 5, et au moins une sous-bride 51b, 52b, 53b, destinée à former une partie de l'épaisseur de la bride 5b de la pièce finale 5.
[0049] Nous allons maintenant décrire une première étape préliminaire optionnelle Ei de conception du procédé de l'invention, en relation avec la figure 3.
[0050] Suivant une première sous-étape En de cette première étape préliminaire optionnelle Ei, on détermine tout d'abord le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. La présente invention est particulièrement intéressante dans le cas où le nombre total Ptotai de plis préimprégnés à draper pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 est supérieur à 20. On détermine le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper selon l'épaisseur de la pièce 5 à obtenir et selon le ou les matériaux constituant les plis pré-imprégnés à draper pour obtenir la pièce 5.
[0051] Suivant une deuxième sous-étape Ei2 de cette première étape préliminaire optionnelle Ei, on détermine le nombre maximum de plis superposés Pmax pour lequel la probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage est faible. La probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage est déterminée suivant le ou les matériaux constituant les plis pré-imprégnés à draper et suivant la géométrie de la pièce 5 à obtenir. Cette probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage peut être obtenue en réalisant des essais. En particulier, on détermine le nombre maximum de plis superposés Pmax pour lequel la probabilité Pdéfaut d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage est inférieure ou égale à une valeur de probabilité déterminée préf. De préférence, la valeur déterminée préf est égale à 10'9.
[0052] De manière générale, le nombre maximum de plis superposés Pmax est de préférence inférieur ou égal à 20 pour un formage à 90°.
[0053] La première et la deuxième sous-étapes de cette étape préliminaire optionnelle peuvent être réalisées simultanément.
[0054] Suivant une troisième sous-étape Ei3 de cette première étape préliminaire optionnelle E on détermine le nombre N de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce. A cet effet, on détermine le nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. Le nombre minimum Nmini de sous- préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser est déterminé en divisant le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 par le nombre maximum de plis superposés Pmax- Si le rapport du nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper par le nombre maximum de plis superposés Pmax est un entier, alors le nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser est égal à cet entier. Si le rapport du nombre total Ptotai de plis préimprégnés à draper par le nombre maximum de plis superposés Pmax n'est pas un entier, alors le nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser correspond à l'arrondi à l'entier supérieur de ce quotient.
[0055] Par exemple, si le nombre total Ptotai de plis pré-imprégnés à draper est de 30 et que le nombre maximum de plis superposés Pmax est de 7, le nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser sera de 5.
[0056] Le nombre N de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 est de préférence choisi égal au nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. Le nombre N de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 doit être supérieur ou égal au nombre minimum Nmini de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5.
[0057] Suivant une quatrième sous-étape EM de la première étape préliminaire optionnelle Ei, on détermine la répartition du nombre de plis dans chaque sous- préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser pour obtenir la préforme fibreuse 50 de la pièce 5. La répartition des plis par sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 est réalisée de sorte que le nombre de plis présent dans chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 soit inférieur ou égal au nombre maximum de plis superposés Pmax- De préférence, chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 comprend un nombre similaire de plis, voire comprend le même nombre de plis.
[0058] On obtient ainsi les caractéristiques de chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser. Une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 est obtenue par thermoformage d'une ébauche fibreuse 510, 520, 530, comme illustré sur les figures 4 à 6.
[0059] Suivant une cinquième sous-étape Ei5 de la première étape préliminaire optionnelle E on détermine les caractéristiques des surfaces de thermoformage Si0, S20, S30 du ou des moules de thermoformage 10, 20, 30 destinées à permettre le thermoformage des ébauches fibreuses 510, 520, 530 en sous-préformes fibreuses 51, 52, 53, comme illustrés sur les figures 7 à 10. Ces caractéristiques peuvent facilement être déterminées à partir des caractéristiques de chaque sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser déterminées précédemment.
[0060] Dans l'exemple illustré, les surfaces de thermoformage S10, S2o, S30 du ou des moules de thermoformage 10, 20, 30 comprennent chacune une zone de sous- corps 10a, 20a, 30a destinée à permettre le thermoformage du sous-corps 51a, 52a, 53a de la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53. Les surfaces de thermoformage S10, S2o, S30 du ou des moules de thermoformage 10, 20, 30 comprennent également chacune une zone de sous-bride 10b, 20b, 30b destinée à permettre le thermoformage de la sous-bride 51b, 52b, 53b de la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53.
[0061] Suivant une sixième sous-étape EI6 de la première étape préliminaire optionnelle E on détermine les caractéristiques de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 destinée à former une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 après thermoformage sur les surfaces de thermoformages Si0, S2o, S30.
[0062] L'ébauche fibreuse 510, 520, 530 comprend le même nombre de plis préimprégnés que la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 que ladite ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à former. La forme de l'ébauche fibreuse 510, 520, 530 à draper est facilement déterminable par l'homme du métier à partir de la forme de la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 que ladite ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à devenir. En effet, la sous-préforme fibreuse 51, 52, 53 à réaliser présente une géométrie qui n'est pas réalisable directement par drapage, par exemple parce qu'elle présente des creux ou des angles dont le fond n'est pas atteignable par la tête de dépose d'un dispositif de drapage.
[0063] Dans le cas où les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 à réaliser présentent une sous-bride 51b, 52b, 53b à au moins une de leurs extrémités, les ébauches fibreuses 510, 520, 530 associées présenteront de manière bien connue une partie d'extrémité ondulée 510b, 520b, 530b appelée « partie de bride de l'ébauche fibreuse » destinée à être thermoformée en sous-bride.
[0064] La détermination de la géométrie d'une ébauche fibreuse 510, 520, 530 drapée à thermoformer en une forme voulue est bien connue de l'homme du métier, en particulier pour la réalisation d'une pièce comprenant au moins une bride. Un exemple d'une telle détermination est notamment décrit dans le document W02012/046020.
[0065] Les ébauches fibreuses 510, 520, 530 comprennent une face interne 5 lOi, 520i, 530i et une face externe 510e, 520e, 530e, comme illustré sur les figures 4 à 6. La face interne 510i, 520i, 530i de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à former la face interne 5 li, 52i, 53i d'une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53. La face externe 510e, 520e, 530e de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 est destinée à former la face externe 51e, 52e, 53e d'une sous-préforme fibreuse 51, 52, 53.
[0066] Suivant une septième sous-étape Ei7 de la première étape préliminaire optionnelle E on détermine les caractéristiques des surfaces de drapage Si00, S2Oo, S300 des moules de drapage 100, 200, 300 destinés à permettre le drapage des ébauches fibreuses 510, 520, 530. Ces caractéristiques peuvent facilement être déterminées à partir des caractéristiques de chaque ébauche fibreuse 510, 520, 530 déterminées précédemment.
[0067] Toutes les sous-étapes présentées précédemment sont optionnelles, et on ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si aucune ou seulement une partie de ces sous-étapes sont réalisées.
[0068] Nous allons maintenant décrire la fabrication de la pluralité de sous- préformes fibreuses 51, 52, 53, selon une deuxième étape E2, comme illustré sur la figure 3.
[0069] On réalise la pluralité d'ébauches fibreuses 510, 520, 530 par drapage.
[0070] La première ébauche fibreuse 510 est réalisée par drapage sur une première surface de drapage Si00. Comme illustré sur la figure 11, la première surface de drapage S100 appartient à un premier moule de drapage 100. Dans l'exemple illustré, la première surface de drapage Si00 comprend au moins une zone principale 100a et une zone d'extrémité ondulée 100b située dans le prolongement de la zone principale 100a. La zone principale 100a de la première surface de drapage Si00 présente la géométrie de la partie de corps 510a de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. Ainsi, les plis pré-imprégnés drapés sur la zone principale 100a de la première surface de drapage S100 sont destinés à former la partie de corps 510a de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. La zone d'extrémité ondulée 100b de la première surface de drapage S100 présente la géométrie de la partie de bride 510b de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. Ainsi, le ou les plis pré-imprégnés drapés sur la zone d'extrémité ondulée 100b de la première surface de drapage S100 sont destinés à former la partie de bride 510b de la première ébauche fibreuse 510 à obtenir. [0071] La deuxième ébauche fibreuse 520 est réalisée par drapage sur une deuxième surface de drapage S2Oo- Comme illustré sur la figure 12, la deuxième surface de drapage S200 appartient à un deuxième moule de drapage 200. Dans l'exemple illustré, la deuxième surface de drapage S200 comprend au moins une zone principale 200a et une zone d'extrémité ondulée 200b située dans le prolongement de la zone principale 200a. La zone principale 200a de la deuxième surface de drapage S2oo présente la géométrie de la partie de corps 520a de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir. Ainsi, les plis pré-imprégnés drapés sur la zone principale 200a de la deuxième surface de drapage S2oo sont destinés à former la partie de corps 520a de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir. La zone d'extrémité ondulée 200b de la deuxième surface de drapage S2oo présente la géométrie de la partie de bride 520b de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir. Ainsi, le ou les plis pré-imprégnés drapés sur la zone d'extrémité ondulée 200b de la deuxième surface de drapage S2oo sont destinés à former la partie de bride 520b de la deuxième ébauche fibreuse 520 à obtenir.
[0072] La troisième ébauche fibreuse 530 est réalisée par drapage sur une troisième surface de drapage S300. Comme illustré sur la figure 13, la troisième surface de drapage S300 appartient à un troisième moule de drapage 300. Dans l'exemple illustré, la troisième surface de drapage S300 comprend au moins une zone principale 300a et une zone d'extrémité ondulée 300b située dans le prolongement de la zone principale 300a. La zone principale 300a de la troisième surface de drapage S3oo présente la géométrie de la partie de corps 530a de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. Ainsi, les plis pré-imprégnés drapés sur la zone principale 300a de la troisième surface de drapage S3oo sont destinés à former la partie de corps 530a de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. La zone d'extrémité ondulée 300b de la troisième surface de drapage S3oo présente la géométrie de la partie de bride 530b de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. Ainsi, le ou les plis pré-imprégnés drapés sur la zone d'extrémité ondulée 300b de la troisième surface de drapage S300 sont destinés à former la partie de bride 530b de la troisième ébauche fibreuse 530 à obtenir. [0073] La deuxième surface de drapage S200 est différente de la première surface de drapage Si00. De préférence, la deuxième surface de drapage S200 présente une forme globale similaire à la forme globale de la première surface de drapage Swo- La deuxième surface de drapage S200 peut présenter des dimensions proportionnellement plus grandes que les dimensions de la première surface de drapage Si00. La première surface de drapage Si00 appartient à un premier moule de drapage 100 différent du deuxième moule de drapage 200 comprenant la deuxième surface de drapage S200. Le premier moule de drapage 100 n'est pas inclus dans le deuxième moule de drapage 200.
[0074] Plus généralement, les surfaces de drapage Si00, S200, S300 sont toutes différentes les unes par rapport aux autres. De préférence, les surfaces de drapage S100, S2oo, S300 présentent une forme globale similaire. Les dimensions des surfaces de drapage Si00, S200, S300 sont de préférence proportionnelles les unes par rapport aux autres.
[0075] La réalisation des ébauches fibreuses 510, 520, 530 est de préférence réalisée par placement automatique de fibres, selon la méthode dite « AFP ».
[0076] La figure 14 illustre schématiquement la structure d'une tête de dépose 80 d'un dispositif de mise en oeuvre d'une technique AFP. La structure de la tête de dépose 80 est bien connue. La tête de dépose 80 est alimentée par une bande ou une mèche fibreuse 500.
[0077] La bande ou la mèche fibreuse 500 peut être imprégnée par une résine selon un mode particulièrement intéressant de l'invention. En particulier, la bande ou la mèche fibreuse 500 peut être imprégnée par un polymère thermodurcissable ou être imprégnée par un polymère thermoplastique. La bande ou la mèche fibreuse 500 peut également être imprégnée par une suspension aqueuse comprenant des particules de précurseur de matrice.
[0078] La bande ou la mèche fibreuse 500 peut être acheminée par un élément de convoyage 81 jusqu'à un élément d'application de la pression 82 situé du côté de la surface de drapage Si00, S200, S300. L'élément de convoyage 81 est ici sous la forme d'un couple de rouleaux contra rotatifs 81a et 81b entre lesquels la bande ou la mèche 500 est présente. L'élément de convoyage 81 permet de faire avance la bande ou la mèche 500 jusqu'à l'élément d'application de la pression 82. L'élément d'application de la pression 82 applique une pression sur la bande ou la mèche 500 afin de réaliser un dépôt sur la surface de drapage Swo, S2Oo, S300. L'élément d'application de la pression 82 est ici sous la forme d'un rouleau.
[0079] La tête de dépose 80 peut, en outre, comporter un élément chauffant 83 situé au voisinage de l'élément d'application de la pression 82. Cet élément chauffant 83 permet, dans le cas d'une bande ou d'une mèche 500 imprégnée par un polymère thermoplastique ou thermodurcissable, de chauffer la bande ou la mèche 500 imprégnée lors de son dépôt afin de fluidifier le polymère et ainsi de conférer le pouvoir d'adhésion souhaité à la bande ou à la mèche 500 déposée.
[0080] Lors du dépôt, la tête de dépose 80 est mobile afin d'appliquer la bande ou la mèche 500 sur une première zone déterminée la surface de drapage Swo, S2Oo, S3oo- Une fois l'application réalisée sur cette première zone, un élément de découpe 84 de la tête de dépose 80 coupe la bande ou la mèche 500. Après cette découpe, on obtient ainsi le dépôt d'une première structure fibreuse, formée par un premier tronçon de la bande ou de la mèche 500, sur la surface de drapage Swo, S200, S300.
[0081] La formation de l'ébauche fibreuse 510, 520, 530 est ensuite poursuivie par avancée de la bande ou de la mèche 500 dans la tête de dépose 80 jusqu'à l'élément d'application de la pression 82 par actionnement de l'élément de convoyage 81. La tête de dépose 80 peut être déplacée afin de réaliser le dépôt de la mèche ou de la bande 500 sur une deuxième zone la surface de drapage Swo, S2Oo, S300. Le dépôt d'une deuxième structure fibreuse, formée par un deuxième tronçon de la bande 500, sur la deuxième zone de la surface de drapage Swo, S2oo, S300 est alors obtenu d'une manière similaire à celle décrite précédemment.
[0082] La réalisation de l'ébauche fibreuse 510, 520, 530 est ensuite poursuivie par dépôt de plusieurs autres structures fibreuses de la même manière que décrite précédemment. On réalise ainsi un ou plusieurs plis pré-imprégnés sur la surface de drapage Swo, S2Oo, S3Oo- Les plis sont de préférence pré-imprégnés par une résine, comme décrit précédemment, par exemple par un polymère thermodurcissable ou par un polymère thermoplastique. [0083] On obtient alors les ébauches fibreuses 510, 520, 530 réalisées par drapage telles qu'illustrées sur les figures 4 à 6.
[0084] On réalise une pluralité de sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 par thermoformage des ébauches fibreuses 510, 520, 530.
[0085] On peut réaliser toutes les ébauches fibreuses 510, 520, 530 puis, lorsque toutes les ébauches fibreuses ont été réalisées, les thermoformer pour obtenir les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53. Il est également possible de thermoformer une ou plusieurs ébauches fibreuses en sous-préformes fibreuses avant que toutes les ébauches fibreuses ne soient réalisées.
[0086] La première sous-préforme fibreuse 51 est réalisée par thermoformage de la première ébauche fibreuse 510 sur une première surface de thermoformage Sio. La première surface de thermoformage Sw peut comprendre une zone de sous-corps 10a et une zone de sous-bride 10b inclinée par rapport à la zone de sous-corps 10a. La zone de sous-corps 10a de la première surface de thermoformage Sio présente la géométrie du sous-corps 51a de la première sous-préforme 51 à obtenir. Ainsi, la partie de corps 510a de la première ébauche fibreuse 510 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-corps 10a de la première surface de thermoformage Sio pour former le sous-corps 51a de la première sous-préforme 51. La zone de sous-bride 10b de la première surface de thermoformage Sio présente la géométrie de la sous-bride 51b de la première sous-préforme 51 à obtenir. La partie de bride 510b de la première ébauche fibreuse 510 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-bride 10b de la première surface de thermoformage Sio pour former la sous-bride 51b de la première sous-préforme 51. Ainsi, le thermoformage de la première ébauche fibreuse 510 est réalisé en disposant la face externe 510e de ladite première ébauche fibreuse 510 contre la première surface de thermoformage Sio.
[0087] La deuxième sous-préforme fibreuse 52 est réalisée par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse 520 sur une deuxième surface de thermoformage S2o- La deuxième surface de thermoformage S2o peut comprendre une zone de sous- corps 20a et une zone de sous-bride 20b inclinée par rapport à la zone de sous- corps 20a. La zone de sous-corps 20a de la deuxième surface de thermoformage S20 présente la géométrie du sous-corps 52a de la deuxième sous-préforme 52 à obtenir. Ainsi, la partie de corps 520a de la deuxième ébauche fibreuse 520 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-corps 20a de la deuxième surface de thermoformage S2o pour former le sous-corps 52a de la deuxième sous- préforme 52. La zone de sous-bride 20b de la deuxième surface de thermoformage S2o présente la géométrie de la sous-bride 52b de la deuxième sous-préforme 52 à obtenir. La partie de bride 520b de la deuxième ébauche fibreuse 520 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-bride 20b de la deuxième surface de thermoformage S20 pour former la sous-bride 52b de la deuxième sous-préforme 52. Ainsi, le thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse 520 est réalisé en disposant la face externe 520e de ladite deuxième ébauche fibreuse 520 contre la deuxième surface de thermoformage S2o-
[0088] La troisième sous-préforme fibreuse 53 est réalisée par thermoformage de la troisième ébauche fibreuse 530 sur une troisième surface de thermoformage S30. La troisième surface de thermoformage S30 peut comprendre une zone de sous-corps 30a et une zone de sous-bride 30b inclinée par rapport à la zone de sous-corps 30a. La zone de sous-corps 30a de la troisième surface de thermoformage S30 présente la géométrie du sous-corps 53a de la troisième sous-préforme 53 à obtenir. Ainsi, la partie de corps 530a de la troisième ébauche fibreuse 530 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-corps 30a de la troisième surface de thermoformage S30 pour former le sous-corps 53a de la troisième sous-préforme 53. La zone de sous-bride 30b de la troisième surface de thermoformage S3o présente la géométrie de la sous-bride 53b de la troisième sous-préforme 53 à obtenir. La partie de bride 530b de la troisième ébauche fibreuse 530 est destinée à être thermoformée contre la zone de sous-bride 30b de la troisième surface de thermoformage S3o pour former la sous-bride 53b de la troisième sous-préforme 53. Ainsi, le thermoformage de la troisième ébauche fibreuse 530 est réalisé en disposant la face externe 530e de ladite troisième ébauche fibreuse 530 contre la troisième surface de thermoformage S3Q. [0089] De préférence, les surfaces de drapage Sw, S20, S30 sont convexes alors que les surfaces de thermoformage Si00, S2Oo, S300 sont concaves, afin d'améliorer la santé matière finale obtenue pour les sous-préformes fibreuses 51, 52, 53.
[0090] Les surfaces de thermoformage S10, S2o, S30 peuvent appartenir chacune à un moule de thermoformage distinct. Toutefois, selon un mode particulier de réalisation de l'invention et comme dans l'exemple illustré sur les figures 7 à 10, le thermoformage des ébauches fibreuses 510, 520 et 530 peut être réalisé sur un unique moule de thermoformage 30.
[0091] Dans ce mode de réalisation, comme illustré sur la figure 8, une ébauche fibreuse - ici la troisième ébauche fibreuse 530 - est thermoformée directement sur le moule de thermoformage 30. La troisième surface de thermoformage S3o appartient donc au moule de thermoformage 30. Puis, les autres ébauches fibreuses - ici la deuxième ébauche 520 puis la première ébauche 510 - sont thermoformées sur la sous-préforme fibreuse 53, 52 précédemment obtenue encore disposée sur le moule de thermoformage 30, comme illustré sur les figures 9 et 10. Ainsi, la deuxième surface de thermoformage S2o est formée par la face interne 53i de la troisième sous-préforme fibreuse 53 encore disposée sur le moule de thermoformage 30, et la première surface de thermoformage S10 est formée par la face interne 52i de la deuxième sous-préforme fibreuse 52 encore disposée sur le moule de thermoformage 30.
[0092] Les paramètres de thermoformage tels que la température, la cinématique et la vitesse sont déterminés de manière bien connue par l'homme du métier en fonction du type de plis pré-imprégnés utilisés.
[0093] Selon une troisième étape E3, on réalise l'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53.
[0094] Dans le mode de réalisation préférentiel tel qu'illustré sur les figures 8 à 10, l'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 est réalisé de fait sur le moule de thermoformage 30.
[0095] Sinon, on réalise l'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 après le thermoformage, comme décrit précédemment. L'empilement peut être réalisé par un effecteur automatisé, par exemple par un effecteur automatisé de type « pick and place ».
[0096] L'empilement des sous-préformes fibreuses 51, 52, 53 forme la préforme fibreuse 50 de la pièce 5 à obtenir. [0097] La préforme fibreuse 50 ainsi obtenue est ensuite polymérisée de manière bien connue de sorte à consolider ladite préforme 50 pour obtenir la pièce 5 en matériau composite selon une quatrième étape E4. L'invention est particulièrement intéressante lorsque la pièce 5 à obtenir est une pièce en matériau composite à matrice organique.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d'une pièce (5) en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- la réalisation d'une première ébauche fibreuse (510) par drapage d'un ou de plusieurs premiers plis pré-imprégnés sur une première surface de drapage (Si00),
- la réalisation d'une première sous-préforme fibreuse (51) par thermoformage de la première ébauche fibreuse (510) sur une première surface de thermoformage (Sio),
- la réalisation d'au moins une deuxième ébauche fibreuse (520) par drapage d'un ou de plusieurs deuxièmes plis pré-imprégnés sur une deuxième surface de drapage (S200) différente de la première surface de drapage (S100),
- la réalisation d'au moins une deuxième sous-préforme fibreuse (52) par thermoformage de la deuxième ébauche fibreuse (520) sur une deuxième surface de thermoformage (S20) différente de la première surface de thermoformage (S20),
- l'empilement des sous-préformes fibreuses (51, 52, 53) de sorte à obtenir une préforme fibreuse (50) ayant la forme de la pièce (5) à obtenir,
- la consolidation de la préforme fibreuse (50) de manière à former une matrice de sorte à obtenir la pièce (5) en matériau composite.
[Revendication 2] Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel les drapages sont réalisés par un procédé de drapage automatisé.
[Revendication 3] Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les ébauches fibreuses (510, 520, 530) sont pré-imprégnées par une résine.
[Revendication 4] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les surfaces de drapage (S100, S2oo, S300) sont convexes et les surfaces de thermoformage sont concaves (S10, S20, S30).
[Revendication 5] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première surface de thermoformage (Sio) est formée par la deuxième préforme fibreuse (52) disposée sur la deuxième surface de thermoformage (S20).
[Revendication 6] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les surfaces de drapage (Si00, S2oo, S300) comprennent au moins une zone d'extrémité présentant des ondulations (100b, 200b, 300b), de sorte que la partie des ébauches fibreuses (510, 520, 530) formées sur ladite partie d'extrémité présentant des ondulations (100b, 200b, 300b) soit déformée lors du thermoformage de sorte à réaliser au moins une sous-bride (51b, 52b, 53b) de sous-préforme fibreuse (51, 52, 53), l'empilement des sous-brides de sous-préforme fibreuse (51, 52, 52) réalisant au moins une bride de préforme fibreuse (50) destinée à former au moins une bride (5b) sur la pièce finale (5).
[Revendication 7] Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape préliminaire (Ei) de détermination du nombre (N) de sous-préformes fibreuses (51, 52, 53) à réaliser, selon laquelle on détermine le nombre minimum (Nmini) de sous-préformes fibreuses (51, 52, 53) empilées à réaliser pour que la probabilité d'apparition d'un défaut de formage lors du thermoformage d'une sous-préforme fibreuse (51, 52, 53) soit inférieure à une valeur de probabilité déterminée (préf).
[Revendication 8] Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel la valeur de probabilité (préf) déterminée est de 1CT9.
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