FR3039089A1 - Procede de fabrication d'une piece en materiau composite integrant des composants et des moyens de reperage - Google Patents

Abstract

Selon un procédé de fabrication d'une pièce (1) en matériau composite : - on dispose au moins deux nappes de renfort (12) sur une première face de moulage (21) d'un moule (2) ; - on imprègne les nappes de renfort (12) d'une résine apte à durcir ; - on dispose entre les nappes de renfort (12) une préforme (10) comportant au moins deux composants (100) et des moyens de repérage (3), pour définir ou repérer la position de la préforme (10) et des composants (100) dans la pièce (1).

Description

Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite Domaine technique L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite intégrant des composants.

Etat de la technique

Les matériaux composites sont déjà largement utilisés, pour fabriquer par exemple de grandes pièces de forme gauche, comme des éléments de structure ou de carrosserie dans le domaine des transports automobile, ferroviaire ou aéronautique. La tendance actuelle est de chercher encore à alléger les structures, avec par exemple l’utilisation de renfort en fibres de carbone. Cependant, le comportement de tels éléments est sensiblement différents des éléments connus à base de fibres de verre et de résine telle que de la résine polyester ou époxyde. En effet, la réponse vibratoire est sensiblement modifiée, ce qui dégrade la prestation acoustique et a un impact sur la durée de vie des éléments.

Il est proposé dans le document US 5,894,651 d’incorporer dans la pièce composite des composants tels que des actionneurs piézoélectriques qui permettent d’absorber des vibrations mécaniques de manière active. Les actionneurs sont sous la forme de disques de céramique. Les documents US 2004/070314 A1 et US 2002/038990 A1 montrent l’utilisation d’éléments piézoélectriques souples afin d’être conformés sur des surfaces gauches.

De tels composants ont besoin d’être mis en position de manière précise dans la pièce afin d’agir de la manière prévue sur le comportement dynamique de la pièce. La mise en place manuelle ou même robotisée individuelle de chaque composant s’avère fastidieuse et imprécise.

Description de l’invention C’est donc un objectif de l’invention de fournir une méthode de fabrication de pièces en matériau composite qui permette de placer des composants avec précision.

Avec ces objectifs en vue, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite selon lequel : - on dispose au moins deux nappes de renfort sur une première face de moulage d’un moule ; - on imprègne les nappes de renfort d’une résine apte à durcir ; caractérisé en ce qu’on dispose entre les nappes de renfort une préforme comportant au moins deux composants et des moyens de repérage, pour définir ou repérer la position de la préforme et des composants dans la pièce.

En utilisant une préforme, on peut placer les composants dans une position relative précise. La préforme est ensuite intégrée dans la pièce finale, ce qui donne une position relative précise des composants dans la pièce finale. De plus, la position de la préforme dans la pièce peut être imposée ou ajustée à l’aide des moyens de repérage. L’imprégnation peut être réalisée pour un moulage au contact, avec une seule face de moulage, ou par infusion ou moulage basse pression, en utilisant un moule fermé par une deuxième face de moulage mise en place après les nappes et avant l’imprégnation.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les moyens de repérage comportent au moins deux trous de centrage traversant la préforme, et on place la préforme sur la première face de moulage, en faisant coïncider les trous de centrage avec des pions fixés sur le moule. On définit la position de la préforme de manière positive par rapport au moule, et donc par rapport à la pièce finale. Les pions de centrage peuvent être fixes, auquel cas la pièce finale comporte des trous correspondants, ou escamotables après la mise en position de la préforme pour que la pièce soit continue.

Dans un exemple, les pions font saillie de la première face du moulage. La préforme peut ainsi être entièrement englobée dans la pièce moulée.

Dans un autre exemple, les pions sont en dehors de la première face de moulage. Dans ce cas, la préforme déborde des limites de la partie moulée de la pièce. Cette partie débordante est soit conservée, soit découpée si elle est gênante pour la fonction de la pièce.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de repérage sont des bords de la préforme, et on place les bords en appui contre des faces de butée du moule pour positionner la préforme. On prévoit ainsi des faces de butée adaptées aux formes extérieures de la préforme entre lesquelles on cale la préforme.

Par exemple, les faces de butée sont en dehors de la première face du moule. Des parties de la préforme déborderont ainsi des limites de la partie moulée. Ces parties débordantes sont soit conservées, soit découpées si elles sont gênantes pour la fonction de la pièce.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de repérage sont des inserts sans contact. Ce peut être des parties métalliques ou des aimants dont on peut repérer la position par l’exploration du champ magnétique créé par l’insert ou par son interférence avec un champ magnétique de mesure. Ce peut être aussi des moyens visuels, si la préforme et les nappes permettent la vision de ceux-ci.

Selon un autre mode de réalisation, on découpe les bords de la pièce pour que ses limites soient en position par rapport aux moyens de repérage. Dans les techniques de fabrication de pièces composites, il n’est pas toujours aisé de placer les limites de la pièce de manière précise. Comme plusieurs nappes sont superposées, et que les bords des nappes ne sont pas toujours alignés, la qualité du bord de la pièce brute n’est pas toujours suffisante. On procède alors à une découpe pour être certains de la qualité de la limite de la pièce et de sa position par rapport aux moyens de repérage et aux composants.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la préforme comporte au moins une nappe de préforme sur laquelle des composants sont fixés. La nappe de préforme sera imprégnée de la même résine que la pièce lors de sa fabrication. Les composants sont fixés par tout moyen adéquat, tel que par collage, ligature ou pincement. La préforme est ainsi parfaitement intégrée à la pièce finale.

Selon une autre option, la préforme comporte au moins une nappe de préforme préimprégnée sur laquelle les composants sont fixés. La résine est déjà incorporée à la préforme, mais n’est pas durcie, ce qui sera réalisé en même temps que la pièce. La résine peut ainsi servir de colle pour maintenir les composants. La préforme sera ainsi parfaitement intégrée à la pièce finale.

Selon une autre option, la préforme comporte au moins une nappe de préforme enrobée de résine durcie. La préforme a ainsi une rigidité partielle, avec les composants déjà incorporés dans la résine durcie. La préforme est ainsi manipulable aisément, sans risque de déplacer les composants, ce qui assure une précision maximale.

Selon un perfectionnement, on relie les composants entre eux par des conducteurs électriques incorporés à la préforme. Le travail de connexion des composants est ainsi réalisé sur la préforme, ce qui est plus aisé que sur le moule de la pièce finale. De plus, des tests de qualité peuvent être réalisés sur la préforme, avant l’incorporation à la pièce finale.

Par exemple, la première face de moulage est gauche. Même si la préforme a été réalisée à plat, il est possible de la conformer, grâce à sa souplesse, sur la forme gauche de la première face de moulage. L’invention a aussi pour objet une pièce en matériau composite comportant au moins deux nappes de renfort enrobées de résine durcie, caractérisée en ce qu’elle comporte entre les nappes une préforme comportant au moins deux composants et des moyens de repérage, ayant défini ou permettant de repérer la position de la préforme et des composants dans la pièce.

Brève description des figures L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’une pièce réalisée selon un procédé d’un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est une vue d’une préforme incorporée à la pièce de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en éclaté illustrant le procédé de préparation d’une pièce selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 4 est une vue en perspective de la pièce préparée selon la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en éclaté illustrant le procédé de préparation d’une pièce selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; - la figure 6 est une vue en perspective de la pièce préparée selon la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en éclaté illustrant le procédé de préparation d’une pièce selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; - la figure 8 est une vue en éclaté illustrant le procédé de préparation d’une pièce selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; - la figure 9 est une vue en perspective de la pièce préparée selon la figure 8 ; - la figure 10 est une vue en perspective d’une préforme utilisée par le procédé de préparation d’une pièce selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 11 est une vue en perspective de la pièce préparée avec la préforme de la figure 10 ; - les figures 12 à 14 sont des vues en perspective d’exemples de préformes placées sur des surfaces gauches.

DESCRIPTION DETAILLEE

Une pièce 1 réalisée par le procédé selon l’invention est montrée sur la figure 1. Cette pièce 1 de forme gauche incorpore en son épaisseur des composants 100 tels que des disques piézoélectriques reliées par des conducteurs 101 électriques. Les composants 100 et les conducteurs 101 proviennent d’une préforme 10, telle que représentée sur la figure 2. La préforme 10 est sensiblement plane avec un contour de la forme d’un arbre à plusieurs branches 102, chaque branche 102 comportant un ou plusieurs composants 100. Les conducteurs 101 électriques sortent ensemble de l’un des bords 11 de la pièce 1.

La pièce 1 est en matériau composite et est fabriquée selon le procédé suivant : - on dispose au moins une première nappe de renfort 12 sur une première face de moulage 21 d’un moule 2 ; - on dispose une préforme 10 sur les nappes 12 déjà en place, la préforme 10 comportant au moins les composants 100 et des moyens de repérage 3 ; - on dispose au moins une deuxième nappe de renfort 13 pardessus la préforme 10 ; - on imprègne les nappes de renfort 12, 13 d’une résine apte à durcir ; - on attend le durcissement et on extrait la pièce 1 du moule 2.

Les nappes de renfort 12, 13 sont, classiquement, en fibres, telles que des fibres de verre, d’aramide, de carbone ou de matière végétale. La résine est, classiquement, choisie par exemple dans les résines époxydes, polyester, vynilesther, polyimides, phénoliques, de polypropylène ou de polyamide.

La préforme 10 peut être constituée de différentes manières. D’une première manière, la préforme 10 comporte au moins une nappe de préforme 101 sur laquelle des composants 100 sont fixés. Les composants 100 sont fixés par exemple par collage sur la nappe. On peut prévoir plusieurs couches de nappes de préforme 101. La nappe de préforme 101 sera imprégnée de résine en même temps que les nappes de renfort 12,13 propres à la pièce 1. Le résultat en que la préforme 10 est intimement liée à la pièce 1. D’une deuxième manière, la préforme 10 comporte au moins une nappe préimprégnée sur laquelle les composants 100 sont fixés. Dans ce cas, la résine de préimprégnation peut être de même nature ou de nature différente de celle qui est utilisée pour le reste de la pièce 1, selon les propriétés que l’on souhaite lui conférer. Le durcissement de la résine est obtenu classiquement par une exposition aux rayonnements ultraviolets ou à la chaleur. D’une autre manière, la préforme 10 comporte au moins une nappe enrobée de résine durcie. La préforme 10 est ainsi facile à manipuler et assure une permanence du positionnement relatif des composants 100.

Dans un premier mode de réalisation du procédé, tel que montré sur les figures 3 et 4, on utilise un moule 2 comportant une cavité 22 dans laquelle on dispose successivement trois premières nappes de renfort 12, la préforme 10, puis une deuxième nappe de renfort 13. La préforme 10 comporte plusieurs composants 100 répartis d’une manière prédéterminée, ce qui est mis en exergue par la cote « a » entre deux composants 100. Les composants 100 embarquent des moyens de repérage 3 afin que l’on puisse les localiser dans la pièce 1 terminée, telle que représentée en écorché sur la figure 4. On a mis également en exergue la cote « a » que l’on retrouve dans la pièce 1 finie.

Dans un deuxième mode de réalisation, tel que montré sur les figures 5 et 6, on utilise le même moule 2 que dans le premier mode de réalisation, mais la préforme 10’ est dotée de moyens de repérage 3 sous la forme de pattes 31 dont des bords 310 prennent appui contre des faces de butée 32 du moule 2, pour positionner la préforme 10’. Les faces de butée 32 sont en l’occurrence trois faces s’étendant perpendiculairement à la face première de moulage 21 et destinées à délimiter la pièce 1. On a mis en exergue, sur les deux figures 5 et 6, les cotes « a » de distance entre les composants 100 et les cotes « b » et « c » de distance des composants 100 par rapport aux faces de butées 32. On voit ainsi que la position des composants 100 dans la pièce 1 finie est parfaitement déterminée.

Dans un troisième mode de réalisation, illustré par la figure 7, on prévoit, par rapport au deuxième mode de réalisation, de prolonger les deux pattes 31 ” au-delà de la première face de moulage 21, et de munir ces pattes 31” de trous de centrage 312 traversant la préforme 10", et on place la préforme 10" sur la première face de moulage 21, en faisant coopérer les trous de centrage 312 avec des pions 33 fixés sur le moule 2. Les parties des pattes 31 ” qui dépassent des limites de la face de moulage 21 ne sont pas imprégnées de résine lors de l’étape d’imprégnation. Par la suite, on découpe l’extrémité des pattes 31” qui dépassent. Dans une variante non représentée, on n’utilise pas de pions, mais la partie saillante des pattes 31” prend appui sur des surfaces de butée en dehors de la première face de moulage 21.

Dans un quatrième mode de réalisation, illustré par les figures 8 et 9, on prévoit des trous de centrage 34 dans la préforme 10’”, et des pions 35 qui font saillie de la première face du moulage 21, de manière à fixer la position de la préforme 10’” avant l’étape d’imprégnation. Les pions 35 peuvent rester en place pendant la phase d’imprégnation, de telle sorte que les trous de centrage 34 resteront présents sur la pièce 1. Ce mode de réalisation s’applique essentiellement au cas où la première face de moulage n’est pas délimitée, de telle sorte que les limites de la pièce finie 1 peuvent varier fortement et ne peuvent pas servir de repères de position. Dans une variante non représentée, le bord 15 est repéré par rapport à des inserts sans contact, tel que des aimants, placés par exemple à la place des trous 34. On procède à la fabrication de la pièce 1 comme dans le premier mode de réalisation. Lorsque la pièce 1 est durcie, on repère la position des inserts et on découpe les bords de la pièce 1 afin que ses limites 15 soient à distance déterminée des inserts sans contact 34, comme l’illustre la cote « c » sur la figure 11. La découpe des bords de la pièce peut également s’appliquer au quatrième mode de réalisation.

Dans un cinquième mode de réalisation, illustré par les figures 10 et 11, on prévoit de prolonger la préforme comme moyen de repérage. La distance entre le premier élément 100 et le bord extérieur de la préforme est maîtrisé comme l’illustre la cote « c+f ». On procède à la fabrication de la pièce en faisant dépasser la préforme 10 hors de la zone d’imprégnation. Lorsque la pièce est durcie, on repère la position du premier élément 100 grâce à la partie saillante 36 de la préforme. On découpe alors les bords de la pièce 1 afin que les limites 15 soient à distance déterminée du premier élément, comme l’illustrent les cotes « c » et « b » sur la figure 11.

Les figures 12 à 14 illustrent des modes de réalisation dans lesquels la première face de moulage 215 est gauche, et en l’occurrence sphérique. Bien que préparée à plat, la préforme 105, 106, 107 est suffisamment souple pour s’adapter à la première face de moulage 215. Il est ainsi possible de faire se croiser des branches 102 de la préforme 106 sur la première face de moulage 215, comme le montre la figure 13.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de fabrication d’une pièce (1) en matériau composite selon lequel : - on dispose au moins deux nappes de renfort (12) sur une première face de moulage (21) d’un moule (2) ; - on imprègne les nappes de renfort (12) d’une résine apte à durcir ; caractérisé en ce qu’on dispose entre les nappes de renfort (12) une préforme (10) comportant au moins deux composants (100) et des moyens de repérage (3), pour définir ou repérer la position de la préforme (10) et des composants (100) dans la pièce (1).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les moyens de repérage (3) comportent au moins deux trous de centrage (34) traversant la préforme (10’”), et on place la préforme (10’”) sur la première face de moulage (21), en faisant coïncider les trous de centrage (34) avec des pions (33, 35) fixés sur le moule (2).
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les pions (35) font saillie de la première face du moulage (21 ).
4. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les pions (33) sont en dehors de la première face de moulage (21).
5. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les moyens de repérage (3) sont des bords (310) de la préforme (10), et on place les bords (310) en appui contre des faces de butée (32) du moule (2) pour positionner la préforme (10).
6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les faces de butées sont en dehors de la première face du moule (2).
7. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les moyens de repérage sont des inserts sans contact.
8. 8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on découpe les bords de la pièce (1) pour que ses limites (15) soient en position par rapport aux moyens de repérage (3).
9. 9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la préforme (10) comporte au moins une nappe de préforme sur laquelle des composants (100) sont fixés.
10. 10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la préforme (10) comporte au moins une nappe de préforme préimprégnée sur laquelle les composants (100) sont fixés.
11. 11. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la préforme (10) comporte au moins une nappe de préforme enrobée de résine durcie.
12. 12. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on relie les composants (100) entre eux par des conducteurs (101) électriques incorporés à la préforme (10).
13. 13. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première face de moulage (215) est gauche.
14. 14. Pièce en matériau composite comportant au moins deux nappes de renfort (12) enrobées de résine durcie, caractérisée en ce qu’elle comporte entre les nappes (12) une préforme (10) comportant au moins deux composants (100) et des moyens de repérage (3), ayant défini ou permettant de repérer la position de la préforme (10) et des composants (100) dans la pièce (1).