FR3097158A1 - Circuit de fabrication d’une piece composite par moulage rtm - Google Patents
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Abstract
Circuit (100) de fabrication d’une pièce composite par moulage RTM, ce circuit comportant : - un premier réservoir (102) de stockage de résine polymérisable, - un moule (104) configuré pour recevoir une préforme fibreuse (108) et comportant un port (104a) d’entrée de résine, et - une pompe d’alimentation du moule en résine, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - un second réservoir (122) de stockage de fluide pousseur, et - une conduite (116) de circulation de résine et de passage d’un racleur (120) pour forcer le passage de la résine dans cette conduite, cette conduite étant reliée par une gare de départ (116a) au second réservoir, et par une gare d’arrivée (116b) audit port d’entrée du moule. Figure pour l'abrégé : figure 2
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un circuit de fabrication d’une pièce composite, telle qu’une aube de soufflante d’une turbomachine, par moulage RTM.
Arrière-plan technique
Le moulage RTM, dont les initiales font référence à l’acronyme anglo-saxon deResin Transfer Molding, est un procédé bien connu de réalisation de pièces en matériau composite à base de fibres imprégnées de résine, ces matériaux présentant des caractéristiques de résistance élevée ainsi qu’une masse réduite.
De manière connue, un tel procédé, lorsqu’il est appliqué à une pièce de turbomachine telle qu’une aube de soufflante, comporte plusieurs opérations successives. On commence par réaliser le tissage de fibres pour obtenir une ébauche de préforme en trois dimensions, puis on découpe ladite ébauche pour obtenir une préforme présentant sensiblement la forme de l’aube à obtenir. Cette préforme est alors disposée dans un moule d'injection, qui est refermé. Puis on injecte de la résine à l'état liquide en maintenant une pression sur la résine injectée pendant que l’on effectue la polymérisation de la pièce par chauffage.
Les résines utilisées sont des résines thermodurcissables très fluides qui sont à même de bien pénétrer les fibres de la préforme, même lorsqu'elles sont injectées sous une pression réduite. Pendant la polymérisation, sous l'effet de la chaleur, la résine injectée passe successivement de l'état liquide à l'état gélifié et enfin à l'état solide.
L'alimentation continue du moule d'injection en résine sous pression est une exigence primordiale qui a pour but de garantir des pièces de qualité, sans défaut et sans porosité. En effet, la résine tendant à dégazer pendant la polymérisation, il est nécessaire de maintenir la pression de la résine jusqu'à la polymérisation complète de la pièce afin d'éviter que des relâchements de gaz ne viennent compromettre l'intégrité de la résine.
Dans les systèmes d'injection RTM conventionnels, il est connu de maintenir la pression dans le moule par l’intermédiaire d’un cylindre injecteur qui contient la résine et qui en assure la distribution. Une fois la résine injectée, il est alors nécessaire de maintenir le cylindre injecteur connecté au système afin de maintenir la pression dans le moule jusqu'à polymérisation complète de la résine. Le cylindre injecteur est utilisé pour poursuivre l’alimentation en résine du moule. Cette étape appelée « gavage » est précédée d’une étape appelée « dosage », lors de laquelle une quantité prédéterminée de résine est injectée dans le moule.
En pratique, l’étape de dosage est mise en œuvre par un circuit artisanal composé du cylindre injecteur et d’un réchauffeur. Le circuit de la technique actuelle ne permet donc pas d’atteindre des cadences de production élevées.
La présente invention propose de remédier à ce problème en proposant un circuit de fabrication d’une pièce composite par moulage RTM, qui soit automatisable et qui permette donc une industrialisation de la fabrication de ce type de pièce.
L’invention concerne un circuit de fabrication d’une pièce composite par moulage RTM, ce circuit comportant :
- un premier réservoir de stockage de résine polymérisable,
- un moule configuré pour recevoir une préforme fibreuse et comportant un porté d’entrée de résine, et
- une pompe d’alimentation du moule en résine,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- un second réservoir de stockage de fluide pousseur, et
- une conduite de circulation de résine et de passage d’un racleur pour forcer le passage de la résine dans cette conduite, cette conduite étant reliée par une gare de départ au second réservoir, et par une gare d’arrivée audit port d’entrée du moule, la gare de départ étant reliée au premier réservoir par ladite pompe et étant configurée pour permettre l’insertion voire le retrait du racleur dans la conduite, et le racleur étant configuré pour se déplacer, sous l’action du fluide pousseur, depuis la gare de départ jusqu’à la gare d’arrivée afin d’entraîner avec lui de la résine.
Le dosage de la résine injectée dans le moule est avantageusement réalisé au moyen d’un racleur et d’une conduite adaptée au déplacement du racleur. Le racleur est déplacé dans la conduite au moyen d’un fluide pousseur et force à son tour le déplacement de la résine dans la conduite jusqu’au moule. Le volume de la conduite, entre les gares de départ et d’arrivée, est prédéterminé et correspond au volume de résine à introduire dans le moule.
Le circuit selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la pompe d’alimentation est une pompe volumétrique ; ce type de pompe a l’avantage d’être précis,
- la pompe volumétrique a un débit variable entre 0 et 30L/min,
-le racleur comprend un corps monobloc qui a en section une forme complémentaire à celle de la conduite, et qui est équipé d’au moins un joint assurant une étanchéité avec une surface interne de cette conduite,
- le circuit comprend un réchauffeur de résine, de préférence monté sur ladite conduite,
- le circuit comprend un troisième réservoir de fluide de nettoyage, de préférence raccordé à ladite pompe volumétrique,
- le circuit comprend un piston pour forcer le déplacement du fluide pousseur dans la conduite, et assurer le déplacement du racleur depuis la gare de départ jusqu’à la gare d’arrivée,
- le moule est configuré pour fabriquer une aube de soufflante.
L’invention concerne également un procédé de fabrication, de préférence automatisée, d’une pièce composite par moulage RTM au moyen d’un circuit tel que décrit ci-dessus.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée de l'invention
La figure 1 est une vue schématique d’un circuit 10 de fabrication d’une pièce composite par moulage RTM selon la technique antérieure. Pour l’essentiel, ce circuit 10 comprend un moule 12, un cylindre injecteur 14 du type piston, et un réchauffeur 16 qui relie une sortie du cylindre injecteur 14 à une entrée du moule 12.
Le cylindre injecteur 14 contient de la résine sous pression et à une température de l’ordre de 100°C environ. Sa sortie est reliée par un tuyau de 2m environ à une entrée du réchauffeur 16 dont la fonction est d’augmenter davantage la température de la résine, par exemple à 150°C environ. La sortie du réchauffeur 16 est reliée à l’entrée du moule par un autre tuyau de plusieurs mètres de longueur. Un surpresseur 18 est en outre relié à l’entrée du moule 12 afin d’appliquer une pression d’air de l’ordre de 15 bars environ à la résine injectée dans le moule.
Une préforme fibreuse est auparavant montée dans le moule 12 qui est fermé de manière étanche. Le moule 12 est alimenté en résine par son entrée et comprend une sortie du type évent.
La présente invention propose un circuit de fabrication 100 optimisé et idéalement automatisé.
La figure 2 montre un mode de réalisation du circuit de fabrication 100 selon l’invention qui comprend notamment :
- un réservoir 102 de stockage de résine polymérisable,
- un moule 104, et
- une pompe 106, de préférence volumétrique, pour l’alimentation en résine du moule.
Le moule 104 est similaire à celui de la technique antérieure et est configuré pour recevoir une préforme fibreuse 108 par exemple pour la réalisation d’une pale de soufflante d’une turbomachine.
Le moule 104 comprend un port d’entrée 104a pour l’alimentation en résine du moule, et un port de sortie 104b du type évent par exemple.
Le réservoir 102 peut être équipé d’un système d’agitation et est reliée par un tuyau équipé d’une ou plusieurs vannes à une entrée de la pompe 106.
La pompe 106 a de préférence un débit qui peut être régulé entre 0 et 30 L/min.
La pompe volumétrique 106 est par exemple celle commercialisée par la société CRESCOCITO sous la dénomination CRESCOCITO ou par la société POMTAVA sous la dénomination POMTAVA.
Le circuit 100 comprend en outre un réservoir 110 de stockage d’un solvant en vue du nettoyage du circuit 100. Ce réservoir 110 est relié par un tuyau à l’une des vannes de raccordement du réservoir 102 à la pompe 106. Le réservoir 110 est ainsi raccordé à l’entrée de la pompe 106 par une vanne.
Le circuit 100 comprend également un tuyau 112 de dérivation de la pompe 106, qui est relié à un dispositif 114 de récupération de déchets contenus dans le circuit 100.
La sortie de la pompe 106 est reliée au port d’entrée 104a du moule par une conduite 116 équipée d’un réchauffeur 118 dans l’exemple représenté.
La conduite 116 est reliée à l’amont (par référence à l’écoulement de la résine) à une gare d’entrée 116a qui est elle-même reliée à deux vannes 118a, 118b, et à l’aval à une gare de sortie 116b qui est elle-même reliée au port 104a.
La vanne 118a relie la conduite 116 et la gare d’entrée 116a à la sortie de la pompe volumétrique 106.
La conduite 116 est configurée pour recevoir et autoriser le déplacement d’un racleur 120, ce racleur ayant pour fonction de forcer le passage de la résine dans cette conduite.
La figure 7 illustre un exemple de réalisation de la conduite 116 et du racleur 120. Le racleur 120 peut comprendre un corps 120a monobloc qui a en section une forme complémentaire à celle de la conduite, et qui est équipé d’au moins un joint 120b assurant une étanchéité avec une surface interne de cette conduite.
La gare de départ 116a est configurée pour permettre l’insertion du racleur 120 dans la conduite 116. La gare d’arrivée 116b est configurée pour permettre le retrait du racleur 120 de la conduite 116 après déplacement du racleur depuis la gare de départ. En variante, la gare de départ 116a est configurée pour permettre l’insertion et le retrait du racleur 120, comme cela sera expliqué dans ce qui suit.
La vanne 118b relie la conduite 116 et la gare d’entrée 116a à un système de déplacement du racleur 120 dans la conduite 116. Ce système comprend un réservoir 122 de stockage d’un fluide pousseur ainsi qu’un piston 124 configuré pour forcer le déplacer du liquide pousseur à travers la conduite 116 en vue du déplacement du racleur 120. Le fluide pousseur est par exemple de l’air destiné à être comprimé par le piston 124.
L’ensemble comportant le réservoir 102, la pompe 106, la conduite 116, le réservoir 122 et le piston 124, permet dans ce mode de réalisation d’assurer le dosage de la résine injectée dans le moule. Cet ensemble de dosage A est délimité par des traits pointillés. L’ensemble B comporte quant à lui le réservoir de solvant 110 et le dispositif 114, et peut être considéré comme un ensemble de vidange. Enfin, la référence C désigne un ensemble utilisé pour le maintien en pression de la résine à l’intérieur du moule, postérieurement à l’étape de dosage. Le maintien en pression peut se faire via le port de sortie 104b.
Le dosage peut être réalisé de la façon suivante.
En référence à la figure 3, une première étape peut consister à actionner la pompe volumétrique 106 de façon à déplacer de la résine depuis le réservoir 102 jusqu’à la conduite 116. La résine est réchauffée dans la conduite 116 par le réchauffeur 118. Une fois que la conduite 116 est entièrement remplie de résine, le racleur est inséré dans la gare de départ 116a. Le remplissage de la conduite 116 par la résine peut être vérifié par exemple en vérifiant que de la résine parvient à la gare d’arrivée 116b de cette conduite 116.
Lors d’une seconde étape illustrée à la figure 4, la pompe 106 peut être isolée de la conduite 116 en fermant la vanne 118a. La pompe 106 peut être utilisée pour faire circuler du solvant depuis le réservoir 110 jusqu’au dispositif 114. Le solvant traverse les tuyaux et nettoie la pompe 106 pour supprimer les résidus de résine qui risquent de polymériser et boucher les tuyaux et la pompe.
En parallèle, le piston 124 est utilisé pour déplacer du fluide pousseur depuis le réservoir 122 jusqu’à la vanne 118b et la conduite 116. Le liquide pousseur est déplacé par le piston 124 pour déplacer le racleur 120 et ainsi forcer le déplacement de la résine contenue dans la conduite 116, depuis la gare de départ 116a jusqu’à la gare d’arrivée 116b. La détection du racleur 120 au niveau de la gare d’arrivée peut être faite visuellement ou par l’intermédiaire d’un capteur. Le racleur 120 peut par exemple être équipé d’un aimant qui est détecté par un capteur adéquat situé au niveau de la gare d’arrivée 106b.
Lors de la troisième étape illustrée à la figure 5, le racleur 120 parvient à la gare d’arrivée 116a et peut être retiré de celle-ci. Il est retiré par la gare d’arrivée ou redéplacé en sens inverse dans la conduite 116 jusqu’à la gare de départ. Ce déplacement en sens inverse peut être réalisé par de l’air sous pression par exemple.
La conduite 116 est dimensionnée et conformée pour que son volume interne corresponde au volume de résine à injecter dans le moule 104. La conduite 116 a par exemple un diamètre interne de l’ordre de 8 à 10mm environ.
Lors de la quatrième étape illustrée à la figure 6, l’étape de gavage peut être mise en œuvre au moyen de l’ensemble C, en maintenant par exemple le moule 104 sous pression via son port de sortie 104b.
Comme évoqué dans ce qui précède, les étapes du procédé de fabrication peuvent être réalisées de manière automatisée. Le circuit 100 est alors relié à des moyens 150 de commande et de programmation qui permettent de contrôler à distance les différents organes du circuit et notamment les vannes, la pompe 106, le piston 124, le réchauffeur 118, etc. (cf. figure 2).
Claims (10)
- Circuit (100) de fabrication d’une pièce composite par moulage RTM, ce circuit comportant :
- un premier réservoir (102) de stockage de résine polymérisable,
- un moule (104) configuré pour recevoir une préforme fibreuse (108) et comportant un port (104a) d’entrée de résine, et
- une pompe d’alimentation du moule en résine,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
- un second réservoir (122) de stockage de fluide pousseur, et
- une conduite (116) de circulation de résine et de passage d’un racleur (120) pour forcer le passage de la résine dans cette conduite, cette conduite étant reliée par une gare de départ (116a) au second réservoir, et par une gare d’arrivée (116b) audit port d’entrée du moule, la gare de départ étant reliée au premier réservoir par ladite pompe et étant configurée pour permettre l’insertion voire le retrait du racleur dans la conduite, et le racleur étant configuré pour se déplacer, sous l’action du fluide pousseur, depuis la gare de départ jusqu’à la gare d’arrivée afin d’entraîner avec lui de la résine. - Circuit (100) selon la revendication 1, dans lequel la pompe d’alimentation est une pompe volumétrique (106).
- Circuit (100) selon la revendication 2, dans lequel la pompe volumétrique (106) a un débit variable entre 0 et 30L/min.
- Circuit (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le racleur (120) comprend un corps monobloc (120a) qui a en section une forme complémentaire à celle de la conduite (116), et qui est équipé d’au moins un joint (120b) assurant une étanchéité avec une surface interne de cette conduite.
- Circuit (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend un réchauffeur (118) de résine, de préférence monté sur ladite conduite (116).
- Circuit (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend un troisième réservoir (110) de fluide de nettoyage, de préférence raccordé à ladite pompe volumétrique (106).
- Circuit (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend un piston (124) pour forcer le déplacement du fluide pousseur dans la conduite (116), et assurer le déplacement du racleur (120) depuis la gare de départ (116a) jusqu’à la gare d’arrivée (116b).
- Circuit (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le moule (104) est configuré pour fabriquer une aube de soufflante.
- Circuit (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre des moyens (150) de commande et de programmation des différents organes du circuit (100).
- Procédé de fabrication, de préférence automatisée, d’une pièce composite par moulage RTM au moyen d’un circuit (100) selon l’une des revendications précédentes.
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