Une approche expérimentale par le couplage des procédés de fabrication des composites à matrice thermoplastique

Abstract

L’évolution technologique, scientifique et environnementale demande à la grande famille de l’industrie une innovation toujours plus compétitive. La phase de montée en compétence par le développement de procédés de fabrication avancés pour accroître la production en automatisant une mise en œuvre manuelle est effective. La règle d’or est alors légèreté et résistance. Cependant, nous entrons dans une nouvelle étape d’innovation alliant à ces caractéristiques des enjeux plus complexes d’économie et d’environnement. Ces objectifs se traduisent notamment par l’optimisation des temps de fabrication et la réduction des déchets de production. Ils s’inscrivent dans l’approfondissement des compétences associées à la fabrication avancée.L’utilisation de matériau haute performance couplée à des procédés de fabrication avancés est déjà démocratisée. Cependant, des améliorations sont encore possibles notamment dans les connaissances sur la relation qu’entretient un matériau sur son procédé et inversement. Les matériaux étant de plus en plus techniques et performants, le renforcement des connaissances sur leur mise en œuvre est nécessaire.Plusieurs procédés de mise en forme des matériaux composites à matrice thermoplastique sont largement utilisés pour la fabrication de pièces structurelles principalement. Cependant, ces procédés sont majoritairement utilisés de manière indépendante. Ainsi, l’utilisation conjointe de procédés de fabrication avancés est une amélioration possible dans l’optimisation des temps de production et la réduction des déchets. Le couplage des procédés de fabrication doit alors être expérimenté pour offrir une plus grande liberté de fabrication.Les travaux de recherche s’inscrivent dans un couplage de deux procédés de fabrication des composites à matrice thermoplastique pour la réalisation d’un produit spécifique : le placement de fibre pour la réalisation d’une préforme de type plaque et l’estampage sous presse pour la consolidation en un produit de forme. Le placement de fibres robotisé (PFR) est l’application automatique de rubans de fibres pré-imprégnées ou sèches sur des surfaces planes ou courbes à l’aide d’une cellule robotisée. L’enchaînement des deux procédés permet d’obtenir des pièces de forme complexe, optimisées, pour une prise en compte de l’aspect économique de l’étude. La qualité géométrique, le comportement mécanique, et la composition micro-structurelle du produit final sont tributaires à la fois de la performance de chaque procédé mais aussi de la cohérence entre les deux. Ainsi, la recherche des paramètres de chaque procédé doit être réalisée conjointement et non indépendamment pour assurer une optimisation du processus complet.L’estampage est utilisé comme technologie de fabrication rapide pour façonner des produits de forme complexe. Cependant, les plaques à estamper proviennent généralement des processus de consolidation en autoclave ou encore par placement de fibres robotisé à faible vitesse (< 0.1 m/s) appelé aussi OOA (Out Of Autoclave) ou consolidation in-situ. Or, la technologie de placement de fibres robotisé ayant évolué pour atteindre des vitesses de drapage de l’ordre de 1 m/s, il est maintenant envisageable d’optimiser le cycle de production en augmentant les vitesses de dépose. C’est pourquoi, l’optimisation de la combinaison du placement de fibres automatisé et de l’estampage est utile pour la réalisation d’un processus sans consolidation complète des semi-produits de placement de fibres, afin de réduire le temps de fabrication et d’améliorer les propriétés du matériau.L’objectif est de créer un semi-produit par placement de fibres robotisé rapide et de fournir les caractéristiques mécaniques par estampage. L’optimisation expérimentale des paramètres de l’ensemble du processus de fabrication est donc primordiale pour évaluer l’impact des procédés sur les propriétés du matériau.