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WO2025224258A1 - Procédé de fabrication d'un élément composite 3d - Google Patents

Procédé de fabrication d'un élément composite 3d

Info

Publication number
WO2025224258A1
WO2025224258A1 PCT/EP2025/061250 EP2025061250W WO2025224258A1 WO 2025224258 A1 WO2025224258 A1 WO 2025224258A1 EP 2025061250 W EP2025061250 W EP 2025061250W WO 2025224258 A1 WO2025224258 A1 WO 2025224258A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
discontinuous
preform
manufacturing
layer
ribbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/061250
Other languages
English (en)
Inventor
Bertrand Laine
Aymeric AZRAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ollow SAS
Original Assignee
Ollow SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ollow SAS filed Critical Ollow SAS
Publication of WO2025224258A1 publication Critical patent/WO2025224258A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/25—Solid
    • B29K2105/253—Preform
    • B29K2105/258—Tubular

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of manufacturing processes for a 3D composite element.
  • the present invention aims to provide a method for manufacturing a complex-shaped 3D composite element which can be hollow or tubular but also include a non-developable surface such as a hemisphere coming out of a plane.
  • the present invention makes it possible in particular to produce industrially and for large series, geometries more complex than are possible with state-of-the-art technologies and/or to optimize the mechanical properties of the composite elements thus obtained.
  • the invention relates to a method for manufacturing a 3D composite element comprising the following steps:
  • At least one discontinuous ribbon comprising long fibers oriented along the longitudinal axis of said discontinuous ribbon and composed of segments, at minus a segment comprising a release zone to another adjacent segment,
  • At least one discontinuous ribbon composed of segments and one or more release zones to constitute the preform makes it possible in particular to guarantee a flexibility between the value of the perimeter of a complex shape of the preform and the value of the perimeter of the finished 3D composite element after the activation of the release zone(s).
  • At least one discontinuous ribbon is deposited to form the preform, and at least one release zone is left intact for the preform.
  • the activation step of at least one release zone is a controlled step that allows obtaining the desired 3D composite element.
  • the activation step of at least one release zone includes control of the temperature and/or pressure and/or any mechanical tensile force on the discontinuous ribbon and/or a predetermined electrical current.
  • the discontinuous tape comprises long fibers oriented along the longitudinal axis of the discontinuous tape. Placing long fibers along the direction of the discontinuous tape facilitates the release of the segments linked by at least one attachment point, the segments being stressed in a direction substantially parallel to that of the fibers composing them.
  • a discontinuous ribbon according to the invention can be used to manufacture different shapes of preforms.
  • the same discontinuous ribbon according to the invention can be used for manufacturing various shapes of 3D composite elements.
  • a discontinuous ribbon composed of segments comprises discontinuous fibers.
  • no fiber has a length greater than a length on the order of that of the segment(s).
  • no fiber has a length greater in any direction than a length on the order of that of the segment(s).
  • a release zone comprises an overlap portion to another segment, the segments being linked two by two on their overlap portion by at least one attachment point, and the activation of the release zone comprises the release of at least one attachment point.
  • segments linked two to two on their overlap part by at least one attachment point makes it possible, on the one hand, to design a discontinuous ribbon ready for use to manufacture the preform, on the other hand, to be able to reuse scraps of segments obtained in the context of other manufacturing processes, and finally, to anticipate the place of release of the attachment point(s) to transform the preform into the 3D composite element.
  • the attachment point helps to stabilize the overlap, the folding according to the shape of the discontinuous tape.
  • a release zone comprises two folds of the discontinuous tape, the folds being held by at least one attachment point, and the activation of the release zone comprises the release of at least one attachment point.
  • the release of at least one attachment point occurs under at least one predetermined condition, such as a certain temperature, pressure, or any mechanical tensile force on the discontinuous tape, or even a predetermined electrical current. Controlling the environment that allows the release of the attachment points makes it possible to anticipate the final shape of the 3D composite element.
  • the segments comprise a thermoplastic or natural material such as cellulose, and the attachment points are formed by ultrasonic welding.
  • ultrasonic welding makes it possible to design a tape capable of easily releasing at each weld point during its transformation into a 3D composite element.
  • this type of ultrasonic welding is highly compatible with the use of thermoplastic materials.
  • a release zone comprises at least two partial cutouts the width of the discontinuous tape, the cutouts being spaced along the longitudinal direction of the discontinuous tape. Such The spacing allows for continuity of the ribbon while ensuring that no fiber within the ribbon is continuous.
  • a release zone includes a ribbon cutting zone, the discontinuous ribbon comprising longitudinal unidirectional fibers, the discontinuous ribbon being cut at different places so that all the fibers are cut, making the ribbon discontinuous.
  • the fibers of the discontinuous ribbon are all discontinuous but the matrix binding the fibers is continuous, thus ensuring continuity of the discontinuous ribbon until the activation of the release zone(s), for example by an increase in temperature causing the matrix to melt.
  • At least one cut includes a cutting angle a between -90° and +90°, the value 0° being excluded, the cutting angle a being defined with respect to the longitudinal direction of the discontinuous strip corresponding to 0°.
  • the discontinuous tape according to the invention can be used on either side.
  • the discontinuous tape can also be reversed.
  • the cutting step is done by means of a laser.
  • the preform comprises several layers suitable for forming the preform, at least one layer comprising at least one discontinuous ribbon.
  • the preform comprises at least one longitudinal hollow part formed by at least one layer comprising a discontinuous ribbon, the discontinuous ribbon having a dispensing angle P between -90° and 90°, a dispensing angle of 0° corresponding to a dispensing parallel to the longitudinal direction of the preform and a dispensing angle of 90° corresponding to a dispensing perpendicular to the longitudinal direction of the preform.
  • Manufacturing the preform using a longitudinal guide comprising a substantially circular, polygonal, or freeform variable cross-section makes it possible to anticipate the final shape of the desired 3D composite element.
  • the diameter of the preform is thus adapted to the diameter of the tooling female during the internal pressure transformation step without risking damage to the discontinuous ribbon fibers of the preform or failing to conform the preform to the female tooling.
  • the preform comprises several layers of ribbon and at least one layer comprises a discontinuous ribbon within the meaning of the invention.
  • the preform comprises layers of ribbon that are not intended for release.
  • depositing a layer of ribbon in a longitudinal direction onto the hollow, tubular preform is not problematic for a processing step that increases the diameter of the preform.
  • Such a layer deposited at 0° may include a discontinuous ribbon, but activating the release zone(s) is not necessary to obtain the 3D composite element according to the invention.
  • the preform it is necessary for the preform to include a release zone at one or more specific locations. Each singularity is thus anticipated by placing a release zone that allows the preform to deform at the specified locations.
  • the length of the segments of each layer is chosen according to the layer deposition angle and the chosen perimeter variation between said preform layer and the same layer of the 3D composite element.
  • These angle and perimeter variation parameters can vary along the part, as can the associated segment length parameters between said preform layer and the same layer after consolidation in a tool.
  • a layer comprises several discontinuous ribbons, each discontinuous ribbon of the same layer comprising the same deposition angle p. This angle can thus evolve along the preform, but the ribbons constituting the same layer have, locally, the same angle.
  • the length of the segments of each discontinuous strip is chosen according to the deposition angle P of the corresponding layer as well as according to the chosen perimeter variation between said layer and the preform and the same layer of the 3D composite element.
  • These angle and perimeter variation parameters can vary along the part, as can the associated segment length parameters between said preform layer and the same layer after consolidation in a tool.
  • the activation step of the release zone(s) includes a thermal shaping step under pressure.
  • the thermal shaping step under pressure includes temperature and pressure parameters suitable for activating the release zone(s).
  • the thermal shaping step under pressure is a preform consolidation step or even a transformation step of the preform into the desired 3D composite element.
  • the activation step of the release zone(s) of the preform includes a stamping or deep drawing step of the preform.
  • the deep drawing step includes temperature and pressure parameters suitable for activating the release zone(s).
  • the deep drawing step is a consolidation step of the preform or even a transformation step of the preform into the desired 3D composite element.
  • FIG. 1 is a flat view of a first example of a discontinuous ribbon according to the invention
  • FIG.2 is a perspective view of the discontinuous ribbon of figure 1,
  • FIG.3 is a perspective view of an example of the realization of a layer of a preform comprising two discontinuous strips of figure 1,
  • FIG.4 is a perspective view after the activation step of the release zones of the discontinuous ribbon segments of the preform layer of Figure 3,
  • FIG.5 is a flat view of a second example of an embodiment of a discontinuous ribbon according to the invention
  • FIG.6 is a flat view after the activation step of the release zone of the discontinuous ribbon segments of Figure 5
  • FIG.7 is a perspective view of an example of the realization of a layer of a preform comprising two discontinuous strips of Figure 5,
  • FIG.8 is a perspective view after the activation step of the release zones of the discontinuous ribbon segments of the preform layer of Figure 7,
  • FIG.9 is a perspective view of another example of an embodiment of a preform comprising discontinuous ribbons of Figure 5 with only one discontinuous ribbon shown,
  • FIG.10 is a perspective view of the activation of the release zones of two segments of the discontinuous ribbon shown in the preform of Figure 9,
  • FIG.11 is a perspective view of a third embodiment of a discontinuous ribbon according to the invention.
  • FIG.12 is a flat view after the activation step of the release zone of the discontinuous ribbon segments of Figure 11,
  • FIG. 13 is a perspective view of an example of the realization of a layer of a preform comprising two discontinuous strips of Figure 11, and
  • FIG.14 is a perspective view after the activation step of the release zones of the discontinuous ribbon segments of the preform layer of Figure 13.
  • the invention aims to provide a method for manufacturing a 3D composite element from at least one discontinuous ribbon.
  • a first step in the manufacturing process of a 3D composite element according to the invention therefore consists of implementing a discontinuous ribbon designated by reference 1 as illustrated in figures 1 and 2.
  • a discontinuous ribbon 1 is defined before its shaping.
  • a ribbon comprising longitudinal fibers is a discontinuous ribbon 1 if there are two adjacent segments of said ribbon for which the fibers are no longer continuous or if it there exists a segment of said ribbon for which the fibers are no longer arranged in a single direction, the shape of the segment being free.
  • the fibers of a discontinuous ribbon 1 are cut or folded, the folding embodiment example imposing a different direction of the fibers.
  • a ribbon is considered a discontinuous ribbon 1 if there is no path parallel to one of its edges not crossing a discontinuity such as a fold on itself, an overlap or a cut.
  • the manufacturing process according to the invention makes it possible to design a 3D composite element 2 from a discontinuous ribbon 1.
  • a discontinuous tape 1 comprises fibers oriented along the axis of the discontinuous tape 1.
  • the discontinuous tape 1 may, for example, comprise unidirectional carbon, glass, Kevlar, aramid/para-aramid, or flax fibers embedded in a matrix.
  • the matrix may comprise a thermoplastic, metallic, or thermosetting material.
  • the discontinuous tape 1 may comprise a natural material such as cellulose or natural fibers bonded directly to one another.
  • a discontinuous ribbon 1 compatible with the invention comprises at least two segments 3, with at least one segment 3 comprising a release zone 4 to another adjacent segment 3.
  • the discontinuous ribbon 1 comprises several segments 3, a segment 3 comprising an overlapping part 5 on another adjacent segment 3.
  • Each segment 3 situated between two segments 3 then comprises an overlapping portion 5 and a portion covered by an overlapping portion 5 of the adjacent segment 3.
  • Such a segment 3 therefore comprises two release zones 4 with two segments 3 located on either side.
  • the release zone 4 includes the part of an overlap 5 of one segment 3 to another segment 3.
  • the length S of a segment 3 corresponds to the distance between two consecutive overlapping portions 5, the two overlapping portions 5 being inclusive.
  • the length Z of the release zone 4 corresponds to the length of the overlapping portion 5, i.e., the length of the overlap of the two segments 3 along the longitudinal direction of the discontinuous ribbon 1.
  • the length Z of an overlap part 5 of one segment 3 on the other segment 3 is between 1 and 7 mm, preferably between 4 and 6 mm, preferably 5 mm.
  • an overlap portion 5 corresponds approximately to half the width of the discontinuous strip 1 while maintaining a value greater than 1 mm.
  • the maximum value depends on the amount of length that will be consumed during the manufacturing process according to the invention, that is to say, according to the geometric complexity of the desired 3D composite element 2.
  • the retention of the overlapping part 5 of a segment 3 to another segment 3 is guaranteed by means of at least one attachment point.
  • the attachment points are created by ultrasonic welding.
  • the attachment points may also include points of glue or other resins to ensure that the covering part 5 of one segment 3 is held to another segment 3.
  • a preform 7 is manufactured from at least one discontinuous ribbon 1. Different examples of preform 7 are described below.
  • the third step of the manufacturing process according to the invention includes an activation step of the release zone 4.
  • the activation step of the release zone 4 is controlled by providing one or more predetermined conditions, such as a certain temperature, pressure or any mechanical tensile force on the discontinuous tape 1 or even a predetermined electrical intensity.
  • the activation step of the release zone 4 partially enables the separation of two consecutive segments 3. The separation distance can be anticipated during the transformation of the preform 7 into the 3D composite element 2 by controlling the activation of the release zones 4.
  • Figure 3 illustrates a layer of a cylindrical preform 7 comprising two discontinuous strips 1, as defined in Figures 1 and 2, arranged parallel to each other and deposited with a gap between them. Such a layer or several layers can thus constitute a preform 7 forming a hollow longitudinal part. According to other layer embodiments of a preform 7, the discontinuous strip(s) 1 are deposited in contact with each other, i.e., without a gap.
  • the discontinuous strip(s) 1 are deposited onto a dispensing support or mandrel (not shown).
  • This dispensing support or mandrel can be removed once the preform 7 is ready or used for a transformation step into the 3D composite element and subsequently removed, or it can form part of the resulting 3D composite element 2.
  • the two discontinuous strips 1 are deposited parallel to each other and along a deposit direction D forming a deposit angle P of approximately 55° with respect to the longitudinal direction X of the cylindrical preform 7.
  • the preform 7 comprises several layers of discontinuous tape 1, each layer having a specific deposition angle for the respective discontinuous tape(s) 1, different from the immediately superior and/or inferior layer. For example, a first layer is deposited at 0°, two layers are deposited at angles of -30° and 30°, and a fourth layer is deposited at 85°.
  • a first layer is deposited at 0°
  • two layers are deposited at angles of -30° and 30°
  • a fourth layer is deposited at 85°.
  • not all of the release zones 4 are activated.
  • a preform 7 comprising an evolving cylindrical shape (not illustrated), i.e. comprising different diameters
  • several longitudinal pieces are implemented consecutively, the same discontinuous strip 1 being able to form at least in part a first longitudinal piece with a first diameter and at least in part a second longitudinal piece with a second diameter of a different value.
  • first diameter Several discontinuous ribbons 1 can also be implemented to design a preform 7 with at least one change in diameter size.
  • Figure 4 illustrates the activation of the release zones 4 of the two discontinuous ribbons 1 implemented in order to obtain at least in part the final shape of the desired 3D composite element 2, namely a cylindrical shape comprising a diameter greater than the diameter of the cylindrical shape of the preform layer 7 of Figure 3.
  • a second embodiment of a discontinuous ribbon 1 compatible with the invention is illustrated in Figures 5 and 6.
  • the discontinuous ribbon 1 includes a release zone 4 formed by five cutouts 8.
  • the five cutouts 8 are all parallel to each other. Three cutouts 8 are along a first line Y1 and two other cutouts 8 are along a second line Y2 parallel to the first line Y1. This particular architecture forms a crenellated release zone 4.
  • the length S of a segment 3 corresponds to a new iteration of a similar cut 8, that is to say the same cut 8 of the scheme and located at the next longitudinal coordinate along the longitudinal direction of the discontinuous strip 1.
  • the length Z of the release zone 4 corresponds to the distance between the first line Y1 and the second line Y2 defined along the longitudinal direction of the discontinuous strip 1.
  • the lines Y1,Y2 include a cutting angle ⁇ substantially equal to 15° with respect to the longitudinal direction of the discontinuous strip 1.
  • This cutting creation step 8 can be done using a laser or other precision cutting tools.
  • Figure 6 illustrates the activation of the release zone 4, the spaced cutouts 8 created a crenellated structure between two consecutive segments 3.
  • the activation step of the release zone 4 comprises an increase in temperature resulting in at least softening, if not the melting of the matrix leading to the slippage of the fibers and the opening into notches of the release zone 4.
  • the activation step of the release zone 4 includes a tensioning causing the matrix to tear and the release zone 4 to open in notches.
  • a control of the activation of the release zone 4 allows the desired separation distance between two segments 3 to be chosen.
  • the distance Z is a maximum of 100mm, preferably less than 25mm and even more preferably less than 10mm.
  • the length of a cut 8 is at least 0.5 mm
  • the length of a cut 8 is at most one quarter of the width of the discontinuous ribbon 1 and preferably one eighth of the width of the discontinuous ribbon 1, the summed lengths of all the cuts 8 of a release zone Z being at least the width of the discontinuous ribbon 1.
  • the number of cuts 8, their spacing, their widths, the cutting angles a can thus vary according to the materials used but also in anticipation of the activation of the release zone of the preform 7 created from such a discontinuous ribbon 1.
  • a cutting angle a is chosen according to the deposition angle P of the discontinuous ribbon 1 to form at least in part the cylindrical preform 7.
  • the cutting angle a is approximately equal to 15° and the insertion angle P is approximately equal to 55°.
  • the cuts 8 are found in a position approximately perpendicular to the longitudinal direction of the cylindrical preform 7.
  • the value of the dispensing angle P approaches 0°, i.e. for dispensing along the longitudinal direction of the mandrel, the value of the cutting angle a must approach 0° to allow an effective release zone 4, namely to allow an increase in the diameter of the cylindrical preform 7 associated with a longitudinal elongation of said cylindrical preform 7.
  • the associated discontinuous strip 1 must be deposited with a deposit angle P preferably greater than 45° and even more preferably greater than 80°.
  • the position of the cutting lines 8 on the preform 7 approaches the perpendicular to the depositing support or mandrel.
  • the length S of a segment 3 of a discontinuous strip 1 is chosen as a function of the width of the discontinuous strip 1 and the dispensing angle P to form the cylindrical preform 7.
  • the length S is at most equal to five times, preferably 2.5 times and at least one times the value of the helicoid of revolution of the cylindrical preform 7, the value of the helicoid depending on the diameter of the cylindrical preform 7 as well as the dispensing angle p.
  • Figure 8 illustrates the activation of the relaxation zones 4 of the layer of the cylindrical preform 7 of figure 7.
  • Figure 9 illustrates another example of a flat preform 7 formed from several discontinuous strips 1 comprising cutouts 8 as illustrated in Figure 5 and deposited parallel to each other. Only one discontinuous strip 1 appears in Figure 9 for better visibility. According to other embodiments, several layers of discontinuous strips 1 can be deposited to form the flat preform 7, each layer being able to be oriented at its own specific deposit angle in the plane.
  • Figure 10 illustrates the activation of the release zone 4 shown in Figure 9.
  • the third step of the manufacturing process according to the invention allows the activation of all the release zones 4 of each of the discontinuous ribbons 1 forming the flat preform 7.
  • the activation of the release zones 4 takes place during a stamping step that defines such a hemispherical relief.
  • the predetermination of the stamping pressure and temperature allows control of the activation of the release zones 4.
  • the flat preform 7 is thus deformed to obtain this hemispherical shape, and the release zones allow the material formed by at least one layer of discontinuous strips 1 to spread uniformly without creating lumps of material, thus ensuring a uniform surface finish.
  • the last step of the process consists of obtaining the 3D composite element 2 thus formed.
  • the discontinuous ribbon 1 comprises a release zone 4 formed by two folds 9, 10. A first fold 9 at 180° is followed by a second fold 10 at 180° along the longitudinal direction of the discontinuous ribbon 1.
  • the length S of a segment 3 corresponds to a new iteration of a first following fold 9 and the length Z of the relaxation zone 4 corresponds to the distance between the two folds 9,10 along the longitudinal direction of the discontinuous ribbon 1.
  • the length Z of the release zone 4 from one segment 3 to the other segment 3 is between 1 and 7 mm, preferably between 4 and 6 mm, preferably 5 mm.
  • the maximum release length therefore corresponds to twice the value of the length Z of the release zone.
  • a segment 3 comprises two consecutive folds 9,10 which are reversibly held together by at least one attachment point per fold 9,10. Different processes are compatible depending on the materials used in a similar manner to the first embodiment of a discontinuous tape 1 by overlap.
  • the attachment points can be created by ultrasonic welding.
  • the attachment points may also include points of glue or other resins allowing the retention of the two folds 9,10 of a segment 3.
  • Figure 13 illustrates a layer of a cylindrical preform 7 comprising two discontinuous strips 1, as defined in Figures 11 and 12, arranged parallel to each other and deposited with a gap between them. Such a layer or several layers can thus constitute a preform 7 forming a hollow longitudinal part. According to other layer embodiments of a preform 7, the discontinuous strip(s) 1 are deposited in contact with each other, i.e., without a gap.
  • Figure 14 illustrates the activation of the release zones 4 of the two discontinuous ribbons 1 implemented in order to obtain at least in part the final shape of the desired 3D composite element 2, namely a cylindrical shape comprising a diameter greater than the diameter of the cylindrical shape of the preform layer 7 of Figure 13.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément composite 3D (2) comprenant les étapes suivantes : - Mise en œuvre d'au moins un ruban discontinu (1) comprenant des fibres longues orientées dans l'axe longitudinal dudit ruban discontinu (1) et composé de segments (3), au moins un segment (3) comprenant une zone de relâchement (4) à un autre segment (3) adjacent, - Fabrication d'une préforme (7) comprenant au moins un ruban discontinu (1), - Activation de la ou des zones de relâchement (4), et - Obtention de l'élément composite 3D (2).

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'un élément composite 3D
[0001] La présente invention concerne le domaine technique des procédés de fabrication d'un élément composite 3D.
[0002] Dans le domaine ci-dessus, il est connu des techniques de fabrication d'un élément composite 3D à partir de ruban de matière comprenant une étape de moulage permettant d'obtenir une forme finale voulue.
[0003] Ces techniques sont toutefois très limitantes aussi bien par rapport aux matériaux utilisés qu'aux formes possibles.
[0004] Il existe également des procédés connus de fabrication de pièces creuses et tubulaires composite comprennent une étape de transformation d'une préforme par pression interne dans un outillage femelle. De tels procédés doivent intégrer la problématique du différentiel de périmètre des couches constituant la préforme et du périmètre des couches constituant la pièce finale après consolidation sous pression dans l'outillage femelle.
[0005] Il est habituel d'avoir un périmètre de préforme légèrement plus faible que celui de la forme de l'outillage femelle pour assurer que les fibres sont bien tendues. Certaines des couches de la préforme voient leur périmètre augmenter lors de la transformation. Or l'utilisation de fibres dites techniques telles que des fibres de verre, carbone ou encore kevlar n'ont pas des propriétés mécaniques permettant un tel allongement sous tension.
[0006] La présente invention vise à proposer un procédé de fabrication d'un élément composite 3D de forme complexe pouvant être creux ou tubulaire mais également comprendre une surface non développable telle qu'un hémisphère sortant d'un plan.
[0007] La présente invention permet notamment de réaliser industriellement et pour des grandes séries, des géométries plus complexes que n'en sont capables les technologies de l'état de l'art et/ou d'optimiser les propriétés mécaniques des éléments composites ainsi obtenus.
[0008] L'invention porte sur un procédé de fabrication d'un élément composite 3D comprenant les étapes suivantes :
- Mise en oeuvre d'au moins un ruban discontinu comprenant des fibres longues orientées dans l'axe longitudinal dudit ruban discontinu et composé de segments, au moins un segment comprenant une zone de relâchement à un autre segment adjacent,
- Fabrication d'une préforme comprenant au moins un ruban discontinu,
- Activation de la ou des zones de relâchement, et
- Obtention de l'élément composite 3D.
[0009] La mise en oeuvre d'au moins un ruban discontinu composé de segments et d'une ou de plusieurs zones de relâchement pour constituer la préforme permet notamment de garantir une souplesse entre la valeur du périmètre d'une forme complexe de la préforme et la valeur du périmètre de l'élément composite 3D fini après l'activation de la ou des zones de relâchement.
[0010] Au sens de l'invention, au moins un ruban discontinu est déposé pour former la préforme et la au moins une zone de relâchement est intacte pour la préforme. L'étape d'activation de la au moins une zone de relâchement est une étape maîtrisée qui permet d'obtenir l'élément composite 3D voulu. L'étape d'activation de la au moins une zone de relâchement comprend une commande de la température et/ou pression et/ou tout effort de traction mécanique sur le ruban discontinu et/ou encore intensité électrique prédéterminée.
[0011] Selon une caractéristique de l'invention, le ruban discontinu comporte des fibres longues orientées dans l'axe longitudinal du ruban discontinu. Placer des fibres longues dans le sens du ruban discontinu permet de faciliter le relâchement des segments entre eux liés par au moins un point d'attache, les segments étant sollicités dans une direction sensiblement parallèle à celles des fibres les composant. La mise en oeuvre de fibres de carbone, de verre, de kevlar, d'aramide/para-aramide ou de lin par exemple, permet d'obtenir un élément composite 3D avec une très bonne résistance mécanique.
[0012] Différentes formes de réalisation d'étape d'activation de la au moins une zone de relâchement permettent d'obtenir différentes formes finales pour l'élément composite 3D, des exemples sont décrits par la suite. Et, un ruban discontinu selon l'invention peut être utilisé pour fabriquer différentes formes de préformes. Ainsi, avantageusement, un même ruban discontinu selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication de diverses formes d'élément composite 3D.
[0013] Au sens de l'invention, un ruban discontinu composé de segments comprend des fibres discontinues. Selon une forme de réalisation, aucune fibre n'a une longueur supérieure à une longueur de l'ordre de celle du ou des segments. Selon une autre forme de réalisation, aucune fibre n'a une longueur supérieure selon une direction à une longueur de l'ordre de celle du ou des segments.
[0014] Selon une forme de réalisation de l'invention, une zone de relâchement comprend une partie de recouvrement à un autre segment, les segments étant liés deux à deux sur leur partie de recouvrement par au moins un point d'attache, et l'activation de la zone de relâchement comprend le relâchement d'au moins un point d'attache.
[0015] La mise en oeuvre de segments liés deux à deux sur leur partie de recouvrement par au moins un point d'attache permet, d'une part, de concevoir un ruban discontinu prêt à l'emploi pour fabriquer la préforme, d'autre part, de pouvoir réutiliser des chutes de segments obtenus dans le cadre d'autres procédés de fabrication, et enfin, d'anticiper l'endroit du relâchement du ou des points d'attache pour transformer la préforme en l'élément composite 3D.
[0016] De plus, le point d'attache permet de stabiliser le recouvrement, le pliage selon la forme de réalisation du ruban discontinu.
[0017] Selon une autre forme de réalisation de l'invention, une zone de relâchement comprend deux plis du ruban discontinu, les plis étant maintenu par au moins un point d'attache, et l'activation de la zone de relâchement comprend le relâchement d'au moins un point d'attache.
[0018] Selon une caractéristique de l'invention, le relâchement d'au moins un point d'attache se fait selon au moins une condition prédéterminée, telle qu'une certaine température, pression ou tout effort de traction mécanique sur le ruban discontinu ou encore intensité électrique prédéterminée. Contrôler l'environnement permettant le relâchement des points d'attache permet d'anticiper la forme finale de l'élément composite 3D.
[0019] Selon une forme de réalisation de l'invention, les segments comprennent un matériau thermoplastique ou naturel tel que cellulose et les points d'attache sont réalisés par soudure par ultrasons. L'utilisation d'une soudure par ultrason permet de concevoir un ruban apte à pouvoir se relâcher facilement à chaque point de soudure lors de la transformation en élément composite 3D. Avantageusement ce type de soudure à ultrason est hautement compatible avec l'utilisation de matériaux thermoplastique.
[0020] Selon encore une autre forme de réalisation de l'invention, une zone de relâchement comprend au moins deux découpes partielles de la largeur du ruban discontinu, les découpes étant espacées selon la direction longitudinale du ruban discontinu. Un tel espacement permet de conserver une continuité du ruban tout en garantissant qu'aucune fibre comprise dans ce ruban ne soit continue.
[0021] Une zone de relâchement comprend une zone de découpe du ruban, le ruban discontinu comprenant des fibres unidirectionnelles longitudinales, le ruban discontinu étant découpé à différents endroits de manière que toutes les fibres soient découpées, rendant le ruban discontinu.
[0022] Selon une forme de réalisation, les fibres du ruban discontinu sont toutes discontinues mais la matrice liant les fibres est continue garantissant ainsi une continuité du ruban discontinu jusqu'à l'activation de la ou des zones de relâchement, par exemple par une augmentation de température entraînant la fonte de la matrice.
[0023] Selon une caractéristique de l'invention, au moins une découpe comprend un angle de découpe a compris entre -90° et+90°, la valeur 0° étant exclue, l'angle de découpe a étant défini par rapport au sens longitudinal du ruban discontinu correspondant à 0°.
[0024] Avantageusement le ruban discontinu selon l'invention peut être utilisé d'un côté ou de l'autre. Le ruban discontinu peut également être retourné.
[0025] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étape de découpe se fait au moyen d'un laser.
[0026] Selon une forme de réalisation de l'invention, la préforme comprend plusieurs couches aptes à former la préforme, au moins une couche comportant au moins un ruban discontinu.
[0027] Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la préforme comprend au moins une pièce creuse longitudinale formée par au moins une couche comprenant un ruban discontinu, le ruban discontinu comprenant un angle de dépose P compris entre -90° et 90°, un angle de dépose de 0° correspond à une dépose parallèle au sens longitudinal de la préforme et un angle de dépose de 90° correspond à une dépose perpendiculaire par rapport au sens longitudinale de la préforme. Fabriquer la préforme en s'appuyant sur un guide longitudinal comprenant une section variable sensiblement circulaire ou polygonale ou encore de forme libre permet d'anticiper la forme finale de l'élément composite 3D que l'on souhaite obtenir.
[0028] Pour des procédés de fabrication de pièces creuses et tubulaires en composite comprenant une étape de transformation d'une préforme par pression interne dans un outillage femelle, le diamètre de la préforme s'adapte ainsi au diamètre de l'outillage femelle lors de l'étape de transformation par pression interne sans risquer d'endommager les fibres du ruban discontinu de la préforme ou de ne pas parvenir à conformer la préforme sur l'outillage femelle.
[0029] Selon une forme de réalisation, la préforme comprend plusieurs couches de ruban et au moins une couche comprend un ruban discontinu au sens de l'invention.
[0030] Selon des formes de réalisation du procédé de fabrication, la préforme comprend des couches de ruban qui ne sont pas destinées au relâchement. Par exemple, la dépose d'une couche de ruban selon une direction longitudinale à la préforme creuse et tubulaire n'est pas problématique pour une étape de transformation induisant une augmentation du diamètre de la préforme. Une telle couche déposée à 0° peut comprendre un ruban discontinu mais l'activation de la ou des zones de relâchement n'est pas nécessaire à l'obtention de l'élément composite 3D selon l'invention.
[0031] Selon certaines formes de réalisation d'un élément composite 3D, il est nécessaire que la préforme comprenne une zone de relâchement à un ou plusieurs endroits déterminés. Chaque singularité est ainsi anticipée en plaçant une zone de relâchement permettant la déformation de la préforme aux endroits déterminés. Plus l'élément composite 3D voulu comprend une forme complexe, plus la préforme correspondante comprend des couches comprenant des rubans discontinus au sens de l'invention afin de faire coïncider chaque zone de relâchement avec une singularité entre la préforme et l'élément composite 3D voulu.
[0032] Selon une caractéristique de l'invention, la longueur des segments de chaque couche est choisie en fonction de l'angle de dépose de la couche ainsi qu'en fonction de la variation de périmètre choisi entre ladite couche de la préforme et la même couche de l'élément composite 3D. Ces paramètres d'angle et de variation de périmètre peuvent varier le long de la pièce, de même que les paramètres de longueur de segments associés entre ladite couche de la préforme et la même couche après consolidation dans un outillage.
[0033] Selon une caractéristique de l'invention, une couche comprend plusieurs rubans discontinus, chaque ruban discontinu d'une même couche comprenant le même angle de dépose p. Cet angle pouvant ainsi évoluer le long de la préforme, mais les rubans constituant une même couche présentent, localement, le même angle.
[0034] Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur des segments de chaque ruban discontinu est choisie en fonction de l'angle de dépose P de la couche correspondante ainsi qu'en fonction de la variation de périmètre choisi entre ladite couche de la préforme et la même couche de l'élément composite 3D. Ces paramètres d'angle et de variation de périmètre peuvent varier le long de la pièce, de même que les paramètres de longueur de segments associés entre ladite couche de la préforme et la même couche après consolidation dans un outillage.
[0035] Selon une forme de réalisation de l'invention, l'étape de l'activation de la ou des zones de relâchement comprend une étape de conformation thermique sous pression. Sous certaines conditions d'utilisation de matériaux, l'étape de conformation thermique sous pression comprend des paramètres de température et pression aptes à l'activation de la ou des zones de relâchement. Avantageusement, l'étape de conformation thermique sous pression est une étape de consolidation de la préforme voire une étape de transformation de la préforme en l'élément composite 3D voulu.
[0036] Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'étape d'activation de la ou des zones de relâchement de la préforme comprend une étape d'emboutissage ou d'estampage de la préforme. Sous certaines conditions d'utilisation de matériaux, l'étape d'emboutissage comprend des paramètres de température et pression aptes à l'activation de la ou des zones de relâchement. Avantageusement, l'étape d'embossage est une étape de consolidation de la préforme voire une étape de transformation de la préforme en l'élément composite 3D voulu.
[0037] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
[0038] De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
[0039] [Fig.l] est une vue à plat d'un premier exemple d'un ruban discontinu selon l'invention,
[0040] [Fig.2] est une vue en perspective du ruban discontinu de la figure 1,
[0041] [Fig.3] est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une couche d'une préforme comprenant deux rubans discontinus de la figure 1,
[0042] [Fig.4] est une vue en perspectives après l'étape d'activation des zones de relâchement des segments des rubans discontinu de la couche de la préforme de la figure 3,
[0043] [Fig.5] est une vue à plat d'un deuxième exemple de réalisation d'un ruban discontinu selon l'invention, [0044] [Fig.6] est une vue à plat après l'étape d'activation de la zone de relâchement des segments du ruban discontinu de la figure 5,
[0045] [Fig.7] est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une couche d'une préforme comprenant deux rubans discontinus de la figure 5,
[0046] [Fig.8] est une vue en perspectives après l'étape d'activation des zones de relâchement des segments des rubans discontinus de la couche de la préforme de la figure 7 ,
[0047] [Fig.9] est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'une préforme comprenant des rubans discontinus de la figure 5 avec un seul ruban discontinu représenté,
[0048] [Fig.10] est une vue en perspectives de l'activation des zones de relâchement de deux segments du ruban discontinu représenté de la préforme de la figure 9,
[0049] [Fig.11] est une vue en perspective d'un troisième exemple de réalisation d'un ruban discontinu selon l'invention,
[0050] [Fig.12] est une vue à plat après l'étape d'activation de la zone de relâchement des segments du ruban discontinu de la figure 11,
[0051] [Fig.13] est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une couche d'une préforme comprenant deux rubans discontinus de la figure 11, et
[0052] [Fig.14] est une vue en perspectives après l'étape d'activation des zones de relâchement des segments des rubans discontinu de la couche de la préforme de la figure 13.
[0053] Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
[0054] L'invention vise à proposer un procédé de fabrication d'un élément composite 3D à partir d'au moins un ruban discontinu.
[0055] A ces fins, une première étape du procédé de fabrication d'un élément composite 3D selon l'invention consiste donc à mettre en oeuvre un ruban discontinu désigné par la référence 1 tel qu'illustré aux figures 1 et 2.
[0056] Au sens de l'invention, un ruban discontinu 1 est défini avant sa mise en forme.
[0057] Un ruban comprenant des fibres longitudinales est un ruban discontinu 1 s'il existe deux segments adjacents dudit ruban pour lesquelles les fibres ne sont plus continues ou s'il existe un segment dudit ruban pour lequel les fibres ne sont plus disposées dans une direction unique, la forme du segment pouvant être libre.
[0058] Selon les exemples de réalisation décrits ci-après, les fibres d'un ruban discontinu 1 sont coupées ou pliées, l'exemple de réalisation avec pliage imposant un sens de direction différent des fibres.
[0059] Ainsi, un ruban est considéré ruban discontinu 1 s'il n'existe pas de trajectoire parallèle à l'un de ses bords ne traversant pas une discontinuité tel qu'un pli sur lui-même, un recouvrement ou une découpe.
[0060] Le procédé de fabrication selon l'invention permet de concevoir un élément composite 3D 2 à partir d'un ruban discontinu 1.
[0061] Un ruban discontinu 1 comporte des fibres orientées dans l'axe du ruban discontinu 1. Le ruban discontinu 1 peut par exemple comprendre des fibres unidirectionnelles de carbone, de verre, de kevlar, d'aramide/para-aramide ou encore de lin, noyées dans une matrice. Selon différentes formes de réalisation, la matrice peut comprendre un matériau thermoplastique, métallique ou thermodurcissable. Selon d'autres formes de réalisation, le ruban discontinu 1 peut comprendre un matériau naturel tel que la cellulose ou encore des fibres naturelles soudées directement les unes aux autres.
[0062] Trois formes de réalisation d'un ruban discontinu 1 pour le procédé de fabrication selon l'invention sont décrites ci-après. D'autres formes de réalisation d'un ruban discontinu 1 compatibles avec l'invention sont possibles. Un ruban discontinu 1 compatible avec l'invention comprend au moins deux segments 3, avec au moins un segment 3 comprenant une zone de relâchement 4 à un autre segment 3 adjacent.
[0063] Selon une première forme de réalisation illustrée notamment aux figures 1 et 2, le ruban discontinu 1 comprend plusieurs segments 3, un segment 3 comprenant une partie de recouvrement 5 sur un autre segment 3 adjacent.
[0064] Chaque segment 3 compris entre deux segments 3 comprend alors une partie de recouvrement 5 et une partie recouvrée par une partie de recouvrement 5 du segment 3 adjacent. Un tel segment 3 comprend donc deux zones de relâchement 4 à deux segments 3 situés de part et d'autre.
[0065] Selon cette première forme de réalisation d'un ruban discontinu 1, la zone de relâchement 4 comprend la partie d'un recouvrement 5 d'un segment 3 à un autre segment 3. [0066] Pour un ruban discontinu 1, la longueur S d'un segment 3 correspond à la distance entre deux parties de recouvrement 5 consécutives, les deux parties de recouvrement 5 étant inclues. La longueur Z de la zone de relâchement 4 correspond à la longueur de la partie de recouvrement 5, soit la longueur du chevauchement des deux segments 3 selon le sens longitudinal du ruban discontinu 1.
[0067] Par exemple, pour un ruban discontinu 1 dont la largeur est comprise entre 5 et 15 mm, la longueur Z d'une partie de recouvrement 5 d'un segment 3 sur l'autre segment 3 est comprise entre 1 et 7 mm, de préférence entre 4 et 6 mm, de préférence 5 mm.
[0068] Plus généralement, une partie de recouvrement 5 correspond sensiblement à la moitié de la largeur du ruban discontinu 1 tout en gardant une valeur supérieure à 1mm. La valeur maximale dépend de la quantité de longueur qui sera consommée lors du procédé de fabrication selon l'invention, c'est-à-dire en fonction de la complexité géométrique de l'élément composite 3D 2 souhaité.
[0069] Selon cet exemple de réalisation, le maintien de la partie de recouvrement 5 d'un segment 3 à un autre segment 3 est garanti au moyen d'au moins un point d'attache.
[0070] Selon une forme de réalisation du procédé, et notamment pour un ruban discontinu 1 comprenant une matrice thermoplastique ou comprenant un matériau naturel tel que la cellulose ou encore directement des fibres naturelles soudées les unes aux autres, les points d'attache sont créés par soudure ultra son.
[0071] Selon d'autres formes de réalisation du procédé, les points d'attache peuvent aussi comprendre des points de colle ou d'autres résines permettant de garantir le maintien de la partie de recouvrement 5 d'un segment 3 à un autre segment 3.
[0072] Selon une deuxième étape du procédé selon l'invention, une préforme 7 est fabriquée à partir d'au moins un ruban discontinu 1. Différents exemples de préforme 7 sont décrits ci-après.
[0073] La troisième étape du procédé de fabrication selon l'invention comprend une étape d'activation de la zone de relâchement 4.
[0074] Selon certaines formes de réalisation, l'étape d'activation de la zone de relâchement 4 est maîtrisée en prévoyant une ou plusieurs conditions prédéterminées, telle qu'une certaine température, pression ou tout effort de traction mécanique sur le ruban discontinu 1 ou encore intensité électrique prédéterminée. [0075] Selon la forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 illustrée aux figures 1 et 2, l'étape d'activation de la zone de relâchement 4 permet en partie l'éloignement de deux segments 3 consécutifs. La distance d'éloignement peut être anticipée lors de la transformation de la préforme 7 en l'élément composite 3D 2 par la maîtrise de l'activation des zones de relâchement 4.
[0076] La figure 3 illustre une couche d'une préforme 7 de forme cylindrique comportant deux rubans discontinus 1, tels que définis aux figures 1 et 2, disposés parallèlement entre eux et déposés avec une distance d'écart entre eux. Une telle couche ou plusieurs couches peuvent ainsi constituer une préforme 7 formant une pièce longitudinale creuse. Selon d'autre formes de réalisation de couche pour une préforme 7 , le ou les rubans discontinus 1 sont déposés en contact les uns des autres c'est-à-dire sans écart.
[0077] Selon une forme de réalisation d'une préforme 7 cylindrique, le ou les rubans discontinus 1 sont déposés sur un support ou mandrin de dépose non illustré. Ce support ou mandrin de dépose peut être retiré une fois la préforme 7 prête ou utilisé pour une étape de transformation en l'élément composite 3D et retiré par la suite ou encore faire partie de l'élément composite 3D 2 obtenu.
[0078] Selon la forme de réalisation illustrée à la figure 3, les deux rubans discontinus 1 sont déposés parallèlement entre eux et selon une direction de dépose D formant un angle de dépose P valant sensiblement 55° par rapport à la direction longitudinale X de la préforme 7 cylindrique.
[0079] Selon une forme de réalisation non illustrée, la préforme 7 comprend plusieurs couches de ruban discontinu 1, chaque couche comprenant un angle de dépose propre du ou des rubans discontinus 1 respectif différent de la couche supérieure et/ou inférieure immédiate. Par exemple, une première couche est déposée à 0°, deux couches sont déposées avec un angle de -30° et 30° et une quatrième couche est déposée à 85°. En fonction de la complexité de la préforme 7 et des points de singularité entre la préforme 7 et l'élément composite 3D 2 obtenu, les zones de relâchement 4 ne sont pas toutes activées.
[0080] Pour réaliser une préforme 7 comprenant une forme cylindrique évolutive (non illustrée), c'est-à-dire comprenant différents diamètres, plusieurs pièces longitudinales sont mises en oeuvre consécutivement, un même ruban discontinu 1 pouvant former au moins en partie une première pièce longitudinale avec un premier diamètre et au moins en partie une deuxième pièce longitudinale avec un deuxième diamètre de valeur différent au premier diamètre. Plusieurs rubans discontinus 1 peuvent également être mis en œuvre pour concevoir une préforme 7 avec au moins un changement de taille de diamètre.
[0081] La figure 4 illustre l'activation des zones de relâchement 4 des deux rubans discontinus 1 mis en œuvre afin d'obtenir au moins en partie la forme finale de l'élément composite 3D 2 souhaité, à savoir une forme cylindrique comprenant un diamètre plus grand que le diamètre de la forme cylindrique de la couche de la préforme 7 de la figure 3.
[0082] Une deuxième forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 compatible avec l'invention est illustrée aux figures 5 et 6.
[0083] Selon cette forme de réalisation illustrée, le ruban discontinu 1 comprend une zone de relâchement 4 formée par cinq découpes 8.
[0084] Les cinq découpes 8 sont toutes parallèles entre elles. Trois découpes 8 sont selon une première droite Y1 et deux autres découpes 8 sont selon une deuxième droite Y2 parallèle à la première droite Yl. Cette architecture particulière forme une zone de relâchement 4 en créneaux.
[0085] Selon ce deuxième exemple de réalisation, la longueur S d'un segment 3 correspond à une nouvelle itération d'une découpe 8 similaire, c'est-à-dire une même découpe 8 du schéma et située à la prochaine coordonnée longitudinale selon le sens longitudinal du ruban discontinu 1. Et, la longueur Z de la zone de relâchement 4 correspond à la distance entre la première droite Yl et la deuxième droite Y2 définie selon le sens longitudinal du ruban discontinu 1.
[0086] Selon la forme de réalisation illustrée aux figures 5 et 6, les droites Y1,Y2 comprennent un angle de découpe a sensiblement égal à 15° par rapport au sens longitudinal du ruban discontinu 1.
[0087] Cette étape de création de découpe 8 peut se faire au moyen d'un laser ou d'autres outils coupant de précision.
[0088] La figure 6 illustre l'activation de la zone de relâchement 4, les découpes 8 espacées créées une structure en créneaux entre deux segments 3 consécutifs.
[0089] Selon une forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 comprenant une matrice apte à être ramollie sous certaines conditions telle qu'un matériau métallique, thermoplastique ou encore thermodurcissable, l'étape d'activation de la zone de relâchement 4 comprend une augmentation de la température entraînant au moins le ramollissement voire la fonte de la matrice conduisant au glissement des fibres et à l'ouverture en créneaux de la zone de relâchement 4.
[0090] Selon une autre forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 comprenant une matrice moins apte à être ramollie, l'étape d'activation de la zone de relâchement 4 comprend une mise en tension entraînant le déchirement de la matrice et l'ouverture en créneaux de la zone de relâchement 4.
[0091] Un contrôle de l'activation de la zone de relâchement 4 permet de choisir la distance souhaitée d'éloignement entre deux segments 3.
[0092] Pour cette forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 comprenant au moins deux découpes 8, de nombreux schémas sont possibles.
[0093] Deux découpes 8 espacées d'une distance Z qui assurent une discontinuité des fibres longitudinales d'un segment 3 d'un ruban discontinu 1 sont nécessaires pour former une zone de relâchement 4 selon l'invention.
[0094] Selon une forme de réalisation du ruban discontinu 1 comprenant une largeur valant au maximum 100mm, la distance Z vaut au maximum 100mm, de préférence moins de 25mm et encore de préférence moins de 10mm.
[0095] Selon une forme de réalisation du ruban discontinu 1, la longueur d'une découpe 8 vaut au minium 0.5mm
[0096] Selon une forme de réalisation du ruban discontinu 1, la longueur d'une découpe 8 vaut au maximum un quart de la largeur du ruban discontinu 1 et préférentiellement d'un huitième de la largeur du ruban discontinu 1, les longueurs additionnées de toutes les découpes 8 d'une zone de relâchement Z valant au moins la largeur du ruban discontinu 1.
[0097] Le nombre de découpes 8, leurs espacements, leurs largeurs, les angles de découpe a peuvent ainsi varier en fonction des matériaux utilisés mais également en prévision de l'activation de la zone de relâchement de la préforme 7 créée à partir d'un tel ruban discontinu 1.
[0098] Par exemple, pour former une couche d'une préforme 7 cylindrique telle qu'elle apparait à la figure 7, deux rubans discontinus 1 identiques et comprenant des zones de relâchement 4 formées par des découpes 8 avec un angle a, sont déposées parallèlement entre eux et selon un angle de dépose P, par exemple sur un support cylindrique non illustré. Un tel angle de découpe a est choisi en fonction de l'angle de dépose P du ruban discontinu 1 pour former au moins en partie la préforme 7 cylindrique.
[0099] Selon cet exemple illustré aux figures 7 et 8, l'angle de découpe a est sensiblement égal à 15° et l'angle de dépose P est sensiblement égal à 55°. Selon cette forme de réalisation, les découpes 8 se retrouvent dans une position sensiblement perpendiculaire au sens longitudinal de la préforme 7 cylindrique.
[0100] Pour atteindre cette position préférée, l'angle de découpe a et l'angle de dépose P sont interdépendants.
[0101] Si la valeur de l'angle de dépose P s'approche de 0°, c'est- à dire pour une dépose selon le sens longitudinal du mandrin, la valeur de l'angle de découpe a doit s'approcher de 0° pour permettre une zone de relâchement 4 efficace, à savoir permettre une augmentation du diamètre de la préforme 7 cylindrique associé à un allongement longitudinal de ladite préforme 7 cylindrique.
[0102] Si l'angle de découpe a s'approche sensiblement de 90° (est supérieur à 45°), le ruban discontinu 1 associé doit être déposé avec un angle de dépose P de préférence supérieure à 45° et encore de préférence supérieure à 80°. Ainsi la position des lignes de découpes 8 sur la préforme 7 se rapprochent de la perpendiculaire au support ou mandrin de dépose.
[0103] Selon une forme de réalisation de l'étape de mise en oeuvre de la préforme 7, la longueur S d'un segment 3 d'un ruban discontinu 1 est choisie en fonction de la largeur du ruban discontinu 1 et de l'angle de dépose P pour former la préforme 7 cylindrique. Selon une forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 comprenant une largeur comprise entre 5 et 15mm, la longueur S est au maximum égale à cinq fois, de préférence 2,5 fois et à minima une fois la valeur de l'hél icoïde de révolution de la préforme 7 cylindrique, la valeur de l'hélicoïde dépendant du diamètre de la préforme 7 cylindrique ainsi que de l'angle de dépose p.
[0104] Les formes de réalisation décrites pour le premier exemple de réalisation d'une couche d'une préforme 7 à partir d'au moins un ruban discontinu 1 tel qu'il apparait aux figures 1 et 2 sont compatibles avec la forme de réalisation d'une couche d'une préforme 7 illustrée à la figure 7.
[0105] La figure 8 illustre l'activation des zones de relâchement 4 de la couche de la préforme 7 cylindrique de la figue 7. [0106] La figure 9 illustre un autre exemple d'une préforme 7 plate formée à partir de plusieurs rubans discontinus 1 comprenant des découpes 8 tels qu'illustré à la figure 5 et déposés parallèlement les uns aux autres. Un seul ruban discontinu 1 apparait sur la figure 9 pour une meilleure visibilité. Selon d'autres formes de réalisation, plusieurs couches de rubans discontinus 1 peuvent être déposés pour former la préforme 7 plate, chaque couche pouvant être orientée selon un angle de dépose propre dans le plan.
[0107] La figure 10 illustre l'activation de la zone de relâchement 4 illustrée à la figure 9. Selon d'autres formes de réalisation non illustrée, la troisième étape du procédé de fabrication selon l'invention, permet l'activation de toutes les zones de relâchement 4 de chacun des rubans discontinus 1 formant la préforme 7 plate.
[0108] Selon cette forme de réalisation du procédé de fabrication, l'activation des zones de relâchement 4 a lieu lors d'une étape d'emboutissage permettant de définir un tel relief en demi-sphère. La prédétermination de la pression et température de l'embossage permet de contrôler l'activation des zones de relâchement 4. La préforme 7 plate est ainsi déformée de manière à obtenir cette forme de demi-sphère et les zones de relâchement permettent que la matière formée par au moins une couche de rubans discontinus 1 s'étale uniformément sans créer d'amas de matière et garantissant ainsi un état de surface uniforme.
[0109] La dernière étape du procédé consiste en l'obtention de l'élément composite 3D 2 ainsi formé.
[0110] Selon une troisième forme de réalisation illustrée à la figure 11, le ruban discontinu 1 comprend une zone de relâchement 4 formée par deux plis 9,10. Un premier pli 9 à 180° est suivi d'un deuxième pli 10 à 180° selon le sens longitudinal du ruban discontinu 1.
[0111] La longueur S d'un segment 3 correspond à une nouvelle itération d'un premier pli 9 suivant et la longueur Z de la zone de relâchement 4 correspond à la distance entre les deux plis 9,10 selon le sens longitudinal du ruban discontinu 1.
[0112] Par exemple, pour un ruban discontinu 1 dont la largeur est sensiblement comprise entre 5 et 15 mm, la longueur Z de la zone de relâchement 4 d'un segment 3 à l'autre segment 3 est comprise entre 1 et 7 mm, de préférence entre 4 et 6 mm, de préférence 5 mm. Selon cette forme de réalisation avec deux plis, la longueur maximale du relâchement correspond donc à deux fois la valeur de la longueur Z de la zone de relâchement. [0113] Un segment 3 comprend deux plis 9,10 consécutifs qui sont maintenus de manière réversible par au moins un point d'attache par pli 9,10. Différents procédés sont compatibles selon les matériaux utilisés de manière similaire à la première forme de réalisation d'un ruban discontinu 1 par recouvrement.
[0114] Selon une forme de réalisation du procédé, et notamment pour un ruban discontinu 1 comprenant une matrice thermoplastique, les points d'attache peuvent être créés par soudure ultra son.
[0115] Selon une autre forme de réalisation du procédé, les points d'attache peuvent aussi comprendre des points de colle ou d'autres résines permettant le maintien des deux plis 9,10 d'un segment 3.
[0116] La figure 13 illustre une couche d'une préforme 7 de forme cylindrique comportant deux rubans discontinus 1, tels que définis aux figures 11 et 12, disposés parallèlement entre eux et déposés avec une distance d'écart entre eux. Une telle couche ou plusieurs couches peuvent ainsi constituer une préforme 7 formant une pièce longitudinale creuse. Selon d'autre formes de réalisation de couche pour une préforme 7, le ou les rubans discontinus 1 sont déposés en contact les uns des autres c'est-à-dire sans écart.
[0117] Les formes de réalisation décrites pour le premier exemple de réalisation d'une couche d'une préforme 7 à partir d'au moins un ruban discontinu 1 tel qu'il apparait aux figures 1 et 2 sont compatibles avec la forme de réalisation d'une couche d'une préforme 7 illustrée à la figure 13.
[0118] La figure 14 illustre l'activation des zones de relâchement 4 des deux rubans discontinus 1 mis en oeuvre afin d'obtenir au moins en partie la forme finale de l'élément composite 3D 2 souhaité, à savoir une forme cylindrique comprenant un diamètre plus grand que le diamètre de la forme cylindrique de la couche de la préforme 7 de la figure 13.
[0119] Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l'invention dans le cadre des revendications annexées.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d'un élément composite 3D (2) comprenant les étapes suivantes :
- Mise en oeuvre d'au moins un ruban discontinu (1) comprenant des fibres longues orientées dans l'axe longitudinal dudit ruban discontinu (1) et composé de segments (3), au moins un segment (3) comprenant une zone de relâchement (4) à un autre segment (3) adjacent,
- Fabrication d'une préforme (7) comprenant au moins un ruban discontinu (1),
- Activation de la ou des zones de relâchement (4), et
- Obtention de l'élément composite 3D (2).
[Revendication 2] Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel une zone de relâchement (4) comprend une partie de recouvrement (5) à un autre segment (3), les segments (3) étant liés deux à deux sur leur partie de recouvrement (5) par au moins un point d'attache, et l'étape d'activation de la zone de relâchement (4) comprend le relâchement d'au moins un point d'attache.
[Revendication 3] Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel une zone de relâchement (4) comprend deux plis (9,10) du ruban discontinu (1), les plis (9,10) étant maintenu par au moins un point d'attache, et l'activation de la zone de relâchement (4) comprend le relâchement du ou des points d'attache.
[Revendication 4] Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel le relâchement d'au moins un point d'attache se fait selon au moins une condition prédéterminée, telle qu'une certaine température, pression ou tout effort de traction mécanique sur le ruban discontinu (1) ou encore intensité électrique prédéterminée.
[Revendication 5] Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel les segments (3) comprennent un matériau thermoplastique ou naturel tel que cellulose et les points d'attache sont réalisés par soudure par ultrasons.
[Revendication 6] Procédé de fabrication selon la revendication 1 dans lequel une zone de relâchement (4) comprend au moins deux découpes (8) partielles dans une direction non parallèle à la direction longitudinale du ruban discontinu (1), les découpes (8) étant espacées selon la direction longitudinale du ruban discontinu (1).
[Revendication 7] Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel au moins une découpe (8) comprend un angle de découpe (a) compris entre -90° et+90°, la valeur -0° étant exclue, l'angle de découpe (a) étant défini par rapport au sens longitudinal du ruban discontinu (1) correspondant à 0°.
[Revendication 8] Procédé de fabrication selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel l'étape de découpe se fait au moyen d'un laser.
[Revendication 9] Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes dans lequel la préforme (7) comprend au moins une couche apte à former la préforme (7), au moins une couche comportant au moins un ruban discontinu (1).
[Revendication 10] Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes dans lequel la préforme (7) comprend au moins une pièce creuse longitudinale formée par au moins une couche comprenant un ruban discontinu (1), le ruban discontinu (1) comprenant un angle de dépose (P) compris entre 0 et +-90°, un angle de dépose (P) de 0° correspond à une dépose dans le sens longitudinal (X) de la préforme (7) et un angle de dépose (P) de 90° correspond à une dépose perpendiculaire au sens longitudinal (X) de la préforme (7).
[Revendication 11] Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel la longueur des segments (3) de chaque couche est choisie en fonction de l'angle de dépose (P) de la couche ainsi qu'en fonction de la variation de périmètre choisi entre ladite couche de la préforme (7) et la même couche de l'élément composite 3D (2).
[Revendication 12] Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 ou 11 dans lequel une couche comprend plusieurs rubans discontinus (1), chaque ruban discontinu (1) d'une même couche comprenant le même angle de dépose (P).
[Revendication 13] Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 12 dans lequel la longueur des segments (3) de chaque ruban discontinu (1) est choisie en fonction de l'angle de dépose (P) de la couche correspondante ainsi qu'en fonction de la variation de périmètre choisi entre ladite couche de la préforme et la même couche de l'élément composite 3D.
[Revendication 14] Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de l'activation de la ou des zones de relâchement (4) comprend une étape de conformation thermique sous pression.
[Revendication 15] Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel l'étape d'activation de la ou des zones de relâchement (4) de la préforme (7) comprend une étape d'emboutissage de la préforme (7).
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