FR3155155A1 - Noyau de moulage - Google Patents

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Léo MARY
Ophélie WESTPHAL
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Demgy Group
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Abstract

Noyau de moulage Noyau (1) de moulage pressurisable, à insérer dans un moule (61), comportant : - une enveloppe extérieure (2) souple destinée à être remplie et/ou pressurisée intérieurement par un fluide mis sous pression ; - une armature (3) s’étendant à l’intérieur de l’enveloppe extérieure (2) pour la maintenir dans une forme prédéfinie au repos, compatible avec son insertion et son extraction du moule (61). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Noyau de moulage
La présente invention concerne le moulage de pièces en matériau polymère. En particulier, l’invention concerne un noyau pour le moulage de pièces creuses présentant une contre-dépouille, ainsi qu’un procédé de fabrication de telles pièces.
Pour mouler des pièces en matériau polymère comportant une cavité en contre-dépouille, il est connu de fabriquer plusieurs sous-produits démoulables, puis d’assembler ces sous-produits entre eux. Au-delà du temps important nécessaire à l’assemblage des sous-produits, la pièce obtenue comporte un nombre important de points de faiblesse au niveau des jonctions des sous-produits. De plus, dans le cas où une pièce en matériau composite doit être réalisée, cette méthode ne permet d’avoir une continuité des fibres au niveau des jonctions des sous-produits, ce qui augmente la faiblesse de ces parties.
Il est également connu d’utiliser une vessie gonflable permettant lorsque gonflée de former la cavité lors du moulage et permettant un démoulage simple par dégonflage de la vessie. Ces vessies sont cependant complexes et coûteuses à produire, et ne supportent pas les pressions et températures nécessaires à une transformation par thermocompression de matières polymères ou composites thermoplastiques. De plus, pour fabriquer une pièce en matériau composite, les fibres doivent être préalablement positionnées dans le moule, ce qui est parfois complexe voire impossible.
Il existe encore des noyaux élastiques fabriqués à partir de l’assemblage de morceaux de silicone calandré et de silicone cru en pain, qui sont ensuite réticulés en étuve ou en autoclave dans des demi-moules. De tels noyaux ont une durée de vie limitée en raison de la fragilité des jonctions et ne sont pas capables de supporter des pressions et des températures élevées. De plus, les noyaux comportent des reliefs au niveau des jonctions des parties, ce qui peut laisser des traces sur les pièces produites ou introduire des différences de consolidation de la matière à transformer.
Il existe un besoin pour fabriquer des pièces en matériau polymère ou matériaux composites comportant des cavités en contre-dépouille de manière simple et qui soient de bonne de qualité mécanique et visuelle.
La présente invention répond à ce besoin grâce à, selon l’un de ses aspects, un noyau de moulage pressurisable, à insérer dans un moule, comportant :
- une enveloppe extérieure souple destinée à être remplie et/ou pressurisée intérieurement par un fluide ;
- une armature s’étendant à l’intérieur de l’enveloppe extérieure pour la maintenir dans une forme prédéfinie au repos, compatible avec son insertion et son extraction du moule.
L’utilisation d’une enveloppe extérieure souple permet un changement de forme lors du remplissage et/ou de la mise en pression, cette forme étant à même de former la cavité en contre-dépouille. De plus, après la fabrication de la pièce et le vidage et/ou la dépressurisation de l’enveloppe extérieure, le noyau peut être sorti de la pièce directement ou par une déformation élastique de l’enveloppe extérieure. L’opération d’extraction du noyau est donc réalisable simplement et en une seule opération.
Par ailleurs, grâce au maintien par l’armature de l’enveloppe extérieure dans une forme facilitant la manipulation du noyau, notamment par un opérateur ou par un robot, et l’insertion du noyau dans le moule, le noyau selon l’invention permet de simplifier l’opération de moulage et la rend répétable sur une ligne de production. En effet, l’enveloppe extérieure présente avant le moulage une certaine rigidité grâce à l’armature et offre une forme au repos sensiblement identique entre deux moulages successifs.
La forme au repos et l’armature permettent de fonctionnaliser plus facilement la pièce à mouler en positionnant par exemple des éléments de renfort sur le noyau, notamment des fibres. En particulier, la forme au repos et l’armature permettent de déposer sur le noyau un textile pour produire une pièce en matériau composite.
Le noyau convient à une réutilisation.
Armature
L’armature peut être métallique, céramique, polymère ou composite, de préférence métallique.
L’armature est de préférence rigide.
En variante, l’armature peut comporter au moins deux portions articulées entre elles. Cela permet de donner un degré de liberté supplémentaire au noyau. Lesdites au moins deux portions peuvent être rigides.
L’armature peut comporter un assemblage de profilés.
L’armature peut avoir des dimensions compatibles avec son insertion dans l’enveloppe extérieure. En particulier, l’armature a des dimensions inférieures à celles de l’enveloppe extérieure.
L’armature peut comporter un matériau adapté à être chauffé par induction, par exemple un acier, du cuivre et/ou des fibres de carbone.
L’armature peut comporter un conduit interne permettant la circulation de fluide. Cela peut permettre de faciliter le remplissage et/ou la pressurisation de l’enveloppe extérieure lors du moulage, notamment lorsque l’espace entre l’enveloppe extérieure et l’armature est faible. La distribution de fluide est alors plus rapide et plus homogène.
De préférence, le conduit interne comporte au moins une entrée une pluralité de sorties, ce qui permet de distribuer de façon plus homogène le fluide dans l’enveloppe.
Enveloppe extérieure
L’enveloppe extérieure peut comporter au moins une partie en contact permanent avec l’armature, notamment lorsqu’au repos.
L’enveloppe extérieure peut comporter au moins une butée de retenue configurée pour retenir l’armature dans l’enveloppe extérieure, notamment lorsque le noyau est présent dans le moule et/ou lors du dépôt d’une couche fonctionnelle.
Lorsque l’enveloppe extérieure est au repos, l’armature peut être fixe par rapport à l’enveloppe extérieure, notamment en étant bloquée axialement entre le fond de l’enveloppe et ladite au moins une butée de retenue.
En variante, lorsque l’enveloppe extérieure est au repos, un jeu non nul peut être présent entre l’armature et l’enveloppe extérieure, Ce jeu permet une légère mobilité de l’armature dans l’enveloppe extérieure, ce qui peut faciliter l’insertion du noyau dans le moule par de légers déplacements de l’armature.
Lorsque la plus grande dimension de l’enveloppe extérieure est inférieure à 2 m, ce jeu peut être compris entre 5 mm et 100 mm, notamment entre 5 mm et 60 mm.
En particulier, le jeu peut être déterminé en fonction de la forme de l’enveloppe extérieure, notamment en fonction de la présence, ou non, de contre-dépouilles.
L’enveloppe extérieure peut présenter une épaisseur variable choisie en fonction du champ de pression que l’on souhaite exercer sur la matière présente entre le noyau et le moule lors du moulage.
Les variations d’épaisseur de l’enveloppe extérieure peuvent également permettre de contrôler, de manière prédéfinie, la déformation de l’enveloppe extérieure lorsque mise sous pression.
Les variations d’épaisseur peuvent être locales, et occuper une proportion de la surface totale extérieure de l’enveloppe par exemple inférieure à 50%, voire à 30% ou à 10%.
L’enveloppe extérieure peut comporter un amincissement qui va augmenter sa déformabilité et la contre-pression exercée par l’enveloppe extérieure sur la matière présente entre le noyau et le moule, ce qui va limiter localement l’épaisseur et/ou augmenter la densité de matière sur la pièce à ce niveau.
A l’inverse, un épaississement local va réduire localement la déformabilité de l’enveloppe et réduire notamment la contre-pression exercée sur la matière présente entre le noyau et le moule par l’enveloppe extérieure au niveau de l’épaississement, ce qui va augmenter localement l’épaisseur et/ou diminuer la densité de matière sur la pièce à ce niveau.
L’enveloppe extérieure peut avoir une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 200 mm.
Lorsque la plus grande dimension de l’enveloppe extérieure est inférieure à 2 m, l’enveloppe extérieure peut avoir une épaisseur comprise entre 0.5 et 40 mm.
L’enveloppe extérieure peut avoir des dimensions au moins égales, notamment supérieures dans au moins une direction, à celles de la cavité définie par la pièce à fabriquer. En particulier, la dimension de l’enveloppe extérieure dans la direction de l’axe de l’ouverture peut être supérieure à celle de la pièce à fabriquer selon cet axe.
La surface extérieure de l’enveloppe extérieure peut être lisse.
En variante, la surface extérieure peut comporter des reliefs, par exemple avec des creux et/ou des nervures. Cela peut permettre de modifier l’aspect de la pièce fabriquée, par exemple pour des raisons esthétiques ou techniques pour fonctionnaliser la pièce ou encore la rigidifier à certains endroits.
Par exemple, la surface extérieure de l’enveloppe extérieure peut comporter un creux permettant d’accueillir une mousse. Dans ce cas, l’épaisseur locale au niveau du creux est avantageusement augmentée pour réduire la contre-pression exercée sur la matière présente entre le noyau et le moule au niveau du creux et faciliter l’expansion de la mousse.
Par exemple, la surface extérieure de l’enveloppe extérieure peut comporter des nervures permettant l'évacuation des porosités et/ou de l'air emprisonnés dans la matière à thermocompresser en créant un canal de circulation préférentiel de l'air jusqu'à une zone choisie, par exemple un orifice dans le moule et/ou un plan de joint ou autre.
L’enveloppe extérieure peut définir une cavité à pressuriser, de façon à appliquer une contre-pression plus importante lors de la thermocompression.
L’enveloppe extérieure peut comporter une ouverture d’injection du fluide de pressurisation, donnant notamment dans cette cavité.
L’enveloppe extérieure peut comporter une collerette autour de l’ouverture d’injection, cette collerette ayant notamment une fonction d’étanchéité et/ou de retenue mécanique du noyau dans le moule de sorte à former une cavité de moulage. Cette cavité correspond à l'espace entre l'enveloppe extérieure et le moule.
L’enveloppe extérieure peut comporter sur une surface intérieure, au niveau de l’ouverture, au moins une nervure axiale, notamment une pluralité de nervures axiales, par exemple suivant un motif en créneaux. L’utilisation d’au moins une nervure axiale permet de limiter le risque d’un pincement de l’ouverture qui empêcherait le remplissage et/ou la vidange de ladite cavité.
L’enveloppe extérieure peut comporter un élastomère, ayant notamment une résistance thermique supérieure à 250°C, de préférence choisi parmi les élastomères, notamment thermoplastiques ou les silicones vulcanisables à chaud.
L’enveloppe extérieure peut comporter une suture au niveau d’une fente de démoulage, utilisée lors de la fabrication de l’enveloppe.
L’enveloppe extérieure peut comporter un marquage de surface configuré pour produire une empreinte sur la pièce fabriquée lors du moulage. Une telle empreinte peut servir à identifier que la pièce a été produite par un noyau selon l’invention, voire un noyau donné, par exemple identifié par un numéro.
Le noyau peut comporter une unique enveloppe extérieure.
L’enveloppe extérieure est avantageusement monobloc, notamment fabriquée par thermocompression. Cela facilite la manipulation du noyau et améliore sa durée de vie.
L’enveloppe extérieure peut être formée d’un seul et même matériau, notamment un silicone.
Installation
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, une installation pour la fabrication par thermocompression d’une pièce en matériau polymère, comportant un noyau tel que défini précédemment et un moule dans lequel le noyau est inséré pour définir la cavité de thermocompression. Ce moule comporte par exemple au moins deux parties de moule assemblées entre elles.
Le moule peut comporter des orifices permettant l'échappement de l'air contenu dans la matière à transformer, notamment du fait du dégazage de certaines matières, et/ou de la densification et/ou de la consolidation des matériaux.
Procédé de fabrication d’un noyau
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un noyau tel que défini précédemment, comportant :
- la fabrication de l’ensemble de l’enveloppe extérieure dans un moule de noyau en une seule étape, notamment de thermocompression ;
- l’insertion de l’armature dans l’enveloppe extérieure après démoulage.
L’utilisation d’une seule étape de thermocompression pour fabriquer l’enveloppe extérieure permet à la fois de limiter le temps de production mais également d’avoir une enveloppe extérieure monobloc, ce qui lui confère une résistance mécanique importante.
De plus, l’aspect monobloc de l’enveloppe extérieure permet de fabriquer une pièce qui ne porte pas, ou peu, de marques liées à la fabrication de l’enveloppe extérieure.
Enfin, la fabrication par thermocompression permet d’avoir une bonne santé matière, notamment homogène. En effet, la thermocompression permet d’utiliser une résine polymère non réticulée et de la réticuler entièrement au moment de la fabrication à la forme de l’enveloppe extérieure.
Le noyau ainsi fabriqué, de par notamment les qualités mécaniques de l’enveloppe extérieure, peut être utilisé de nombreuses fois.
Le matériau de l’enveloppe extérieure peut être choisi parmi les élastomères, notamment thermoplastiques ou les silicones vulcanisables à chaud.
Le procédé peut comporter le démoulage de l’enveloppe extérieure au travers d’au moins une fente réalisée lors du moulage sur l’enveloppe extérieure ou pratiquée avant démoulage par découpe locale.
Lorsque la fente doit être pratiquée avant démoulage par découpe locale, le moulage peut former un relief de surface sur l’enveloppe extérieure, la découpe locale étant pratiquée selon le relief de surface.
La forme des extrémités de la fente peut être configurée pour limiter, voire empêcher, la propagation de fissures.
L’insertion de l’armature peut être réalisée au travers de cette fente.
Le procédé peut comporter, après l’insertion de l’armature dans l’enveloppe extérieure, une suture de la fente, notamment à l’aide d’un ajout local de matière, notamment un matériau identique à celui utilisé pour fabriquer l’enveloppe extérieure, notamment un élastomère, de préférence un silicone cru vulcanisé à chaud dans une étuve.
En variante, l’armature est insérée par l’ouverture de l’enveloppe extérieure. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de prévoir à cet effet une fente sur l’enveloppe extérieure.
Pr o cédé de fabrication d’une pièce par thermocompression
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’une pièce au moins partiellement en matériau polymère et comportant une cavité, notamment en contre-dépouille, le procédé comportant les étapes suivantes :
- insérer entre les coquilles d’un moule à l’état ouvert un noyau selon l’invention, tel que défini précédemment ;
- fermer le moule en rapprochant les coquilles ;
- consolider le matériau entre la paroi du moule et le noyau, l’enveloppe extérieure étant remplie et/ou pressurisée intérieurement par un fluide pendant la consolidation ;
- polymériser le matériau polymère de manière à former la pièce ;
- dépressuriser et/ou vider, au moins partiellement, le noyau ;
- ouvrir le moule pour démouler la pièce du moule, et retirer le noyau de la pièce. La fabrication de la pièce grâce au noyau selon l’invention est facile à mettre en œuvre grâce à la facilité d’insertion et d’extraction du noyau. Cela permet une reproductibilité du procédé, compatible avec une fabrication en série, notamment à des coûts raisonnables.
Après la dépressurisation du noyau, la forme du noyau peut empêcher son retrait de la cavité de la pièce. Dans ce cas, le noyau peut être retiré de la cavité de la pièce par déformation élastique de l’enveloppe extérieure.
Lorsque la pression (par rapport à la pression atmosphérique) du fluide dans l’enveloppe extérieure lors de la consolidation est faible, par exemple inférieure à 1 bar, voire nulle, l’étape d’ouverture peut être réalisée avant l’étape de dépressurisation et/ou de vidange. En effet, dans un tel cas, la pièce fabriquée ne sera pas endommagée par la force due à la pression de l’enveloppe extérieure en l’absence de contre-pression du moule.
A l’inverse, lorsque la pression du fluide dans l’enveloppe extérieure lors de la consolidation est importante, par exemple supérieure à 1 bar, l’étape d’ouverture est de préférence réalisée après l’étape de dépressurisation et/ou de vidange. En effet, dans un tel cas, la pièce fabriquée pourrait être endommagée sinon par la force de pression de l’enveloppe extérieure.
Le procédé peut comporter, préalablement à l’insertion du noyau dans le moule, une étape d’application d’une couche fonctionnelle sur le noyau. Cette opération est facilitée par le fait que le noyau comporte une armature, qui limite les déformations de l’enveloppe extérieure lors de sa manipulation. L’armature permet aussi une reproductibilité de l’application de la couche fonctionnelle.
La couche fonctionnelle peut comporter des fibres de renfort, la pièce fabriquée comportant alors un composite formé par le matériau polymère et les fibres de renfort.
Les fibres de renfort peuvent être des fibres longues se présentant notamment sous la forme d’un textile, par exemple un tissu ou un tricot.
L’application de la couche fonctionnelle comportant des fibres peut se faire par un enroulement filamentaire, par un drapage ou par un enfilage d’une structure textile sur le noyau, de préférence par enfilage d’une structure textile sur le noyau, notamment sous la forme d’une chaussette.
Les fibres de renfort peuvent être choisies dans le groupe constitué par les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d’aramide, les fibres de céramique, les fibres d’origine végétale, notamment les fibres de lin, des fibres polymères, et une combinaison de celles-ci.
Dans un mode de réalisation, les fibres de renfort sont constituées de plusieurs matériaux, notamment plusieurs matériaux polymères. Les fibres de renfort peuvent être en polypropylène autorenforcé (SrPP).
La couche fonctionnelle peut comporter un accessoire de fonctionnalisation choisi dans le groupe constitué par les petites pièces, par exemple métalliques ou polymères, les fibres optiques ou des éléments électroniques, comme des capteurs et/ou des LEDs.
Avant l’étape de consolidation, le procédé peut comporter une étape d’application d’au moins une couche du matériau polymère dans le moule.
En variante ou en complément, la couche fonctionnelle appliquée sur le noyau peut comporter au moins une partie en matériau polymère.
Lors de la consolidation, la pression relative à l’intérieur de l’enveloppe peut être comprise entre 0 et 25 bars, mieux entre 2 et 25 bar, notamment entre 10 et 20 bar.
Lors de la consolidation, le moule et/ou le matériau polymère peut être chauffé, notamment à une température supérieure à 200°C.
Le matériau polymère peut être thermoplastique ou thermodurcissable.
Le matériau polymère thermoplastique peut être choisi dans le groupe constitué par le polyamide (PA), le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyétherimide (PEI), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyuréthane thermoplastique (TPU) et leurs mélanges.
Lorsque l’enveloppe extérieure comporte un matériau ayant une résistance thermique supérieure à 380°C, le matériau polymère thermoplastique peut en outre être choisi dans le groupe constitué le polysulfure de phénylène (PPS), le polyétheréthercétone (PEEK), le polyéthercétonecétone (PEKK), le polytéréphtalate et leurs mélanges.
Le matériau polymère thermodurcissable peut être choisi dans le groupe constitué par le poly époxyde, le vinylester (VE), le polyuréthane réticulé (PUR), le polyester insaturé (UP), et leurs mélanges.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel
FIG. 1illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, un exemple de noyau selon l’invention,
FIG. 2illustre, en perspective, partiellement, une partie du noyau de laFIG. 1,
FIG. 3illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, une étape d’un exemple de procédé de fabrication d’un noyau selon l’invention,
FIG. 4illustre, en vue de dessous, de manière schématique, une étape du procédé de fabrication d’un noyau selon l’invention,
FIG. 5illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, une étape de dépôt d’une couche fonctionnelle d’un exemple de procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention,
FIG. 6illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, une étape d’insertion d’un noyau dans un moule d’un exemple de procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention,
FIG. 7est un agrandissement montrant le détail VII de laFIG. 6après fermeture du moule,
FIG. 8est agrandissement montrant le détail VIII de laFIG. 6,
FIG. 9est une vue similaire à laFIG. 6dans laquelle le moule est fermé et le noyau est pressurisé,
FIG. 10illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, une étape d’extraction d’une pièce d’un exemple de procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention,
FIG. 11illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, un autre exemple de procédé de fabrication d’une pièce selon l’invention,
FIG. 12illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, un autre exemple de noyau selon l’invention,
FIG. 13illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, un autre exemple de noyau selon l’invention,
FIG. 14illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, un autre exemple de noyau selon l’invention, et
FIG. 15illustre, en coupe longitudinale, de manière schématique, un autre exemple de noyau selon l’invention.
 Description détaillée
Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent le même signe de référence. A des fins de concision de la présente description, ils ne sont pas décrits en regard de chacune des figures, seules les différences entre les modes de réalisation étant décrites.
Sur les figures, les proportions réelles n’ont pas toujours été respectées, dans un souci de clarté.
On a illustré aux figures 1 et 2 un exemple de noyau 1 à insérer dans un moule de moulage par thermocompression selon l’invention.
Le noyau 1 comporte une enveloppe extérieure 2, destinée à être remplie et/ou pressurisée intérieurement par un fluide de pressurisation, par exemple un gaz, dans laquelle s’étend une armature 3.
L’enveloppe extérieure 2 est par exemple réalisée en silicone.
L’enveloppe extérieure 2 forme une cavité 5 intérieure configurée pour recevoir le fluide de pressurisation et comportant une ouverture 4.
Comme illustré sur laFIG. 2, l’ouverture 4 peut avoir, en section transversale, une section sensiblement rectangulaire.
L’épaisseur de l’enveloppe extérieure 2 peut être variable.
Par exemple, l’enveloppe extérieure 2 comporte des épaissement 10 latéraux d’épaisseure1au moins deux fois supérieure à l’épaisseurebordant l’épaississement 10.
L’enveloppe extérieure 2 comporte également un épaississement local 11 sur un fond d’épaisseur maximalee2au moins deux fois supérieure à l’épaisseur bordant l’épaississement 11.
L’armature 3, qui est métallique dans cet exemple, maintient l’enveloppe extérieure 2 dans une forme prédéfinie au repos. Dans cet exemple, au repos, l’enveloppe extérieure 2 présente une forme allongée selon un axe Z.
L’armature 3 est par exemple formée de différents profilés assemblés, donnant à l’ensemble une forme générale s’effilant vers l’extrémité 16 où débouche l’ouverture 4.
L’armature 3, comme illustré, est en contact avec le fond 11 lorsque l’enveloppe extérieure 2 est au repos. La partie de l’armature 3 en contact avec l’épaulement 11 peut être plane.
L’armature 3peut être également en contact au niveau de son extrémité 16 tournée vers l’ouverture 4 avec des butées de retenue sous forme de nervures intérieures 15 disposées au niveau de l’ouverture 4, comme illustré sur les figures 1 et 2.
Dans cet exemple, l’enveloppe extérieure 2 comporte plusieurs nervures 15 disposées sur deux grandes faces opposées 30. Chaque grande face 30 peut comporter trois nervures 15 en vis-à-vis comme visible sur laFIG. 2.
Les grandes faces 30 sont reliées entre elle par des petites faces 31 qui peuvent être dépourvues de nervures.
Chaque nervure 15 présente un flanc à son extrémité opposée à l’ouverture 4 qui peut définir un épaulement 17, s’étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe Z. La face interne 18 de chaque nervure 15, tournée vers l’axe Z, peut être inclinée radialement vers l’extérieur en direction de l’ouverture 4.
L’armature 3 peut comporter des avancées 19 en appui sur les épaulements 17 et une partie centrale 20 espacée des avancées 19 et reliée à celles-ci, la partie centrale 20 venant en contact avec les faces internes 18 des nervures 15 à proximité des épaulements 17.
Ainsi, l’armature 3 est bloquée axialement entre le fond 11 et les nervures 15 lorsque l’enveloppe extérieure 2 est au repos.
L’enveloppe extérieure 2 comporte également, autour de l’ouverture 4, une collerette 25, dont la fonction sera décrite par la suite.
La collerette 25 définit un épaulement 26, s’étendant sensiblement perpendiculairement par rapport à l’enveloppe extérieure 2, et un flanc incliné 27 s’étend obliquement par rapport à l’épaulement 26.
L’enveloppe extérieure 2 peut comporter également une suture 35, par exemple au niveau du fond 11, qui coïncide avec une fente de démoulage.
Le noyau 1 peut être fabriqué selon le procédé décrit ci-dessous et illustré aux figures 3 et 4.
Dans une première étape, illustrée sur laFIG. 3, l’enveloppe extérieure 2 est fabriquée par thermocompression, par exemple d’une résine silicone, dans un moule 40.
Le moule 40 comporte deux coquilles 41 et 42 formant entre elles une cavité 43 et un noyau 45 rigide, maintenu entre les coquilles 41 et 42 par des pattes 46.
Les pattes 46 permettent un bon positionnement du noyau 45 entre les coquilles 41 et 42.
Ensuite, la matière est thermocomprimée entre les coquilles 41 et 42 et le noyau 45 pour former l’enveloppe extérieure 2.
Après polymérisation, le moule 40 est ouvert et l’enveloppe extérieure 2, dans laquelle se trouve le noyau 45, est extraite.
Le noyau 45 est alors retiré de l’enveloppe extérieure 2 au travers d’une fente de démoulage 47, comme par exemple celle illustrée sur la vue a) de laFIG. 4, si besoin en déformant élastiquement l’enveloppe extérieure 2.
La fente 47 peut être formée lors du moulage par l’une des pattes 46 du noyau 45.
La fente 47 peut s’étendre de façon rectiligne dans une direction F sur une longueur Lf supérieure à 50% de la largeur L de l’enveloppe extérieure 2.
La fente 47 peut comporter des trous ronds à ses extrémités 50 limitant la propagation de fissures.
Après l’extraction du noyau 45, une armature 3 est insérée dans l’enveloppe extérieure 2, en l’introduisant au travers de la fente 47.
La fente 47 est ensuite suturée par un apport de matière, qui peut être identique au matériau utilisé par ailleurs pour former l’enveloppe. Ainsi, l’enveloppe extérieure 2 est monobloc et comporte peu de traces de fabrication.
En variante, quand la forme de l’enveloppe extérieure le permet, le noyau 45 est extrait de l’enveloppe extérieure 2 au travers de l’ouverture 4 de l’enveloppe extérieure 2, aucune fente n’étant produite par la moule.
En variante encore, comme illustrée sur la vue b) de laFIG. 4, le moulage peut former un relief 471 de surface sur l’enveloppe extérieure 2 permettant d’indiquer où pratiquer la découpe locale pour former la fente 47.
Le relief 471 peut s’étendre de façon rectiligne sur une longueur Lf1 supérieure à 50% de la largeur L de l’enveloppe extérieure 2.
Un exemple de procédé de fabrication d’une pièce P en matériau polymère comportant une cavité en contre-dépouille selon l’invention est illustré sur les figures 5 à 10.
Dans une première étape, illustrée sur laFIG. 5, une couche fonctionnelle 60, par exemple sous la forme d’une chaussette, est enfilée sur le noyau 1.
La couche fonctionnelle 60 comporte dans cet exemple un tissu de fibres de carbone longues. L’opération d’enfilage est facilement réalisable par un opérateur, voire un robot, grâce à l’armature 3 qui maintient l’enveloppe extérieure 2 et limite ses déformations.
Dans cet exemple, la couche fonctionnelle 60 est enfilée par le fond 11 du noyau 1, c’est-à-dire la partie opposée à l’ouverture 4.
Dans une seconde étape, illustrée sur les figures 6 à 8, le noyau 1 est placé dans un moule 61.
Le moule 61 comporte une première coquille 62 et une deuxième coquille 63 qui forment entre elles, lorsque le moule 61 est fermé, une cavité 64 permettant de recevoir le noyau 1.
La cavité 64 présente une ouverture 65, destinée à recevoir l’extrémité du noyau 1 comportant l’ouverture 4. Lorsque le moule 61 est fermé, l’ouverture 65 est fermée par un bouchon 68, comme illustré sur l’agrandissement de laFIG. 7.
L’ouverture 65 peut déboucher au fond d’un lamage 66 contre lequel l’épaulement de la collerette 25 peut venir en appui.
Le bouchon 68, lorsque monté sur le moule 61, peut appuyer sur l’extrémité de l’enveloppe extérieure par une paroi 67, et peut comporter un bec creux 69 qui pénètre dans l’ouverture 4 pour venir en contact avec l’armature 3.
Ainsi, le bouchon 68 permet de bloquer dans le moule 61 le noyau 1 et d’assurer l’étanchéité de la cavité 64.
Comme illustré sur laFIG. 6, une couche 58 de matériau polymère, thermoplastique ou thermodurcissable, est positionnée dans la cavité 64. Le matériau est par exemple un silicone vulcanisable à chaud.
Les parois 70 en regard des coquilles 62 et 63 peuvent présenter un décrochement 71 délimitant le long de l’axe Z un premier volume V1 et deuxième volume V2, comme illustré sur l’agrandissement de laFIG. 8.
Le premier volume V1 s’étend entre le décrochement 71 et l’ouverture 65.
Le deuxième volume V2 occupe le volume restant de la cavité 64.
Le décrochement 71 permet de fermer l’espace destiné à la thermocompression, et ainsi de délimiter la zone de moulage correspondant au deuxième volume V2. La zone correspondant au volume V1 est non destinée à recevoir la matière à mouler mais à permettre un appui contre le moule 61 du noyau 1 lors de la thermocompression.
Ensuite, dans une nouvelle étape illustrée sur laFIG. 9, l’enveloppe extérieure 2 est pressurisée à l’aide d’un fluide injecté au travers d’un orifice 75 dans le bec 69. Cette pressurisation permet de faire gonfler l’enveloppe extérieure 2 et de la déformer dans une forme de moulage prédéfinie.
Comme illustré sur cette figure, la pressurisation de l’enveloppe peut amener une rupture de contact entre l’armature 3 et le fond épaissi 11 de l’enveloppe extérieure 2.
Le matériau polymère 58, est alors thermocompressé dans la cavité 4 entre les parois 70 et l’enveloppe extérieure 2 dans le deuxième volume V2.
Grâce aux épaississements 10 et 11, le champ de pression de consolidation qui s’applique sur la matière peut être maitrisé pour obtenir les caractéristiques géométriques souhaitées pour la pièce.
Lors de la thermocompression, les fibres de la couche fonctionnelle 60 sont également imprégnées.
Le polymère est ensuite consolidé et polymérisé, par exemple par de la chaleur transmise par le moule 61.
Un fois la pièce P consolidée, comme illustré sur laFIG. 10, le noyau 1 est dépressurisé puis le moule 61 est ouvert.
La pièce P présente une cavité 76 en contre-dépouille.
La forme du noyau, dans l’exemple illustré, est telle qu’une fois dépressurisé, il peut être retiré de la cavité 76 de la pièce obtenue sans déformation élastique de l’enveloppe extérieure 2.
La pièce P produite est une pièce en matériau composite comportant des fibres de renfort issues de la couche fonctionnelle 60, et une matrice polymère.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit.
L’enveloppe extérieure 2 peut avoir au repos une forme différente, par exemple sphérique, ovoïde, parallélépipédique, en forme générale de U ou de L en coupe longitudinale, ou une combinaison de celles-ci.
Lors de la fabrication de la pièce P, le noyau 1 peut être retiré de la cavité 76 par une déformation élastique de l’enveloppe extérieure 2, comme illustré sur laFIG. 11.
Sur la partie gauche a) de laFIG. 11, le noyau 1 est pressurisé. Dans la partie médiane b) de cette figure, le noyau 1 est dépressurisé mais encore présent dans la pièce P. Sur la partie droite c), le noyau 1 est en cours d’extraction de la cavité 76 de la pièce P avec déformation élastique de l’enveloppe extérieure 2.
Dans la variante illustrée sur laFIG. 12, l’enveloppe extérieure 2 à une épaisseureconstante, sauf au niveau de trois amincissements 100 locaux dont l’épaisseur Ea est inférieure à 50% de l’épaisseur e.
Lors du moulage avec le noyau 1 de laFIG. 12, la pression de consolidation exercée sur la matière entre le moule et le noyau 1 sera plus importante au niveau des amincissements 100 locaux, que sur le reste du noyau 1.
Par ailleurs, toujours sur le noyau 1 illustré sur laFIG. 12, un jeu J est présent entre le fond 101 et l’armature 3. Ce jeu est par exemple inférieur à 10 mm.
Dans la variante illustrée sur laFIG. 13, l’enveloppe extérieure 2 comporte des creux 110, configurés pour loger une mousse polymère.
L’épaisseur Ec locale au niveau des creux 110 est plus importe que l'épaisseur e en dehors des creux 110, afin de réduire la contre-pression au niveau des creux 110 lors du moulage et d’y faciliter le développement de la mousse polymère.
L’enveloppe extérieure 2 comporte également un marquage 115, par un exemple sous la forme d’un relief tel qu’une marque et/ou un code d’identification. Ce marquage 115 permet de former une empreinte dans la pièce fabriquée, par exemple pour authentifier celle-ci.
Dans la variante illustrée sur laFIG. 14, l’enveloppe extérieure 2 a une forme effilée s’étendant selon un axe longitudinal Y. L’armature 3 présente également une forme effilée s’étendant selon cet axe.
L’espace Es entre l’armature 3 et l’enveloppe extérieure 2 est ici faible, par exemple inférieur à 5 mm.
Pour faciliter le remplissage et/ou la mise en pression de l’enveloppe extérieure 2, l’armature 3 comporte un conduit 119 interne comportant une entrée de fluide 120 et une pluralité de sorties 125 réparties de manière homogène le long de l’armature 3.
Sur la variante illustrée sur laFIG. 15, l’armature 2 comporte deux portions 150 reliées entre elles par une articulation 150. Cela permet de donner un degré de liberté supplémentaire au noyau 2. Les deux portions 150 peuvent être rigides.
L’articulation 150 peut être une rotule, éventuellement à doigt ou un pivot.

Claims (26)

  1. Noyau (1) de moulage pressurisable, à insérer dans un moule (61), comportant :
    - une enveloppe extérieure (2) souple destinée à être remplie et/ou pressurisée intérieurement par un fluide ;
    - une armature (3) s’étendant à l’intérieur de l’enveloppe extérieure (2) pour la maintenir dans une forme prédéfinie au repos, compatible avec son insertion et son extraction du moule (61).
  2. Noyau (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’enveloppe extérieure (2) comporte au moins une partie en contact permanent avec l’armature (3).
  3. Noyau (1) selon l’une des revendications précédentes, l’enveloppe extérieure (2) comportant au moins une butée de retenue (15) configurée pour retenir l’armature (3) dans l’enveloppe extérieure (2), notamment lorsque le noyau (1) est présent dans le moule (61) et/ou lors du dépôt d’une couche fonctionnelle.
  4. Noyau (1) selon la revendication précédente, dans laquelle, lorsque l’enveloppe extérieure (2) est au repos, l’armature (3) est fixe par rapport à l’enveloppe extérieure (2), notamment en étant bloquée axialement entre le fond de l’enveloppe extérieure (2) et ladite au moins une butée de retenue (15).
  5. Noyau (1) selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel, lorsque l’enveloppe extérieure (2) est au repos, un jeu non nul (J) est présent entre l’armature (3) et l’enveloppe extérieure (2).
  6. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’enveloppe extérieure (2) présente une épaisseur (e ; e1 ; e2 ; Ea ; Ec) variable choisie en fonction du champ de pression que l’on souhaite exercer sur la matière présente entre le noyau et le moule lors du moulage.
  7. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’enveloppe extérieure (2) comporte une ouverture (4) d’injection du fluide de pressurisation, l’enveloppe extérieure (2) comportant une collerette (25) autour de l’ouverture (4) d’injection, cette collerette (25) ayant notamment une fonction d’étanchéité et/ou de retenue mécanique du noyau (1) dans le moule (61) de sorte à former une cavité de moulage.
  8. Noyau (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l’enveloppe extérieure (2) comporte sur une surface intérieure, au niveau de l’ouverture (4), au moins une nervure (15) axiale.
  9. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface extérieure de l’enveloppe extérieure (2) comporte des reliefs.
  10. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’enveloppe extérieure (2) comporte un élastomère, ayant notamment une résistance thermique supérieure à 250°C, de préférence choisi parmi les élastomères, notamment thermoplastiques ou les silicones vulcanisables à chaud.
  11. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une unique enveloppe extérieure (2) monobloc, notamment fabriquée par thermocompression.
  12. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’armature (3) comporte un conduit interne (119) permettant la circulation de fluide comportant au moins une entrée (120) et une pluralité de sorties (125).
  13. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe extérieure (2) comporte un marquage (115) de surface configuré pour produire une empreinte sur la pièce fabriquée lors du moulage.
  14. Noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’armature (2) comporte au moins deux portions (150) articulées entre elles.
  15. Procédé de fabrication d’un noyau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant :
    - la fabrication de l’ensemble de l’enveloppe extérieure (2) dans un moule de noyau (40) en une seule étape de thermocompression ;
    - l’insertion de l’armature (3) dans l’enveloppe extérieure (2) après démoulage.
  16. Procédé selon la revendication précédente, le matériau de l’enveloppe extérieure (2) étant choisi parmi les élastomères, notamment thermoplastiques ou les silicones vulcanisables à chaud.
  17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, comportant le démoulage de l’enveloppe extérieure (2) du moule de noyau (40) au travers d’au moins une fente (47), notamment réalisée lors du moulage sur l’enveloppe extérieure (2) ou pratiquée avant démoulage par découpe locale.
  18. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lorsque la fente (47) doit être pratiquée avant démoulage par découpe locale, le moulage forme un relief (471) de surface sur l’enveloppe extérieure (2), la découpe locale étant pratiquée selon le relief (471) de surface.
  19. Procédé selon l’une des revendications 16 à 18, dans lequel l’insertion de l’armature (3) est réalisée au travers de cette fente (47).
  20. Procédé selon la revendication précédente, comportant, après l’insertion de l’armature dans l’enveloppe extérieure (2), une suture de la fente (47), notamment à l’aide d’un ajout local de matière, notamment un élastomère, de préférence un silicone cru vulcanisé à chaud dans une étuve.
  21. Procédé selon la revendication 15, l’enveloppe extérieure (2) comportant une ouverture (4) d’injection du fluide de pressurisation, l’armature (3) étant insérée par l’ouverture (4) de l’enveloppe extérieure (2).
  22. Procédé de fabrication d’une pièce (P) au moins partiellement en matériau polymère comportant une cavité (76), notamment en contre-dépouille, le procédé comportant les étapes suivantes :
    - insérer entre les coquilles (62 ; 63) d’un moule (61) à l’état ouvert un noyau (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 ;
    - fermer le moule (61) en rapprochant les coquilles (62 ; 63) ;
    - consolider le matériau entre la paroi (70) du moule (61) et le noyau (1), l’enveloppe extérieure (2) étant remplie et/ou pressurisée intérieurement par un fluide pendant la consolidation ;
    - polymériser le matériau polymère de manière à former la pièce ;
    - dépressuriser et/ou vider, au moins partiellement, le noyau (1) ;
    - ouvrir le moule (61) pour démouler la pièce (P) du moule (61), et retirer le noyau (1) de la pièce (P).
  23. Procédé selon la revendication précédente, comportant, préalablement à l’insertion du noyau (1) dans le moule (61), une étape d’application d’une couche fonctionnelle (60) sur le noyau (1).
  24. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la couche fonctionnelle (60) comporte des fibres de renfort, la pièce (P) fabriquée comportant alors un composite formé par le matériau polymère et les fibres de renfort, dans lequel les fibres de renfort sont des fibres longues se présentant notamment sous la forme d’un textile.
  25. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’application de la couche fonctionnelle (60) comportant des fibres se fait par un enroulement filamentaire, par un drapage ou par un enfilage d’une structure textile sur le noyau (1), de préférence par enfilage d’une structure textile sur le noyau (1), notamment sous la forme d’une chaussette.
  26. Procédé selon l’une quelconque des revendications 22 à 25, dans lequel, avant l’étape de consolidation, le procédé comporte une étape d’application d’une couche (58) du matériau polymère dans le moule (61).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3702155A1 (fr) * 2019-02-26 2020-09-02 Fiberneering Technology Development B.V. Procédé de préparation d'un produit composite
CN114654768A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 空中客车运作有限责任公司 用于制造纤维复合材料构件的模芯

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