WO2024042294A1 - Metier a tisser et procede de fabrication d'un tissu en forme - Google Patents

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WO2024042294A1
WO2024042294A1 PCT/FR2023/051285 FR2023051285W WO2024042294A1 WO 2024042294 A1 WO2024042294 A1 WO 2024042294A1 FR 2023051285 W FR2023051285 W FR 2023051285W WO 2024042294 A1 WO2024042294 A1 WO 2024042294A1
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fabric
support surface
weaving
loom
holding device
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PCT/FR2023/051285
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Inventor
Maxime GUILLOT
Romain CHAUFOUR
Hubert Jean Marie Fabre
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D49/00—Details or constructional features not specially adapted for looms of a particular type
    • D03D49/04—Control of the tension in warp or cloth
    • D03D49/20—Take-up motions; Cloth beams
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of a fabric, in particular a three-dimensional fabric, in shape, that is to say having a variable thickness over its width.
  • a fabric can in particular serve as reinforcement or preform in the manufacture of composite objects by resin transfer molding, particularly for applications in aeronautics.
  • Three-dimensional (3D) fabrics can be used as reinforcements or preforms in composite objects manufactured by resin transfer molding (RTM, acronym for the Anglo-Saxon term “Resin Transfer Molding”).
  • RTM resin transfer molding
  • the reinforcement does not always have a constant thickness over its entire width.
  • the surface of the mold on which the reinforcement is placed before the injection of the resin may not be developable.
  • the fabric may be advantageous for the fabric to have a variable thickness, for example, a lower thickness on its edges than in its center.
  • Such a fabric can be manufactured using a Jacquard type loom, which is described in particular in document FR 3 074 195 A1.
  • Figure 1 illustrates a Jacquard type loom 10 used for the production of a three-dimensional fabric obtained by multilayer weaving between a plurality of layers of warp threads 30 and a plurality of layers of weft threads 31.
  • the weaving loom 10 is equipped with a Jacquard mechanism 11 supported by a superstructure not shown in Figure 1.
  • the loom 10 also includes a harness 20 consisting of a cutting board 21 and control wires or heddles 22, each heddle 22 being connected at one end to a control hook 12 of the Jacquard mechanism 11 and at the other end to one of the return springs 13 fixed to the frame 14 of the loom 10.
  • Each heddle 22 comprises an eyelet 23 crossed by a warp wire 30.
  • the heddles 22 and their associated eyelet 23 are animated by a substantially vertical oscillation movement represented by the double arrow F under the tensile forces exerted respectively by the hooks control 12 and return springs 13.
  • the heddles 22 make it possible to lift certain warp threads 30 and thus create a shed 15, that is to say an opening between lower and upper layers of warp threads 30 allowing the introduction of weft threads 31 by means of 'a lance 40.
  • the lance 40 is provided at its end with a clamp 41 which grasps a weft thread 31 from a spool 50 to place it through the opening between the layers of threads of warp 30 created by the shed 15, the weft thread 31 being cut using a knife 60 after its positioning in the shed 15.
  • a comb 70 present upstream of the lance 40 is then folded down in order to pack the weft thread(s) introduced into the shed 15.
  • the lance 40 is then ready to again grab a new weft thread 31 from the spool 50 and place it either again in the shed 15, or in a different shed depending on the defined weaving.
  • the weaving loom 10 further comprises a fabric holding device T present downstream of the heddles 22 and the lance 40.
  • the holding device 80 comprises a lower jaw 81 and an upper jaw 82 each connected to an actuation means (not shown). Said holding device makes it possible in particular to control the position of the opening point of the shed 15, that is to say the location from which two layers of warp threads move away from each other towards upstream.
  • a difficulty encountered when weaving a three-dimensional fabric is the expansion of the fabric, that is to say the phenomenon of swelling of the fabric due to the interweaving of the warp and weft threads.
  • the three-dimensional fabric leaving the loom has a thickness greater than the planned thickness, which can cause defects during the implementation of the RTM process.
  • the reinforcement can form localized bumps, which can give rise to pinching of the fabric when closing the mold, resulting, in the final object, in areas whose mechanical properties are not controlled.
  • An aim of the invention is therefore to design a loom making it possible to control the expansion of the shaped fabric and thus improve the RTM process which may be implemented subsequently.
  • the invention proposes a Jacquard type loom for the manufacture of a fabric, in particular a two-dimensional or three-dimensional fabric, having a variable thickness over its width by weaving between a plurality of warp threads and a plurality of weft threads, said loom comprising: - a plurality of control wires, connected to a mechanism capable of moving the control wires in a vertical direction between a reference position and a first opening position of the chain wires, each control wire being further provided with an eyelet crossed by one of the warp threads,
  • a fabric holding device arranged downstream of the plurality of control wires and the lance, comprising at least two support surfaces, including at least a first support surface and a second support surface arranged on either side and on the other side of the fabric to compress the fabric between said support surfaces.
  • Said loom is characterized in that at least the first support surface is shaped in a manner that is at least partially complementary to a surface of the fabric.
  • At least one surface of the fabric is non-flat.
  • the first support surface has a non-planar shape whose concavity is oriented towards the surface of the fabric.
  • the support surface matches at least partly the non-flat surface of the fabric, that is to say, when the first support surface is brought towards the surface of the fabric following the vertical direction , the distance between the first support surface and the surface of the fabric is substantially constant at least in part of the width of the fabric.
  • upstream and downstream are understood in the sense of the progress of the weaving of the threads.
  • the holding device comprises at least one holding bar having said at least one first support surface.
  • said support bar comprises a body and a removable portion carrying the first support surface, the removable portion being reversibly linked to the body of the support bar.
  • Said removable portion may be in the form of a solid metal bar, in which the first bearing surface is formed.
  • the holding device comprises a table presenting the second support surface, said second support surface being flat.
  • the distance between the first and second support surfaces is chosen so as to reduce the expansion of the fabric to reach a minimum expansion threshold.
  • Another object of the invention relates to a method of manufacturing a fabric, in particular a 3D fabric, having a variable thickness over its width, comprising: - weaving a plurality of warp threads and a plurality of weft threads using a Jacquard type loom as described above, so as to form said fabric, and
  • the distance between the support surfaces is controlled so as to reduce the expansion of the fabric to reach a minimum expansion threshold.
  • the warp threads and the weft threads include carbon and/or glass.
  • Another object of the invention relates to a method of manufacturing a composite object comprising a fabric, in particular a two-dimensional or three-dimensional fabric, having a determined shape, said method comprising:
  • the object presents a form of revolution.
  • the object may in particular be a fan casing, a turbine casing, a nozzle casing or a mixer casing for an aeronautical engine.
  • FIG. 1 shows an overview of a known Jacquard type loom
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are sectional views of a three-dimensional fabric having a variable thickness over its width;
  • FIG. 3 is a sectional view of the three-dimensional fabric of Figure 2A and of a bar of the holding device according to one embodiment
  • FIG. 4 is a sectional view of the three-dimensional fabric of Figure 2A and of a bar of the holding device according to the state of the art;
  • FIG. 5 shows an overview of a Jacquard type loom according to one embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a principle graph of the evolution of the expansion as a function of the distance between the bearing surfaces of the holding device.
  • the drawings have not necessarily been represented to scale.
  • the invention relates to the manufacture of a shaped fabric having controlled expansion.
  • reference will mainly be made to a three-dimensional fabric, but the description also applies to a two-dimensional fabric.
  • Figure 2A illustrates an example of a shaped three-dimensional fabric, seen in section.
  • the fabric has a flat lower surface and a thickness increasing successively from its edge (thickness ei) towards its center (thickness es) with an intermediate thickness e2, thus forming a non-flat upper surface.
  • this thickness variation profile is given for illustrative purposes only and is not limiting.
  • the two main surfaces of the fabric may have a non-planar shape.
  • Figure 2B illustrates a second example of a shaped three-dimensional fabric, seen in section.
  • Figure 2C illustrates a third example of a shaped three-dimensional fabric, seen in section.
  • shaped weaving consists of weaving a profile proportional to the interior profile of the composite object to be produced.
  • this profile is obtained by a differential draw of wires by means of a non-cylindrical take-up roller which allows different lengths of wires depending on the location of each wire on the roller.
  • the expansion of such a fabric can be defined as being the ratio between the total volume occupied by the fabric, as produced by the loom, and a reference volume for this fabric, corresponding for example to the smallest volume at which we could bring this tissue by compressing it.
  • the expansion is controlled by the use of a holding device which has a support surface shaped at least partially complementary to the shape of the surface of the fabric opposite.
  • Figure 3 illustrates a sectional view of the fabric of Figure 2A and of a bar 92 of the holding device according to one embodiment of the invention.
  • the support surface 93 which comes into contact with the fabric T, makes it possible to compress the assembly of the warp and weft threads and thus reduce the expansion of the fabric.
  • the surface of the jaw 82 facing the tissue is flat and cannot therefore come into contact with the entire surface of the tissue nor compress evenly the fabric.
  • Figure 5 illustrates a Jacquard type loom 10 comprising a holding device according to the invention.
  • the weaving loom 10 is equipped with a Jacquard mechanism 11 supported by a superstructure not shown in Figure 5.
  • the loom 10 also includes a harness 20 consisting of a cutting board 21 and control wires or heddles 22, each heddle 22 being connected at one end to a control hook 12 of the Jacquard mechanism 11 and at the other end to one of the return springs 13 fixed to the frame 14 of the loom 10.
  • Each heddle 22 comprises an eyelet 23 crossed by a warp wire 30.
  • the heddles 22 and their associated eyelet 23 are animated by a substantially vertical oscillation movement represented by the double arrow F under the tensile forces exerted respectively by the hooks control 12 and return springs 13.
  • the heddles 22 make it possible to lift certain warp threads 30 and thus create a shed 15, that is to say an opening between lower and upper layers of warp threads 30 allowing the introduction of weft threads 31 by means of 'a lance 40.
  • the lance 40 is provided at its end with a clamp 41 which grasps a weft thread 31 from a spool 50 to place it through the opening between the layers of warp threads 30 created by the shed 15, the weft thread 31 being cut using a knife 60 after its positioning in the shed 15.
  • a comb 70 present upstream of the lance 40 is then folded down in order to pack the weft thread(s) introduced into the shed 15.
  • the lance 40 is then ready to again grab a new weft thread 31 from the spool 50 and place it either again in the shed 15, or in a different shed depending on the defined weaving.
  • the weaving loom 10 further comprises a device 90 for holding the fabric T present downstream of the heddles 22 and the lance 40.
  • said holding device 90 comprises two supporting surfaces 93, 94 arranged on either side of the fabric.
  • the support surface 93 facing the upper surface of the fabric which is a shaped surface of the fabric, has a shape complementary to the surface of the fabric.
  • the shape of the support surface is complementary to the surface of the fabric to the extent that, at any point of the width of the fabric, the distance between the support surface and the surface of the fabric is constant (this distance being zero when the support surface is in contact with the fabric).
  • the support surface could have a shape partially complementary to that of the surface of the fabric, that is to say the distance between the support surface and the fabric could be constant in one part of the width of the fabric (for example a central part), but different in another part of the width of the fabric (for example a peripheral part).
  • the shape of the support surface could not coincide perfectly with the shape of the surface of the fabric, but present an intermediate shape between a planar shape and the shape of the surface of the fabric, this shape intermediate having a concavity oriented towards the surface of the fabric (in other words, if the surface of the fabric has a hollow, the corresponding part of the support surface has a bump and vice versa, if the surface of the fabric has a bump, the corresponding part of the support surface has a hollow).
  • the relative distance difference between the support surface and the surface of the fabric depending on the width of the fabric is on average less than 30%, or even less than 10%.
  • Said support surface 93 belongs to a holding bar 92.
  • the holding bar 92 can be integral with the frame 14 of the loom 10.
  • the loom may have several support surfaces each arranged on a respective holding bar, said holding bars being arranged parallel to each other.
  • the support surface 93 is not necessarily continuous.
  • said support surface can extend over at least two parallel support bars.
  • the support surface 94 facing the lower surface of the fabric which is flat, belongs to a table 91 secured to the frame 14.
  • the table 91 can be replaced by one or more holding bar(s) also having a supporting surface complementary to the lower surface of the fabric, and arranged opposite the support surface 93 of the holding bar 92 in a direction Z perpendicular to the main surface of the fabric.
  • the support surface 93 is therefore specifically shaped to at least partially match the shape of the non-flat surface of the fabric.
  • the holding bars can be in the form of an assembly of a body secured to the frame of the loom and a removable portion carrying the support surface.
  • the removable portion can for example be linked to the body by screws or any reversible connection means.
  • the distance d between the support surfaces 93 and 94 is chosen so as to apply the support surface against the surface of the fabric and to exert a force of compression of the fabric between the holding bar 92 and the table 91 , or, where applicable, between the two retaining bars.
  • each retaining bar (or, in the case of a removable assembly, the removable portion of the retaining bar) can be in the form of a solid metal bar, in which the bearing surface is machined .
  • this compression is substantially homogeneous over the entire contact surface, and preferably over the entire width L of the fabric. Compression has the effect of compacting the warp and weft threads in the direction of the thickness of the fabric (Z direction) and thus reducing the expansion of the fabric.
  • the distance d between the support surfaces is generally fixed during weaving, the holding bar 92 and the table 91 being fixed relative to the frame. However, this distance can possibly be adjusted, particularly when fine-tuning the weave, for example using shims of different thicknesses.
  • Those skilled in the art are able to define the force to be applied depending on the structure of the fabric to obtain minimal expansion. For example, we can measure the expansion of the fabric without applying compression through the holding device, then gradually apply an increasing compression force by decreasing the distance between the support surfaces until the required expansion is obtained.
  • Figure 6 thus schematically illustrates the expansion F for a fabric of the type of that of Figure 2A, obtained empirically as a function of the distance d between the bearing surface of the holding bar and the bearing surface of the table.
  • a limit which may be non-zero
  • Those skilled in the art are therefore able, using simple tests, to determine the distance between the support surfaces to obtain a determined expansion (preferably minimal) for a given fabric.
  • the holding bar 92 is then fixed at the desired distance from the table 91.
  • the thickness of the fabric leaving the loom 10 is substantially equal to the thickness for which the mold was designed.
  • Said reinforcement is placed in the mold cavity of the RTM process.
  • the reinforcement is wound onto a mandrel.
  • the shape of the reinforcement is adapted to minimize the formation of folds or bumps.
  • the molded composite object is kept in the impression for a sufficient time to allow the resin to harden.
  • the composite object is unmolded and any finishing treatments are carried out, which are conventional and will therefore not be described in this text.
  • the quality of the composite object is significantly improved compared to that of an object made from a fabric whose expansion has not been controlled during weaving.
  • the absence of folds or bumps during placement in the impression makes it possible to preserve the structure of the tissue at any point of the object, and thus avoid changes in localized mechanical properties.
  • the invention finds application for the manufacture of any type of casing or casing element having a shape of revolution, in particular for an aeronautical engine, such as a fan casing, a turbine casing, a nozzle casing or a mixer housing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Looms (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Abstract

L'invention concerne un métier à tisser (10) de type Jacquard pour la fabrication d'un tissu (T) présentant une épaisseur (e1, e2, e3) variable sur sa largeur (L) par tissage entre une pluralité de fils de chaîne (30) et une pluralité de fils de trame (31), ledit métier à tisser comprenant : une pluralité de fils de commande (22), reliés à une mécanique (11) apte à déplacer les fils de commande suivant une direction verticale (Dv) entre une position de référence (PH) et une première position d'ouverture des fils de chaîne, chaque fil de commande étant en outre muni d'un oeillet (23) traversé par l'un des fils de chaîne (30), une lance (40) agencée en aval des fils de commande (113), apte à tirer un fil de trame (31) à partir d'une bobine (50), un dispositif de maintien (90) du tissu agencé en aval de la pluralité de fils de commande (22) et de la lance (40), comprenant deux surfaces d'appui (93, 94) agencées de part et d'autre du tissu (T) pour comprimer le tissu entre lesdites surfaces d'appuis (93, 94), caractérisé en ce qu'au moins une première surface d'appui (93) est conformée de manière au moins partiellement complémentaire d'une surface du tissu.

Description

METIER A TISSER ET PROCEDE DE FABRICATION D’UN TISSU EN FORME
Domaine technique
L’invention concerne la fabrication d’un tissu, notamment un tissu tridimensionnel, en forme, c’est-à-dire présentant une épaisseur variable sur sa largeur. Un tel tissu peut notamment servir de renfort ou préforme dans la fabrication d’objets composites par moulage par transfert de résine, notamment pour des applications dans l’aéronautique.
Etat de la technique
Les tissus tridimensionnels (3D) peuvent être utilisés en tant que renforts ou préformes dans des objets composites fabriqués par moulage par transfert de résine (RTM, acronyme du terme anglo-saxon « Resin Transfer Molding »).
Selon la géométrie de l’objet, le renfort n’a pas toujours une épaisseur constante sur toute sa largeur. En particulier, la surface du moule sur laquelle le renfort est mis en place avant l’injection de la résine peut ne pas être développable. Dans ce cas, pour éviter la formation de plis lors de la mise en place du renfort dans l’empreinte du moule, il peut être avantageux que le tissu présente une épaisseur variable, par exemple, une épaisseur plus faible sur ses bords qu’en son centre.
Un tel tissu peut être fabriqué au moyen d’un métier à tisser de type Jacquard, qui est décrit notamment dans le document FR 3 074 195 A1 .
La figure 1 illustre un métier à tisser 10 de type Jacquard utilisé pour la réalisation d’un tissu tridimensionnel obtenu par tissage multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne 30 et une pluralité de couches de fils de trame 31 .
Le métier à tisser 10 est équipé d'une mécanique Jacquard 11 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 1 .
Le métier 10 comprend également un harnais 20 constitué d'une planche d'empoutage 21 et de fils de commande ou lisses 22, chaque lisse 22 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 12 de la mécanique Jacquard 11 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 13 fixés au bâti 14 du métier à tisser 10.
Chaque lisse 22 comprend un oeillet 23 traversé par un fil de chaîne 30. Les lisses 22 et leur oeillet 23 associé sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F sous les efforts de traction exercés respectivement par les crochets de commande 12 et les ressorts de rappel 13.
Les lisses 22 permettent de soulever certains fils de chaîne 30 et de créer ainsi une foule 15, c'est-à-dire une ouverture entre nappes inférieures et supérieures de fils de chaîne 30 permettant l'introduction de fils de trame 31 au moyen d'une lance 40.
La lance 40 est munie à son extrémité d'une pince 41 qui saisit un fil de trame 31 à partir d'une bobine 50 pour le placer au travers de l'ouverture entre les nappes de fils de chaîne 30 créée par la foule 15, le fil de trame 31 étant coupé à l'aide d'un couteau 60 après son positionnement dans la foule 15.
Un peigne 70 présent en amont de la lance 40 est alors rabattu afin de tasser le ou les fils de trame introduits dans la foule 15.
La lance 40 est alors prête pour saisir à nouveau un nouveau fil de trame 31 à partir de la bobine 50 et le placer soit à nouveau dans la foule 15, soit dans une foule différente en fonction du tissage défini.
On forme ainsi progressivement un tissu T présentant un tissage 3D ou multicouche entre les fils de chaîne 30 et les fils de trame 31 .
Le métier à tisser 10 comprend en outre un dispositif de maintien du tissu T présent en aval des lisses 22 et de la lance 40.
Le dispositif de maintien 80 comprend une mâchoire inférieure 81 et une mâchoire supérieure 82 chacune reliée à un moyen d'actionnement (non représenté). Ledit dispositif de maintien permet notamment de contrôler la position du point d’ouverture de la foule 15, c’est-à-dire l’emplacement à partir duquel deux nappes de fils de chaîne s’écartent l’une de l’autre vers l’amont.
Une difficulté rencontrée lors du tissage d’un tissu tridimensionnel est le foisonnement du tissu, c’est-à-dire le phénomène de gonflement du tissu du fait de l’entrelacement des fils de chaîne et de trame.
A cause de ce foisonnement, le tissu tridimensionnel sortant du métier à tisser présente une épaisseur supérieure à l’épaisseur prévue, ce qui peut engendrer des défauts lors de la mise en oeuvre du procédé RTM.
En particulier, le renfort peut former des bosses localisées, qui peuvent donner lieu à un pincement du tissu lors de la fermeture du moule, se traduisant, dans l’objet final, par des zones dont les propriétés mécaniques ne sont pas maîtrisées.
Le document WO 2021/048486 décrit ainsi un procédé de fermeture d’un moule destiné à éviter un tel pincement.
Brève description de l’invention
Un but de l’invention est donc de concevoir un métier à tisser permettant de contrôler le foisonnement du tissu en forme et ainsi améliorer le procédé RTM susceptible d’être mis en oeuvre par la suite.
A cet effet, l’invention propose un métier à tisser de type Jacquard pour la fabrication d’un tissu, notamment un tissu bidimensionnel ou tridimensionnel, présentant une épaisseur variable sur sa largeur par tissage entre une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame, ledit métier à tisser comprenant : - une pluralité de fils de commande, reliés à une mécanique apte à déplacer les fils de commande suivant une direction verticale entre une position de référence et une première position d'ouverture des fils de chaîne, chaque fil de commande étant en outre muni d'un oeillet traversé par l’un des fils de chaîne,
- une lance agencée en aval des fils de commande, apte à tirer un fil de trame à partir d'une bobine,
- un dispositif de maintien du tissu agencé en aval de la pluralité de fils de commande et de la lance, comprenant au moins deux surfaces d’appui, dont au moins une première surface d’appui et une seconde surface d’appui agencées de part et d’autre du tissu pour comprimer le tissu entre lesdites surfaces d’appuis.
Ledit métier à tisser est caractérisé en ce qu’au moins la première surface d’appui est conformée de manière au moins partiellement complémentaire d’une surface du tissu.
Du fait de la variation d’épaisseur du tissu, au moins une surface du tissu est non plane.
Par « conformée de manière au moins partiellement complémentaire », on entend dans le présent texte que la première surface d’appui présente une forme non plane dont la concavité est orientée vers la surface du tissu. De préférence, la surface d’appui épouse au moins en partie la surface non plane du tissu, c’est-à-dire que, lorsque l’on amène la première surface d’appui vers la surface du tissu en suivant la direction verticale, la distance entre la première surface d’appui et la surface du tissu est sensiblement constante au moins dans une partie de la largeur du tissu.
Dans le présent texte, les termes « amont » et « aval » s’entendent dans le sens de l’avancement du tissage des fils.
De manière avantageuse, le dispositif de maintien comprend au moins une barre de maintien présentant ladite au moins une première surface d’appui.
Dans certains modes de réalisation, ladite barre de maintien comprend un corps et une portion amovible portant la première surface d’appui, la portion amovible étant liée de manière réversible au corps de la barre de maintien.
Ladite portion amovible peut se présenter sous la forme d’une barre métallique pleine, dans laquelle la première surface d’appui est formée.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de maintien comprend une table présentant la seconde surface d’appui, ladite seconde surface d’appui étant plane.
De manière particulièrement avantageuse, la distance entre les première et seconde surfaces d’appui est choisie de manière à réduire le foisonnement du tissu pour atteindre un seuil de foisonnement minimal.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un tissu, notamment un tissu 3D, présentant une épaisseur variable sur sa largeur, comprenant : - le tissage d’une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame au moyen d’un métier à tisser de type Jacquard tel que décrit plus haut, de sorte à former ledit tissu, et
- l’application, par le dispositif de maintien, d’une compression du tissu par l’intermédiaire desdites première et seconde surfaces d’appui.
De manière particulièrement avantageuse, la distance entre les surfaces d’appui est contrôlée de sorte à réduire le foisonnement du tissu pour atteindre un seuil de foisonnement minimal.
Dans certains modes de réalisation, les fils de chaîne et les fils de trame comprennent du carbone et/ou du verre.
Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un objet composite comprenant un tissu, notamment un tissu bidimensionnel ou tridimensionnel, présentant une forme déterminée, ledit procédé comprenant :
- la fabrication dudit tissu par le procédé tel que décrit plus haut ;
- l’enroulement d’un renfort formé d’une portion dudit tissu dans une empreinte d’un moule définissant une surface extérieure de l’objet ;
- la fermeture du moule ;
- l’introduction d’une résine dans l’empreinte pour imprégner le renfort.
Dans certains modes de réalisation, l’objet présente une forme de révolution.
L’objet peut être en particulier un carter de soufflante, un carter de turbine, un carter de tuyère ou un carter de mélangeur pour un moteur aéronautique.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 présente une vue d’ensemble d’un métier à tisser de type Jacquard connu ;
- les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en coupe d’un tissu tridimensionnel présentant une épaisseur variable sur sa largeur ;
- la figure 3 est une vue en coupe du tissu tridimensionnel de la figure 2A et d’une barre du dispositif de maintien selon un mode de réalisation ;
- la figure 4 est une vue en coupe du tissu tridimensionnel de la figure 2A et d’une barre du dispositif de maintien selon l’état de la technique ;
- la figure 5 présente une vue d’ensemble d’un métier à tisser de type Jacquard selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 6 est un graphique de principe de l’évolution du foisonnement en fonction de la distance entre les surfaces d’appui du dispositif de maintien. Pour des raisons de lisibilité des figures, les dessins n’ont pas nécessairement été représentés à l’échelle.
Les signes de référence identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou remplissant une même fonction.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention concerne la fabrication d’un tissu en forme présentant un foisonnement contrôlé. Dans la suite du texte, il sera fait essentiellement référence à un tissu tridimensionnel, mais la description s’applique également à un tissu bidimensionnel.
La figure 2A illustre un exemple d’un tissu tridimensionnel en forme, vu en coupe. Dans cet exemple, le tissu présente une surface inférieure plane et une épaisseur croissant successivement de son bord (épaisseur ei) vers son centre (épaisseur es) avec une épaisseur intermédiaire e2, formant ainsi une surface supérieure non plane. Naturellement, ce profil de variation d’épaisseur n’est donné qu’à titre illustratif et non limitatif.
Par ailleurs, les deux surfaces principales du tissu peuvent présenter une forme non plane.
La figure 2B illustre un deuxième exemple d’un tissu tridimensionnel en forme, vu en coupe.
La figure 2C illustre un troisième exemple d’un tissu tridimensionnel en forme, vu en coupe.
D’une manière générale, le tissage en forme consiste à tisser un profil proportionnel au profil intérieur de l’objet composite à réaliser. De manière connue en elle-même, ce profil est obtenu par un appel différentiel de fils au moyen d’un rouleau d’appel non cylindrique qui permet d’avoir des longueurs de fils différentes suivant l’emplacement de chaque fil sur le rouleau.
Le foisonnement d’un tel tissu peut être défini comme étant le rapport entre le volume total occupé par le tissu, tel que produit par le métier à tisser, et un volume de référence pour ce tissu, correspondant par exemple au plus petit volume auquel on pourrait amener ce tissu en le comprimant.
Dans l’invention, le foisonnement est contrôlé par l’utilisation d’un dispositif de maintien qui présente une surface d’appui conformée de manière au moins partiellement complémentaire à la forme de la surface du tissu en vis-à-vis.
La figure 3 illustre une vue en coupe du tissu de la figure 2A et d’une barre 92 du dispositif de maintien selon un mode de réalisation de l’invention.
La surface d’appui 93, qui vient en contact du tissu T, permet de comprimer l’assemblage des fils de chaîne et de trame et ainsi de réduire le foisonnement du tissu. Au contraire, dans un dispositif de maintien de type connu, tel qu’illustré sur la figure 4, la surface de la mâchoire 82 en regard du tissu est plate et ne peut donc venir en contact avec la totalité de la surface du tissu ni comprimer de manière homogène le tissu.
La figure 5 illustre un métier à tisser 10 de type Jacquard comprenant un dispositif de maintien selon l’invention.
De manière connue en elle-même, le métier à tisser 10 est équipé d'une mécanique Jacquard 11 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 5.
Le métier 10 comprend également un harnais 20 constitué d'une planche d'empoutage 21 et de fils de commande ou lisses 22, chaque lisse 22 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 12 de la mécanique Jacquard 11 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 13 fixés au bâti 14 du métier à tisser 10.
Chaque lisse 22 comprend un oeillet 23 traversé par un fil de chaîne 30. Les lisses 22 et leur oeillet 23 associé sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F sous les efforts de traction exercés respectivement par les crochets de commande 12 et les ressorts de rappel 13.
Les lisses 22 permettent de soulever certains fils de chaîne 30 et de créer ainsi une foule 15, c'est-à-dire une ouverture entre nappes inférieures et supérieures de fils de chaîne 30 permettant l'introduction de fils de trame 31 au moyen d'une lance 40.
La lance 40 est munie à son extrémité d'une pince 41 qui saisit un fil de trame 31 à partir d'une bobine 50 pour le placer au travers de l'ouverture entre les nappes de fils de chaîne 30 créée par la foule 15, le fil de trame 31 étant coupé à l'aide d'un couteau 60 après son positionnement dans la foule 15.
Un peigne 70 présent en amont de la lance 40 est alors rabattu afin de tasser le ou les fils de trame introduits dans la foule 15.
La lance 40 est alors prête pour saisir à nouveau un nouveau fil de trame 31 à partir de la bobine 50 et le placer soit à nouveau dans la foule 15, soit dans une foule différente en fonction du tissage défini.
Le métier à tisser 10 comprend en outre un dispositif de maintien 90 du tissu T présent en aval des lisses 22 et de la lance 40.
Conformément à l’invention, ledit dispositif de maintien 90 comprend deux surfaces d’appui 93, 94 agencées de part et d’autre du tissu.
La surface d’appui 93 en regard de la surface supérieure du tissu, qui est une surface en forme du tissu, présente une forme complémentaire de la surface du tissu.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, la forme de la surface d’appui est complémentaire de la surface du tissu dans la mesure où, en tout point de la largeur du tissu, la distance entre la surface d’appui et la surface du tissu est constante (cette distance étant nulle lorsque la surface d’appui est en contact avec le tissu). Cependant, dans d’autres modes de réalisation, la surface d’appui pourrait avoir une forme partiellement complémentaire de celle de la surface du tissu, c’est-à-dire que la distance entre la surface d’appui et le tissu pourrait être constante dans une partie de la largeur du tissu (par exemple une partie centrale), mais différente dans une autre partie de la largeur du tissu (par exemple une partie périphérique). Dans d’autres modes de réalisation, la forme de la surface d’appui pourrait ne pas coïncider parfaitement avec la forme de la surface du tissu, mais présenter une forme intermédiaire entre une forme plane et la forme de la surface du tissu, cette forme intermédiaire présentant une concavité orientée vers la surface du tissu (en d’autres termes, si la surface du tissu présente un creux, la partie correspondante de la surface d’appui présente une bosse et inversement, si la surface du tissu présente une bosse, la partie correspondante de la surface d’appui présente un creux). D’une manière générale, l’écart relatif de distance entre la surface d’appui et la surface du tissu selon la largeur du tissu est en moyenne inférieur à 30%, voire inférieur à 10%.
Ladite surface d’appui 93 appartient à une barre de maintien 92. La barre de maintien 92 peut être solidaire du bâti 14 du métier à tisser 10.
Eventuellement, le métier à tisser peut présenter plusieurs surfaces d’appui agencées chacune sur une barre de maintien respective, lesdites barres de maintien étant disposées parallèlement les unes aux autres.
Par ailleurs, la surface d’appui 93 n’est pas nécessairement continue. Par exemple, ladite surface d’appui peut s’étendre sur au moins deux barres de maintien parallèles.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, la surface d’appui 94 en regard de la surface inférieure du tissu, qui est plane, appartient à une table 91 solidaire du bâti 14.
De manière alternative (non illustrée), si la surface opposée du tissu présente également une forme non plane, la table 91 peut être remplacée par une ou plusieurs barre(s) de maintien présentant également une surface d’appui complémentaire de la surface inférieure du tissu, et agencée(s) à l’opposé de la surface d’appui 93 de la barre de maintien 92 dans une direction Z perpendiculaire à la surface principale du tissu.
La surface d’appui 93 est donc spécifiquement conformée pour épouser au moins partiellement la forme de la surface non plane du tissu.
Pour fabriquer un tissu 3D présentant une forme différente, il suffit de remplacer la ou les barre(s) de maintien par une ou deux barre(s) de maintien présentant une surface d’appui complémentaire à celle de la surface du nouveau tissu. Il s’agit donc d’une modification particulièrement simple du métier à tisser. Pour simplifier une telle modification, les barres de maintien peuvent se présenter sous la forme d’un assemblage d’un corps solidaire du bâti du métier à tisser et d’une portion amovible portant la surface d’appui. La portion amovible peut par exemple être liée au corps par des vis ou tout moyen de liaison réversible.
Par ailleurs, la distance d entre les surfaces d’appui 93 et 94 est choisie de manière à appliquer la surface d’appui contre la surface du tissu et à exercer une force de compression du tissu entre la barre de maintien 92 et la table 91 , ou, le cas échéant, entre les deux barres de maintien.
La barre de maintien et la table sont réalisées sous la forme de structures suffisamment rigides pour résister à l’effort de compression exercé sur le tissu. Par exemple, chaque barre de maintien (ou, dans le cas d’un assemblage démontable, la portion amovible de la barre de maintien) peut se présenter sous la forme d’une barre métallique pleine, dans laquelle la surface d’appui est usinée.
Du fait de la complémentarité des surfaces en contact, cette compression est sensiblement homogène sur toute la surface de contact, et de préférence sur toute la largeur L du tissu. La compression a pour effet de compacter les fils de chaîne et de trame dans le sens de l’épaisseur du tissu (direction Z) et ainsi de réduire le foisonnement du tissu.
La distance d entre les surfaces d’appui est généralement fixe pendant le tissage, la barre de maintien 92 et la table 91 étant fixes par rapport au bâti. Cependant, cette distance peut éventuellement être ajustée, notamment lors de la mise au point du tissage, par exemple à l’aide de cales de différentes épaisseurs.
L’homme du métier est à même de définir la force à appliquer en fonction de la structure du tissu pour obtenir un foisonnement minimal. Par exemple, on peut mesurer le foisonnement du tissu sans appliquer de compression par le dispositif de maintien, puis appliquer progressivement une force de compression croissante en diminuant la distance entre les surfaces d’appui jusqu’à obtenir le foisonnement requis.
Il est en particulier possible de mesurer le foisonnement du tissu pour différentes distances entre les surfaces d’appui.
La figure 6 illustre ainsi de manière schématique le foisonnement F pour un tissu du type de celui de la figure 2A, obtenu empiriquement en fonction de la distance d entre la surface d’appui de la barre de maintien et la surface d’appui de la table. On observe que plus l’on réduit la distance d, plus le foisonnement se réduit jusqu’à atteindre une limite (qui peut être non nulle) correspondant au foisonnement minimal Fmin que l’on peut obtenir pour ce tissu. L’homme du métier est donc à même, à l’aide d’essais simples, de déterminer la distance entre les surfaces d’appui pour obtenir un foisonnement déterminé (de préférence minimal) pour un tissu donné.
La barre de maintien 92 est alors fixée à la distance souhaitée de la table 91.
On forme ainsi progressivement un tissu T présentant un tissage 3D ou multicouche entre les fils de chaîne 30 et les fils de trame 31 et présentant un foisonnement minimal, c’est-à-dire que l’épaisseur du tissu sortant du métier 10 est sensiblement égale à l’épaisseur prévue, tout en respectant la forme définie par les variations d’épaisseur.
En particulier, dans le cas où le tissu est destiné à former une préforme ou un renfort pour la fabrication d’un objet composite par le procédé RTM, l’épaisseur du tissu sortant du métier 10 est sensiblement égale à l’épaisseur pour laquelle le moule a été conçu.
Pour fabriquer un tel objet composite, on dispose d’une certaine longueur du tissu 3D fabriqué grâce au métier 10, qui constitue une préforme ou un renfort.
On met en place ledit renfort dans l’empreinte du moule du procédé RTM.
Par exemple, dans le cas d’un carter de soufflante, on enroule le renfort sur un mandrin.
Même si le mandrin présente une forme non développable, la forme du renfort, due aux variations d’épaisseur du tissu, est adaptée pour minimiser la formation de plis ou de bosses.
Par ailleurs, dans la mesure où l’épaisseur du renfort est identique à l’épaisseur prévue pour la conception du moule, la fermeture du moule n’engendre pas de pincement du tissu.
Une fois le moule refermé, on injecte une résine dans l’empreinte du moule. La résine imprègne les mailles du tissu.
On maintient l’objet composite moulé dans l’empreinte pendant une durée suffisante pour permettre le durcissement de la résine.
Ensuite, on démoule l’objet composite et l’on pratique d’éventuels traitements de finition, qui sont conventionnels et ne seront donc pas décrits dans le présent texte.
On pourra notamment se référer au document EP 1 961 923 qui décrit un procédé de fabrication d'un carter de turbine à gaz en matériau composite.
La qualité de l’objet composite est sensiblement améliorée par rapport à celle d’un objet fabriqué à partir d’un tissu dont le foisonnement n’a pas été maîtrisé lors du tissage. En particulier, l’absence de plis ou bosses lors de la mise en place dans l’empreinte permet de préserver la structure du tissu en tout point de l’objet, et ainsi éviter des changements de propriétés mécaniques localisées. L’invention trouve application pour la fabrication de tout type de carter ou d’élément de carter présentant une forme de révolution, notamment pour un moteur aéronautique, tel qu’un carter de soufflante, un carter de turbine, un carter de tuyère ou un carter de mélangeur.

Claims

Revendications
1. Métier à tisser (10) de type Jacquard pour la fabrication d’un tissu (T) présentant une épaisseur (ei, e2, es) variable sur sa largeur (L) par tissage entre une pluralité de fils de chaîne (30) et une pluralité de fils de trame (31 ), ledit métier à tisser comprenant :
- une pluralité de fils de commande (22), reliés à une mécanique (11 ) apte à déplacer les fils de commande suivant une direction verticale (Dv) entre une position de référence (PH) et une première position d'ouverture des fils de chaîne, chaque fil de commande étant en outre muni d'un oeillet (23) traversé par l’un des fils de chaîne (30),
- une lance (40) agencée en aval des fils de commande (113), apte à tirer un fil de trame (31 ) à partir d'une bobine (50),
- un dispositif de maintien (90) du tissu agencé en aval de la pluralité de fils de commande (22) et de la lance (40), comprenant au moins deux surfaces d’appui, dont au moins une première surface d’appui (93) et une seconde surface d’appui (94) agencées de part et d’autre du tissu (T) pour comprimer le tissu entre lesdites première et seconde surfaces d’appuis (93, 94), caractérisé en ce qu’au moins la première surface d’appui (93) est conformée de manière au moins partiellement complémentaire d’une surface du tissu.
2. Métier à tisser selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de maintien comprend au moins une barre de maintien (92) présentant ladite au moins une première surface d’appui (93).
3. Métier à tisser selon la revendication 2, dans lequel ladite barre de maintien comprend un corps et une portion amovible portant la première surface d’appui, la portion amovible étant liée de manière réversible au corps de la barre de maintien.
4. Métier à tisser selon la revendication 3, dans lequel ladite portion amovible se présente sous la forme d’une barre métallique pleine, dans laquelle la première surface d’appui est formée.
5. Métier à tisser selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de maintien comprend une table (91 ) présentant la seconde surface d’appui (94), ladite seconde surface d’appui (94) étant plane.
6. Métier à tisser selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la distance (d) entre les première et seconde surfaces d’appui est choisie de manière à réduire le foisonnement (F) du tissu (T) pour atteindre un seuil de foisonnement minimal (Fmin).
7. Métier à tisser selon l’une des revendications 1 à 6, configuré pour fabriquer un tissu tridimensionnel.
8. Procédé de fabrication d’un tissu, notamment un tissu tridimensionnel (T), présentant une épaisseur (ei, e2, es) variable sur sa largeur (L), comprenant :
- le tissage d’une pluralité de fils de chaîne (30) et une pluralité de fils de trame (31 ) au moyen d’un métier à tisser de type Jacquard selon l’une des revendications 1 à 7, de sorte à former ledit tissu, et
- l’application, par le dispositif de maintien, d’une compression du tissu par l’intermédiaire desdites première et seconde surfaces d’appui (93, 94).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la distance (d) entre les première et seconde surfaces d’appui est contrôlée de sorte à minimiser le foisonnement du tissu.
10. Procédé selon l’une des revendications 8 ou 9, dans lequel les fils de chaîne et les fils de trame comprennent du carbone et/ou du verre.
11. Procédé de fabrication d’un objet composite comprenant un tissu, notamment un tissu tridimensionnel, présentant une forme déterminée, comprenant :
- la fabrication dudit tissu par le procédé selon l’une des revendications 8 à 10 ;
- l’enroulement d’un renfort formé d’une portion dudit tissu dans une empreinte d’un moule définissant une surface extérieure de l’objet ;
- la fermeture du moule ;
- l’introduction d’une résine dans l’empreinte pour imprégner le renfort.
12. Procédé selon la revendication 11 , dans lequel l’objet présente une forme de révolution.
13. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, dans lequel l’objet est un carter de soufflante, un carter de turbine, un carter de tuyère ou un carter de mélangeur pour un moteur aéronautique.
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