Développement de structures composites isogrilles utilisant une technologie de dépôt innovante

Le constructeur de machines COMEC (Chieti, Italie), avec le soutien de l'organisme de R&D composites CETMA (Brindisi, Italie), a construit des structures isogrilles composites en utilisant une technologie de dépôt innovante. Ceci a été développé dans le cadre du projet de recherche intitulé « Étude de solutions innovantes de produits et de processus basées sur l'utilisation industrielle de matériaux avancés » financé par la région des Abruzzes en Italie dans le cadre du « POR FESR Abruzzes 2014-2020 » programme.

Les structures isogrid sont utilisées dans une variété d'applications et de configurations. Ces structures sont typiquement constituées d'une peau externe mince reliée d'un seul tenant à un treillis de renfort. La répétition des éléments de renforcement permet une répartition efficace des charges, le rendant moins sensible aux dommages dus aux chocs, au délaminage et à la propagation des défauts. Lorsque la grille a un motif triangulaire, elle a un comportement mécanique similaire à celui d'un matériau isotrope. La conception d'une structure isogrille nécessite un moule hybride constitué d'une partie externe en aluminium et d'un moule interne en Téflon portant l'empreinte de la structure isogrille sur lequel effectuer le dépôt des matériaux towpreg non encore consolidés. Le moule hybride est nécessaire pour avoir un compactage optimal du drapage du towpreg — en exploitant les différents coefficients de dilatation thermique (CTE) du téflon, tout en offrant une structure de confinement externe rigide en aluminium.

La technologie de dépôt, développée par COMEC, est principalement composée de deux éléments, un robot à six axes et une tête de dépôt towpreg. La solution passe par l'utilisation d'un robot anthropomorphe à six degrés de liberté, trois affectés au bras pour les opérations de positionnement de la tête de dépôt reliée au poignet et trois affectés au poignet lui-même pour l'orientation de la tête. La solution technologique proposée pour la tête de dépôt utilise du câble sec, qui est ensuite imprégné de résine par un système en ligne. L'imprégnation s'effectue à l'intérieur de la tête de dépôt, en intégrant un ensemble permettant de mouiller les fibres avec la résine in-situ. Le système d'imprégnation en ligne réduit les coûts - le produit semi-fini coûte plus cher que le renfort sec utilisé ici, et nécessite également un stockage congelé/froid, non requis par les matériaux en fibres sèches.

L'extrémité de la tête de dépôt est la dernière zone traversée par l'étoupe avant dépôt. L'étoupe hors de l'oeil de dépôt est imprégnée et déposée à la surface du moule isogrille hybride. Pour assurer un bon compactage des couches composites, un rouleau est utilisé pour exercer une pression appropriée sur le câble nouvellement imprégné et positionné.

Après le dépôt des couches de towpreg dans le moule en Téflon, le CETMA a réalisé le processus de consolidation, en utilisant le moule externe en aluminium dans une presse à chaud. Le cycle de polymérisation dépend de la résine utilisée pour le towpreg. Dans ce cas, la résine est époxy et la polymérisation complète nécessite une température de 120°C.

Les structures isogrid réalisées à partir de composites représentent une alternative potentiellement intéressante aux structures sandwich utilisées dans des environnements hostiles. Leur configuration flexible permet des applications hautes performances dans une variété d'industries. Grâce à la polyvalence de la machine d'imprégnation développée par COMEC, qui peut être utilisée avec pratiquement n'importe quelle combinaison fibre/matrice, des structures isogrilles avec différents matériaux composites peuvent être facilement produites.

Le CETMA a été heureux d'accompagner ce développement, et l'équipe R&D du COMEC a apprécié les contributions du CETMA à ce projet :« La collaboration avec le CETMA a permis la croissance du savoir-faire et la consolidation d'un partenariat de plus en plus fort tourné vers l'innovation. »