Révolutionner le design automobile : Les premiers composants pultrudés courbes

La pultrusion est l'un des plus anciens procédés de formage pour les composites thermodurcissables et est réputée avoir été le premier procédé de formage de thermodurcissables à fibres continues. Aujourd'hui, elle est utilisée pour produire des produits allant des poteaux électriques aux cadres de fenêtres, ainsi que des échelles, barres d'armature et composants d'éoliennes. Facile à automatiser avec peu de main-d'œuvre, et capable de produire des composants hautement structuraux — certains assez grands — à coût et vitesse raisonnables, la pultrusion traditionnelle peut produire des profils (creux ou pleins, symétriques ou asymétriques) dans presque n'importe quelle forme qui peut être pressée à travers une filière. Cependant, cette forme doit avoir une section transversale/épaisseur constante. Aussi, contrairement à l'extrusion thermoplastique ou l'extrusion de tubes et tuyaux métalliques — où la pression et la chaleur peuvent être appliquées aux profils pendant la production, ou après sur les pièces finies, pour les courber en nouvelles formes — il a été difficile d'utiliser la pultrusion pour produire autre chose que des profils linéaires droits. Cela a bien sûr limité l'utilisation de la pultrusion dans de nombreuses industries, particulièrement dans les segments à haut volume comme l'automobile, qui voudrait utiliser la pultrusion sauf qu'il n'y a pas beaucoup de poutres droites sur les voitures qui seraient de bons candidats.

Cela commence à changer grâce à Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG (TTI, Bremervörde, Allemagne), qui a développé un procédé breveté pour surmonter de nombreuses limitations de la pultrusion traditionnelle. En fait, la première pièce automobile pultrudée courbe vient d'entrer en production commerciale avec le lancement de la Chevrolet Corvette 2020 par General Motors Co. (Detroit, Michigan, États-Unis) (voir l'article complet sur la poutre de pare-chocs arrière pultrudée de la Corvette). Le fournisseur de rang 1 Shape Corp. (Grand Haven, Michigan, États-Unis) produit une poutre de pare-chocs arrière courbe pour la voiture en utilisant le procédé de pultrusion à rayon mobile de TTI en polyuréthane-acrylate renforcé fibre de carbone.

Voici pourquoi c'est important.

Mobile vs stationnaire

Dans la pultrusion linéaire conventionnelle, un système de traction alternatif avec pinces est utilisé pour tirer les renforts secs depuis leurs bobines, à travers un bain où ils sont imprégnés de résine thermodurcissable liquide. Ensuite, les renforts imprégnés sont tirés dans une filière chauffée stationnaire où le profil est façonné et entièrement durci. En sortant de la filière, le profil en mouvement refroidit (toujours tiré par l'unité de traction) et est ensuite coupé à longueur et emballé.

Initialement, le renfort en fibre était strictement limité aux fils unidirectionnels — en d'autres termes, fibres continues de verre, carbone ou autres orientées à 0 degrés par rapport à l'axe de traction. Cependant, avec le temps, une variété de tissus multiaxiaux — tissus et tissus sans ondulation (NCF) — ont été incorporés dans les profils pultrudés, permettant une gamme d'orientations de fibres sans distorsion/mouvement de fibres. Presque n'importe quel système de résine thermodurcissable peut être utilisé pour imprégner les renforts en pultrusion, bien qu'une quantité significative d'applications utilise du polyuréthane. Dans les dernières décennies, la pultrusion a même été modifiée pour permettre l'utilisation de thermoplastiques prépolymérisés.

De nombreuses caractéristiques de la pultrusion conventionnelle ont été renversées dans le procédé de pultrusion à rayon de TTI, mais l'aspect le plus important à comprendre est qu'avec la pultrusion à rayon, la filière n'est pas stationnaire ; plutôt, elle se déplace et tire le matériau pour créer soit une section transversale constante linéaire, soit un profil constamment courbé.

La filière, ou une série de filières, non seulement se déplace d'avant en arrière sur le profil, façonnant et durcissant le matériau tandis que les deux avancent le long d'une piste — dans ce cas avec le profil se déplaçant dans une seule direction et la filière se déplaçant dans les deux directions — mais la filière tire aussi les renforts secs à travers le bain de résine et le profil durci vers les pinces et la coupe. Pour produire une section transversale linéaire, la filière et le profil se déplacent le long d'une section droite de la piste ; pour produire une section transversale courbe, la filière et le profil se déplacent le long d'une section courbe de la piste.

« Dans cette technologie, la filière remplace effectivement le tracteur alternatif, qui est remplacé par des pinces stationnaires qui s'ouvrent et se ferment mais ne bougent pas autrement », explique Sebastian Mehrtens, responsable des ventes chez TTI. « Les pinces se ferment et soutiennent le profil durci quand il atteint une longueur pré-spécifiée et est prêt à couper, mais restent sinon ouvertes et laissent le profil se déplacer vers l'unité de coupe. » Pour réduire le risque d'arrachage de fibres du matériau chaud, les filières chauffées sont chromées.

De plus, le système diminutif est bien plus facile à expédier, peut être déplacé avec juste un chariot élévateur, est plus rapide à installer que les lignes conventionnelles et nécessite bien moins d'espace au sol d'usine. « Cela pourrait avoir des avantages intéressants dans certaines applications », note Mehrtens. « Par exemple, la machine pourrait être installée près d'une rénovation de pont pour produire des éléments structuraux selon les besoins. Ou, elle pourrait être installée pendant la pose d'une nouvelle autoroute et produire des barres d'armature qui pourraient être coupées à des longueurs personnalisées directement sur le chantier. » Un autre avantage du pullCUBE est la sécurité des travailleurs, puisque l'unité est entièrement fermée et les opérateurs ne se brûleront pas les mains sur les surfaces chaudes du moule ni ne seront pincés par les pinces ou coupés par la scie.