Procédés matériaux composites

Accélérer l’innovation dans les procédés de fabrication des matériaux composites pour conjuguer coût, cadence et performance

Les matériaux composites bénéficient d’un fort potentiel pour concevoir des structures légères, performantes et adaptées à des géométries complexes. Leur déploiement industriel dépend de la capacité à fiabiliser les procédés, à réduire les temps de cycle et à maîtriser les coûts de production.

Les procédés pour matériaux composites doivent également gagner en flexibilité pour s’adapter à la diversité des pièces, des matériaux, des volumes et des cadences. L’intégration du procédé dès les premières phases de conception d’un produit permet d’identifier les architectures, les matériaux, les outillages et les gammes de fabrication les plus performants techniquement et économiquement.

À ces enjeux économiques s’ajoutent la réduction de la consommation énergétique, la limitation des chutes et des consommables de production, ainsi que le développement de solutions de réemploi ou de recyclage.

Pour maximiser l'impact industriel de ses travaux de Recherche, notre équipe tisse des liens avec une communauté professionnelle et scientifique dans les composites :

A l’IRT Jules Verne, les travaux de R&D de l’équipe Procédés et Matériaux Composites adresse les enjeux suivants :

• Augmenter les cadences de préformage, d’injection, de formage et d’assemblage.
• Réduire les temps de cycle et les coûts récurrents de production.
• Fabriquer des pièces complexes, fonctionnelles, de forte épaisseur et/ou de grandes dimensions.
• Fiabiliser les procédés et maîtriser la qualité géométrique et la santé matière des pièces.
• Développer des procédés flexibles, automatisés et reconfigurables.
• Réduire les engagements de matière, les chutes, les consommables de production et les besoins énergétiques.
• Faciliter le réemploi des chutes et la mise en œuvre de matériaux recyclés ou biosourcés.
• Développer des solutions d’assemblage robustes pour les structures composites et multimatériaux.

Les matériaux, pièces et structures composites maîtrisées à l'IRT Jules Verne

Nos activités technologiques dédiées aux procédés de fabrication matériaux composites

La feuille de route technologique de l’équipe découle directement des problématiques industrielles identifiées. Le développement technique d’un procédé s’associe à une étude économique et son amélioration par l’intégration des exigences process dans la conception du produit, l’optimisation de la conception des moules, outillages et équipements. Avec l’appui des autres expertises intégrées à l’IRT Jules Verne, ces activités intègrent également l’automatisation, la modélisation, la surveillance et l’optimisation des paramètres de fabrication.

Les projets et les prestations de R&D consacrés aux procédés de fabrication matériaux composites portent sur quatre axes :

• L’assemblage par soudage des composites thermoplastiques
• le préformage automatisé de grandes dimensions
• les procédés d’imprégnation voie liquide
• les procédés de formage et de consolidation

Préformage automatisé grande dimension

Le préformage automatisé permet de produire des préformes textiles complexes et de grandes dimensions avec davantage de rapidité, de répétabilité et de précision. La maîtrise de la mise en forme des renforts, associée à des outillages et à des moyens de production adaptés, sécurise la géométrie des préformes avant les étapes d’injection ou de consolidation.

Pour les industriels, l’automatisation ouvre la voie à une augmentation des cadences et à une meilleure robustesse et stabilité de la qualité, y compris pour des pièces structurelles difficiles à manipuler manuellement. Elle contribue également à limiter les chutes textiles et à faciliter leur réintégration dans le produit ou dans le procédé.

A l’IRT Jules Verne, ces technologies s’appuient notamment sur une ligne automatisée de fabrication de préformes textiles de grandes dimensions. Elles répondent aux besoins des secteurs industriels qui produisent des structures composites complexes, légères et de grande taille, tels que l’aéronautique, le secteur naval ou encore l’énergie éolienne.

Procédés d’imprégnation liquide : infusion forte épaisseur, injection RTM et CRTM isotherme

L’infusion, l’injection RTM et l’injection-compression CRTM isotherme permettent de fabriquer des pièces composites complexes, de fortes épaisseurs ou de grandes dimensions, tout en maîtrisant l’imprégnation des renforts et la qualité finale du matériau.

La conception des outillages, la modélisation de l’écoulement de la résine et l’automatisation des opérations d’injection contribuent à fiabiliser le remplissage des pièces. L’enjeu industriel consiste à accélérer le procédé sans dégrader la qualité de l’imprégnation et par voie de conséquence les performances attendues.

L’augmentation des vitesses d’injection et le maintien d’une température contrôlée dans un moule fermé optimisent les temps de cycle, réduisent les consommables et les coûts récurrents de production. Le CRTM isotherme présente notamment un potentiel pour la fabrication à plus forte cadence de pièces structurelles aéronautiques.

Procédés de formage : thermocompression, estampage/surmoulage et consolidation hors autoclave

La thermocompression, l’estampage, le surmoulage et la consolidation hors autoclave offrent des solutions adaptées à la fabrication de pièces composites thermoplastiques complexes, épaisses ou de grandes dimensions.

La maîtrise des transferts thermiques et de l’homogénéité des températures permet de chauffer, de former puis de consolider par refroidissement la matière dans des conditions reproductibles.

Des systèmes de chauffe et de refroidissement pilotés et rapides peuvent ainsi raccourcir les cycles de production et limiter la consommation énergétique tout en assurant la qualité et la performance du produit. La simulation des interactions entre le moule et la matière contribue également à anticiper les distorsions, à améliorer la précision dimensionnelle et à concevoir les outillages en fonction du comportement réel de la pièce. Pour les industriels, ces technologies réduisent les risques de non-qualité et facilitent le passage à des procédés hors autoclave, potentiellement moins contraignants en matière d’équipements et de consommation d’énergie.

L’estampage et le surmoulage permettent par ailleurs d’intégrer des fonctions complémentaires et des inserts métalliques pendant la fabrication. Cette approche peut réduire le nombre d’opérations d’assemblage nécessaires pour produire des pièces composites multimatériaux.

Soudage des composites thermoplastiques

Le soudage par induction et le soudage par conduction permettent d’assembler des composites thermoplastiques renforcés de fibres continues en limitant le recours aux solutions traditionnelles de fixations mécaniques.

La maîtrise des cycles de chauffage et de refroidissement couplée au pilotage de la pression à appliquer contribue à obtenir des interfaces soudées robustes et répétables.

La simulation multiphysique facilite le choix des paramètres et la conception des outillages avant les essais physiques, avec à la clé une réduction du temps nécessaire au développement et à la mise au point du procédé. Le monitoring du procédé de soudage permet de suivre les paramètres clés du procédé, de détecter ses dérives, de les corriger et prédire la qualité de l’interface.  Ces données peuvent contribuer à la qualification du procédé. Pour les industriels, ce pilotage peut sécuriser la production tout en augmentant les cadences d’assemblage.

Le soudage dynamique par induction présente notamment un potentiel pour l’assemblage continu de structures aéronautiques de grandes dimensions, comme les éléments de fuselage thermoplastiques. Le soudage statique par conduction est, quant à lui, adapté à l’assemblage localisé de composants et de sous-ensembles.

Les développements réalisés par l’équipe Procédés Matériaux Composites à l’IRT Jules Verne s’appuient sur plusieurs plateformes de soudage monitorées multi-technologies (conduction, induction, miroir IR). Elles incluent un banc de soudage pour intégrer différents outillages, du format éprouvette jusqu’à des démonstrateurs d’environ un mètre et une baie de pilotage, pour centraliser la gestion des énergies, des capteurs et des fonctions de sécurité, aussi bien sur les outillages du banc que pour un outillage d’assemblage d’un démonstrateur grande échelle.. Cette organisation offre un cadre unique pour conduire des projets collaboratifs (France 2030, programmes européens...), des prestations industrielles et des démonstrateurs, tout en structurant une activité pour laquelle l’IRT Jules Verne est reconnu comme un acteur de référence au sein de l’écosystème français.