CE10 - Usine du futur : Homme, organisation, technologies

Prédiction, réduction et étude des dégradations impactant les conditions du tissage 3D – PREDICTISS-3D

Prédiction, réduction et étude des dégradations impactant les conditions du tissage 3D

Comprendre et limiter les interactions interfils du tissage haute densité sur matériaux sensibles

Produire des renforts 3D tissés de composites plus rapidement avec une santé matière optimale

L’objectif primaire et majeur de ce projet vise à définir et étudier l’influence des paramètres produits et procédé sur la dégradation des produits tissés et par conséquent les pertes de performances mécaniques du produit final (renfort puis composite).<br />Cette analyse doit permettre la prédiction des dommages pour une configuration donnée et donc l’optimisation des paramètres de tissage. Outre l’enjeu scientifique de la compréhension des interactions interfilamentaires fines, le but à plus long terme est la transposition à l’échelle industrielle des résultats.

En raison de la complexité des phénomènes et des matériaux en jeu (matériau fibreux), une approche multi-échelle est envisagée avec : 1) un monitoring du procédé (machine à tisser) pour évaluer les interactions interfils à grande échelle, couplée à : 2) une analyse des frottements sur un système fils/fils simple (isolé banc de laboratoire) permettant la détermination des paramètres tribologiques.

Résultats à 18 mois :
Les mesures à l’échelle du système simplifié fil/fil en frottement ainsi que sur métier à tisser ont permis de mettre en évidence la prépondérance de l’influence de la nature des interactions et du frottement (statique, dynamique, configuration de positionnement des fils). Les résultats les plus récents font ressortir l’impact de l’imbrication des filaments de deux fils en contact et de la torsion des fils sur les forces en jeu et l’endommagement.

Perspectives à court terme :
Le fait que les interactions entre fils interviennent jusqu’à l’échelle interfibres – d’une dizaine de micromètres – rend la visualisation des phénomènes complexe. Nos hypothèses portant sur les modes d’interactions fil/fil voire fibre/fibre seront confrontées par le suivi à haute vitesse des filaments durant le croisement.

Walther J, Bessette C, Decrette M, Toulonias M, Bueno M-A, Osselin J-F, Charleux F, Coupé D. Yarn Damage Conditions Due to the interactions During Interlock Weaving Process: In-situ and In-lab Experiments. ACMa, août 2021, 18 p.
Walther J, Bessette C, Decrette M, Toulonias M, Osselin J-F, Charleux F, Coupé D, Bueno M-A. Interactions between tows during interlock weaving process. 9th 3D fabrics conference, avril 2021.
Walther J, Tourlonias M, Decrette M, Krügl S, Bueno M-A. Experimental simulation of carbon and glass tows friction during weaving process. 20th AUTEX Conference, septembre 2021.

Afin d’alléger les structures, l’usage des matériaux composites s’est étendu à des secteurs industriels divers et des fonctions toujours plus complexes et critiques dans les technologies de pointe (aubes de turbines d’avion). L’emploi de structures textiles 3D et en particulier du tissage 3D multicouches pour la fabrication de renforts textiles a permis une forte amélioration des performances des composites du fait de leurs propriétés (maîtrise de l’orientation des fils, bonne résistance au délaminage, ratio performances/poids élevé). La production des préformes lors du tissage génère néanmoins des dégradations du matériau par usure des fils en raison de leur sensibilité aux frottements et des densités importantes de fils qui sont employées. Pour l’heure ces dégradations engendrent des pertes de productivité et de propriétés mécaniques par rapport au fil vierge difficilement quantifiables en amont.
Ce projet vise à étudier les dégradations des fils in-situ lors du tissage, puis plus finement ex-situ sur banc de frottement pour mettre en lumière des corrélations entre les fils utilisés, l’armure tissée, les frottements, les dégradations générées et les propriétés mécaniques du produit fini. L’objectif final est de déterminer des conditions optimales de tissage limitant ces endommagements. Ces résultats seront intégrés dans programme permettant de prédire les dégradations en amont et d’optimiser les paramètres de tissage pour réduire ces endommagements. Safran Group soutient ce projet et des essais à l’échelle industrielle seront réalisés chez ce partenaire pour valider les résultats obtenus.
Pour remplir ces objectifs, le projet PREDICTISS-3D s’organise autour de cinq tâches :
- caractérisation des dégradations et monitoring du procédé à l’aide de protocoles spécifiques à mettre au point et d’un ensemble de moyens de mesures pour discerner les divers évènements entrant en jeu pendant le procédé,
- caractérisation des fils, renforts et composites obtenus par le procédé de tissage pour faire le lien à terme entre les tissus réalisés et les propriétés mécaniques attendues,
- simulation expérimentale du comportement tribologique des fibres et fil sur banc de laboratoire pour mettre en lumière les corrélations entre les mouvements des fils pendant le procédé et les frottements générés et identifier les conditions critiques,
- modélisation des mécanismes d’endommagement et prédiction des propriétés mécaniques qui permettront d’adapter les paramètres de tissage afin d’éviter les cas critiques en amont de la mise en production,
- validation à l’échelle industrielle des résultats obtenus.
La synergie des compétences transdisciplinaires et uniques de l’équipe portant à la fois sur le procédé de tissage et la tribologie textile, associée à l’expertise et l’expérience du partenaire industriel permettra une approche originale pour l’optimisation du procédé de tissage 3D et des performances des renforts de composites.
D’un point de vue scientifique, les résultats viseront à mieux comprendre les phénomènes de frottement dans le tissage 3D en vue d’optimiser le procédé (qualité, cadence) et d’améliorer les performances des préformes produites. Le projet s’inscrit donc dans la démarche d’usine du futur en favorisant une technologie de production en croissance et en mettant en œuvre des technologies innovantes de mesure et de contrôle. L’impact industriel et économique escompté est un renforcement de la position des acteurs nationaux dans le secteur des composites à hautes performances. L’amélioration de la production permettra l’usage de ces matériaux pour des applications particulièrement critiques et une généralisation vers des applications à valeur ajoutée moins élevée (transport automobile par exemple). Le projet aura donc également un impact sur le plan sociétal et environnemental en participant à la réduction des émissions de polluants et de gaz à effet de serre.

Coordination du projet

Mathieu Decrette (LABORATOIRE DE PHYSIQUE ET MECANIQUE TEXTILES (LPMT) - EA 4365)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LPMT LABORATOIRE DE PHYSIQUE ET MECANIQUE TEXTILES (LPMT) - EA 4365
Safran Composites / Recherche et Développement

Aide de l'ANR 297 140 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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