Les assemblages multimatériauxEnjeux et perspectives

BE 4.0 Salon Industries du Futur

Mulhouse 21 Novembre 2018

Stéphane AUGER

CETIM – Pôle Ingénierie des Assemblages

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18 SOMMAIRE

✓ Origine des besoins industriels en assemblage multimatériau

✓ Exemple aéronautique

✓ Intégrer des matériaux nouveaux

✓ Problématique générale des assemblages multimatériau

✓ Quelques technologies d’assemblage multimatériau spécifiques

✓ Synthèse

Les assemblages multimatériaux

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Origine des besoins industriels

Le contexte mécanicien est en constante évolution.Il faut continuellement améliorer ses produits. Ceci revient souvent à :✓ Apporter de nouvelles fonctionnalités,

✓ Offrir de meilleures performances :

◼ Agilité, dynamique,

◼ Performance énergétique,

◼ Domaine d’utilisation élargi

Afin de :✓ Se différencier de la concurrence,

✓ Pénétrer de nouveaux marchés

✓ Se plier à l’évolution des exigences règlementaires (émissions de CO2, bruit, …)

Cela passe par exemple par :✓ Intégrer des fonctions supplémentaires (techniques ou « écologiques »),

✓ Alléger les structures => Intégrer de nouveaux matériaux

Source www.terre-net.fr

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Aéronautique et multimatériaux – Le LEAP

Réduction des consommations en carburant✓ Réduction du poids : composite à matrice organique et renfort à fibres de carbone

tissées : réduction de 250 kg de la masse par moteur de l’A320

◼ Aubes fan,

◼ Carter moteur,

◼ Entrées d’air,

◼ …

Réduction des émissions polluantes (NOX)✓ Amélioration de la combustion (pression vs température dans la chambre de

combustion) :

◼ Composite céramique pour parties chaudes

Réduction du bruit✓ Optimisation des carénages et des écoulements d’air

◼ Formes et géométries offertes par les composites

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Intégrer des matériaux nouveaux

Ces nouveaux matériaux sont souvent :✓ Très techniques,

✓ Plus performants,

✓ … Mais généralement plus chers !

L’augmentation des coûts liés à l’emploi de ces matériaux doit être limité par :✓ Le bon matériau au juste bon endroit

◼ => Accroissement du Multimatériaux

✓ Le matériau et ses épaisseurs seulement dans les zones utiles

◼ => Formes et géométries évolutives

✓ Un maximum d’intégration de fonctions

◼ => Besoin de reconception

✓ Un maximum d’opérations de fabrication intégrées

◼ Parachèvement intramoule,

◼ Perçage intramoule

◼ Sertissage intramoule,

◼ Surmoulage d’inserts

Exemple de pièce QSP épaisseur variable

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Problématique générale

L’utilisation de matériaux aux comportements mécaniques différents concentre la problématique technique à la jonction mécanique des matériaux à assembler

Les contraintes à prendre en compte pour l’assemblage multimatériau :

✓ Hétérogénéité des matériaux à assembler (ex : procédé de soudage),

✓ Comportement mécanique différent entre les matériaux à assembler (rigidité, résistance),

✓ Coefficients de dilatation thermique différents,

✓ Problèmes de couplage galvanique et de corrosion,

✓ Différences d’usinabilité (ex : contre-perçage+rivetage),

✓ …

Si on revoit les matériaux, forcément se repose la question du choix des solutions d’assemblage ! Parmi ces solutions, on distinguera :✓ Les solutions conventionnelles (vissage, rivetage, collage, …)

✓ Les solutions particulières dédiées.

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Technologies particulières : Cold Metal Transfer (CMT)

Principe✓ Le CMT (Cold Metal Transfer) est un procédé de soudage MIG-MAG (Fronius). Il permet la dépose de

« picots » sur la surface du métal.

✓ Le composite est mis en œuvre directement sur la surface métallique traitée. Ainsi la liaison entre le composite et le métal est liée à la tenue mécanique des picots

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Technologies particulières : Cold Metal Transfer (CMT)

Avantages✓ Réalisation de l’assemblage en même temps

que la pièce composite.

✓ Procédé CMT déjà utilisé industriellement –niveau d’investissement moyen.

Limites✓ Tenue mécanique directionnelle (2D)

✓ Temps de création des picots (500ms/picot)

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Technologies particulières : le soudage thermoplastique

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Technologies particulières : Warm Bond® Brevet CETIM

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18 Collage à chaud : intérêt des texturations de surface

Technologies particulières : Warm Bond ®Brevet CETIM

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

8

Généralités sur le QSP®

THERMOFORMING & OVERMOULDING

To add a maximumvalue intra-mold

& get a netshapepart

RAW MATERIALS

Fibers & Thermoplastic

TP PULTRUSIONTo create semi-products with a low cost and high

speed of production

HIGH SPEED TRANSFER< 5sec

FAST HEATINGCombining conduction & High-Speed IR ovens for multi-thickness preforms

PREFORMASSEMBLYTo make an automated assembly of a multilayer “netshape” preform < 1min

HIGH SPEEDCUTTINGTo cut all patches neededforthe multi-thickness preform

Any other organo sheets or tapes

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Opérations intramoule : perçages « inmold » QSP®

sur composite TP

DEMOS project : Faurecia (leader), CETIM, ECM, Mines Paristech, Lisi,, IFP, funded by ADEME (french government)

Opération réalisée en temps masqué, pendant l’estampage du composite (mouvements combinés de broches intra-moule)

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Opérations intramoule : Perçages intra-moule QSP® sur

composite TP

Exemple de fonctionnalisation en reprise avec RIVKLE SFC (Bollhoff)✓ Suppression des contraintes radiales

✓ Uniquement des contraintes axiales

✓ Contraintes uniformes

✓ Distance en bord pièce réduite

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Opérations intramoule : Mise en place d’insert métal +

surmoulage « one-shot » sur composite TP

Exemple d’intégration d’une bague acier/PTFE (SAINT-GOBAIN Bearings) :✓ Estampage composite + insertion bague au travers du composite + surmoulage

plastique, réalisé en une seule opération

✓ Pas de pré-perçage sur diamètres < Ø15mm

Side 1 : PTFE ring (Ø.internal = 28mm) Side 2 : Ribs overmolded

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Opérations intramoule :

Mise en place d’inserts métal « one-shot » sur composite TPExemple d’intégration d’un IMTEC® HR (Bollhoff) pendant l’opération

d’estampage :

Conception d’inserts

spécifiques pour le perçage et

l’ancrage dans le composite

Réalisation de toutes les opérations

d’assemblage intra-moule (ligne QSP® CETIM)

Hautes performances mécaniques et haute

absorption d’énergie (applications crash)

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Synthèse

Les systèmes d’assemblage multimatériaux sont une réalité industrielle :✓ Une multitude de technologies d’assemblage existe !

✓ Au-delà des verrous technologiques inhérents à chaque technologie d’assemblage, une difficulté subsiste : LAQUELLE CONVIENT LE MIEUX ?

✓ D’où la nécessité de mener UNE DEMARCHE DE CHOIX DE TECHNOLOGIE D’ASSEMBLAGE

◼ Etablissement d’un Cahier des Charges « Assemblage »,

◼ Ebauche de définition de géométries et d’épaisseurs de pièces,

◼ Sélection initiale de solutions d’assemblage crédibles,

◼ Etude approfondie de ces solutions (faisabilité process, tenue mécanique, …),

◼ Conception détaillée compte-tenu des contraintes :

Produit,

Process,

Contrôle.

BE

4.0

Sal

on

Ind

ust

ries

du

Fu

tur

21

/11

/20

18

Stéphane AUGERIngénieur Assemblages Multi-Matériaux

Département Assemblagesstephane.auger@cetim.fr

Phone: +33 (0)6 77 03 45 09

Merci de votre attention