Usinage des Composites en PME

Journée techniqueLycée Lamarck

Usinage des composites

Oct.2012

Usinage des Composites en PME

Des Besoins Industriels

Dans des Domaines Très Variés

Eric GALLET

Resp. Commercial

Pôle Procédés Performants et Innovants



Oct.2012

Usinage des composites ?

De quoi parle-t’on ?

� Au départ : Une multitude des fibres, de résines, et de procédés de transformation :

� Les Fibres

� Fibres longues, tissées ou non, avec différentes orientations, différents types,

� Fibres courtes, différents types,

� Les Résines :

� Résines Thermodurcissables,

� Résines Thermoplastiques,

� Matériaux sandwichs

� Les Procédés de mise en œuvre :

� Moulage au contact,

� Projection simultanée,

� Drapage,

� Infusion,

� RTM,

� Enroulement filamentaire,

� Pultrusion,



Oct.2012

Usinage des composites ?

De quoi parle-t’on ?

� A l’arrivée : Une pièces brute à terminer, à détourer :

� Effets de bords : fibres sèches, porosités, défauts géométriques,

� Précision dimensionnelle : zones d’accostage, perçage pour l’assemblage,

� Pièces sensibles : prélèvement d’éprouvettes suiveuses dans des

surlongueurs.

Pourquoi ne réalise-t’on pas des pièces cotes finies ?

� Limitations liées à certains procédés de transformation,

� Précisions requises,

� Intégration de fonctions (inserts métalliques, interfaces d’assemblage, …).

Photos site web PLASTIMA



Oct.2012

Usinage des composites : Domaines en PME.

Usinage des composites : 2 domaines distincts

� Les transformateurs, avec ou sans produits propres, souvent des TME :

� Machinisme agricole, cuves, …

� Nautisme, accastillage, …

� Bâtiment (salles de bain, cabines de douche, vasques, …)

� Aviation légère …

Photos site web PLASTIMA & BJF Composites



Oct.2012

Usinage des composites : Domaines.

Usinage des composites : 2 domaines distincts

� Les usineurs « métal », dont un tissu de sous-traitance usinage, qui voient

souvent les composites comme une voie de diversification :

� Aéronautique, automobile,

� Nautisme,

� Manutention-levage,

� Ferroviaire,

� Energie,

� Mécanique générale, mécanique de précision,

� …



Oct.2012

Différents domaines / différents besoins

Les grands domaines : 1 – Les transformateurs avec ou sans produits propres

� Présentation :

� Souvent des TPE, dont la transformation est le cœur de métier,

� Corollaire : Les compétences sont souvent peu ou pas mécaniciennes,

� Mise en œuvre du parachèvement :

� Dans la majorité des cas, l’usinage ou le parachèvement se fait manuellement,

� A la disqueuse pneumatique,

� A la scie à ruban,

� A la cale à poncer,

� …

� De façon très artisanale !



Oct.2012


Les grands domaines : 1 – Les transformateurs avec ou sans produits propres.

� Problématique :

� Problèmes d’hygiène et sécurité :

� Environnement poussiéreux,

� Troubles musculo-squelettiques : absentéisme important,

� Risques de coupures (scie à ruban en particulier).

� Facteurs humains :

� Soin apporté à l’opération : Taux de rebut associé,

� Précautions prises : Risque d’accident.

� Difficultés à mécaniser :

� Souvent de très petites séries répétitives,

� Grande variabilité des pièces,

� Importance des coûts d’outillages,

� Difficultés pour regrouper en lots économiques,

� Regroupement en lots <> LEAN



Oct.2012




� Charge :

� Faible Valeur Ajoutée : Disproportion entre les temps de montage et réglage,

par rapport au temps de détourage,

� Charge de détourage souvent faible : charge correspondant souvent à

seulement une équipe,

� Chaîne numérique :

� Les modèles numériques n’existent pas toujours,

� Compétences limitées en programmation, et plus généralement en

mécanique (notions de conditions de coupe, connaissance des outils, des

méthodes de réglage, …),



Oct.2012



� Mécanisation : Réalisations.

� Besoin de solutions flexibles : outillages modulaires.



Oct.2012




� Besoin de solutions flexibles : mise en œuvre de solutions robotisées.

Crédit Photo PFT85



Oct.2012




� Programmation intuitive et rapide.

Photos SME Robot



Oct.2012



� Mécanisation : Développements en cours.

� Investissement dimensionné au juste nécessaire sinon ROI impossible.

Volume de travail

Mo

nta

nts

d

’in

vesti

ssem

en

t

Machines à portique ou à

traverse haute mobile de

GRANDES DIMENSIONS

Cellules avec Robots

Usineurs

Centres d’usinage de

petite et moyenne

dimension

Robots Usineurs

embarqués

1,5 M€

75 k€

Pertinence des

solutions robotisées

0,5 m3 180 m3 900 m3



Oct.2012

Solution robotisées embarquées


Source internet



Oct.2012



� Mécanisation : Développements en cours.

� Investissement dimensionné au juste nécessaire sinon ROI impossible.

Source A&E Yatch Services

Solutions mobiles et déplaçables pour les pièces de grandes dimensions.



Oct.2012


Les grands domaines : 2 – sous-traitants en usinage « métal » qui cherchent à se diversifier.

� Présentation :

� Compétences mécaniciennes fortes,

� Compétences matériaux quasi-inexistantes : on ne fait parfois pas la différence entre

un Thermoplastique et un Thermodurcissable.

� Usinage de pièces souvent à forte valeur ajoutée,

� Usinage de pièces souples/flexibles.

� Mise en œuvre de l’usinage des composites :

� Souvent par adaptation de machines à portique existantes :

� Sous l’aspect de l’hygiène et sécurité (aspiration ou lubrification),

� Protection des liaisons mécaniques de la machine (guidage, vis-à-billes, …).



Oct.2012




� Méconnaissance de la nocivité des défauts d’usinage :

� Par l’usineur,

� Par le donneur d’ordres dont les spécifications sont souvent très vagues.

Défauts en détourage

Plis non coupés francs

Ecaillages,

Délaminages,

Brûlures superficielles.

Grossissement

× 7

Grossissement

× 45

Grossissement

× 90

Nocivité selon :

� La nature du défaut,

� La taille du défaut,

� L’endroit où se situe le

défaut,

� Chargement de la pièce,

� Modes de sollicitation,

� Mode de propagation, …

Critères d’acceptation en fonction de ces paramètres.



Oct.2012




� La méconnaissance des matériaux et des procédés de mise en œuvre entraine une

inefficacité à mettre en œuvre les solutions adéquates :

� Exemple - Respect des états de surface : Stratégies d’usinage parfois inadaptées

!

Travaux de X.M. WANG et L.C. Zhang

University of Sydney

D16 G427D16 G602D16 G852D16 G1182D25 G852D12 G8520

10

20

30

40

50

f (mm/tr)

Pa (

µm

)

expérimental scanné avant usinage scanné après usinage

Travaux de A. Boudelier

IRCCyN

Université de Nantes



Oct.2012



� Problématique (suite) :

� Un parc machine existant très typé « Métal »,

� Absence de bases de données de coupe pertinentes : infinité de matériaux,

� Méthodes de détermination des conditions de coupe type « Couple Outil-Matière » pas toujours transposables au domaine des composites,

� Usinage de pièces souples/flexibles : problématique outillage de prise de pièces,

� Contrôle de pièces souples/flexibles : méthodes de contrôle adaptées,

� Présence de contraintes internes liées au procédé : relaxation en usinage et grandes déformations associées.

� Perspectives :

� Préciser mieux le besoin fonctionnel (tolérances de fabrication, comment elles doivent être contrôlées, quels défauts admissibles, non admis et critères associés),

� Formation spécifique « Usinage des Composites »,

� Adaptation des machines vis-à-vis des aspects H&S,

� Qualification d’une méthode simple et fiable pour déterminer les conditions de coupe : trop d’empirisme aujourd’hui dans le domaine des composites !



Oct.2012

Synthèse & Conclusion.

Des enjeux importants pour les PME :

� Industrialiser ses process :

� Par la mécanisation,

� Par rapport aux problèmes de TMS et H&S.

� Problème : la mécanisation constitue souvent un saut technologique important !

� Qualités requises des solutions mécanisées :

� Rechercher des solutions innovantes :

� Dimensionnées au juste besoin,

� Permettant un avantage concurrentiel important.

� Corollaire - Risque :

� Besoin de qualifier ces solutions,

� Une PME n’a pas le droit de se planter : les erreurs se paient cash !



Oct.2012

Synthèse & Conclusion.

Des enjeux importants pour les intégrateurs :

� Lorsque le parachèvement est manuel :

� Flexibilité de solutions proposées,

� Solutions au juste coût compte-tenu de :

� la charge,

� La faible valeur ajoutée de l’opération.

� Impératif : prise en compte des flux de pièces.

Pistes de solutions pour les PME et intégrateurs :

� Qui paie ? Comment financer ces développements ?

� Mutualisation des besoins et moyens :

� Unité Pilote à Dispositif Partagé,

� Projets collaboratifs …



Oct.2012Stratégie et expertise du Cetim dans les composites

La stratégie Cetim Composites :

� Créer le laboratoire d’essais aéronautiques de référence mondiale

� Développer une Plate Forme Enroulement Filamentaire grande vitesse

� Mettre en œuvre une ligne pilote grande cadence.

L’expertise Cetim Composite :

� Centre d’expertise depuis plus de 40 ans� Plus de 100 Docteurs, Ingénieurs et Techniciens� Un réseau européen dans les caoutchoucs et

les matériaux composites � Partenaire associé de Technocampus EMC2

(plate-forme dédiée aux matériaux composites) à Nantes avec EADS et Airbus depuis 2008.

� 4 M € d’équipements de fabrication investis sur 2 500 m2 .

� Un programme de recherche de 10 M € sur le design et le process des composites.

� Un programme de recherche de 12 M € sur les technologies d’assemblages multi matériaux lancé en 2011.

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