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Un système d’arbre d’entraînement surmoulé en thermoplastique

News International-French

4 Apr 2019

L’arbre d’entraînement est constitué d’organoTubes fabriqués avec des préformes tressées constituées de rubans UD thermoplastiques entièrement consolidés, en l’occurrence dans ce cas, le ruban unidirectionnel Victrex AE 250 (UDT), un composite de fibre de carbone-PAEK.

Un système d’arbre d’entraînement surmoulé en thermoplastique

Le procédé a été mis au point par l’Institut d'ingénierie et de Technologie des Polymères (ILK) (TU Dresde) et herone pour la fabrication de profilés creux de haute qualité en composite de carbone-fibre-PAEK. Les organoTubes sont ensuite surmoulés avec le Victrex PEEK 90HMF40, un composite de fibres courtes de carbone-PEEK intégrant la roue dentée à l’arbre d’entrainement. 

Pour cette application, herone, Dresde/Allemagne, a été déclaré gagnant du JEC World 2019 - Innovation Awards, dans la catégorie application aéronautique. 

Daniel Barfuss, directeur associé chez herone a déclaré:

"Nous sommes extrêmement heureux d'avoir remporté ce prix JEC, qui signifie beaucoup pour tous ceux qui travaillent dans le domaine passionnant des composites"

"La solution est le résultat d’innovations convergentes - la technologie des profilés creux et la technologie de surmoulage hybride développée par Victrex. C’est un travail d’équipe en action, nous repoussons ensemble les frontières des technologies composites dans l’aéronautique."

Un potentiel pour des temps de cycle réduits et une production industrielle à grande échelle
En utilisant des rubans thermoplastiques pour former les organoTubes, l’étape difficile et longue du process d’imprégnation des filaments de carbone avec un matériau de matrice thermoplastique est déjà terminée avant le préformage. Cela ouvre la possibilité de réduire considérablement les temps de cycle et augmente les rendements de production de profilés composites au travers du procédé de fabrication de profils creux. Par ailleurs, le tressage permet des taux de dépôt élevés et rend le procédé adapté à une production industrielle à grande échelle.

Pour l’intégration de roues dentées, le surmoulage par injection crée une liaison moléculaire cohésive entre l’arbre et l’engrenage, tandis que l’arbre d’entraînement est simultanément thermoformé afin de créer un point d’ancrage géométrique entre la roue dentée et l’arbre d’entraînement, afin de renforcer la résistance de l’interface.

Le composite Victrex AE 250 a une température de fusion d’environ 40°C inférieure à celle du PEEK 90HMF40 renforcé fibres de carbone de Victrex. Cela signifie qu'avec une différence de température de fusion de 40°C, il n'est pas nécessaire de préchauffer la matrice polymère de la tige au-delà de sa température de fusion avant le surmoulage de l'injection. Cette approche technologique de Victrex, est connue sous le nom de « surmoulage hybride » permettant d’améliorer considérablement les rendements et la fiabilité des procédés ainsi que la performance de l’interface.

Herone et Victrex s’attendent à ce que les nombreux avantages de la nouvelle solution thermoplastique se traduisent en avantages clés concrets, notamment :

  • L’amélioration de la qualité des pièces - Cela est en partie dû au préformage textile des rubans UD 
  • Les temps de cycle rapides - la technologie de consolidation de Herone permet des temps de cycle mesurés en minutes
  • La réduction des coûts grâce à une conception intelligente avec une fonctionnalité intégrée réduit le nombre de pièces et les coûts d'assemblage
  • Une performance accrue - La liaison cohésive et un point d’ancrage géométrique augmentant la résistance
  • Le formage final du tube composite au cours du procédé d’injection crée le point d’ancrage géométrique et ses caractéristiques uniques (par exemple, une forme en étoile interne) 

Frank Schemm, chef de l'équipe des ventes dans l'aérospatiale chez Victrex, a déclaré:

"Dans l'industrie aérospatiale, les coûts et les cadences de production sont les principaux facteurs d'innovations"

"Herone et Victrex élaborent ensemble des solutions composites pionnières et innovantes pour l'aéronautique commerciale, qui permettent de fabriquer des composants plus rapidement, avec une cadence de production élevée et un potentiel de réduction des coûts. Les techniques innovantes de consolidation des matériaux thermoplastiques diffèrent considérablement du traitement des métaux ou des thermodurcissables. Des caractéristiques de conception entièrement fonctionnelles peuvent être intégrées en moins d'étapes de fabrication. Nous félicitons Herone pour cette solution composite qui, nous en sommes persuadés, bénéficiera d’une forte demande du marché dans un secteur en rapide évolution. En particulier le secteur en forte croissance des véhicules électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL), appelés taxis volants, exigeant des taux de production beaucoup plus élevés que les programmes standards classiques."