Un composite est un matériau complexe dans lequel deux ou plus de deux substances distinctes structurellement complémentaires sont combinées en vue d’obtenir des propriétés structurelles ou fonctionnelles qui n’étaient pas présentes dans chacun des composants pris isolément.
Dans l’industrie aérospatiale, la fabrication des composites se fait à partir de fibres de verre, de fibres de carbone ou de fibres d’aramide, connues sous l’appellation commerciale de Kevlar, combinées avec des systèmes de résines matricielles, comme les résines époxy, pour former un matériau connu sous le nom de « pré imprégné ». Le pré imprégné non durci et l’âme sont appliqués manuellement pour former des moules lors d’un processus appelé « drapage ». Le drapage ainsi obtenu est durci (polymérisé) dans un autoclave qui fournit chaleur et pression en vue d’obtenir un panneau sandwich en composite. Le matériau en excès est ébavuré pour obtenir la forme voulue, puis les pièces sont inspectées, sablées, apprêtées et peintes.
Pourquoi utiliser des composites?
Les composites, grâce à leur ratio rigidité/poids plus élevé, peuvent être employés pour remplacer des composants en métal plus lourd fréquemment utilisés sur les avions de ligne à réaction contemporains. Cette réduction du poids permet d’embarquer plus de passagers et des charges plus importantes; elle favorise également une réduction de la consommation de carburant, offrant ainsi aux compagnies aériennes un produit plus efficace et plus compétitif.
Le processus de fabrication des composites
La découpe du tissu
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Pre-preg is a primary material required in the manufacturing process. We cut plies, also known as skins, of fibreglass, Kevlar and carbon fibre pre-preg using Computer Numerical Controlled (CNC) cloth cutters. The plies are sorted, collated and then staged for the layup process.
L’âme
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Une âme en nid d’abeille légère séparant les peaux extérieures contribue à la rigidité et à l’élasticité des panneaux composites. L’âme est tranchée à l’épaisseur voulue puis découpée et formée à l’aide d’équipements à contrôle numérique. Certaines âmes requièrent un thermoformage. Les âmes sont terminées à la main et inspectées puis empilées par ordre d’assemblage en vue du processus de drapage.
Le drapage
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Les âmes et les pré imprégnés sont rassemblés durant le processus de drapage. Les techniciens de drapage appliquent les nappes pré imprégnées sur un moule ayant la forme désirée. L’âme en nid d’abeille est alors placée sur les nappes pré imprégnées, puis recouverte par d’autres nappes pré imprégnées. L’âme est habituellement chanfreinée afin que les nappes inférieures et supérieures puissent être rassemblées pour former ce que l’on appelle une bande de jointure. C’est au niveau de la bande de jointure que les trous seront percés et les fixations insérées lors de l’assemblage.
Le durcissement (la polymérisation)
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Après le drapage, les pièces sont durcies (polymérisées) à la chaleur et à la pression dans un autoclave. L’âme est maintenant fixée aux peaux extérieures pour former un panneau composite.
L’ébavurage
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Les pièces subissent ensuite un ébavurage pour supprimer tout le matériel en excès et leur donner un aspect fini. La majeure partie de l’ébavurage est réalisée par des machines à ébavurer à commande numérique, le restant étant effectué à la main. Il est fréquent que les trous de verrouillage et de fixation soient percés durant le processus d’ébavurage en vue d’accélérer le processus d’assemblage.
L’inspection et l’inspection non destructive
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Des inspecteurs vérifient que les panneaux composites répondent aux exigences de qualité Boeing. Ils confirment, grâce à un ensemble de tests et de mesures, que les dimensions des pièces correspondent aux spécifications. De nombreuses pièces subissent notamment un processus d’inspection durant lequel des ondes sonores sont envoyées au travers des panneaux, puis analysées en vue de s’assurer de leur qualité et de détecter d’éventuels défauts.
La finition et la peinture
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Les zones à peindre des pièces sont rendues plus lisses par un processus de sablage et de remplissage. Un composant de remplissage est appliqué sur chaque pièce pour combler les petites dépressions ou imperfections. Les pièces sont sablées pour garantir une surface parfaitement lisse et une bonne adhésion de la peinture. Les pièces sont alors apprêtées et peintes. De nombreuses pièces reçoivent une couche de peinture qui dissipe l’accumulation d’électricité statique.
L’assemblage
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Durant la dernière étape du processus de fabrication, les panneaux composites sont habituellement joints à l’aide de châssis et d’autres pièces d’appoint en un sous-ensemble.