+ 2019 FORMICA – Mise en forme incrémentale de matériaux composites à matrice thermoplastique

La réduction des émissions polluantes et l’allègement des véhicules impose d’utiliser de nouveaux matériaux ou assemblages jusqu’à lors plutôt réservés aux applications de niche. Les composites à matrice thermoplastiques ont connus un intérêt croissant ces dernières années, car ils répondent à ce besoin de réduction de masse tout en garantissant une tenue mécanique élevée, un assemblage facilité et des possibilités complémentaires pour l’obtention de pièces net-shape dans des cycles courts. Des verrous sont néanmoins à lever, notamment concernant la fabrication et le coût de transformation de ces matériaux. D’un coté, les modes de fabrication actuels ne permettent pas de réaliser facilement des formes complexes. D’un autre coté, pour que ces matériaux soient compétitifs, le produit final doit intégrer des fonctionnalités supplémentaires : des raidisseurs pour la tenue mécanique ou de l’électronique pour des fonctions dites « smart », telles que la traçabilité, le suivi de l’intégrité des structures ou l’affichage.

 

Le projet FORMICA propose d’étudier un nouveau mode de fabrication des composites, dit « estampage incrémental », par le prisme de la modélisation de la mise en forme pour permettre un déploiement plus aisé de cette technologie. L’estampage incrémental a pour objectif de former le pli composite petit à petit par des mouvements contrôlés de la cavité moulante. Ce type de procédé devrait permettre de réduire les défauts finaux du matériau type comme les plis, améliorer la formalité et faciliter l’intégration d’électronique sous forme de feuilles imprimées ou directement du composant. Cela va permettre, via une collaboration étroite entre les deux laboratoires LaMCoS et Cethil, avec le Centre technique et industriel IPC, de maîtriser le lien entre le procédé et le produit ou matériau final, via le comportement en service du composite. IPC va mettre à disposition un outillage de mise en forme incrémentale dans lequel l’intégration d’électronique va être testée. Le LaMCoS et le CETHIL vont collaborer sur la partie modélisation afin de prendre en compte l’historique et cinétiques thermique dans les lois de comportement et l’évolution structurale du matériau. Deux matériaux ayant deux historiques de cristallisation différents seront caractérisés dans l’objectif d’introduire des variables d'état plus représentatives, telle que le taux de cristallisation et la température.

En s’appuyant sur les travaux antérieurs des laboratoires qui ont conduit à un niveau TRL 1 à 3, le projet a pour objectif de faire évoluer les connaissances scientifiques des laboratoires (TRL 4) et de bénéficier des moyens humains et expérimentaux présents à l’IPC afin de valider ces technologies en environnement réel (TRL 5-6).

     
estampe double dômes:
procédés/simulation

RESULTATS

 
Les objectifs de ce projet visent à fournir des outils numériques d'aide à la décision dans un contexte pertinent avec les problématiques industrielles. 
L'outil numérique se basant sur la modélisation du procédé peut fournir des informations pertinentes sur la qualité finale d'une pièce en fonction de données d'entrée telles que les natures des matériaux envisagées et les conditions spécifiques au procédé (température du moule, cinétiques de fermeture, etc). Les critères évaluant la qualité de la pièce sont pertinents pour des acteurs industriels (variation des angles de cisaillement, accumulation des contraintes résiduelles, etc).
Par ailleurs, les différents modèles proposés sont tous accompagnés d'une caractérisation expérimentale et de l'exploitation des données qui en est issue. Des acteurs industriels n'auraient aucun mal à transposer les méthodes à de nouveaux matériaux. En effet, la restitution de ce travail est réalisée, en partie, à la manière de fiches méthodes.
Outre les outils développés, les résultats de ce projet mettent en valeur une expertise unique dans le cadre de la modélisation multiphysique des procédés de mise en forme. La compréhension des phénomènes physiques ainsi que la manière dont ils interagissent est une connaissance ayant une forte valeur ajoutée qui s'applique bien au-delà du thermoformage.