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Les plus belles innovations en composites

Le Groupe JEC annonce les lauréats et finalistes de son concours annuel sur l'innovation dans les matériaux composites.


Le Programme Innovation Awards 2008 du Groupe JEC récompensera 8 sociétés et leurs partenaires dans le cadre du JEC Composite Show qui aura lieu à Paris du 1er au 03 avril prochain.

Les secteurs concernés cette année sont : Aéronautique ; Automobile & Véhicules ; Construction & Equipement ; Energie & Industrie ; Environnement ; Procédés ; Logiciels ; Sports & Loisirs.

Voici les finalistes et les lauréats de l'édition 2008 :

1) Catégorie "Aéronautique"

Lauréat :

Les surfaces mobiles de contrôle de profondeur de l'aile du B 787 réalisées par infusion de résine, une réalisation présentée par Hawker de Havilland Aerospace Pty Ltd (AU) en partenariat avec Boeing Commercial Airplanes (USA), Boeing Phantom Works (USA), Spunfab Ltd (USA), Hexcel Reinforcements et Direct Processes Europe (FR).



C'est la première fois qu'un tel procédé d'infusion est utilisé à cette échelle sur un avion commercial. Toutes ces pièces ont été repensées en raison de la technique choisie. Des matériaux spéciaux ont été développés pour cette réalisation, notamment des tissus carbone avec fibre 12K de poids moyen.


Autres innovations finalistes :

Une ligne de production automatique pour la fabrication de préformes pour composites, notamment destinées à la pultrusion, présentée par DLR Braunschweig (DE) et ses partenaires Secar Technologies (AT) et EADS (France).
Le rôle de ces profilés en H est de fixer ensemble des pièces planes en composite carbone (membranes). Les profilés doivent aussi être en fibre carbone pour assurer la compatibilité des coefficients de dilatation. La ligne est capable de produire les préformes 10 à 100 fois plus vite que les procédés existants, d'où des coûts nettement inférieurs.

Une technologie automatisée pour la réalisation de préformes en fibres de carbone, par Eurocopter (DE) et ses partenaires Aerostruktur Faserverbundtechnik GmbH (DE), Fischer (DE), l'Université de Bayreuth (DE), l'Université d'Erlangen-Nuremberg Lehrstuhl für Kunststofftechnik (DE) et Fraunhofer IIS (DE).
La technologie consiste à assembler par couture et thermocollage des renforts préfabriqués pour réaliser des préformes. Le but est d'abaisser les coûts de cette étape de fabrication en réduisant le recours aux opérations manuelles. Le procédé utilise des méthodes avancées de couture et un nouveau procédé de liaison par thermocollage.

La fabrication de cadres de renfort en composite pour la construction d'un fuselage structural totalement composite (peau composite), par Cytec Engineered Materials (USA) et ses partenaires Alenia Aeronautica (IT) et Cytec Engineered Materials (UK).
Les fuselages métalliques sont renforcés par des longerons, l'assemblage s'effectuant avec des centaines de rivets. Ce mode d'assemblage n'est pas envisageable pour les composites carbone, d'où l'idée de réaliser des cadres des sections complexes correspondant aux différentes sections du fuselage, à partir de tresses préinfusées et de tissus unidirectionnels préimprégnés.


2) Catégorie "Automobile et véhicules"

Lauréat :

La porte de coffre arrière des nouveaux modèles de Smart, développée par Esoro (CH) avec Weber Fibertech (DE), Smart GmbH (DE), ACTS GmbH & Co KG (DE) et Dieffenbacher GmbH (DE).



Il s'agit de la première application industrielle de la technologie E-LFT, qui combine un thermoplastique renforcé de fibres longues et des fibres unidirectionnelles continues pour la production de pièces structurales. C'est un procédé de fabrication de masse en une étape. Les fibres continues apportent d'excellentes propriétés mécaniques et peuvent être disposées selon la direction de la mise en charge. La réalisation est une porte rabattable avec zone de rangement et couvercle. Ces deux pièces doivent répondre à des exigences de résistance au crash. Comparées aux modèles précédents, les pièces doivent remplir des exigences de rigidité et de résistance aux chocs supérieures. Une réduction des coûts de 10 % a été obtenue.


Autres innovations finalistes :

La banquette arrière pour la BMW M3, présentée par Jacob Composite GmbH (DE) en partenariat avec BMW GmbH (DE) et Bond Laminates (DE).
La réalisation porte sur le dossier de la banquette, constitué d'un sandwich combinant un nida PP et deux peaux en tissu de verre et PP. Cette structure intègre les fixations métalliques. Le tout est produit en une étape de moulage, le formage étant réalisé par une combinaison de basse et de haute pression. La réduction de masse par rapport à une solution métallique est de 6 kg, pour une masse totale de 6 kg.

Une ambulance conçue sur la base d'un véhicule commercial (VW T5), présentée par Composieten Team BV/FiberCore Europe BV (NL) en partenariat avec KVE Composites Group BV (NL), Terberg Specials BV (NL) et Deen Polyester Constructies (NL).
Il s'agit d'une structure monocoque autoportante avec portes et hayon en fibre de verre/polyester (RTM), collage structural. Les panneaux inférieurs sont en ABS PMMA (thermoformage). La réalisation se caractérise par son faible nombre de pièces et son haut degré d'intégration, avec un assemblage rapide et facile.

La fibre Shieldstrand et les panneaux de protection contre les balles et le souffle d'explosion, présentés par OCV (USA) avec Composix Company (USA) et BAE Systems (USA).
A partir de fibres de verre spécifique, des panneaux composites de protection contre les balles sont fabriqués pour, entre autres, les véhicules de patrouille. Plus légère que le métal, cette solution assure une protection efficace contre différents types de projectiles et éclats, à un coût inférieur au verre S et à l'aramide. Réalisé par Composix à l'aide de résine phénolique, le panneau a obtenu la spécification MIL-PRF-64154.


3) Catégorie "Construction et équipement"

Lauréat :

Des panneaux antifeu et leur système d'assemblage et de pose, développés par Ayres Composite Panels (AU) en partenariat avec Colbeck & Gunton (AU) et Thermal Ceramics (UK).



Ces panneaux brevetés et certifiés par l'International Maritime Organisation High Speed Craft Code sont produits en série par pressage à chaud. Le développement a porté sur les panneaux, mais aussi sur tout le système d'assemblage et les aménagements nécessaires pour intégrer des équipements tels que détecteurs, sprinklers, accès à des robinets, extincteurs, etc. Le système a été développé pour les bateaux mais pourrait être utilisable dans les transports en commun terrestres, voire les bâtiments. Sa légèreté (4 kg/m2) permet de gagner 12 tonnes sur un bateau de taille classique, ce qui accroît ses performances.


Autres innovations finalistes :

Un dôme de grande taille pour la couverture de certains bâtiments, développé par Industrial & Commercial Enterprises (IN) avec Mechemco Resins Pvt Ltd (IN) et Epsilon Composite Solutions (IN).
Le produit est un dôme translucide de 20 m de diamètre, 3,3 m de haut et 6 mm d'épaisseur, réalisé par assemblage de 36 sections identiques. Il utilise six couches de mats de 450 g/m2 avec résine PE (sans solvant) ignifuge et stabilisée UV. Cette structure autoportante est rapide à mettre en œuvre et légère par rapport aux solutions traditionnelles en structure métallique, plaques de verre ou polycarbonate.

Une machine d'enroulement filamentaire pour structures de grande dimension, notamment les réservoirs pour eaux usées et eaux industrielles, développée par Mariarkki Oy (Finlande) et Sulmu Oy (Finlande).
Pendant l'hiver 2006/07, des réservoirs de 8 m de diamètre et 20 m de long ont été produits pour la mine de nickel de Talvivaara (Finlande). Vu la taille de ces réservoirs, il était plus économique de les réaliser sur place, ce qui a été possible grâce à la conception de la machine. La machine se caractérise par son mandrin soutenu d'un seul côté, ce qui permet une bonne accessibilité.


4) Catégorie "Energie et industrie"

Lauréat :

Un aimant supraconducteur à haut champ pour accélérateurs de particules, présenté par AGY (USA) et ses partenaires A&P Technology (USA) et Accelerator Technology Corporation (USA).



Ces aimants sont des enroulements de supraconducteur constitués de fils très fins. Entre ces fils, une isolation électrique est nécessaire, assurée par des filaments de verre. Dans le cas présent, le supraconducteur est une céramique et les fils de verre doivent être très fins. La fibre de verre doit satisfaire aux critères mécaniques et supporter tout le cycle de fabrication de la bobine, qui comprend une phase thermique. Le fil utilisé mesure seulement 5 µm, afin d'occuper le moins de place possible dans la bobine.
Un ensimage spécifique a été utilisé : il doit posséder des propriétés de frottement adaptées, ne pas se dégrader à la chaleur et supporter des pics de température en fonctionnement en cas de rupture inopinée du caractère supraconducteur. Il doit donc être électriquement isolant et conducteur de chaleur. Une fibre S-2 avec revêtement thermoplastique résistant à haute température est utilisée.


Autre innovation finaliste :

Un système de tri de courrier 100% composite, proposé par Globe Composite (USA) en partenariat avec US Postal Service, les services postaux des Etats-Unis.
Il s'agit d'un ensemble complet de manutention avec chariots et chaîne de transport, système de tri par basculement, etc. destiné à remplacer les équipements classiques en métal. Le tri est deux fois plus rapide grâce à la légèreté des composites et la maintenance quasiment supprimée vu la résistance des composants. La structure modulaire permet de remplacer une chaîne en 21 jours, contre 3 à 6 mois avec la conception précédente.


5) Catégorie "Environnement"

Lauréat :

Un procédé de moulage rustique utilisant les ressources agricoles et minérales locales alliées à une résine thermodurcissable, développé par Agro-Resources Technologies (IN) avec Sumangali Seva Ashrama (IN) et des villageois.



Le procédé combine fibres végétales et charges minérales mélangées à une résine. La mise en œuvre s'effectue localement, en unités de 3 ou 4 personnes, dispersées et non rassemblées dans une grande unité de production. Ce procédé très rustique utilise une résine thermodurcissable, des moules simples, le tout manipulable sans moyens particuliers. L'idée est de pouvoir réaliser chaque jour 10 à 20 objets par moule selon la complexité.


Autre innovation finaliste :

Le moulage de panneaux pour piscines individuelles à l'aide d'un compound intégrant une proportion importante de thermodur recyclé. Une solution présentée par Ranger France (FR) en partenariat avec Menzolit (FR).
L'originalité de ce procédé de moulage de compound thermodur réside dans sa formulation intégrant 20 à 40% de composite rebroyé. Elle est aussi dans le système constructif : les éléments modulaires permettent de créer différentes formes de piscine.


6) Catégorie "Procédés"

Lauréat :

Un moule en composite chauffé électriquement par fibre de carbone, présenté par l'Université des Arts et Sciences Appliqués de Dortmund (DE) en partenariat avec Fibretech Composites (DE), Yachtwerft Meyer GmbH (DE) et R&G Faserverbundwerkstoffe (DE).



Ce moule en composite carbone réunit en un seul matériau la fonction de résistance mécanique et le moyen de chauffage grâce à la conductivité électrique de la fibre de carbone. L'originalité réside dans la disposition des mèches carbone : il suffit d'alimenter les mèches d'une direction, celles de la direction perpendiculaire assurent l'homogénéité du courant de chauffage.


Autres innovations finalistes :

Un autoclave à chauffage par micro-ondes et électrique classique, développé par DLR Braunschweig (DE) avec Scholz Maschinenbau GmbH & Co KG (DE) et Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH (DE).
Les autoclaves servent à appliquer une pression et un certain niveau de température aux pièces composites réalisées avec des tissus préimprégnés. Le chauffage est opéré par air chaud, un mode de transfert de chaleur assez peu efficace, surtout pour les grandes pièces. Le mode de chauffage employé pour cette réalisation induit des économies d'énergie et sa rapidité accélère les cycles de production, d'où une réduction générale des coûts. La plus grande efficacité du procédé a un effet positif sur l'environnement.

Une machine de mixage-dosage Megaject Patriot SSB pour le procédé RTM, présentée par Magnum Venus Plastech Ltd-RTM (UK) en collaboration avec Magnum Venus Plastech (USA), Biobe AS (NO), Boston Whaler (USA) et Multina (USA).
L'originalité de cette réalisation réside dans le système de dosage du catalyseur par un dispositif intrinsèquement sûr actionné à l'air comprimé. La machine combine le système Patriot de pompage de résine et le système MotoCat de dosage du catalyseur. L'apport essentiel est la précision du dosage et sa modulation facile tout au long du processus d'injection RTM. La précision de dosage du catalyseur influe directement sur la qualité de fabrication des pièces RTM, il est donc essentiel de maîtriser ce paramètre.


7) Catégorie "Sports et loisirs"

Lauréat :

Le jet-ski Waverunner SHO et HO version 2008 utilisant le matériau léger NanoXcel, présenté par Yamaha Watercraft Group (USA) en collaboration avec Yamaha Motor Manufacturing Corp (USA) et Interplastic Corporation (USA).



Dans cette application, les matériaux composites SMC classiques sont remplacés par une nouvelle génération de matériau SMC à basse densité, appelé NanoXcel. En termes de mise en œuvre, ce matériau n'apporte pas de changement au niveau des outillages et n'exige qu'une très légère adaptation du procédé, qui reste du SMC. Les pièces concernées sont la coque, le capot et la peau. Le NanoXcel utilise des nanomatériaux de type argiles expansées pour remplacer le classique carbonate de calcium dans un composite à matrice en résine hybride polyuréthanne.


Autres innovations finalistes :

Rotagrid et Rovispace, des renforts entrant dans la fabrication de skis, développés par Chomarat (FR) et son partenaire Dynastar.
Il s'agit de renforts verre/époxyde pouvant être plats ou formés, destinés à donner au ski des propriétés spécifiques (rigidité longitudinale, résistance à la torsion) sans l'alourdir et sans perturber le procédé de fabrication. Ces renforts sous forme de grille facilitent l'injection de la mousse PU. Le Rotagrid présente aussi l'avantage d'assurer le maintien provisoire de la face supérieure pendant le moulage. Les produits offrent des performances améliorées pour un coût réduit.

La Tour Parasol, développée par Mobile Lockers Services (FR) en partenariat avec l'Eurl Patrice (FR).
Cette tour est un cylindre qui se pose sur le sol. Elle contient 45 casiers munis d'une fermeture, d'un "chapeau" assurant l'esthétique et d'un abri rudimentaire. L'équipement étant destiné à rester en plein air, au soleil et aux intempéries, parfois en atmosphère saline sur les plages, le choix des matériaux s'est naturellement porté vers les composites. L'aspect définitif est celui du composite brut ou apporté par un tissu imprimé sous gelcoat transparent.


8) Catégorie "Logiciels"

Lauréat :

Le logiciel de conception d'outillage Precimould, présenté par Advanced Composites Group (UK) et ses partenaires FEA (UK) Ltd., BAE Systems Plc (UK) et Bombardier Aerospace (UK).



Precimould permet de concevoir la surface du moule de manière à obtenir une pièce aussi proche que possible de la forme et des dimensions requises. Ce logiciel s'insère dans le code Lusas de calcul par éléments finis. Grâce à sa conception, un opérateur habitué à la CAO peut apprendre à l'utiliser rapidement sans formation en calculs par éléments finis. Ce logiciel permet d'obtenir du premier coup un moule conduisant à la bonne pièce, ce qui évite les reprises coûteuses d'usinage et les délais liés.


Autres innovations finalistes :

Digimat, plate-forme logicielle de conception de pièces en composites, présenté par e-Xstream Engineering (BE) et ses partenaires Rhodia Polyamide (F) et Trelleborg (F).
Il s'agit d'un logiciel multi-échelle et non linéaire. Il déduit le comportement thermomécanique à partir des propriétés de la matrice, des renforts, de la microstructure et des morphologies. Digimat est constitué de six modules, qui correspondent aux différents aspects de la pièce et du matériau et aux lois mathématiques et physiques utilisées. Le logiciel est interfaçable avec la plupart des autres logiciels de calcul de structure et de simulation d'injection plastique.

PlyMatch, système d'aide visuelle au placement manuel des plis dans la fabrication de matériaux composites, développé par Anaglyph Ltd (UK) et le National Physical Laboratory (UK).
Ce système d'aide à la fabrication combine une caméra, un micro-ordinateur et un logiciel, beaucoup moins coûteux que les systèmes de projection laser. La "scène d'assemblage" (moule, pli en cours, mains de l'opérateur) est filmée par une caméra vidéo en temps réel. Elle s'affiche à l'écran avec, en surexposition, la disposition correcte de la pièce à réaliser. L'opérateur n'a qu'à placer le pli de telle sorte que son image coïncide avec l'image à l'écran.

RTM Process 2, un logiciel destiné aux PMI de production et aux fournisseurs pour faciliter le développement d'un procédé de fabrication par RTM, infusion et compression, présenté par le Pôle de Plasturgie de l'Est (FR) et LDB (FR).
Le logiciel comporte plusieurs modules : pré-dimensionnement mécanique, simulation, estimation technico-économique, choix du procédé le mieux adapté et dimensionnement de l'outillage. Il comprend également une base de données de matériaux et une matrice de sélection des assemblages. Le logiciel travaille à toutes les phases de développement d'une structure composite en ayant à disposition toutes les données matériaux, ce qui permet d'obtenir rapidement des conclusions sur un projet et d'en avoir une première vision.

Michel Le Toullec

Pour en savoir plus : http://www.jeccomposites.com 





 

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