7/10/21
Source : contenu du magazine Composites World Magazine
La vitesse, la précision et l’efficacité des matériaux sont des indicateurs de performance clés chez Rapid Composites à Sarasota, en Floride. Ils coupent des tissus en fibre de carbone et des matériaux hybrides de conception unique pour un processus de moulage composite exclusif qui peut produire des pièces en seulement quelques minutes. Le matériau est découpé sur une table de découpe statique S125 du fabricant Eastman. La machine peut découper, marquer, percer et poinçonner pratiquement n’importe quel matériau flexible à des vitesses allant jusqu’à 152.4 cm par seconde. Eastman a conçu l’équipement spécifique à la découpe des renforts secs et préimprégnés de carbone, de verre et d’aramide. Les composants de la machine sont protégés pour les environnements difficiles ou à forte teneur en particules.
Pour une pièce de boîtier de caméra, la fibre de carbone pré-consolidée est déroulée sur la table de découpe Eastman S125. La découpe de précision permet le processus de moulage composite ultra-rapide de Rapid Composites.
« Tout ce que nous fabriquons est moulé en moins de 15 minutes. Dans certains cas, on compte seulement 45 secondes », explique le fondateur et président de Rapid Composites, Alan Taylor. Mais ce n’est pas qu’une question de vitesse. Rapid Composites peut atteindre des tolérances de maintien de +.002 « à -.001 » dans un processus de moulage de fibres continu ou discontinu à grande vitesse qui est essentiel pour servir une clientèle très exigeante dans les secteurs de l’aérospatiale / la défense, l’opto-électronique (capteurs thermiques et optronique générale) et l’industrie automobile.
Le système de découpe fonctionne avec un portique X-Y entraîné par deux servomoteurs sans balais à axe X et un axe Y avec encodeurs à boucle fermée. Les roulements linéaires de haute qualité et la haute résolution des codeurs garantissent une position, une précision et une répétabilité fiables.
Une gamme de têtes d’outils est disponible pour la machine. Rapid utilise la tête d’outil robuste d’Eastman pour découper les matériaux pré-imprégnés de fibre de carbone. La conception robuste exclusive et brevetée est alimentée par son propre moteur sans balais et une alimentation en air contrôlée. Cela permet à la tête d’outil d’incorporer jusqu’à deux ou trois outils différents du catalogue Eastman de 60 options de lames et un marqueur. La possibilité d’utiliser n’importe quelle combinaison d’outils augmente la production, la flexibilité et minimise les temps d’arrêt.
Les formes complexes sont découpées rapidement et avec précision, et les restes de matériaux sont réutilisés pour d’autres pièces, ce qui a considérablement réduit le taux de rebut du fabricant.
Les densités de matériaux typiques découpées par Rapid Composites vont de 1,0 g/cc à 1,88 g/cc. L’épaisseur nominale du matériau est comprise entre 0,04″ et 0,09″. La configuration et l’exécution d’une nouvelle routine de découpe prennent quelques minutes. Une fois le programme de découpe chargé dans le contrôle informatique, le matériau, acheté sous forme de rouleau, est posé à plat sur la table à vide de la machine. L’emplacement d’origine du matériau est établi et le travail est prêt à être exécuté. Toutes les couches nécessaires au moulage sont découpées en un seul processus.
Le couteau de traînée sur la tête d’outil d’Eastman est optimal pour les découpes complexes et le limiteur de profondeur de style rondelle permet à l’utilisateur de contrôler la pénétration de la lame à travers le matériau et non dans la surface de découpe. La lame est en acier au carbure de tungstène et disponible en versions 30°, 45° ou 55°.
Couteau de traînage pour la tête d’Eastman.
Bien que les travaux puissent être configurés et exécutés rapidement, le facteur clé de l’efficacité de la découpe est le logiciel utilisé pour imbriquer les pièces de matériau et générer le programme de découpe. Rapid Composites utilise le logiciel de conception et d’imbrication patternPRO d’Eastman. Son ensemble complet d’outils aide à concevoir des pièces de patron dès le départ et Rapid l’utilise pour éditer et finaliser les patrons numériques existants, le tout dans la même interface.
Les pièces sont conçues dans le système de modélisation 3D de Rapid Composites, puis importées dans le logiciel patternPRO d’Eastman pour l’imbrication.
Selon Taylor, la capacité d’augmenter l’efficacité des matériaux grâce à une meilleure imbrication et à une réduction des rebuts a été l’un des avantages les plus importants de la découpe automatisée. Il dit qu’ils mesurent les taux de rebut mensuellement et considèrent qu’une différence de seulement 1 à 3 % est une conséquence. Avec des coûts de matériaux allant de 25 € à 130 € pour certains matériaux en fibres PAN pré-imprégnés et matériaux hybrides et même 260 € pour les solutions de fibres cristallines, la maximisation du rendement des matières premières est essentielle pour contrôler leurs coûts.
La capacité de découper avec précision y contribue également. Le processus de moulage composite de Rapid utilise un moulage de forme proche du filet qui est par conception un moyen d’utiliser plus efficacement les matériaux, en particulier lorsque peu de déchets de post-traitement sont générés. « Avec Eastman, nous obtenons une couverture presque parfaite du moule et cela avec des résultats très prévisibles », explique Taylor. De plus, ils sont capables de réutiliser les zones vierges plutôt que de les mettre au rebut. Taylor appelle les pièces découpées à la machine des flans sur mesure intelligents. « Ils se traduisent par moins de temps et d’argent, non seulement dans le processus de moulage lui-même, mais aussi en termes d’usinage, de main-d’œuvre, d’outillage et de frais généraux », dit-il.
La découpe de précision permet le processus de moulage composite ultra-rapide de Rapid Composites. Des pièces telles que ce boîtier de caméra peuvent être rendues plus solides mais beaucoup plus légères avec de la fibre de carbone et d’autres matériaux composites hybrides.
C’est le jour et la nuit par rapport au temps où Rapid Composites coupait des matériaux à la main. « Dans un quart de travail de 8 heures, l’opérateur aurait des ampoules sur les mains en coupant avec des ciseaux, même en utilisant le bon équipement, des gants et tout pour ce type de matériau. Lorsque nous avons eu la table de découpe Eastman, il a fait la même quantité de travail en 45 secondes », explique Taylor. Et il dit que c’est une valeur ajoutée pour leurs clients de pouvoir rendre leurs produits plus légers, plus solides et plus reproductibles.
Tête d’Eastman.
Fondée en 1999, Rapid Composites propose une large gamme de services, notamment la conception industrielle, l’ingénierie mécanique, l’ingénierie électrique, l’ingénierie logicielle, le prototypage, l’outillage, le moulage et la production de fibres de carbone. Bien qu’ils servent une gamme d’applications, l’activité principale est axée sur les appareils électroniques, les produits d’extérieur, les technologies e-Foil, les appareils électro-optiques, les systèmes d’armes et les systèmes de drones/UAV OEM.
Comme son nom l’indique, Rapid a développé l’expertise pour mouler des pièces composites avec des temps de cycle extrêmement courts. Dans l’ensemble, ils sont en moyenne de 7 à 8 minutes par pièce (70 % du travail est réalisé avec des thermodurcissables) et lorsqu’ils utilisent des matériaux à matrice thermoplastique, ils n’ont en moyenne que trois minutes par pièce. De plus, Rapid Composites a été le pionnier de nouvelles méthodes permettant de chauffer rapidement les matériaux préconsolidés, puis de les déplacer vers un moule et de les emboutir à chaud en moins de 45 secondes pour obtenir la forme nette d’une pièce. Ils appellent ce processus le moulage composite à grande vitesse. Selon Taylor, il s’agit probablement du processus de moulage de fibres en continu le plus rapide au monde. Le moulage à grande vitesse, comme le fait Rapid Composites, réduit à la fois le temps de moulage et de finition, mais uniquement lorsque le matériau est coupé avec précision en premier lieu.
Le processus de moulage de Rapid Composites peut former des pièces à partir de matériaux pré-imprégnés ou pré-consolidés en aussi peu que 45 secondes
« Il y a des choses sans lesquelles nous pouvons vivre. J’ai mis notre machine Eastman dans la catégorie des choses dont nous ne pouvons pas nous passer », explique Taylor. « Nous avons vu à quel point la répétabilité est importante et nos clients l’attendent. » La fabrication de boîtiers de caméras sous pression utilisés par l’armée et les agences gouvernementales américaines exerce une pression énorme sur Rapid Composites pour qu’elle respecte ses promesses. Taylor a déclaré que la fiabilité et la précision de la machine garantissent que les tolérances sur aussi peu que cinq à des dizaines de pièces sont exactement les mêmes, à chaque fois.
La société Eastman, une entreprise familiale, a été fondée en 1888 après avoir développé la première machine de découpe de tissu électrique. Près de cinq générations plus tard, Eastman continue de soutenir les fabricants américains comme Rapid Composites avec des solutions configurées sur mesure et sur mesure. Eastman conçoit et fabrique une gamme complète d’équipements pour l’industrie des composites : découpeuses manuelles, découpeuses automatisées monocouches à hautes plis et équipements de manutention.
Le logiciel de conception et d’imbrication de patternPRO d’Eastman pour éditer et finaliser les modèles numériques existants, puis pour l’imbrication.
« Notre concentration continue sur l’identification et la création d’outils pour permettre une fabrication moderne est ce qui donne aux clients comme Rapid Composites la confiance nécessaire pour revenir à Eastman maintes et maintes fois », a déclaré Robert Stevenson, président et chef de la direction d’Eastman. Il s’agit du troisième système Eastman installé dans les entreprises de Taylor au cours des deux dernières décennies.
Au-delà des machines fabriquées à Eastman, la société fournit à un réseau mondial de clients des pièces, un service technique et une assistance à distance depuis son siège social à Buffalo, NY.
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