Texturation de composites TP : Comparaison jet d'eau abrasif (JEA) vs méthodes classiques

Dans l'industrie aéronautique, la préparation de surface des composites thermoplastiques (TP) est une étape déterminante pour la fiabilité du collage structural et la tenue de la peinture. Contrairement aux composites à résine thermodure qui acceptent la peinture, les thermoplastiques sont chimiquement inertes et exigent une surface texturée pour accroche mécanique. La texturation par jet d'eau abrasif BAYAB transforme une surface inerte en une structure d'accueil haute performance, impliquant des ruptures cohésives en essai Single Lap Joint.

Cet article analyse pourquoi le jet d'eau abrasif (JEA) devient le standard technologique face aux solutions de ponçage, de laser ou de traitement chimique.

Pièces TP géométrie complexe texturée par JEA

1- Préservation thermique et physique :

Contrairement au laser qui génère une Zone Affectée Thermiquement (ZAT), le JEA BAYAB est un procédé strictement "froid" qui préserve les propriétés physico-chimiques du substrat sans altération de la matrice polymère. Cette absence d'échauffement garantit que les fibres et la résine conservent leurs caractéristiques mécaniques nominales.

De plus, le jet d’eau abrasif garantit une grande homogénéité de traitement et une adhérence isotrope par l’absence d’orientation préférentielle comme avec du ponçage.

Le JEA est un procédé sans contact en comparaison au ponçage manuel. Il applique une très faible contrainte sur la pièce, préservant l’intégrité du substrat composite (Effort < 2N).

Finalement, la texturation par JEA BAYAB est très tolérante aux géométries complexes et aux variations de distance entre l'outil et la surface traitée. L'industrialisation est largement simplifiée.

2- Performance mécanique : La rupture cohésive

La méthode industrielle d'évaluation d'une préparation de surface avant collage ou peinture est le test de la goutte d'eau. Comme le montre la photo suivante, l'essai de mouillabilité donne de très bons résultats après traitement par JEA.

Différence de mouillabilité entre avant et après traitement Jet d'Eau Abrasif BAYAB

Cette performance du JEA BAYAB est confirmée par essais mécaniques en cisaillement simple recouvrement (études ENSTA Bretagne). Là où un échantillon vierge présente des faiblesses d'adhérence, la texturation par jet d'eau abrasif permet de créer une accroche mécanique optimisée. Le procédé dépollue la surface sous l'action du jet d'eau et crée une micro-rugosité spécifique, par impact des particules abrasives, qui favorise l'ancrage mécanique. Nos études montrent que l'on peut atteindre une résistance optimale avec rupture cohésive en essai Single Lap Joint.

"Le JEA optimise la force d'adhérence par rapport aux méthodes conventionnelles grâce à une rugosité contrôlée et homogène, et une dépollution de surface."Différence de rupture en essai Single Lap Joint en fonction du procédé de traitement

Différence de rupture en essai Single Lap Joint en fonction du procédé de traitement

3- Comparaison des risques des procédés de texturation

L’image ci-dessous présente les risques liés à chaque procédé de texturation. Le jet d’eau abrasif se distingue par :

• Ses qualités environnementales (les poussières sont confinées dans l’eau avant d’être traitées)

• Aucun risque d’échauffement

• Sa facilité à être industrialisé / Robotisé

Comparaison des risques liés aux procédés de texturation

Conclusion : Le standard industriel pour la performance des composites TP

En conclusion, le jet d’eau abrasif (JEA) s'impose comme la technologie de rupture pour la préparation de surface des thermoplastiques. Là où les méthodes classiques (laser, ponçage) atteignent leurs limites thermiques ou mécaniques, la solution BAYAB garantit :

• Une adhérence maximale : Rupture cohésive systématique en essai Single Lap Joint.

• Une intégrité totale : Procédé à froid, sans ZAT ni contrainte mécanique dommageable.

• Une industrie durable : Zéro chimie et environnement de travail propre.

• Une grande homogénéité de traitement : Robotisation simple même sur pièce complexe.

  
  

Sécurisez vos assemblages de nouvelle génération avec une texturation de précision répétable.

Vers l'usinage robotisé assisté par Scan 3D

Introduction

L’intérêt de l’utilisation de matériaux composites dans de nombreux domaines industriels n’est plus à démontrer. Les avantages tels que :

• Leur résistance,

• Leur poids,

• Leur durabilité,

• Leur résistance à la corrosion,

confèrent aux matériaux composites une place de choix sur certaines applications (Aéronautique, Eolien, Ferroviaire, Nautisme, Spatial, etc…).

Cependant, cette adoption croissante soulève une problématique : comment leur donner la géométrie souhaitée ? Comment les usiner efficacement ?

Les méthodes traditionnelles d'usinage : Avantages et limites

Il existe deux grandes méthodes à ce jour d'usinage des matériaux composites. En fonction de l'application, que ce soit en production ou en service, l'une ou l'autre sera favorisé:

• Ponçage manuel : Cette méthode est très simple de mise en œuvre, adaptative avec l’œil humain, mais possède de nombreuses limitations :

  • 🚫 Imprécis : Repose entièrement sur la compétence de l'opérateur

  • 🚫 Dangereux : Libère des poussières toxiques

  • 🚫 Pénible : Physiquement exigeant

  • 🚫 Inconstant : Difficilement reproductible

• Usinage robotisé avec outillage de forme : Cette méthode permet de combler les limitations du ponçage manuel par l’utilisation d’un machine CN, mais, à l’opposé du ponçage, apporte de nouvelles contraintes non négligeables :

  • 🚫 Coûteux : Chaque forme nécessite son propre outillage de conformage de la pièce. Cela aura un impact très fort sur les petites séries ou sur les pièces de grand volume.

  • 🚫 Non adaptatif : Toute variation de forme de la pièce nécessite un nouveau programme.

Comment développer une solution combinant les avantages de chaque méthode tout en gommant ses limitations ?

Pour qu’un robot d’usinage s’adapte à une pièce non conformée par un outillage, il faut soit :

• Adapter la trajectoire en continu par de la compliance active. La compliance active implique des vitesses de déplacement faibles pour que le système ait le temps de réagir et donc des procédés de grande étendue comme le ponçage.

• Adapter la trajectoire sur la géométrie réelle de la pièce, par scan 3D dans le repère du robot d’usinage. Dans le cas d’outils fins comme le fraisage, le laser ou le jet d’eau abrasif, l’usinage robotisé assisté par scan 3D est bien plus adapté.

La vision de BAYAB Industries : Simplifier l’utilisation du SCAN 3D pour optimiser l’usinage robotisé sans outillage

BAYAB Industries innove depuis 2007 dans l’usinage des matériaux composites par jet d’eau abrasif. La qualification/certification de ce procédé nouveau par AIRBUS et l’Armée de l’Air (AIA CF) pour la réparation collée de composites démontre sa pertinence technico-économique et sa robustesse (voir notre article).

En 2020, BAYAB passe de l’usinage 2 axes (sans besoin d’adaptation à la géométrie de la pièce) à l’usinage 6 axes (impliquant d’adapter la trajectoire à la géométrie réelle).

BAYAB a donc développé en interne les machines et les logiciels permettant de scanner la pièce réelle :

• Simplement : La pièce est d’abord scannée de loin par un scanner fixe qui localise la pièce dans l’environnement du robot et fournit sa forme globale à +/-20mm (Figure 1 et Figure 2)

Maillage de l'environnement robot par SYASCAN

• Automatiquement : Le scan global est utilisé pour générer automatiquement une trajectoire de scan précis porté par le robot

Reconnaissance automatique ou sélection de la zone d'intérêt par SYASCAN

• Rapidement : Le robot scanne la pièce en 20min/m² (Figure 3).

Scan précis robotisé piloté par SYASCAN

• Systématiquement : Le scanner par projection de lumière structurée s’adapte bien à toutes les surfaces (mates ou brillantes, unies ou texturées, sombres ou claires).

• Précisément : La précision, atteignant 0.03mm, est suffisante pour contrôler des usinages de plis composites.

• Intuitivement : Les scanners 3D équipés de caméras récupèrent la couleur en même temps que la géométrie, simplifiant par la suite le positionnement des usinages (Figure 4).
  

  

  Affichage et traitement du jumeau numérique texturé de la pièce par SYASCAN

  Exemples d’utilisation :

• Usinage de réparation de la structure d’une éolienne pour ENGIE GREEN

Usinage de réparation pale d'éolienne par SYABOT

• Usinage de réparation d’une pièce démontable d’un aeronef militaire

Usinage de réparation sur composites carbone - verre

• Usinage en production pour lisser la forme d’un moule en composites

Conclusion

En conclusion, le monde de l'usinage des matériaux composites est à l'aube d'une révolution. L'innovation de BAYAB Industries avec l'usinage robotisé assisté par scan 3D promet non seulement une amélioration significative de la précision et de l'efficacité, mais aussi une facilité dans l'exécution des tâches pour les opérateurs.

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JCAMS 2023 - L'usinage de réparation composites par BAYAB

Un grand merci aux organisateurs du JCMAS 2023 pour cette invitation. Ce fut un plaisir de partager nos innovations avec l’armée américaine et des spécialistes de la réparation composites.

Dans le futur, il est certain que les aéronefs civils et militaires intègreront de plus en plus de matériaux composites. Cette évolution vers les composites représente un défi unique dans les année à venir : maintenir l’opérabilité des avions nécessitera le développement de systèmes de réparation d’usinage de composites précis, efficaces, reproductibles et rentables.

Bayab industries se positionne comme pionnier pour résoudre ce problème pressant. Nous avons développé deux systèmes robotisés qui offrent des solutions complètent pour l’usinage de réparation des composants structurels principaux et des pièces mobiles en composites. C'est la seule solution automatisée qualifiée par AIRBUS et l'armée de l'air Française.

Lors de cette conférence, nous avons eu l'occasion de dévoiler le plein potentiel de nos deux produits phares, Reply5 et SYABOT, au cours d'une démonstration exhaustive de 45 minutes. Nous avons mené à bien deux procédures de réparation d'usinage de composites, en partant de zéro, sans connaissance préalable de la géométrie des pièces. Nous sommes ravis de contribuer à ce moment charnière de la maintenance aéronautique.

Présentation de l'usinage de réparation composites