Par Dominique DUBOIS

L’entreprise DUC HÉLICES est une petitestructure française qui s’est fait un nom au niveau mondial dans le petit monde des utilisateurs d’hélices d’avion avec un de ses produits phare, les pales en composite de fibre de carbone. Désireux, en outre, d’exploiter un procédé de fabrication des plus prometteur, ses dirigeants ont créé une structure adaptée, la société “le Carbone Forgé” qui est dévolue à la fabrication de pièces en matériau composite à haute performance, avec renfort de fibres longues en carbone, convenant pour les applications les plus variées.

Fig. 1 - Sur cette réalisation de boîtier de pédalier en carbone forgé, les bagues en aluminium rectifiées ont été intégrées dans l’outillage pour obtenir un alignement optimal. Cette pièce présente des angles vifs et des tolérances précises afin de parvenir à un emboîtage parfaitement ajusté. De plus, elle possède plusieurs corps creux désaxés.

Petite mise au point en passant
Il semble bon de souligner que, en construction mécanique traditionnelle, il est d’usage d’adapter la conception au matériau. Avec les composites, c’est l’inverse. Le matériau se conçoit et est élaboré soigneusement en fonction de la forme et de la fonction à assurer. Le produit est calculé “à la demande”. Par suite, il est bien évident que s’il est envisageable d’externaliser ou de délocaliser des fabrications en série de pièces en composite “GD” avec un process figé et bien maîtrisé, développer des composants de haute technicité en séries réduites ou à l’unité est un tout autre challenge et seuls de rares spécialistes peuvent s’y frotter, surtout pour des pièces touchant à la sécurité. Avec les composites, aussi bien le sens de tissage des fibres, la matière choisie pour celles-ci, leur longueur, le type de charge, la matrice retenue (souvent en résine), le mode de fabrication, les additifs, etc. jouent considérablement sur les caractéristiques de la pièce terminée qui, souvent, ne doit subir aucune retouche avant montage. Un acier de construction de base XC 45 recouvre à peu près les mêmes caractéristiques d’un bout à l’autre de la planète, avec une “fibre de verre à trente pour cent”, il est impossible de savoir à quoi on a affaire. Le tissage, le nombre de plis, leur sens, etc., tout a de l’importance. Il faut donc raisonner “à l’envers” pour apprécier le travail réalisé par les façonniers en matériaux composites. Dire qu’une pièce est en fibre de carbone est encore moins informatif que de dire qu’elle est en acier ou en fonte.

Il existe différentes familles de matériaux: les métaux, les plastiques, les composites, etc. Parmi les composites, on distingue deux types: les composites grande diffusion (GD) et les composites haute-performance (HP). Les GD représentent quatre-vingt quinze pour cent des composites utilisés. Ce sont ,en général, des plastiques armés ou des plastiques renforcés, le taux de renfort avoisinant trente pour cent. Les HP, principalement utilisés dans l'aéronautique, sont d'un coût élevé. Les renforts sont plutôt des fibres longues. Le taux de renfort est supérieur à cinquante pour cent, et ce sont les renforts qui influent sur le coût. Les propriétés mécaniques (résistance mécanique et rigidité) sont largement supérieures à celles dont font preuve les métaux, contrairement aux GD.

Structures et les moyens mis en place
L’entreprise Duc Hélices a été fondée en 1997 et le Carbone Forgé en 2003. La première société comprend trois opérateurs, un administratif, le responsable de l’entreprise M.Vincent Duqueine et le responsable du bureau d’études M. Nicolas Neuville. Le Carbone Forgé occupe deux personnes à temps partiel, ce sont M.M. Duqueine et Neuville travaillant au bureau d’études. Soixante-dix pour cent du chiffre d’affaires se fait à l’exportation et les deux sociétés travaillent avec des revendeurs. Elles commercialisent les licences de leurs procédés brevetés, les pales d’hélices restant fabriquées par Duc Hélices. En règle générale, ils étudient un projet, initié en interne comme les moyeux d’hélice ou suite à une demande de prix, ils réalisent des prototypes et une pré série, puis ils confient la production à un soustraitant agréé ou en recommandent un. Des spécialistes, comme SLICOM à Clermont-Ferrand, COMPOSITES ATLANTIC au Canada, en font partie. Le fabricant de cycles LOOK exploite une licence pour ses cadres de vélo de compétition. Parmi les produits propres à ces deux entreprises, on peut citer un projet d’hélice certifiée et un moyeu d’hélice (fig. 2). Les logiciels actuels de calcul sont à même d’aider à la conception de ces pièces qui rappellent le “vivant” avec les fibres orientées suivant les contraintes, l’absence de rupture brutales ou d’angles vifs ou le côté “la fonction crée la forme” des os.

Fig. 2 - Demi moyeu d’hélice. C’est une pièce de non dépouille où les perçages sont réalisés pendant l’opération de moulage par poinçonnage entraînant une orientation de la fibre sur un troisième axe (le long des trous). La fabrication de cette pièce a été entièrement automatisée sans aucune reprise d’usinage.

Matériau composite : association d'au moins deux matériaux non miscibles. On obtient un matériau hétérogène avec une matrice en résine et des nappes de fibres.
Matériau composite plastique : association d’un composite et d’une matière plastique. Il est aussi possible de renforcer des matériaux frittés comme c’est le cas des carbures avec des fibres courtes (Whiskers).
Les composites sont très anciens: bois (composite naturel), torchis, béton (agrégats et pâte de ciment), béton armé, bois contre-plaqué (sandwiches), lamifiés décoratifs par exemple.

Source: Nadia Bahlouli, ULP IPST

Applications variées
Principalement dans les domaines de l’aéronautique, de l’automobile et des loisirs, les applications de ces composites un peu hors normes ne s’appliquent qu’à des produits pouvant intégrer des composants relativement coûteux ou quand le gain est tel en masse ou résistance mécanique que le prix de revient passe au second plan. Un cadre de vélo en carbone forgé n’est, hélas, pas près de rencontrer le grand public, même à l’aise financièrement. Des arbres de transmission pour hélicoptères, des pièces d’accastillage de bateau, des bielles de moteur ou des platines de montage sur machine spéciale comptent parmi les applications actuelles avec, également, des débouchés non négligeables dans l’équipement sportif de haut niveau.

Des résultats probants
Sans commune mesure avec les pièces mécaniques équivalentes, le carbone forgé, obtenu par pressage, est supérieur au pièces composites classiques à nappages de fibres de carbone en procédé autoclave. A souligner que les tissages employés peuvent encore changer. Il suffit de voir évoluer les tissages en 3D,ceux-ci commençant à être proposés en disponible au JEC 2005. Ce type de tramage entrelacé s’avère des plus prometteur.

Un autre des avantages du procédé du carbone forgé est sa rapidité pour livrer des pièces prototypes ou de présérie directement utilisables. L’incorporation d’inserts, de noyaux et d’alésages est facile avec les fibres renforçant les trous parallélement à leur axe, donc sans aucun affaiblissement de la matière.

Dans le cas d’essais de charge et de rupture effectués sur des demi moyeux d’hélice en carbone forgé par rapport à des aluminiums forgés et traités, les résultats sont comparables pour un poids inférieur de moitié avec une propagation des fissures de rupture ralentie par un délaminage progressif. Les essais sur des éprouvettes de carbone forgé contre du carbone “autoclave” donnent une résistance à la rupture à peu près double en faveur du procédé sous presse.

Usage de Think Design Version 9
Le logiciel Think Design a été acquis, à l’origine pour les études du Carbone Forgé mais il sert aussi à Duc Hélices pour créer ses outillages et concevoir les nouveaux produits, comme l’hélice certifiée. La conception volumique et surfacique, intuitive d’emploi et particulièrement fouillée, est très appréciée tout comme le principe des locations annualisées de licences. Le support technique est à lahauteur, tout comme le “web training” et les “e-séminaire”s de mise à niveau. Le module surfacique puissant est largement mis à contribution pour les nappages de formes. Sur le module Think ID, la technologie, nommée GSM pour “modélisation globale de surface”, permet de modifier le produit en temps réel, en oubliant les contraintes d’historique ou de surfaces encore discontinues. Sur une géométrie native ou d’importation, l’opérateur peut très facilement opérer des flexions radiales ou axiales et sélectionner les surfaces concernées en précisant les contraintes de courbure, de raccordement ou de tangence des rayons.

Fig. 3 - Cette platine de fixation de cône d’hélice aéronautique est réalisée avec le procédé Carbone Forgé où toutes les opérations de fabrication sont réalisées en automatique. Les trous sont obtenus par poinçonnage, ce qui donne une orientation de la fibre sur un troisième axe (le long du trou). On obtient donc une meilleure tenue mécanique des trous comparée à une reprise par usinage de ces trous sur la pièce.

C’est très exactement ce dont se servent à longueur de temps les gens de Duc Hélices et du Carbone Forgé. Ces fonctions de modélisation globale de zone sont, bien entendu, applicables aussi bien en filaire qu’en modes surfaciques ou volumiques. On peut, ainsi, rentrer une équation en filaire et l’habiller ensuite progressivement pour créer la forme complexe souhaitée. Une interface “Catia V4” est aussi utilisée pour récupérer certains fichiers. Les possibilités de Think Design en gestion de projet sont, elles aussi, fort utiles, comme les choix de rendus réalistes des produits virtuels. Le logiciel se charge de la partie réaliste des modèles et des éclairages une fois le choix des surfaces et des couleurs effectué.

Ces deux entités sont encore en phase de montée en puissance vis à vis des marchés concernés ou à créer avec le procédé du carbone forgé mais il y a gros à parier que certaines applications à venir, voire déjà attendues, ne manqueront pas de surprendre.

Logiciels de FAO: que mettent en œuvre divers développeurs reconnus?

Une analyse récemment conduite par Alan Christman, Vice President de CIMdata, est particulièrement intéressante pour dresser un point rapide général sur les moyens de développement des logiciels de FAO chez une sélection de développeurs.

Chez CIMATRON, par exemple, on exploite un procédé finement organisé et structuré qui fait appel à une base de données définissant les besoins identifiés dans un délai défini, le temps estimé pour la mise au point et le niveau de risque pour chaque détail. Des révisions sont effectuées pour s’assurer de la conformité de toutes les spécificités fonctionnelles. Un processus de gestion de changement sert à identifier l’impact et son niveau ou le rejet des changements proposés. Après des tests internes, d’autres tests sont proposés à des utilisateurs. Ceux-ci se voient confié une base leur permettant de mettre à jour leur système, toutes les données clés sont fournies en XML ouvert de manière à permettre une manipulation par des outils externes.

Chez CNC SOFTWARE, les programmes écrits en Virtual Basic tournent sur Mastercam. Le support fourni permet de lire Excel, Oracle et d’autres formats de fichiers directement dans Mastercam. Des fonctions personnalisées peuvent être crées avec VBScript ou VBScript Editor. Les utilisateurs n’ont pas besoin de connaître VirtualBasic pour personnaliser leurs fonctions de base.

De nouvelles versions de DELCAM PowerShape et PowerMill sortent tous les quatre mois. Tous les logiciels sont écrits en C++. Delcam emploie les outils de développement Microsoft comme Development Studio, Microsoft Foundation Classes, OLE for Design et Manufacturing/Open GL. Tous ses produits sont compatibles Windows. Des partenaires extérieurs sont utilisés, par exemple, pour vérifier des ennuis de mémoire. Tous les programmes sont prévus avec des macros permettant de tester tout ajout de fonction au code.

Tout un personnel est chargé, chez OPEN MIND, du contrôle de qualité des développements. Des tests interactifs et automatiques sont effectués. Par exemple, les algorythme sont contrôlés automatiquement et, comme les calculs sont très longs, ils se déroulent de nuit. Le test de modules peut être effectué interactivement. Les responsables du contrôle de qualité sont aussi chargés des phases de lancement chez des utilisateurs témoins où ils procèdent à des essais. La société utilise Microsoft Project pour les projets de gestion et emploie des outils spécialisés, ainsi que d’autres de suivi de projet. Pour le personnel technique du monde entier, elle dispose d’un logiciel Internet de Magic Enterprise pour faciliter l’accès à son système de gestion central implanté à son siège.

Une certification de son programme de développement certifié ISO 9000 est la fièreté de PATHRACE, celui-ci lui permettant de sortir chaque année trois mises à jour et lui conférant une efficacité particulière pour générer de nouveaux codes.

SURFWARE possède Rational Unified Process RUP de gestion des développements, système basé Web incluant une diversité de produits destinés aux développeurs. Tous les stades des développements sont ainsi testés, débugés et passés à un contrôle de qualité rigoureux.

C’est un groupe commercial qui est chargé, chez VERO INTERNATIONAL, de l’identification des besoins d’évolution des produits, de relevr une liste des requêtes et de définir la tâche des développeurs, ceci en se servant d’une base de données accessible par Internet. Les tests se font avec le logiciel Vericut de CGTech pour tout ce qui concerne les parcours d’outils. Un panel d’utilisateurs sert à l’expérimentation sur site afin d’être certain de la qualité des produits.