Approche systémique des matériaux composites - A230

Approche systémique de pierre composite matériaux
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Vue d'ensemble

Un praticien est toujours motivé par la performance (fonction) du produit, mais contraint par la fabrication. Dans le cas des matériaux composites, la fabrication est souvent difficile. En raison de son émergence relativement nouvelle, la maturité de la fabrication des composites polymères renforcés de fibres (PRF) n'est pas aussi bien établie que pour les matériaux traditionnels tels que les métaux ou les céramiques. Afin de réduire la risque associés à la fabrication de composites, une approche systématique structurée doit être adoptée pour le développement des meilleurs pratique.

Relation entre la fabrication et la conception (MÉTAPE Approcher)

Lien vers les cours MSTE dans le cadre de l'approche MSTEP en connaissance des systèmes

Telle que popularisée par Ashby, la conception technique peut être décrite comme l'interaction de quatre classes de choix : la fonction/performance prévue, le choix du matériau, le choix de la forme et le processus qui peut transformer le matériau requis en la forme souhaitée du produit . De cette réflexion découle une approche structurée pour sélectionner le meilleur matériau et la meilleure forme pour le produit, tout en tenant compte de la faisabilité d'une telle combinaison matériau/forme à travers l'examen du processus. Cependant, et en particulier avec les composites, la définition du procédé devrait être élargie pour couvrir deux autres éléments, à savoir l'outillage et l'équipement, qui permettent alors une définition complète du procédé.

Cadre traditionnel (Ashby) pour la conception technique et la fabrication.	L'approche MSTEP élargie de CKN pour la fabrication.

Cours MSTE

Le cadre KPC est une extension de l'approche traditionnelle de conception et de fabrication pour aborder plus explicitement le processus. Traditionnellement, la conception peut être pensée en termes de fonction souhaitée (F), de matériau (M) et de forme (S) de la pièce. L'étape de processus (P) n'est pas seulement fonction du matériau (M), de la forme (S), mais aussi de l'outillage et des consommables (T) et de l'équipement (E) qui sont utilisés. En particulier pour les composites, l'interaction du matériau, de la forme, de l'outillage et des consommables et de l'équipement au cours d'une étape de processus (abrégé en MSTEP) est essentielle pour déterminer le résultat de cette étape de processus de fabrication particulière et, finalement, la qualité de la pièce finie.

Notez que la représentation MSTEP d'un processus de fabrication ne représente qu'une seule étape du processus de l'ensemble du flux de travail de fabrication. Le processus de fabrication complet est un ensemble d'étapes de processus individuelles qui se réunissent pour former le processus de fabrication en usine.

En savoir plus sur le Classes MSTE dans l'approche MSTEP, et leurs interactions et impact sur les résultats de traitement ici.

Définir un processus de fabrication

Discrétisé, un procédé n'est rien d'autre qu'un ensemble d'équipements et d'outillages permettant d'effectuer une action (ou étape de procédé) spécifique sur la pièce ou la matière. Et un processus de fabrication complet est l'ensemble des étapes de processus nécessaires pour fabriquer la pièce finie à partir de la matière première jusqu'à la sortie de l'usine. La définition des étapes à effectuer et des équipements et outillages à utiliser est basée sur l'état initial du matériau et la géométrie de la pièce à construire. En d'autres termes, ce sont la pièce et le matériau qui déterminent quelles étapes de traitement doivent être effectuées et quel équipement/outillage peut être utilisé pour les effectuer. La disposition de ces étapes de traitement est ce qui définit le flux de travail de fabrication.

Ceci est illustré dans l'exemple suivant, qui montre un résine moulage par transfert (RTM) flux de travail de processus décomposé en un ensemble d'étapes de processus individuelles.

Exemple de flux de travail pour un processus de fabrication de moulage par transfert de résine (RTM).

Par convention, l'industrie des composites nomme et classe les processus de fabrication après une ou plusieurs étapes de traitement critiques dans le flux de travail de fabrication ou après la forme du matériau qui est traité. En effet, de nombreux processus de fabrication de composites contiennent des étapes très similaires, cependant, ils peuvent différer dans la classification des processus en raison de différences dans une étape de processus particulière ou les formes de matériaux impliquées. Dans l'ensemble du flux de travail de l'usine de fabrication, les processus classifiés peuvent ne différer les uns des autres que par la disposition des étapes de processus, l'inclusion/exclusion d'étapes spécifiques et/ou les différences d'équipement, d'outillage, de pièce (forme) et de matériau impliqué.

Pour des exemples de processus de fabrication de composites typiques avec une description de la ou des étapes clés du processus qui influencent sa dénomination et sa classification, voir le page des processus de fabrication composites courants.

L'usine de fabrication

Lien vers la description de l'usine dans la connaissance des systèmes

Les étapes du processus de fabrication doivent se dérouler dans un espace physique de l'usine. C'est ce qu'on appelle un cellule d'usine, dans lequel sont logés des équipements et outillages spécifiques. La partie de production traverse l'usine, prenant forme à chaque étape de traitement successive qu'elle subit. Pour chaque étape du processus, il peut y avoir une combinaison MSTEP différente. De plus, plusieurs étapes de processus peuvent se dérouler dans le même espace physique (cellule) de l'usine.

Vue à l'aide d'une approche au niveau des systèmes, la pièce produite se déplace dans plusieurs cellules distinctes au sein de l'usine au cours de son processus de fabrication. Au sein de chaque cellule, la pièce est soumise à divers processus aboutissant à des résultats traçables. Une représentation générale de l'aménagement de l'usine organisée par différentes cellules d'usine est présentée ci-dessous. Exemple d'implantation d'usine :

Vue d'ensemble de l'usine affichant les relations entre l'équipement, l'outillage, la pièce (forme) et le matériau au fur et à mesure que la pièce circule dans l'usine.

En savoir plus sur le panne systématique d'une usine de fabrication composite ici.

Thèmes de fabrication

Lien vers le volume Connaissance des systèmes

Les interactions qui se produisent au sein de chaque cellule de l'usine, ainsi que les résultats, peuvent être classés selon thèmes de traitement. Dans le traitement des matériaux composites, il existe cinq principaux thèmes de traitement. Un processus de fabrication donné peut incorporer plusieurs thèmes, mais cette structure discrétisée peut toujours être utilisée pour aborder systématiquement le problème. Afin d'atteindre l'intention résultats de fabrication, il faut contrôler et suivre correctement toutes les variables d'état du processus dans chacun des thèmes. Tous les résultats découlant des processus en amont (ceux de TM par exemple) influenceront les résultats en aval (ceux de RSDM par exemple).

Ces thèmes sont, par ordre d'étapes générales de fabrication :

1. Gestion thermique et durcissement/cristallisation (TM)
2. Gestion du dépôt et de la consolidation des matériaux (MDCM)
3. Gestion des contraintes résiduelles et du contrôle dimensionnel (RSDM)
4. Gestion de l'usinage et de l'assemblage (MAM)
5. Gestion de la qualité/de l'inspection (QIM)

Vous pouvez en savoir plus sur les thèmes de traitement composite ici.

Résultats de fabrication

Lien vers les résultats de fabrication dans la page des paramètres système dans la connaissance des systèmes

Les résultats de fabrication sont le résultat de la relation processus-structure-matériau intrinsèque associée aux matériaux composites. Les résultats sont les paramètres qui sont suivis pour l'évaluation afin de définir la qualité et productibilité. Les résultats qui ne satisfont pas à l'ensemble des exigences de fabrication du matériau traité sont appelés défauts.

Les résultats de fabrication peuvent être mesurés ou suivis comme :

• Résultats intermédiaires – (par exemple, température observée dans un matériau) changements d'un matériau au cours d'une étape du processus.
• Résultats finaux – (ex. résine finale degré de guérison) généralement mesuré à la fin d'une étape du processus et indépendamment de toute connaissance de l'historique du processus.

Il convient de souligner que les résultats de fabrication dépendent très souvent des interactions du système. Pour un résultat de fabrication d'intérêt donné, les dépendances en amont ont le potentiel d'être les causes profondes des dépendances en aval en tant qu'effets d'entraînement.

Cliquez ici pour en savoir plus sur des exemples de résultats de fabrication et leurs dépendances système, (dans le volume Connaissance des systèmes) où ce sujet est traité plus en détail.

Références

À propos	Aide

Matériaux d'ingénierie (conçus pour avoir des propriétés spécifiques) fabriqués à partir de deux ou plusieurs matériaux constitutifs ayant des propriétés physiques ou chimiques différentes. Les constituants restent séparés et distincts au niveau macroscopique au sein de la structure finie.

En ce qui concerne la fabrication, le risque est la combinaison de la probabilité et des conséquences de résultats de fabrication indésirables. Le risque de fabrication peut entraîner des problèmes techniques, des retards de programme/calendrier et des dépassements de coûts.

Toute activité de fabrication et/ou de prise de décision qui se produit à n'importe quelle étape du cycle de conception de développement (par exemple, de la conception à la production).

Dans le contexte des connaissances en pratique, la pratique fait référence à l'utilisation systématique des connaissances scientifiques pour réduire les risques, les coûts et le temps de développement des composites.

Matériau et processus (M), forme (S), outillage et consommables (T) et équipement (E) - tous ont un effet lié sur l'étape du processus (P). (Voir l'ontologie de l'usine MSTE)

Pour les composites à matrice polymère (PMC), la résine fait référence à la matrice ; la phase matérielle continue qui lie le renfort ensemble, maintient la forme et transfère la charge. Les résines sont divisées en deux groupes principaux : les thermodurcissables et les thermoplastiques.

Le moulage par transfert de résine (RTM) consiste à charger une préforme dans un outil assorti en deux pièces (ou plus), à le fermer et à injecter de la résine sous pression (~ 15-100 psi, ou ~ 1-7 bar).

Bien adapté aux pièces de petite à moyenne taille, limité aux grandes tailles en raison des charges de pression d'injection et du coût de l'outil.

Poste individuel au sein d'une usine où un ensemble donné de tâches est accompli (également appelé « cellule de travail »). Certaines cellules peuvent ajouter directement de la valeur au produit (par exemple, dépôt), tandis que d'autres peuvent jouer un rôle de support essentiel au maintien de la qualité des pièces (par exemple, réception, stockage, inspection et expédition).

Composants clés de tous les procédés de fabrication composites. Collectivement, les quatre thèmes représentent l'histoire temps-température-pression-vide, qui est traditionnellement utilisée pour définir un cycle de fabrication.

Les quatre thèmes de traitement sont :

• La gestion thermique
• Gestion des dépôts de matériaux
• Gestion des flux et consolidation
• Gestion des contraintes résiduelles et contrôle dimensionnel

(Identique à "Thème")

Les résultats représentent la gamme de réponse/sensibilité aux attributs du système d'usine. Ceux qui ne satisfont pas aux exigences de fabrication sont appelés défauts. Des exemples de résultats de fabrication comprennent les résultats de paramètres de processus, les résultats de structure matérielle et les résultats de performance matérielle.

La capacité du processus de fabrication à produire des pièces de qualité acceptable (par exemple, répondre aux exigences d'ingénierie, de fabrication, réglementaires), de manière répétitive et robuste.

Le degré de durcissement (DOC) est une indication de l'avancement de la réaction de durcissement chimique (processus de réticulation) dans une résine thermodurcissable.

DOC est défini par un nombre entre 0 et 1 (ou 0% et 100%) où 100% est une résine entièrement durcie. Il n'est pas nécessaire qu'il atteigne 100 % à fond pour que la résine devienne solide ou la pièce à utiliser. Dans certaines applications aérospatiales, les résines ne sont durcies qu'à environ 90 %. Plus le degré de durcissement est élevé, plus les propriétés mécaniques sont élevées.