Propriétés et élaboration des tissus 3D Interlocks chaines

Fort de cette précision sur les différents types d’architectures des tissus 3D interlocks chaines, nous pouvons distinguer leurs différentes propriétés et comportements en fonction de l’architecture choisie.

Les tissus interlocks orthogonaux possèdent des fils de chaîne qui passent à travers l’ensemble de la structure en une colonne de fils de trame, rendant la structure très compacte et rigide [63,64].

Les tissus interlocks d’angle, ont certains fils de chaîne qui passent également à travers de l’ensemble de la structure, mais de manière progressive, ainsi qu’à travers plusieurs colonnes de fils de trame, rendant la structure relativement élastique [65,66].

Les tissus interlocks à liage en couche à couche permettent d’obtenir des structures moins denses et rigides que les tissus interlocks orthogonaux à liage à travers l’épaisseur sans être aussi élastiques que les structures angles interlocks à liage dans l’épaisseur [67].

Ces différentes propriétés résultantes du choix des architectures seront utilisées dans notre étude pour les différents fils comélés afin de trouver le meilleur compromis entre les propriétés mécaniques et leur capacité de drapage lors de l’étape de mise en forme.

De plus, les tissus 3D interlocks chaines peuvent être produits sur des machines à tisser conventionnelles plus ou moins adaptées en fonction de la matière utilisée du fil. Pour réaliser ce type de structure, la cinématique de tissage reste la même que pour la réalisation des tissus 2D (Figure 14).

Figure 14 : Vue en face avant des différents éléments d’une machine à tisser

Les principales étapes de la fabrication d’un tissu sont : l’ouverture de la foule permettant de passer un fil de trame au travers des deux nappes de fils de chaine (Figure 15), le recul du peigne, l’insertion du fil de trame, le tassage pour placer le fil de trame contre le tissu et le changement de foule pour passer à l’insertion de la duite suivante.

Figure 15. Vue latérale lors du mouvement de la formation de la foule

Parmi les machines à tisser conventionnelles, deux types de fonctionnement se différencient par la méthode de mise en mouvement des fils de chaîne : les machines à tisser armurées et Jacquard (Figure 16). Concernant le tissage armuré, les fils de chaîne sont levés ou baissés par groupe à travers des cadres pour former la foule, limitant le nombre d’évolutions différentes de fils de chaîne au nombre de cadres disponibles sur la machine à tisser. Les machines à tisser de type Jacquard, où les fils de chaîne sont levés ou baissés individuellement, n’ont pas l’inconvénient du premier type de machine, mais contraignent le tissu à une densité limitée dépendant de la densité des arcades placées sur la machine à tisser. Dans le cadre du projet MAPICC3D, nous avons utilisé des machines à tisser armurées, du laboratoire GEMTEX, adaptées au tissage des tissus 3D interlocks chaines pour les préformes à base de fils carbones, la machine CARBOMAT, et pour les fils comélés la machine TTF [68].

Figure 16 : Deux types de machine à tisser : (gauche) Armuré – (droite) Jacquard

L’alimentation en fils de chaine des machines à tisser peut être effectuée de deux façons différentes : par une ou des ensouples ou directement par les bobines (Figure 17). Sur ensouple, les fils de chaîne sont enroulés en groupe sur un cylindre que l’on doit préparer

pendant la phase d’ourdissage. Puis les différentes ensouples sont placées sur un cantre d’ensouples. Avec ce système d’alimentation, la tension des fils est contrôlée de manière identique pour l’ensemble des fils alors qu’avec des bobines, la tension des fils est régulée individuellement pour chaque fil de chaîne. Dans le cadre du projet MAPICC3D, nous avons utilisé l’alimentation par cantre d’ensouples pour le tissage des structures tissées 3D interlocks chaines.

Figure 17 : Deux types d’alimentation en fils de chaine : (gauche) par ensouples ou (droite) par bobines

Les machines à tisser Jacquard permettant un nombre plus important d’évolutions de fils de chaînes que les machines à tisser armurées, les possibilités de consommations différentes de fils de chaînes sont aussi grandes que le nombre d’évolutions différentes possibles et donc, peuvent créer autant de problèmes si la tension des fils de chaîne n’est pas régulée individuellement. C’est pourquoi, les machines à tisser Jacquard sont relativement souvent associées à un système de cantre pour contrôler au mieux la tension des fils de chaîne, alors que les métiers armurés utilisent souvent des ensouples qui peuvent être regroupées par consommation similaire.

Afin de pouvoir limiter au maximum les problèmes de tension sur une machine à tisser armurée, les fils de chaîne rentrés dans un cadre peuvent être associés à une même ensouple. Ce système nécessite donc autant d’ensouples que de cadres afin de pouvoir tisser des structures comportant des variations de consommation en fils de chaîne comme les structures tissées 3D interlocks chaines. Dans cette optique, une machine à tisser de prototypage équipée de 24 cadres comportant un cantre pouvant accueillir 24 ensouples a été réalisée au sein du laboratoire GEMTEX [68].

Suivant les paramètres géométriques ou mécaniques désirés, différentes techniques de tissage peuvent être employées. Dans le cadre de nos travaux de recherche répondant aux solutions développées pour les partenaires du projet MAPICC3D, les techniques à employer sont respectivement : le tissage avec différentes densités de fils de chaînes dans des préformes, le tissage avec des variations de densité en sens trame, le tissage par déliage, le tissage tubulaire, le tissage par partie et le tissage créneau. En fonction des applications, ces techniques peuvent être adaptées et/ou assemblées les unes aux autres afin de former des préformes complexes. La technique de tissage permettant différentes densités de fils de chaines consiste à doubler certains fils de chaines ou à réaliser une armure locale avec un plus grand nombre d’évolutions de fils de chaines différentes, dont l’effet sur un tissu est représenté en Figure 18. L’avantage de la première solution est que l’on n’augmente pas le nombre d’évolutions dans la structure et donc le nombre de cadres nécessaires. Par contre, le fait de doubler des fils de chaines revient à obtenir un tissu avec des fils de chaines deux fois moins fins, ce qui peut

engendrer une différence d’homogénéité au sein de la structure et des gradients d’épaisseur pouvant perturber la cinétique de diffusion de la chaleur au sein de la préforme.

Figure 18 : Tissu présentant des différences de densité en fils de chaine (gauche) : densité plus forte - (droite) : densité plus faible.

La technique de tissage permettant la variation de densité en sens trame consiste à réduire l’avance de la machine à tisser ou du tirage du tissu dans la zone que l’on désire plus épaisse, tout en adaptant la structure pour que les fils supplémentaires viennent doubler d’autres fils de trame où soient tissés de manière à augmenter le nombre de fils de trame par colonnes afin d’augmenter au mieux l’épaisseur du tissu. L’effet de cette technique sur un tissu est représenté en Figure 19.

Figure 19 : Tissu présentant des différences de densité trame (haut) plus forte densité – (bas) plus faible densité. La technique de tissage par déliage permet de séparer un tissu 3D interlock chaine en deux tissus plus fins et sans liage. Dans les structures 3D interlocks chaines, le liage des couches de tissu se fait via les fils de chaines liants. Pour séparer un tissu 3D interlock chaine, il faut donc repérer les fils de chaine qui lient les deux parties du tissu que l’on désire, puis de prévoir de nouvelles trajectoires pour chacun des fils repérés afin de ne plus avoir de liage entre les deux parties du tissu. Cette technique permet de tisser un tube « à plat » dans le sens opposé au sens de production tel que représenté en Figure 20.

Figure 20 : Technique de tissage par déliage

La technique de tissage tubulaire permet de tisser un tube dans le sens de production. Dans un tissu 2D, un tube est réalisé en tissant le premier fil de trame pour réaliser la première moitié de la section du tube, puis la deuxième moitié de la section du tube avec le deuxième fil de trame et ainsi de suite. Cette technique peut être adaptée au tissage 3D interlock chaine, dont un exemple est présenté à la Figure 21, où l’on vient tisser une couche de l’interlock par cycle. Cette technique nécessite que le fil de trame soit continu afin de relier les deux parties pour former la partie tubulaire.

Figure 21 : Technique de tissage tubulaire

La technique de tissage par parties permet d’insérer un fil de trame sur une partie de la laize, permettant ainsi de tisser plusieurs zones successivement comme le montre la Figure 22. Par contre, cette technique nécessite un rentrage des fils de chaines par parties, ce qui augmente le nombre de sélection des fils de chaine et rend le nombre total de cadres utilisés plus important.

Enfin, la technique de tissage créneau appliquée à un déliage permet de réaliser une structure déliée dont l’une des deux parties est plus longue que l’autre, et permet donc la réalisation d’un tube en sens opposé au sens de production dont l’axe est excentré par rapport au plan du tissu comme le montre la Figure 23. Cette technique nécessite un système d’avance par retour en arrière de la machine à tisser afin de relier les deux parties en fin de tubulaire, ainsi qu’un système de régulation de tension de certains fils de chaîne afin que ceux-ci soient toujours tendus, même pendant la phase où l’on relie les deux parties de la structure.

Figure 23 : Technique de tissage créneau

5. Choix du procédé de mise en forme et de consolidation des solutions