Projet Fast FORM : rupture technologique dans la réalisation de préformes pour pièces composites structurales de grandes dimensions

Les matériaux composites (combinaison de renforts fibreux et de matrices polymères) constituent des leviers majeurs pour répondre aux nouveaux enjeux industriels en raison de leurs propriétés (ratio spécifique propriétés mécaniques/masse) et de leur capacité de revalorisation. Au-delà de ce potentiel, ces matériaux nécessitent une importante phase d'industrialisation en vue de s'accorder avec les exigences du marché, illustrée par le développement de technologies de production innovantes sur lesquelles s’est positionné l’IRT M2P à travers le projet Fast FORM.
 

Porté par l'industrie automobile, en recherche de solutions d’allégement des véhicules dans le respect des nouvelles normes européennes, Fast FORM a été lancé en mars 2016 pour une durée de 5 ans et un budget de 8,5 millions d’euros. Le projet a réuni un consortium composé de 14 partenaires autour du développement des moyens et équipements permettant la réalisation de préformes hybrides et fonctionnalisées pour pièces composites structurales de grandes dimensions.
 

Développer une solution pour répondre aux nouveaux besoins industriels 

Fast FORM a permis de développer une plateforme de préformage embarquant différents procédés. Ainsi le projet a permis d’alimenter en préformes « sèches », avec les mêmes contraintes industrielles de cadence (2 minutes par temps de cycle) et de coût, des procédés d’injection de type RTM. L’IRT M2P propose aujourd’hui, à travers cette plateforme, de répondre à un cahier des charges par une solution technico-économique tout en optimisant l’engagement matière.  

Deux axes majeurs ont été explorés en ce sens :

• La méthodologie de conception de préformes sèches sur mesure ;
• Le développement de procédés de fabrication de rupture de ces préformes.

L'innovation développée dans le cadre de Fast FORM réside dans la capacité à concevoir des préformes sur mesure en un seul cycle de production et en combinant 3 procédés principaux de préformage que sont l’estampage, la dépose automatique de renforts et la projection simultanée de fibres coupées. L’IRT M2P s’est doté d’un ilot industriel automatisé et supervisé pour développer une solution complète pour la fabrication de composites, depuis les matières premières jusqu'aux pièces composites hybrides et fonctionnalisées (via l’intégration de capteurs ou puces de traçabilité par exemple), qui se démarquent de l'état de l'art actuel.

Pour y parvenir, des préformes ont été définies à partir de spécifications géométrique, mécanique et fonctionnelle en vue de démontrer la capacité d'hybridation des différents procédés pour atteindre des objectifs de coût / cadence /taux/ réduction des déchets de matériaux/ performance mécanique. 
Une importante phase de développement a été menée pour la réalisation de la plateforme : des processus ciblés ont permis de dresser l’ensemble des équipements nécessaires et les technologies intégrées ont toutes été testées et éprouvées sur l'ensemble des matériaux utilisés dans un cycle de production.

L’étape d'intégration et de mise en œuvre des différents équipements a conduit à la réalisation des premières préformes, mono-process dans un premier temps, puis hybrides en décembre 2018. Une doublure de portière de voiture avec fonction anti-intrusion intégrée a permis de valider tous les développements sur un cas applicatif réel. La phase d'optimisation des procédés a permis d’aboutir à la réalisation de pièces issues de cette préforme respectant les spécifications mécaniques cibles (en statique et en dynamique) mais aussi le matériau dans un temps de cycle conscrit ainsi qu’à la conception et à la méthodologie de traitement d'une préforme sèche. 
 

Vers une démocratisation du recours à une innovation plus verte

L'intérêt des matériaux composites (autorisant l’intégration de fonctions) dans la fabrication de pièces automobiles réside dans leur capacité à remplacer les sous-ensembles actuels par une pièce unique. Cela permet des gains en termes d'assemblage, donc de masse et la réduction d’étapes de fabrication. 

Fast FORM offre de nouvelles perspectives pour les véhicules grande série avec la production de préformes sur mesure en un temps court et un cycle automatisé tout en maîtrisant le rapport coût / performance, première étape avant les procédés d'injection et la réalisation d'une pièce en composite. Par ailleurs, à travers une conception optimisée de la préforme grâce à la simulation numérique, la plateforme Fast FORM permet de réduire l’impact environnemental et les risques humains :

• Suppression des étapes manuelles grâce à une plateforme de préformage entièrement automatisée et donc des risques pour la santé et la sécurité des opérateurs ;
• Réduction de la non-qualité par la surveillance des processus de fabrication ; 
• Maximisation de l’engagement matière grâce à un algorithme combinant les propriétés des matériaux, leur coût, mais aussi les déchets générés lors de leur transformation de manière optimale ;
• Réintégration des déchets issus de coupe dans la ligne de production permettant ainsi d’atteindre des taux de déchets inférieurs aux processus standard ;
• Utilisation de matières premières à faible impact environnemental (fibres de carbone recyclée, ou fibres naturelles par exemple) et de matériaux recyclables en fin de vie ;
• Réduction des températures de production et remplacement de certaines étapes traditionnelles du préformage (aspiration, chauffage par flux d'air) et, par conséquent, de la consommation d'énergie.
• Possibilité d’obtenir des matériaux composites durables et recyclables par l’addition de résines bio-sourcées ou thermoplastiques.

Initialement conçue pour répondre aux besoins du secteur automobile, l’innovation développée dans Fast FORM s’adresse à toutes les applications composites nécessitant des préformes spécifiques et cela, pour différents secteurs industriels : automobile, aéronautique, BTP, etc. L’hybridation des procédés et la fonctionnalisation des préformes et donc des pièces finales, permettent de répondre aux multiples spécifications inhérentes aux différents domaines d'application déjà existants. La possibilité de produire des préformes à un coût maîtrisé et répondant le plus précisément possible aux spécifications pourra également intéresser des marchés qui n'utilisent pas les matériaux composites à l’heure actuelle en raison du coût ou du rythme de production des procédés classiques.

Les partenaires du projet Fast FORM

•    ARKEMA
•    CHOMARAT TEXTILE INDUSTRIES
•    COMPOSE
•    CORIOLIS COMPOSITES
•    ESI Group
•    ENGINEERING SYSTEM INTERNATIONAL
•    FAURECIA AUTOMOTIVE COMPOSITES
•    HEXION SAS
•    HUTCHINSON
•    INSTITUT DE SOUDURE GROUPE
•    OWENS CORNING FIBERGLAS FRANCE
•    PINETTE EMIDECEAU INDUSTRIES
•    PSA PEUGEOT CITROEN
•    RENAULT SAS
•    S.I.S.E.