Enroulement de filament continu

Types de bobinages à filaments continus

Le procédé de bobinage à filaments continus consiste à enrouler des fibres continues de manière serrée sur un mandrin tournant selon un motif précis et prédéterminé. En faisant varier l'orientation des fibres, la procédure crée des composants composites présentant des caractéristiques anisotropes. En fonction du nombre d'axes sur lesquels ils sont enroulés, les types de bobinages à filaments continus peuvent être divisés en bobinages monoaxe, biaxe, triaxe et plus.

• 1. Bobinage monoaxe : Dans cette méthode, les fibres sont enroulées directement sur le mandrin ou le cœur de la pièce (généralement cylindrique). Afin de créer des matériaux composites aux propriétés anisotropes, l'axe d'orientation des fibres est souvent choisi pour maximiser les performances structurelles et minimiser le poids. Cette méthode est simple, économique et parfaite pour fabriquer des articles composites présentant des performances élevées dans une seule direction.
• 2. Bobinage biaxe : Le processus crée des matériaux composites en enroulant des fibres dans deux directions différentes (généralement perpendiculaires l'une à l'autre) sur le mandrin. Des composants présentant deux caractéristiques d'intégrité structurelle orthogonales peuvent être fabriqués à l'aide de cette méthode. Elle offre une grande flexibilité de conception et une excellente résistance.
• 3. Bobinage triaxe : Semblable à la méthode de bobinage biaxe, cette technique enroule des fibres dans trois directions différentes sur le mandrin. Elle offre une grande polyvalence de conception et une intégrité structurelle améliorée dans les trois directions. De plus, cette machine de bobinage à filaments continus peut être facilement personnalisée pour répondre à des exigences spécifiques en ajustant les types de fibres et les fractions volumiques afin d'optimiser les caractéristiques du matériau composite.
• 4. Bobinage multiaxe : Un bobinage à filaments avec plus de trois directions de fibres est appelé bobinage multiaxe. Il peut créer des matériaux composites avec de nombreuses directions de fibres. Cette méthode améliore les qualités mécaniques du matériau composite tout en permettant une plus grande flexibilité de conception. Néanmoins, cette méthode est souvent plus coûteuse et plus difficile à comprendre que les autres.

Spécifications et entretien du bobinage à filaments continus

Spécifications

• Angle de bobinage :

  Le paramètre fondamental du procédé de bobinage de fibres continues est l'angle de bobinage, qui est l'angle formé par la direction de la fibre et la direction axiale de la pièce. La force circonférentielle pour les marchandises augmente avec l'augmentation des angles de bobinage, et la densité de bobinage diminue.

• Vitesse :

  La vitesse de bobinage des filaments a un impact sur le taux de production et la qualité des couches de bobinage. Des vitesses de bobinage plus élevées peuvent augmenter la productivité, mais peuvent entraîner une précision de bobinage et une compacité des couches moins élevées.

• Tension :

  La tension des fibres est la force appliquée aux filaments continus pendant le bobinage. Une tension des fibres adéquate garantit un étalement et une compacité des couches uniformes. Une tension des fibres appropriée permet aux filaments continus de se répartir uniformément et de s'empiler fermement, ce qui est utile dans le processus pour améliorer la qualité et les performances mécaniques du produit.

• Épaisseur de la couche :

  L'épaisseur de la couche fait référence à l'épaisseur de la couche de bobinage formée par les filaments continus. Dans le processus, l'épaisseur de la couche affecte les caractéristiques mécaniques et l'efficacité du bobinage des produits.

• Matériau :

  Les matériaux pour le bobinage de filaments peuvent inclure des fibres composites (telles que des fibres de carbone, des fibres de verre, etc.), des plastiques, etc. Divers matériaux possèdent des propriétés physiques et chimiques distinctives, ainsi que la continuité de leurs filaments.

Maintenance

• Nettoyage régulier :

  Il est essentiel de s'assurer que les filaments composites d'équipement et d'attention sont des dispositifs de bobinage propres. Un petit test d'échantillon peut être effectué pour s'assurer que les agents de nettoyage sont efficaces et ne risquent pas d'endommager l'équipement.

• Lubrification des pièces :

  Graisser régulièrement les pièces mobiles comme les roulements et les rails coulissants pour connaître leur durée de vie et maintenir leur bon fonctionnement ; inspecter les moules et tuyaux de bobinage fréquemment utilisés pour vérifier l'usure, les obstructions ou autres problèmes. Réparez ou remplacez-les au besoin pour maintenir la stabilité et la précision du bobinage des filaments.

• Inspection du système électrique :

  Vérifiez les circuits électriques, les connecteurs, etc. de la machine de bobinage des filaments pour vous assurer que le système électrique fonctionne correctement et en toute sécurité.

• Étalonnage :

  Étalonnez régulièrement les paramètres des machines de bobinage des filaments, tels que la vitesse, la tension, l'angle, etc., pour garantir la précision et la stabilité du bobinage des filaments.

Scénarios d'application des machines de bobinage à filaments continus

Le processus de bobinage à filaments continus est la méthode privilégiée pour produire de grandes quantités de produits composites destinés à l'aérospatiale, au pétrole, au gaz, à la chimie, à l'armée et à d'autres industries. Le contrôle automatique et le bobinage à grande vitesse des machines de bobinage à filaments continus permettent un processus de production efficace pour créer des produits composites.

• Aérospatiale : La résistance des matériaux composites les rend idéaux pour une utilisation dans l'industrie aérospatiale. Les produits aérospatiaux bobinés à filaments se trouvent souvent dans les domaines suivants : coques de fusées et de vaisseaux spatiaux, éléments structurels, réservoirs sous pression, enceintes de satellites, composants de fuselage d'avions et plus encore.
• Réservoirs et conduites de stockage du pétrole et du gaz : La technologie de bobinage à filaments continus peut produire des conduites composites thermodurcissables offrant une résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques élevées. Ces conduites sont idéales pour le transport du pétrole et du gaz. De plus, les réservoirs de stockage composites fabriqués selon le procédé de bobinage à filaments continus peuvent facilement résister à la dégradation généralement causée par les produits chimiques.
• Réservoirs sous pression : Le bobinage à filaments continus est couramment utilisé dans la production de réservoirs sous pression tels que ceux utilisés pour le stockage des gaz. Les caractéristiques de haute pression, légèreté et résistance à la corrosion des matériaux composites les rendent idéaux pour le bobinage de filaments, ce qui améliore encore leurs qualités protectrices. Par conséquent, les réservoirs sous pression bobinés à filaments continus sont souvent choisis pour une utilisation dans les industries chimiques, les installations de production d'énergie et les entreprises offshore.
• Équipement militaire : La résistance des matériaux composites les rend idéaux pour une utilisation dans l'industrie militaire. Les matériaux composites fabriqués selon la technique de bobinage à filaments continus se retrouvent dans l'équipement militaire, comme les tubes de lancement de fusées, les composants d'abris militaires, etc.
• Industrie automobile : L'industrie automobile utilise des machines de bobinage de filaments pour fabriquer des pièces automobiles composites thermodurcissables. Les pièces sont légères et résistantes. Voici quelques exemples de pièces automobiles fabriquées à l'aide de machines de bobinage de filaments : les ressorts à lames, les arbres de transmission et les poutres de pare-chocs.
• Bras robotisés : Les robots dont les bras sont fabriqués selon le procédé de bobinage à filaments continus sont robustes et légers. Leur durabilité leur permet également de faire face facilement aux environnements extrêmes. Que ce soit dans un environnement industriel, de fabrication ou militaire, les bras robotisés bobinés à filaments continus sont à la hauteur de la tâche.

Comment choisir des bobineuses à filaments continus

Les machines de bobinage à filaments continus automatiques et manuelles présentent toutes deux des avantages et des inconvénients. Lors de l'achat d'une machine, les éléments suivants vous aideront à faire le bon choix pour votre entreprise.

• Quantité de produits fabriqués

  Pour les acheteurs qui produisent un grand nombre d'articles, tels que des tuyaux, des réservoirs, des tubes et d'autres composants structurels, une machine automatique est adaptée car elle produira une quantité plus élevée par heure. En revanche, une machine manuelle peut être abordable, et les opérateurs peuvent déplacer les articles à la main.

• La complexité de chaque produit

  Pour les articles présentant des angles de bobinage compliqués ou plusieurs couches, une bobineuse à filaments automatique est préférable, car elle peut gérer des motifs de bobinage de filaments complexes avec un contrôle et une constance précis. L'utilisation d'une machine automatique garantira l'uniformité de tous les produits fabriqués. Si les articles à produire ne nécessitent que des formes simples, une machine manuelle peut être utilisée.

• Flexibilité pour changer de tâches

  Dans les lignes de production où divers produits doivent être fabriqués avec différents motifs et angles de bobinage, une machine automatique est préférable, car elle est programmable et peut être configurée pour bobiner selon différents motifs. Les machines de bobinage de filaments qui sont utilisées manuellement ont une plus grande capacité à changer de tâches, car l'opérateur peut déplacer les articles qui sont bobinés dans n'importe quelle direction.

• Besoins en espace

  Les machines de bobinage de filaments qui sont utilisées manuellement sont plus petites et nécessitent moins d'espace qu'une machine automatique, qui est plus grande en raison du composant d'automatisation. La zone de stockage aura un impact sur le type de machine qui peut être acheté.

• Contraintes de coût

  Les machines automatiques sont plus chères que les machines manuelles en raison de leur automatisation et de leur capacité de production plus élevée. Le coût sera une considération lors de la décision sur le type de machine qui peut être acheté.

• Compétences des opérateurs

  Il faut tenir compte du nombre d'opérateurs qualifiés disponibles pour l'utilisation de la machine. Les machines automatiques peuvent nécessiter une formation spécialisée, tandis que les machines manuelles sont plus faciles à utiliser et peuvent ne pouvoir être utilisées que par un petit nombre de personnes.

Q&A

Q : Quels sont les avantages du bobinage à filaments continus ?

R : Le processus de bobinage à filaments continus présente de nombreux avantages. Il produit d'excellents rapports résistance à la traction et résistance à la flexion par rapport au poids. Il peut fabriquer économiquement de grandes quantités de tuyaux cylindriques ou de produits composites de forme personnalisée. L'utilisation de matériaux et l'espace de fabrication peuvent être réduits grâce à des densités de bobinage plus élevées et à des interstitiels plus faibles, respectivement. La technique se prête également à l'automatisation.

Q : Quelle est la flexibilité des paramètres de conception dans le processus de bobinage de filaments ?

R : La machine de bobinage de filaments peut modifier l'angle des fils, la température et la pression dans le bain chimique, ainsi que la vitesse de rotation du mandrin. Des angles de bobinage compris entre 0 et 90 degrés sont typiques dans la conception composite. Un réseau orthogonal, où les angles de 0 et 90 degrés sont alternés, est également courant pour augmenter la résistance dans toutes les directions. L'abaissement de la température peut augmenter sa viscosité, tandis que des tr/min plus élevés peuvent réduire le temps de traitement.

Q : Quels types de matériaux sont utilisés pour le bobinage de filaments ?

R : Les matériaux courants pour le bobinage de filaments comprennent la fibre de carbone, la fibre de verre, la fibre d'aramide, la résine époxy, etc. La fibre de carbone présente un rapport résistance/poids élevé, des propriétés mécaniques supérieures, une résistance chimique et une faible dilatation thermique. La fibre de verre est moins coûteuse, mais offre une durabilité et une résistance décentes. La fibre d'aramide présente une résistance élevée aux chocs. La résine époxy est préférée en raison de sa large liaison, de sa résistance chimique et de sa durabilité.

Q : Quels sont les principaux types de bobinage de filaments ?

R : Les trois types de bobinage de filaments les plus courants sont le bobinage à la volée, le bobinage automatique et le bobinage robotisé. Le type de bobinage à la volée fait déplacer les fils d'avant en arrière sur un mandrin en rotation. Un cadre fixe est utilisé dans le bobinage automatique de filaments, où les fils sont tissés à plusieurs reprises autour d'un objet fixe. Dans le bobinage robotisé de filaments, une unité à commande numérique ou informatisée déplace avec précision les trajectoires des fibres autour de la forme.