Présentation

Article interactif

1 - DÉFINITION GÉNÉRALE DES TISSUS 3D

2 - PROCÉDÉ DE PRODUCTION DES TISSUS 3D

3 - PROPRIÉTÉS DES TISSUS 3D

4 - APPLICATIONS

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : N4615 v1

Applications
Tissage 3D - Procédé et produits

Auteur(s) : François BOUSSU, François CHARLEUX, Mathieu DECRETTE

Relu et validé le 17 juin 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Le procédé de tissage 3D permet de réaliser des renforts tissés complexes et adaptés à la forme finale du matériau composite. Les différents paramètres produits de ces tissus 3D permettent d’obtenir des propriétés mécaniques plus adaptées à la résistance au délaminage et à l’impact. Une définition générale de ces tissus 3D interlock chaîne, incluant les différents types de fils et leurs évolutions dans la structure tissée, illustre dans cet article la diversité des architectures disponibles pour s’adapter au besoin des concepteurs de matériaux composites.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

3D weaving. Process and products

The 3D weaving process makes possible the production of complex woven reinforcements adapted to the final shape of the composite material. The different product parameters of these 3D fabrics allow to obtain mechanical properties well adapted to the resistance to delamination and impact. A general definition of these 3D warp interlock fabrics, including the different types of yarns and their evolution in the woven structure, illustrates in this article the diversity of architectures available to adapt to the needs of composite material designers.

Auteur(s)

  • François BOUSSU : Professeur des Universités - Laboratoire de Génie et Matériaux Textiles - Ecole Nationale Supérieure des Arts et Industries Textiles, Roubaix

  • François CHARLEUX : Adjoint Métier Procédés CMO/CMC - Département Matériaux – YQMA - SAFRAN AIRCRAFT ENGINES, Villaroche

  • Mathieu DECRETTE : Maître de Conférences - Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles - Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs Sud-Alsace - Université de Haute Alsace, Mulhouse

INTRODUCTION

Suite aux premiers essais de tissage interlock 3D des années 80, plusieurs études majeures du domaine ont mis en évidence, entre 1990 et 2000, les nombreux avantages de l’utilisation de tissus 3D, utilisés seuls ou en tant que renforts fibreux pour matériaux composites. Les avantages technologiques et économiques de ces tissus 3D par rapport à d’autres renforts textiles ont été prouvés dans différentes applications de matériaux composites. Cependant, ce type de tissu présente également certains inconvénients en raison de son architecture particulière et son mode de production spécifique.

Différentes classifications précédentes sur les tissus 3D en général ont conduit à des définitions plus ou moins précises par le croisement de critères mélangeant la dimension du produit tissé avec la direction privilégiée de manipulation des fils dans l’espace cartésien.

Des résultats de recherche de la décennie 2010 ont permis d’identifier les avantages et les inconvénients résultant de la multitude d’architectures qui peuvent être conçues et produites, ce qui aboutit à une grande diversité de combinaisons d’entrecroisement entre les fils de chaîne et trame, tant dans le plan qu’à travers l’épaisseur de la structure tissée en 3D.

Des observations expérimentales détaillées sur les matériaux composites fabriqués à partir de tissus 3D ont permis de déterminer l’influence de l’architecture textile sur les propriétés mécaniques et les mécanismes de rupture associés. Ces structures, en raison de leur type de consolidation spécifique à travers l’épaisseur, révèlent des propriétés mécaniques intéressantes, en particulier lorsqu’ils sont utilisés comme renfort fibreux dans des matériaux composites en comparaison avec des structures de tissus laminés. En effet, les tissus 3D, et plus spécifiquement les tissus 3D interlocks chaînes, améliorent la résistance du matériau composite au délaminage grâce à la présence d’un fil de liage dans l’épaisseur de la structure tissée. La résistance aux chocs de la pièce composite est par conséquent plus élevée. Ainsi, la zone endommagée des tissus 3D interlocks chaînes par impact ou choc est réduite en dimensions par rapport à des matériaux composites renforcés de structures de tissus laminés. De plus, les matériaux obtenus semblent être plus résistants à de multiples impacts.

Depuis les années 2000, des travaux de recherche ont également mis en évidence les endommagements causés aux fils pendant le processus de tissage, principalement par l’abrasion entre les fils mais aussi par le contact avec d’autres parties de la machine à tisser. Cet endommagement peut être mesuré et calculé via un coefficient de perte tout au long du processus de production, ce qui nous a permis d’identifier les principales causes de cette dégradation du fil. En conséquence, il est donc recommandé d’adapter le processus de production et la machine à tisser pour minimiser la dégradation des fils pendant la phase de tissage.

Cependant, parmi toutes les études effectuées sur les tissus 3D interlocks chaînes, il est parfois difficile de reconnaître avec précision le type d’architecture utilisé et d’indiquer ensuite quels sont les paramètres produits et/ou procédé qui sont responsables de l’effet obtenu. C’est pourquoi il est nécessaire de dégager une définition générale des tissus 3D interlocks chaînes afin de mieux les décrire et les modéliser géométriquement.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

textile composite   |   3D fibrous reinforcement   |   3D weaving process   |   3D warp interlock fabric

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n4615


Cet article fait partie de l’offre

Textiles industriels

(40 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

4. Applications

4.1 Renforts de composites

HAUT DE PAGE

4.1.1 Matrice céramique

Les interlocks couche à couche (de type AL) peuvent être considérés comme des multicouches de type multi-satins particuliers. Si on généralise aux différents tissus multicouches, une première application de ce type de tissage 3D a été réalisée sur les volets secondaires de tuyère du turboréacteur M88 qui motorise le Rafale (figure 19). Ces volets réalisés en matériau composite à matrice céramique (CMC) bénéficient de l’apport d’un renfort de type multicouche. En effet, un renfort fibres longues permet d’éviter les défauts d’une céramique monolithique en apportant un allongement à rupture de l’ordre de 1 %, une bonne tenue à l’impact et au choc thermique ainsi qu’aux charges dynamiques. Le fait d’avoir un renfort 3D leur évite d’être sensibles au délaminage, phénomène critique pour ce type de matériaux dans le cas d’un renfort 2D drapé. De plus, ce renfort est adapté à une géométrie complexe comportant des bossages en particulier. En production depuis le premier vol de ce moteur en 1990, ces volets réalisés en fibres de carbone et matrice carbure de silicium ont montré un comportement robuste en service opérationnel.

Les activités de R&D se sont poursuivies au sein du groupe Safran pour appliquer ce type de matériaux aux pièces aéronautiques. Un exemple est le démonstrateur de plug CFM56 (figure 19) qui a été certifié pour réaliser des vols sur avion de ligne A320. Cette pièce réalisée à partir de fibres et matrice de carbure de silicium est basée sur un renfort 3D interlock permettant d’atteindre des épaisseurs de paroi inférieures à 1 mm, lui conférant une masse inférieure à la pièce série en titane, tout en bénéficiant d’un traitement acoustique.

HAUT DE PAGE

4.1.2 Matrice thermodurcissable (focus...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Textiles industriels

(40 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Applications
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CAHUZAC (G.) -   Armature tissée pour matériau composite.  -  France Brevet FR 2 610 951, 17/02/1987.

  • (2) - BATEUP (L.), BUCKLEY (M.), LEWIN (B.), LONG (A.), MCIHAGGER (R.), TAYLOR (L.) -   HYBRIDMAT 4 : Advances in the manufacture of 3-D preform reinforcement for advanced structural composites in aerospace – a mission to the USA  -  (2006).

  • (3) - BAUCOM (J.N.), ZIKRY (M.) -   Evolution of Failure Mechanisms in 2D and 3D Woven Composite Systems Under Quasi-Static Perforation.  -  Journal of Composite Materials, vol. 37, n° 18, pp. 1651-1674, 01/01/2003.

  • (4) - BOUSSU (F.) -   Solutions textiles pour la protection balistique – Application au blindage des véhicules terrestres ou aéroportés.  -  FUTEX, Marcq en Baroeul, 10-11/01/2007.

  • (5) - LOMOV (S.), BOGDANOVICH (A.), IVANOV (D.), MUNGALOV (D.), KARATHAN (M.), VERPOEST (I.) -   A comparative study of tensile properties of non crimp 3D orthogonal weave and multi layer plain weave e-glass composites. Part 1: Materials, Methods and Principal Results....

NORMES

  • Textiles – Dictionnaire des termes normalisés – NF G00-001 - AFNOR - (1988)

  • Textiles – Armures – Codage et Exemples ISO 9354 - ISO - (1989)

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Constructeurs de machines à tisser et de formation de la foule

    Dornier

    https://www.lindauerdornier.com/en/

    Stäubli

    https://www.staubli.com/fr-fr/

    Producteurs de fil carbone

    Toray 

    https://www.toray.com/

    Teijin

    https://www.teijin.com/

    Hexcel

    https://www.hexcel.com/

    Tissage de tissus 3D

    Porcher Industries

    https://www.porcher-ind.com/

    Albany

    https://www.albint.com/

    Sigmatex

    https://www.sigmatex.com/

    Shape 3

    http://www.shape3.com/Frameset_Shape3.htm

    Evénements

    Salon Techtextil (axé produits textiles, organisé les années impaires à Francfort)

    https://techtextil.messefrankfurt.com/frankfurt/en.html

    Salon ITMA (axé machines textiles, organisé tous les quatre ans)

    https://www.itma.com/

    3D Fabrics : World Conference on 3D Fabrics and their Applications (organisé les années paires)

    https://texeng.net/conferences/

    TEXCOMP : The International Symposium on Textile Composites (organisé tous les deux ans)

    Laboratoires – Écoles

    Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs Sud-Alsace, Mulhouse

    http://www.ensisa.uha.fr/

    Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles, Mulhouse

    http://www.lpmt.uha.fr/...

    Cet article est réservé aux abonnés.
    Il vous reste 94% à découvrir.

    Pour explorer cet article
    Téléchargez l'extrait gratuit

    Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


    L'expertise technique et scientifique de référence

    La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
    + de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
    De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

    Cet article fait partie de l’offre

    Textiles industriels

    (40 articles en ce moment)

    Cette offre vous donne accès à :

    Une base complète d’articles

    Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

    Des services

    Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

    Un Parcours Pratique

    Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

    Doc & Quiz

    Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

    ABONNEZ-VOUS

    Sommaire

    QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

    1/ Quiz d'entraînement

    Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

    2/ Test de validation

    Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

    Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


    L'expertise technique et scientifique de référence

    La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
    + de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
    De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

    Cet article fait partie de l’offre

    Textiles industriels

    (40 articles en ce moment)

    Cette offre vous donne accès à :

    Une base complète d’articles

    Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

    Des services

    Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

    Un Parcours Pratique

    Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

    Doc & Quiz

    Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

    ABONNEZ-VOUS