Planification de trajectoires pour placement automatisé de fibres sur surfaces de géométries complexes

Durant les 50 dernières années, l'utilisation des matériaux composites pour la fabrication de structures à hautes performances a connu un essor, dû notamment à l'industrie aéronautique. Toujours à la recherche de matériaux plus légers et performants pour la construction d'aéronefs, et devant tenir compte des contraintes de productivité pour rester compétitif, ce secteur a encouragé le développement de nouvelles technologies de production telles que le Placement Automatisé de Fibres (AFP). Cette technologie permet d'automatiser la production de structures en matériaux composites à l'aide de pré-imprégnés. Ces derniers se présentent sous forme de bandes composées de tresses de fibres (verre, carbone, etc.) imprégnées de résine semi-polymérisée. La plupart des cellules d'AFP actuellement en service ont été conçues pour la fabrication de larges panneaux plats ou présentant de faibles courbures, comme par exemple les fuselages d'avion. Cependant le secteur de l'aéronautique, mais également les industries de production d'équipement de sport s'intéressent à présent à cette technique pour la fabrication de pièces de plus faibles dimensions et possédant des géométries plus complexes. L'objectif du projet dans lequel s'inscrit le travail présenté ici est donc de mettre au point une cellule de travail et des techniques permettant la production de telles pièces par AFP. La recherche présentée dans ce mémoire concerne plus particulièrement le développement de nouvelles méthodes de planification de trajectoires pour AFP. La majeure partie de l'étude s'est concentrée sur la génération de celles-ci sur un type de surfaces en particulier : les surfaces de révolution multi-axiales de section circulaire constante telles que des tubes en forme de « Y ». Plusieurs algorithmes de génération de trajectoires seront présentés au travers de ce mémoire, chacun cherchant à couvrir la surface de la pièce le plus complètement possible afin de produire des objets finaux en un seul tenant. La méthodologie utilisée dans deux de ces algorithmes est de couvrir individuellement chaque branche par des trajectoires dérivant des hélices. Dans un cas l'hélice sera coupée au niveau de la jonction entre les branches (algorithme HD) et dans l'autre cas cette hélice pourra être déformée (algorithme HA) pour épouser les contours de la jonction. Les différentes branches seront ensuite liées entre elles grâce à une trajectoire définie sur l'intersection des cylindres. Ces deux méthodes ont cependant révélé posséder plusieurs défauts qui pourraient compromettre leur utilisation en pratique, ou conduire à la production de pièces présentant des défauts affaiblissant leurs propriétés mécaniques. Deux autres algorithmes ont donc été développés afin d'améliorer les trajectoires produites.