Conception d’un outillage de mise en œuvre des composites à haute dynamique thermique via l’utilisation de structures lattices

Matthis Balthazar1,⋆^{1,\star}, Nicolas Baudin2^{2}, Denis Edelin3^{3}, Sébastien Guéroult4^{4}, Vincent Sobotka2^{2}
⋆^{\star} : matthis.balthazar@etu.univ-nantes.fr
1^{1} Institut de Recherche Technologique Jules Verne et Nantes Université, Laboratoire de thermique et énergie de Nantes, LTeN, UMR
2^{2} Nantes Université, Laboratoire de thermique et énergie de Nantes, LTeN, UMR CNRS 6607
3^{3} Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes (LTeN) et ICAM Nantes
4^{4} Institut de Recherche Technologique Jules Verne
Mots clés : Gestion thermique, outillage, mise en forme, composites
Résumé :

La mise en forme des matériaux composites nécessite un apport et une évacuation contrôlés de la chaleur dans la pièce afin de garantir sa qualité tout en permettant une productivité maximale. Dans les procédés nécessitant un outillage pour le formage des matériaux, la régulation thermique est classiquement assurée par des canaux dans lesquels un fluide circule à un débit et une température imposés. Les canaux de régulation doivent se situer le plus proche possible de la surface de la cavité moulante afin d’obtenir un temps de réponse thermique le plus faible possible. Cependant, la distance entre les canaux et la surface de l’outillage est limitée par la résistance mécanique et le marquage thermique des pièces.

Une alternative aux approches classiques est l’utilisation d’un milieu poreux constitué de structures lattices dans lequel un fluide de régulation va circuler. Ces structures poreuses peuvent être intégrées dans les outillages au plus près de la surface car elles apportent un renfort structurel, et évitent le marquage thermique grâce à un écoulement sous forme de « nappe ». L’inertie thermique peut alors être fortement réduite. Cette solution a pour objectif de réduire au maximum le temps de réponse thermique de l’outillage lorsqu’il est soumis à des variations de température, mais aussi de pouvoir concentrer localement les puissances à évacuer ou apporter en adaptant spatialement la porosité de la structure.

Les performances thermiques et hydrauliques du système étant fortement dépendantes de la géométrie, de la porosité, et du matériau constitutif de la structure lattice utilisée, une étude numérique visera à définir la configuration la plus adaptée à notre utilisation.

Les transferts thermiques entre le fluide et la structure en régime stationnaire seront alors analysés afin de déterminer quels sont les phénomènes permettant l’amélioration des transferts thermiques. Les performances thermiques et hydrauliques de plusieurs géométries de structure ayant pour point commun de respecter les contraintes de fabrication additive seront également analysées.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-010

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