Tool path computation of manufactering processes for composites in the context of aeronautical parts fabrication
Calcul de trajets de dépose dans le cadre de la fafrication de pièces aéronautiques
Résumé
In order to produce more fuel-efficient airplanes, the percentage and weight of composites used in structural components are increasing. Manufacturing processes for composites as Automated Tape Laying (ATL) and Automated Fiber Placement (AFP) are used to produce large parts. A part is typically made from many plies laid up on top of each other. A ply is generated by placing tapes side by side. Thus, presented research works contribute to improve manufacturing processes for composites. The aim of the study is to increase the productivity of ATL and AFP by taking into account problems of tool path planning and tool path following up. Firstly, the aim of tool path planning is to optimize the tool path orientation in order to minimize the number of cuts of composite because cuts of composite during manufacturing can slowdown the machine and leave areas without carbon on the surface that weaken the part. Secondly, an optimization method of the head orientation is developed. This method is based on a smoothing of the rotational axes variation and takes advantage of the degree of redundancy of the machine to decrease the kinematic loaded of the machine. This method leads to increase the productivity while ensuring the quality of the final part. Proposed methods of tool path optimization have been implemented in CAM demonstration software dedicated to ATL and AFP and validated on industrial parts. Thus, all the programming process of ATL and AFP machines has been studied from the tool path computation to the simulation of the machine movements.
En réponse à l'augmentation constante du prix du pétrole, le pourcentage des pièces de structure aéronautiques fabriquées en matériaux composites est en nette augmentation. Les procédés de dépose de composite (drapage de bandes et placement de fibres) permettent de fabriquer des pièces multicouches de grandes dimensions en disposant des bandes de composite de carbone pré-imprégné les unes à côté des autres. Ainsi, les travaux de recherche présentés dans ce mémoire contribuent à l'amélioration de la mise en oeuvre des procédés de fabrication de pièces aéronautiques en matériau composite. L'étude s'est focalisée sur l'augmentation de la productivité des procédés de dépose en considérant les problèmes de planification et de suivi de trajectoires de dépose des machines de dépose. Premièrement, la tâche de planification de trajectoires consiste à optimiser la direction des trajectoires de dépose de façon à minimiser le nombre de découpes de composite. Deuxièmement, la réduction des sollicitations cinématiques de la machine lors du suivi de trajectoires de dépose est basée sur un lissage des axes rotatifs associé à une méthode de résolution de la redondance de la machine-outil. Cette méthode conduit à une diminution du temps de dépose tout en assurant la qualité de la pièce finie. Les méthodes d'optimisation de trajectoires proposées ont été implémenées sur un logiciel de FAO de démonstration dédié aux procédés de dépose et validées sur des pièces industrielles. Ainsi l'ensemble du processus de programmation des machines de dépose a été étudié, de la génération de trajectoire à la simulation des mouvements de la machine
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