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Information tutoriel

  • Ajouté le: sept. 11 2006 03:24
  • Date Updated: mai 24 2011 01:53
  • Lectures: 7732
 


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Concevoir des pièces en fibres

Posté par Jan on sept. 11 2006 03:24
Vous avez sûrement déjà été confronté, lors de la conception d’un robot, au problème du choix de matériaux. Le bois, facile à travailler, n’offre pas une résistance suffisante pour certaines pièces, le métal comme l’aluminium est plus solide, mais aussi plus lourd et moins facile à travailler, etc …

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Il reste cependant une solution : les fibres composites. Souvent abandonnées parce que ‘trop difficile à mettre en œuvre’, les fibres composites offrent pourtant un résultat très impressionnant tant au niveau mécanique qu’esthétique, et cela pour une quantité de travail raisonnable, à condition de concevoir des pièces à la géométrie simple.

Le cas le plus intéressant : les châssis de robots, souvent plats, ils doivent supporter toute la masse de l’appareil et être facilement modulables en fonctions des besoins qui apparaissent après la conception initiale.

Comment faire...Ce qu’il nous faut :

Pour réaliser nos pièces en fibres, il nous faut des outils et des matières premières.
Pour les matières premières, il y a du choix :
De la résine : vous avez le choix entre résine polyester et résine époxy.

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De la fibre : et oui … il faut de la fibre, mais quelle fibre ? Ici encore beaucoup de choix. Par exemple, il faut savoir que la fibre de carbone est plus rigide que la fibre de verre, mais qu’elle n’autorise pas les mêmes facilités : avec le carbone, la moindre bulle provoque un point faible, et en surface, une bulle se voit comme le nez au milieu de la figure. Il est donc préférable de commencer la manipulation des fibres par du verre, le carbone viendra après. Notez que le kevlar s’additionne au carbone pour obtenir des qualités exceptionnelles. Ensuite il faut choisir un grammage. Sachez simplement que plus le grammage est petit, plus le nombre de couches sera important, et plus grande sera la rigidité. Pour mon exemple, j’ai choisi une fibre de verre de 400 g/m², tissée, qui me permettra de ne faire que 4 couches, mais sans avoir une rigidité extrême.

Du gel-coat : le gel-coat est une sorte de crème qui va nous servir à améliorer l’état de surface de nos pièces. Il est généralement blanc, mais certaines marques le livrent teinté. Il faut prendre garde de bien choisir son gel-coat en accord avec la résine. Pour ma part, ayant travaillé avec de la résine polyester, mon gel-coat est spécialement conçu pour cette résine, et j’ai préféré le prendre de la même marque. Si vous avez choisi le carbone et que vous voulez voir apparaître le motif en surface, le gel-coat est inutile, on lui préférera alors un vernis spécial incolore.

De la cire de démoulage : absolument indispensable. On la trouve sous plusieurs forme : liquide, en pâte, etc. Il n’y a pas d’incompatibilité en la cire et la résine.

Les outils :



Un ou plusieurs pinceaux : On les laissera dans l’acétone dès la fin de leur utilisation pour pouvoir les réutiliser.

Un agitateur : il peut s’agir d’une lame de bois, ou mieux d’une tige de verre. L’agitateur est indispensable, car il ne faut pas mélanger les produits au pinceaux.

Une scie : on la préférera à chantourner, et une scie électrique facilitera les opérations. Prévoir plusieurs lames.

Une cale à poncer et du papier de verre de différents grains : Il faudra d’une part du papier assez gros pour le travail des pièces, et d’autre part du papier très fin à l’eau pour la finition. Mon poil dans la main m’as fait installer une ponceuse à bande en position inversée, qui me servira de banc de ponçage … c’est rapide et efficace, mais plus délicat à manipuler.

Un bac d’eau : pour le papier à l’eau …

Des ciseaux : pour la découpe de la fibre.

Un plan de travail : cf paragraphe suivant pour sa réalisation.

Des serre-joints : de mécanicien ou de menuisier.

Réunir tous ces éléments est la 1ère étape de la création de vos pièces. Vous pourrez trouver les résines et fibres dans des magasins spécialisés, ou dans certaines grandes surfaces de bricolage.

Pour les matières premières, il devrait vous en coûter environ 300 à 400 Frs (45 à 60 €). Cela peut paraître cher, mais avec ces composants, vous pourrez déjà réaliser un certain nombre de pièces de très bonne qualité.

Le plan de travail


Le plan de travail est une surface dure, lisse, et de taille suffisante. En effet, il faut stratifier la fibre sur une surface qui ne doit pas accrocher, et chaque imperfection de cette surface se retrouvera sur la partie visible de la pièce en fibre. L’idéal et le moins cher est de préparer une planche un panneau de contre plaqué de 50*50 cm que l’on vernis et ponce très finement (jusqu’au papier 1200 à l’eau). Vous aurez alors une surface de travail impeccable, et donc des pièces de la même qualité !

Allez, on passe à l’attaque.

Stratification :


Il faut cirer le plan de travail avant toute choses. Même si le manuel d’emploi ne le précise pas, une dizaine de couches de cire, le démoulage n’en sera que facilité.

Préparez ensuite le gel-coat en mélangeant les 2 composants. Je dis bien mélanger, il ne faut en aucun cas le monter en neige ! Chaque bulle emprisonnée dans le gel-coat se retrouvera en surface et donnera un aspect gruyère à votre pièce … Une fois la crème homogénéisée, la déposer sur le plan de travail en une seule fois avec un pinceau large, sans appuyer trop fort, ce qui aurais le même effet que les bulles. Il faut simplement tirer le liquide crémeux sur toute la surface du plan de travail et le laisser quelques minutes au repos, la couche finira de se répartir d’elle-même. Supprimez bien tous les poils de pinceaux qui pourraient se détacher. Cette étape est très importante car c’est d’elle dont dépend l’état de surface de vos futurs pièces.

Si vous avez décidé de ne pas mettre de gel-coat afin de rendre visible le motif du tissus, cette étape est quand même indispensable, mais remplacez le gel-coat par une simple couche de résine.

Entre chaque couche de fibre, il va falloir attendre que la résine soit amoureuse, c’est à dire qu’elle soit presque sèche au toucher, juste encore un peu collante. Cette remarque est vraie aussi pour le gel-coat, il va falloir prendre son mal en patience …

Une fois que le gel-coat (ou la première couche de résine) amoureuse, on applique la 1ère couche de fibre. Pour cela il faut découper un carré de tissu un tout petit peu plus grand que le plan de travail, et le poser délicatement dessus, SANS LA FAIRE GLISSER ! Pour cette étape il est préférable d’avoir un assistant, tenir un carré de tissu de cette taille tout seul n’est pas aisé. Dès que la fibre est posée, il faut l’imbiber de résine (que l’on à préparé juste avant). Une fois encore il ne faut pas déplacer la fibre, donc le pinceau ne doit pas faire de longs aller retours sur le tissus, il sert plutôt à tamponner délicatement pour bien faire pénétrer la résine.

Le première couche est maintenant posée, il faut attendre que la résine devienne amoureuse. Dès que c’est le cas, on applique la 2ème couche, et ainsi de suite jusqu’à obtenir le nombre couches adéquat, c’est à dire tel que l’épaisseur totale représente la moitié de l’épaisseur de l’empennage fini (en général entre 1 et 1.5 mm pour un empennage de 2 à 3 mm) .

Vous avez maintenant une plaque de 50cm sur 50cm, qui sent fort, qui pique les yeux, qui colle, enfin c’est bien parti quoi !

Il faut impérativement attendre le séchage complet de la résine avant de démouler la plaque, soit en général 24 à 48 heures (c’est long mais si vous démoulez avant, la résine va continuer de travailler, comme le bois que l’on débite trop tôt).

Enfin l’heure fatidique du démoulage ! Enfin fatidique … pas tellement J. Il suffit pour mener cette opération à bien de tirer délicatement sur un bout de tissus qui dépasse du bord du plan de travail. Vous avez maintenant dans les mains une demi épaisseur de pièce. Testez la rigidité de l’ensemble, le résultat est déjà surprenant ! Par contre, si vous avez mal travaillé, votre plaque est recouverte de petits trous, résultats des bulles emprisonnées dans le gel-coat (je vous avais pourtant prévenu …). Dans ce cas une seule solution, préparez une petite quantité de gel-coat, bouchez les trous, attendez que ça sèche, et poncez le tout jusqu'à avoir un état de surface impeccable.

Etape suivante, constituer une plaque d’épaisseur finale. Pour cela, il faut supprimer toute la partie qui dépassait du plan de travail lors du séchage, afin d’avoir des bords francs. Tracez ensuite une ligne qui coupe votre plaque en 2 parties égales (2 fois 50cm * 25 cm dans notre cas) et découpez selon cette ligne. Durant toutes les découpes, il faut prendre garde de ne pas faire trop d’éclat, et utiliser une lame à denture fine.

Vous avez maintenant deux demi plaques. Il faut poncer la partie opposée au gel-coat jusqu’à obtenir une surface lisse, mais on s’arrêtera à du papier de grain 400, la surface doit rester un petit peu rugueuse. Vous devez maintenant dépoussiérer efficacement cette surface (la soufflette est utile). Enfin on peut coller les 2 plaques en prenant bien garde de mettre le gel-coat à l’extérieur. Pour avoir un bon collage, il faut opérer sous pression, donc placez les 2 plaques entre 2 planches de bois et serez le tout avec des serre-joints. Attention les 2 plaques ont tendance à glisser l’une par rapport à l’autre au moment du serrage.

Après une bonne journée de séchage, vous pouvez desserrer. Vous voilà en possession d’une magnifique plaque en fibre, dans laquelle nous allons débiter nos pièces. Pour ce faire, nous allons tracer le contour externe des pièces à réaliser (laissez parler l’artiste qui est en vous) en laissant quelques mm de marge tout autour. Afin de ne pas gaspiller, soignez la répartition des débits sur la plaque.

Un petit coup de scie et quelques temps de ponçage après (si vous avez installé un banc de ponçage comme moi, cela peut aller très vite), vous tenez dans votre petite menotte de magnifiques pièces en fibre à la forme voulue.

Finition :


Veillez à ne pas faire d’angle vifs, qui sont des points faibles, ce serait dommage.

L’avantage du gel-coat est qu’il peut être facilement peint. Et on ne s’en privera pas ! Après avoir bien poncé l’ensemble de la pièce au papier à l’eau, la peinture se fera en plusieurs couches fines pour un bon résultat.

Quelques photos de mes réalisations :


Voici quelques photos de mon premier projet, ce n’est pas un châssis de robot, mais des empennages pour mon hélico radio-commandé :

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Auteur Thomas Legrand (Otatiaro) : otatiaro@hotmail.com