FR3164939A1 - Injection molding tooling and processes using such tooling - Google Patents
Injection molding tooling and processes using such toolingInfo
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Abstract
Outillage de moulage par injection et procédé utilisant un tel outillage Un outillage de moulage par injection (100) comprend :- un moule (110) présentant une surface interne (100a), - une membrane (130) en regard de la surface interne (110a) du moule (110) délimitant avec la surface interne du moule une chambre d’imprégnation (160), - un élément de fermeture de moule (120) délimitant avec une face extérieure (130b) de la membrane (130) une chambre de compaction (170), - un ou plusieurs orifices d’injection (111) débouchant sur la surface interne (110a) du moule (110), chaque orifice d’injection (111) formant une arête (1110) sur ladite surface interne du moule en vis-à-vis de la membrane (130).L’outillage comprend en outre un déflecteur (140) interposé entre chaque orifice d’injection (111) et la membrane (130) et en ce que le déflecteur (140) comporte une cavité interne (141) en communication fluidique avec l’orifice d’injection et débouchant dans une direction (D140) parallèle à la membrane (130). Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Injection Molding Tooling and a Method Using Such Tooling An injection molding tooling (100) comprises: - a mold (110) having an internal surface (100a), - a membrane (130) opposite the internal surface (110a) of the mold (110) defining with the internal surface of the mold an impregnation chamber (160), - a mold closing element (120) defining with an external face (130b) of the membrane (130) a compaction chamber (170), - one or more injection ports (111) opening onto the internal surface (110a) of the mold (110), each injection port (111) forming an edge (1110) on said internal surface of the mold opposite the membrane (130). The tooling further comprises a deflector (140) interposed between each injection port (111) and the membrane (130) and in that the deflector (140) has an internal cavity (141) in fluidic communication with the injection orifice and opening in a direction (D140) parallel to the membrane (130). Figure for the abbreviation: Fig. 3.
Description
La présente invention concerne le domaine du moulage par injection. Elle concerne plus particulièrement le procédé de moulage par injection utilisant une membrane souple.The present invention relates to the field of injection molding. More particularly, it relates to the injection molding process using a flexible membrane.
Un procédé de moulage par injection pour la fabrication de matériaux composite est connu sous le nom de « Polyflex ». Ce procédé utilise un outillage comme l’outillage de moulage par injection 200 représentée sur la
Une fois la composition d’imprégnation injectée dans le volume délimité entre la membrane 230 et la surface interne 210a du moule 210, une pression isostatique Pi est exercée sur la membrane 230 par un fluide de compaction 30 afin de forcer la composition d’imprégnation 20 à pénétrer dans la texture fibreuse 10 et de mouler cette dernière suivant une forme déterminée comme illustré sur la
L’orifice d’injection 211 et l’orifice d’évacuation 212 du moule 210 sont en vis-à-vis de la membrane 230 et forme sur la surface interne 210a du moule des arêtes vives 2110 et 2120. Lorsqu’une pression est exercée sur la membrane 230 afin de la plaquer contrer la texture fibreuse 10 et la surface interne 210a du moule 210, la membrane 230 vient au contact des orifices 211 et 212. Il y a alors un risque de découpe de la membrane 230 par les arêtes vives 2110 et 2120 respectivement des orifices 211 et 212. En outre, l’orifice d’évacuation 212 utilisé pour évacuer l’air et le surplus de composition d’imprégnation peut être obstrué par la membrane 230, ce qui complique, voire empêche, un bon contrôle de l’imprégnation de la texture fibreuse.The injection port 211 and the discharge port 212 of the mold 210 are positioned opposite the membrane 230 and form sharp edges 2110 and 2120 on the inner surface 210a of the mold. When pressure is applied to the membrane 230 to press it against the fibrous texture 10 and the inner surface 210a of the mold 210, the membrane 230 comes into contact with the ports 211 and 212. There is then a risk of the membrane 230 being cut by the sharp edges 2110 and 2120 of the ports 211 and 212, respectively. Furthermore, the discharge port 212, used to evacuate air and excess impregnation compound, can be obstructed by the membrane 230, which complicates, or even prevents, proper control of the impregnation of the fibrous texture.
Il est donc souhaitable de pouvoir proposer une solution pour le moulage par injection de textures fibreuses qui ne présente pas les inconvénients précités.It is therefore desirable to be able to offer a solution for the injection molding of fibrous textures that does not present the aforementioned disadvantages.
A cet effet, la présente invention propose un outillage de moulage par injection comprenant :
- un moule présentant une surface interne sur une partie de laquelle la texture fibreuse est destinée à être placée,
- une membrane en regard de la surface interne du moule, l’espace délimité entre la surface interne du moule et une face interne de la membrane correspondant à une chambre d’imprégnation,
- au moins un élément de fermeture de moule en regard d’une face externe de la membrane, l’espace délimité entre ledit au moins un élément de fermeture de moule et la face externe de la membrane correspondant à une chambre de compaction,
- un ou plusieurs orifices d’injection débouchant sur la surface interne du moule, chaque orifice d’injection formant une arête sur ladite surface interne du moule en vis-à-vis de la membrane,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre un déflecteur interposé entre chaque orifice d’injection et la membrane et en ce que le déflecteur comporte une cavité interne en communication fluidique avec l’orifice d’injection et débouchant dans au moins une direction parallèle à la membrane ou perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’injection.To this end, the present invention proposes an injection molding tool comprising:
- a mold having an internal surface on a part of which the fibrous texture is intended to be placed,
- a membrane facing the internal surface of the mold, the space delimited between the internal surface of the mold and an internal face of the membrane corresponding to an impregnation chamber,
- at least one mold closure element opposite an external face of the membrane, the space delimited between said at least one mold closure element and the external face of the membrane corresponding to a compaction chamber,
- one or more injection ports opening onto the internal surface of the mold, each injection port forming an edge on said internal surface of the mold opposite the membrane,
characterized in that it further comprises a deflector interposed between each injection orifice and the membrane and in that the deflector has an internal cavity in fluidic communication with the injection orifice and opening in at least one direction parallel to the membrane or perpendicular to a normal to the section of the injection orifice.
L’invention propose ainsi un outillage dans lequel les risques d’endommagement de la membrane par contact avec l’arête de chaque orifice sont évités. Contrairement à un orifice qui débouche dans une direction sensiblement perpendiculaire à la membrane et, par conséquent, en regard de celle-ci, le ou les déflecteurs de l’outillage de l’invention ne débouchent pas en regard de la membrane mais dans une direction parallèle à la membrane. Par conséquent, la membrane ne peut pas être plaquée directement contre l’orifice de sortie du déflecteur, contrairement à l’orifice d’injection lorsqu’il n’est pas muni d’un déflecteur selon l’invention.The invention thus provides a tool in which the risk of damaging the membrane by contact with the edge of each orifice is avoided. Unlike an orifice that opens in a direction substantially perpendicular to the membrane and, consequently, opposite it, the deflector(s) of the tooling of the invention do not open opposite the membrane but in a direction parallel to it. Therefore, the membrane cannot be pressed directly against the outlet orifice of the deflector, unlike the injection orifice when it is not equipped with a deflector according to the invention.
Selon une autre caractéristique particulière de l’outillage de l’invention, celui-ci comprend en outre un ou plusieurs orifices d’évacuation présents sur la surface interne du moule, chaque orifice d’évacuation formant une arête sur ladite surface interne du moule en vis-à-vis de la membrane, l’outillage comprenant en outre un déflecteur interposé entre chaque orifice d’évacuation et la membrane et en ce que le déflecteur comporte une cavité interne en communication fluidique avec l’orifice d’évacuation et débouchant dans au moins une direction parallèle à la membrane ou perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’évacuation.According to another particular feature of the tooling of the invention, it further comprises one or more discharge ports present on the internal surface of the mold, each discharge port forming an edge on said internal surface of the mold opposite the membrane, the tooling further comprising a deflector interposed between each discharge port and the membrane and in that the deflector has an internal cavity in fluidic communication with the discharge port and opening in at least one direction parallel to the membrane or perpendicular to a normal to the section of the discharge port.
Les risques d’endommagement de la membrane par contact avec l’arête de chaque orifice d’évacuation sont évités. Contrairement à un orifice qui débouche dans une direction sensiblement perpendiculaire à la membrane et, par conséquent, en regard de celle-ci, le ou les déflecteurs de l’outillage de l’invention ne débouchent pas en regard de la membrane mais dans une direction parallèle à la membrane. Par conséquent, la membrane ne peut pas être plaquée directement contre l’orifice de sortie du déflecteur, contrairement à l’orifice d’injection lorsqu’il n’est pas muni d’un déflecteur selon l’invention. En outre, avec un déflecteur interposé entre chaque orifice d’évacuation et la membrane, on empêche ladite membrane d’obstruer le ou les orifices d’évacuation lors de l’application d’une pression sur cette dernière via la chambre de compaction.The risk of damage to the membrane from contact with the edge of each discharge orifice is avoided. Unlike an orifice that opens in a direction substantially perpendicular to the membrane and, consequently, opposite it, the deflector(s) of the tooling of the invention do not open opposite the membrane but in a direction parallel to it. Therefore, the membrane cannot be pressed directly against the deflector's outlet orifice, unlike the injection orifice when it is not equipped with a deflector according to the invention. Furthermore, with a deflector interposed between each discharge orifice and the membrane, the membrane is prevented from obstructing the discharge orifice(s) when pressure is applied to it via the compaction chamber.
Selon une autre caractéristique particulière de l’outillage de l’invention, chaque déflecteur comporte une coque présentant une forme arrondie. On améliore ainsi la protection de la membrane en évitant la présence d’angles vifs ou d’arêtes vives sur la surface du déflecteur qui pourraient venir en contact de la membrane.According to another particular feature of the tooling of the invention, each deflector comprises a shell with a rounded shape. This improves the protection of the membrane by avoiding the presence of sharp angles or edges on the surface of the deflector that could come into contact with the membrane.
Selon une autre caractéristique particulière de l’outillage de l’invention, chaque déflecteur est monté de manière amovible sur le moule. L’usinage de précision sur de très petites dimensions nécessaire à la réalisation du déflecteur est ainsi grandement facilité par rapport à une réalisation d’un déflecteur directement dans la masse du moule. En outre, grâce à son caractère amovible, le déflecteur peut être facilement nettoyé après chaque injection.According to another particular feature of the tooling of the invention, each deflector is removably mounted on the mold. The precision machining of very small dimensions required to produce the deflector is thus greatly facilitated compared to machining the deflector directly from the mold itself. Furthermore, thanks to its removability, the deflector can be easily cleaned after each injection.
L’invention a également pour objet un procédé de moulage par injection d'une texture fibreuse par une composition d'imprégnation, le procédé comprenant les étapes suivantes:
- positionnement d’une texture fibreuse sur une surface de moulage présente sur une surface interne d’un moule d’un l’outillage de moulage par injection,
- placement d’une membrane autour du moule de manière à délimiter une chambre d’imprégnation entre la surface interne du moule et une face interne de la membrane, la texture fibreuse étant présente dans ladite chambre d’imprégnation,
- fermeture du moule par au moins un élément de fermeture du moule, l’espace délimité entre ledit au moins un élément de fermeture de moule et une face externe de la membrane formant une chambre de compaction,
- injection d’une composition d’imprégnation par au moins un ou plusieurs orifices d’injection débouchant sur la surface interne du moule, chaque orifice d’injection formant une arête sur la surface interne du moule en vis-à-vis de la membrane,
- introduction d’un fluide de compaction dans la chambre de compaction de manière à appliquer via la membrane une pression sur la texture fibreuse,
caractérisé en ce qu’un déflecteur est interposé entre chaque orifice d’injection et la membrane et en ce que le déflecteur comporte une cavité interne en communication fluidique avec l’orifice d’injection et débouchant dans au moins une direction parallèle à la membrane ou perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’injection.The invention also relates to a method of injection molding of a fibrous texture using an impregnation composition, the method comprising the following steps:
- positioning of a fibrous texture on a molding surface present on an internal surface of a mold of an injection molding tool,
- placement of a membrane around the mold so as to delimit an impregnation chamber between the internal surface of the mold and an internal face of the membrane, the fibrous texture being present in said impregnation chamber,
- closure of the mold by at least one mold closure element, the space delimited between said at least one mold closure element and an external face of the membrane forming a compaction chamber,
- injection of an impregnation composition through at least one or more injection ports opening onto the internal surface of the mold, each injection port forming an edge on the internal surface of the mold opposite the membrane,
- introduction of a compaction fluid into the compaction chamber in order to apply pressure to the fibrous texture via the membrane,
characterized in that a deflector is interposed between each injection orifice and the membrane and in that the deflector has an internal cavity in fluidic communication with the injection orifice and opening in at least one direction parallel to the membrane or perpendicular to a normal to the section of the injection orifice.
La présence du ou des déflecteurs protège la membrane de tout contact avec l’arête du ou des orifices d’injection. Ainsi, même en exerçant une pression importante sur la face extérieure de la membrane lors de l’introduction du fluide de compaction, il n’y a pas de risque d’endommagement de celle-ci contrairement aux outillages de l’art antérieur où les orifices débouchant sur la surface interne du moule sont en vis-à-vis de la membrane.The presence of the deflector(s) protects the membrane from any contact with the edge of the injection orifice(s). Thus, even when exerting significant pressure on the outer face of the membrane during the introduction of the compaction fluid, there is no risk of damage to it, unlike prior art tooling where the orifices opening onto the internal surface of the mold are directly opposite the membrane.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, l’outillage comprend en outre un ou plusieurs orifices d’évacuation présents sur la surface interne du moule, chaque orifice d’évacuation formant une arête sur ladite surface interne du moule en vis-à-vis de la membrane, l’outillage comprenant en outre un déflecteur interposé entre chaque orifice d’évacuation et la membrane et en ce que le déflecteur comporte une cavité interne en communication fluidique avec l’orifice d’évacuation et débouchant dans au moins une direction parallèle à la membrane ou perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’évacuation.According to a particular feature of the process of the invention, the tooling further comprises one or more discharge ports present on the internal surface of the mold, each discharge port forming an edge on said internal surface of the mold opposite the membrane, the tooling further comprising a deflector interposed between each discharge port and the membrane and in that the deflector has an internal cavity in fluidic communication with the discharge port and opening in at least one direction parallel to the membrane or perpendicular to a normal to the section of the discharge port.
La présence du ou des déflecteurs protège la membrane de tout contact avec l’arête du ou des orifices d’évacuation. Ainsi, même en exerçant une pression importante sur la face extérieure de la membrane lors de l’introduction du fluide de compaction, il n’y a pas de risque d’endommagement de celle-ci contrairement aux outillages de l’art antérieur où les orifices débouchant sur la surface interne du moule sont en vis-à-vis de la membrane. En outre, avec un déflecteur interposé entre chaque orifice d’évacuation et la membrane, on empêche ladite membrane d’obstruer le ou les orifices d’évacuation lors de l’application d’une pression sur cette dernière via la chambre de compaction.The presence of the deflector(s) protects the membrane from any contact with the edge of the discharge port(s). Thus, even when significant pressure is applied to the outer surface of the membrane during the introduction of the compaction fluid, there is no risk of damage, unlike prior art tooling where the ports opening onto the inner surface of the mold are directly opposite the membrane. Furthermore, with a deflector interposed between each discharge port and the membrane, the membrane is prevented from obstructing the discharge port(s) when pressure is applied to it via the compaction chamber.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, chaque déflecteur comporte une coque présentant une forme arrondie. On améliore ainsi la protection de la membrane en évitant la présence d’angles vifs ou d’arêtes vives sur la surface du déflecteur qui pourraient venir en contact de la membrane.According to another particular feature of the invention, each deflector comprises a shell with a rounded shape. This improves the protection of the membrane by avoiding the presence of sharp angles or edges on the surface of the deflector that could come into contact with the membrane.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, chaque déflecteur est monté de manière amovible sur le moule. L’usinage de précision sur de très petites dimensions nécessaire à la réalisation du déflecteur est ainsi grandement facilité par rapport à une réalisation d’un déflecteur directement dans la masse du moule. En outre, grâce à son caractère amovible, le déflecteur peut être facilement nettoyé après chaque injection.According to another particular feature of the invention, each deflector is removably mounted on the mold. The precision machining of very small dimensions required to produce the deflector is thus greatly simplified compared to machining the deflector directly from the mold itself. Furthermore, thanks to its removability, the deflector can be easily cleaned after each injection.
L’invention s’applique d’une manière générale au moulage par injection de textures fibreuses destinées à former le renfort fibreux d’une pièce en matériau composite. Les formes obtenues après moulage peuvent être variées. Elles sont déterminées par la géométrie de la surface de moulage du moule utilisé. La texture fibreuse peut être réalisée à partir d’une des techniques suivantes:
- tissage tridimensionnel (3D) ou tissage multicouches,
- tissu bidimensionnel (2D),
- tresse,
- tricot,
- feutre,
- nappe unidirectionnelle (UD) de fils ou câbles ou nappe multidirectionnelle (nD) obtenue par superposition de plusieurs nappes UD dans des directions différentes.The invention applies generally to the injection molding of fibrous textures intended to form the fibrous reinforcement of a composite part. The shapes obtained after molding can be varied. They are determined by the geometry of the molding surface of the mold used. The fibrous texture can be produced using one of the following techniques:
- three-dimensional (3D) weaving or multi-layered weaving,
- two-dimensional (2D) fabric
- braid,
- knitting,
- felt,
- unidirectional (UD) ribbon of wires or cables or multidirectional (nD) ribbon obtained by superimposing several UD ribbons in different directions.
La texture fibreuse peut également être réalisée par une combinaison de plusieurs des textures citées précédemment.The fibrous texture can also be achieved by combining several of the textures mentioned previously.
On peut aussi utiliser une texture fibreuse formée de plusieurs couches superposées de tissu UD ou 2D, tresse, tricot, feutre, nappes, câbles ou autres, lesquelles couches sont liées entre elles par exemple par couture, par implantation de fils ou d'éléments rigides ou par aiguilletage.One can also use a fibrous texture formed from several superimposed layers of UD or 2D fabric, braid, knit, felt, sheets, cables or others, which layers are linked together for example by sewing, by implantation of threads or rigid elements or by needle punching.
Dans le cas où la texture fibreuse est réalisée en tout ou partie par tissage tridimensionnel, ou tissage multicouche, le tissage peut être de type interlock mais d'autres armures de tissage tridimensionnel ou multicouche peuvent être utilisées comme par exemple des armures multi-toile ou multi-satin. On pourra se référer au document WO 2006/136755.In cases where the fibrous texture is achieved wholly or partly by three-dimensional weaving, or multi-layer weaving, the weave may be of the interlock type, but other three-dimensional or multi-layer weaves may be used, such as multi-plain or multi-satin weaves. See document WO 2006/136755.
La
L’outillage 100 comprend un moule 110 constitué ici d’un mandrin ou tambour comportant une surface interne 110a sur une partie de laquelle une texture fibreuse 40 est positionnée. La partie de la surface interne 110a du moule 110 sur laquelle est placée la texture fibreuse correspond à la surface de moulage du moule et présente une géométrie correspondant à celle de la pièce à fabriquer.The tooling 100 includes a mold 110, here consisting of a mandrel or drum having an internal surface 110a on a portion of which a fibrous texture 40 is positioned. The portion of the internal surface 110a of the mold 110 on which the fibrous texture is placed corresponds to the molding surface of the mold and has a geometry corresponding to that of the part to be manufactured.
Toujours dans l’exemple décrit ici, la texture fibreuse 40 est une bande textile obtenue par tissage 3D qui a été enroulée sur plusieurs tours autour du moule 110.Still in the example described here, the fibrous texture 40 is a textile strip obtained by 3D weaving which has been wound several times around the mold 110.
L’outillage 100 comprend en outre une membrane imperméable et déformable 130 présentant une forme de révolution correspondant à la forme de la surface de moulage. La membrane 130 est préformée mais doit présenter une souplesse suffisante pour pouvoir être mise en place dans l’outillage d’injection. La membrane 130 peut être réalisée par exemple en silicone. L’espace délimité entre la surface interne 110a du moule 110 et une face interne 130a de la membrane 130 correspond à une chambre d’imprégnation 160 dans laquelle est présente la texture fibreuse 40.The tooling 100 further includes a waterproof and deformable membrane 130 having a shape of revolution corresponding to the shape of the molding surface. The membrane 130 is pre-formed but must be sufficiently flexible to be placed in the injection molding tool. The membrane 130 can be made, for example, of silicone. The space defined between the inner surface 110a of the mold 110 and an inner face 130a of the membrane 130 corresponds to an impregnation chamber 160 in which the fibrous texture 40 is present.
L’outillage 100 comprend encore un élément de fermeture du moule formé ici par une virole 120. De manière optionnelle, des secteurs peuvent être présents entre la virole 120 et la membrane 130 notamment pour diminuer le volume à remplir dans la chambre de compaction. L’espace délimité entre la virole 120 et une face externe 130b de la membrane correspond à une chambre de compaction 170. La membrane 130 est maintenue en contact étanche à une première extrémité 131 entre une première extrémité libre 113 du moule 110 et la virole 120 et à une deuxième extrémité 132 entre une deuxième extrémité libre 114 du moule 110 et la virole 120. Plus précisément, lorsqu’un fluide de compaction est introduit dans la chambre de compaction comme décrit en détails ci-après, la membrane 130 se déforme sous l’effet de la pression exercée sur elle tout en restant fixée à ses extrémités entre le moule et la virole, la membrane assurant ainsi une étanchéité entre la chambre d’imprégnation et la chambre de compaction.Tooling 100 also includes a mold closing element formed here by a ferrule 120. Optionally, sectors may be present between the ferrule 120 and the membrane 130 in particular to reduce the volume to be filled in the compaction chamber. The space delimited between the ferrule 120 and an external face 130b of the membrane corresponds to a compaction chamber 170. The membrane 130 is maintained in airtight contact at a first end 131 between a first free end 113 of the mold 110 and the ferrule 120 and at a second end 132 between a second free end 114 of the mold 110 and the ferrule 120. More specifically, when a compaction fluid is introduced into the compaction chamber as described in detail below, the membrane 130 deforms under the effect of the pressure exerted on it while remaining fixed at its ends between the mold and the ferrule, the membrane thus ensuring a seal between the impregnation chamber and the compaction chamber.
Le moule comprend un orifice d’injection 111 qui débouche sur la surface interne 110a du moule 110 et un orifice d’évacuation 114 qui débouche également sur la surface interne 110a du moule. L’orifice d’injection 111 forme une arête vive 1110 sur la surface interne 110a du moule 110. De même, l’orifice d’évacuation 112 former une arête vive 1120 sur la surface interne 110a du moule 110. Comme expliqué ci-après, l’orifice d’injection 111 est utilisé pour injecter une composition d’imprégnation dans la chambre d’imprégnation 160. L’orifice d’évacuation 112 permet de faciliter l’injection de la composition d’imprégnation et sa diffusion dans la porosité de la texture fibreuse en évacuant l’air et éventuellement le surplus de composition d’imprégnation présents dans la chambre d’imprégnation 160.The mold includes an injection port 111 which opens onto the internal surface 110a of the mold 110 and an evacuation port 114 which also opens onto the internal surface 110a of the mold. The injection port 111 forms a sharp edge 1110 on the inner surface 110a of the mold 110. Similarly, the discharge port 112 forms a sharp edge 1120 on the inner surface 110a of the mold 110. As explained below, the injection port 111 is used to inject an impregnation composition into the impregnation chamber 160. The discharge port 112 facilitates the injection of the impregnation composition and its diffusion into the porosity of the fibrous texture by expelling air and any excess impregnation composition present in the impregnation chamber 160.
On ne sort pas du cadre de l’invention lorsque le moule ne comprend qu’un ou plusieurs orifices d’injection (i.e. pas d’orifice d’évacuation) ou lorsque le moule comprend plusieurs orifices d’injection et plusieurs orifices d’évacuation. Le ou les orifices d’injection et/ou le ou les orifices d’évacuation peuvent être placés à différents endroits du moule.The invention remains within the scope of the invention when the mold comprises only one or more injection ports (i.e., no discharge port) or when the mold comprises several injection ports and several discharge ports. The injection port(s) and/or discharge port(s) may be located at different points on the mold.
Dans l’exemple décrit ici, la virole 120 comprend un orifice d’injection 121 débouchant dans la chambre de compaction 170. L’orifice d’injection 121 est utilisé pour injecter un fluide compaction dans la chambre de compaction 170 comme décrit ci-après en détails. Le nombre et les emplacements du ou des orifices d’injection de la virole peuvent varier. La virole 120 peut comprendre en outre des orifices d’évacuation (non représentés sur la
Conformément à l’invention, un déflecteur est présent devant chaque orifice débouchant sur la surface interne du moule, le déflecteur étant interposé entre l’orifice et la membrane. Dans l’exemple décrit ici, l’orifice d’injection 111 est recouvert par un premier déflecteur 140 tandis que l’orifice d’évacuation 112 est recouvert pas un deuxième déflecteur 150.According to the invention, a deflector is present in front of each orifice opening onto the internal surface of the mold, the deflector being interposed between the orifice and the membrane. In the example described here, the injection orifice 111 is covered by a first deflector 140 while the discharge orifice 112 is covered by a second deflector 150.
Comme illustré sur les figures 4 et 5, le déflecteur 140 comporte une coque 142 comportant un premier bord 144 destiné à être en contact avec la surface interne 110a du moule 110 et un deuxième bord 143 par lequel le déflecteur débouche dans la chambre d’imprégnation 160. La coque 142 entoure l’orifice d’injection 111 et, par conséquent, son arête vive 1110, ce qui permet d’éviter un contact entre la membrane 130 et l’arête vive 1110 de l’orifice d’injection 111 lors de l’application d’une pression isostatique par un fluide de compaction sur la membrane comme décrit ci-après. Le déflecteur 140 comporte une cavité interne 141 en communication fluidique avec l’orifice d’injection 111. La cavité interne 141 débouche au niveau d’un orifice de sortie 145 entouré par un bord 143 du déflecteur 140. Contrairement à l’orifice d’injection 111 qui débouche dans une direction D111sensiblement perpendiculaire à la membrane 130 et, par conséquent, en regard de celle-ci, le déflecteur 140 ne débouche pas en regard de la membrane 130 mais dans une direction D140parallèle à la membrane 130. Par conséquent, la membrane 130 ne peut pas être plaquée directement contre l’orifice de sortie 145 du déflecteur, contrairement à l’orifice d’injection 111 lorsqu’il n’est pas muni d’un déflecteur selon l’invention. Par « direction parallèle à la membrane », on entend ici une direction tangentielle à la partie de la face interne 130a de la membrane présente au niveau de l’orifice d’injection.As illustrated in Figures 4 and 5, the deflector 140 comprises a shell 142 having a first edge 144 intended to be in contact with the internal surface 110a of the mold 110 and a second edge 143 through which the deflector opens into the impregnation chamber 160. The shell 142 surrounds the injection orifice 111 and, consequently, its sharp edge 1110, which makes it possible to avoid contact between the membrane 130 and the sharp edge 1110 of the injection orifice 111 when an isostatic pressure is applied by a compaction fluid on the membrane as described below. The deflector 140 has an internal cavity 141 in fluidic communication with the injection orifice 111. The internal cavity 141 opens at an outlet orifice 145 surrounded by an edge 143 of the deflector 140. Unlike the injection orifice 111, which opens in a direction D 111 substantially perpendicular to the membrane 130 and, consequently, opposite it, the deflector 140 does not open opposite the membrane 130 but in a direction D 140 parallel to the membrane 130. Consequently, the membrane 130 cannot be pressed directly against the outlet orifice 145 of the deflector, unlike the injection orifice 111 when it is not equipped with a deflector according to the invention. By "direction parallel to the membrane", we mean here a direction tangential to the part of the inner face 130a of the membrane present at the injection orifice.
On ne sort pas du cadre de l’invention lorsque le déflecteur débouche dans une direction perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’injection considéré qui permet également au déflecteur de ne pas déboucher en regard de la membrane. On ne sort pas non plus du cadre de l’invention lorsque la cavité interne du déflecteur débouche au niveau de plusieurs orifices de sortie dans des directions parallèles à la membrane, dans des directions perpendiculaires à une normale de la section de l’orifice d’injection considéré ou dans une ou plusieurs directions parallèles à la membrane et dans une ou plusieurs directions perpendiculaires à une normale de la section de l’orifice d’injection considéré.The invention remains within the scope of the invention when the deflector opens in a direction perpendicular to a normal to the cross-section of the injection orifice in question, which also prevents the deflector from opening directly opposite the membrane. The invention also remains within the scope of the invention when the internal cavity of the deflector opens at several outlets in directions parallel to the membrane, in directions perpendicular to a normal to the cross-section of the injection orifice in question, or in one or more directions parallel to the membrane and in one or more directions perpendicular to a normal to the cross-section of the injection orifice in question.
Dans l’exemple décrit ici et selon une caractéristique particulière, la coque 142 du déflecteur 140 présente une forme arrondie. On améliore ainsi la protection de la membrane 130 en évitant la présence d’angles vifs ou d’arêtes vives sur la surface du déflecteur qui pourraient venir en contact de la membrane.In the example described here, and according to a particular characteristic, the shell 142 of the deflector 140 has a rounded shape. This improves the protection of the membrane 130 by avoiding the presence of sharp angles or edges on the surface of the deflector that could come into contact with the membrane.
Par ailleurs, dans l’exemple décrit ici et selon une autre caractéristique particulière, l’orifice de sortie 145 du déflecteur 140 est en contact ou quasiment en contact avec un bord 41 de la texture fibreuse 40. Dans ce cas, tout accès de la membrane à l’orifice de sortie 145 du déflecteur 140 est masqué par le bord 41 de la texture fibreuse.Moreover, in the example described here and according to another particular characteristic, the outlet orifice 145 of the deflector 140 is in contact or almost in contact with an edge 41 of the fibrous texture 40. In this case, any access of the membrane to the outlet orifice 145 of the deflector 140 is masked by the edge 41 of the fibrous texture.
Selon une autre caractéristique particulière, le déflecteur 140 est monté de manière amovible sur le moule 110. L’usinage de précision sur de très petites dimensions nécessaire à la réalisation du déflecteur est ainsi grandement facilité par rapport à une réalisation d’un déflecteur directement dans la masse du moule. En outre, grâce à son caractère amovible, le déflecteur peut être facilement nettoyé après chaque injection.Another distinctive feature is that the deflector 140 is removably mounted on the mold 110. This greatly simplifies the precision machining of the very small dimensions required to produce the deflector compared to machining it directly from the mold. Furthermore, its removability allows for easy cleaning after each injection.
Le deuxième déflecteur 150 recouvrant l’orifice d’évacuation 112 présentes les mêmes caractéristiques que celles déjà décrites pour le premier déflecteur 140, à savoir :
- une coque qui permet d’éviter un contact entre la membrane 130 et l’arête vive 1120 de l’orifice d’évacuation 112,
- une cavité interne en communication fluidique avec l’orifice d’évacuation 112 qui débouche au niveau d’un orifice de sortie entouré par un bord du déflecteur de sorte que le déflecteur 150 ne débouche pas en regard de la membrane 130 mais dans une direction parallèle à celle-ci,
- la coque du déflecteur 150 peut présenter une forme arrondie,
- l’orifice de sortie du déflecteur 150 peut être en contact ou quasiment en contact avec un bord de la texture fibreuse,
- le déflecteur 150 peut être monté de manière amovible sur le moule 110.The second deflector 150 covering the discharge opening 112 has the same characteristics as those already described for the first deflector 140, namely:
- a shell that prevents contact between the membrane 130 and the sharp edge 1120 of the discharge orifice 112,
- an internal cavity in fluidic communication with the discharge orifice 112 which opens at an outlet orifice surrounded by an edge of the deflector so that the deflector 150 does not open opposite the membrane 130 but in a direction parallel to it,
- the deflector 150 shell may have a rounded shape,
- the outlet orifice of deflector 150 may be in contact or almost in contact with an edge of the fibrous texture,
- the deflector 150 can be removably mounted on the mold 110.
Par « direction parallèle à la membrane », on entend ici une direction tangentielle à la partie de la face interne 130a de la membrane présente au niveau de l’orifice d’évacuation.By "direction parallel to the membrane", we mean here a direction tangential to the part of the inner face 130a of the membrane present at the level of the evacuation orifice.
On ne sort pas du cadre de l’invention lorsque le déflecteur débouche dans une direction perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’évacuation considéré qui permet également au déflecteur de ne pas déboucher en regard de la membrane. On ne sort pas non plus du cadre de l’invention lorsque la cavité interne du déflecteur débouche au niveau de plusieurs orifices de sorties dans des directions parallèles à la membrane, dans des directions perpendiculaires à une normale de la section de l’orifice d’évacuation considéré ou dans une ou plusieurs directions parallèles à la membrane et dans une ou plusieurs directions perpendiculaires à une normale de la section de l’orifice d’évacuation considéré.The invention remains within the scope of the invention when the deflector opens in a direction perpendicular to a normal to the cross-section of the discharge orifice in question, which also prevents the deflector from opening directly opposite the membrane. The invention also remains within the scope of the invention when the internal cavity of the deflector opens at several outlets in directions parallel to the membrane, in directions perpendicular to a normal to the cross-section of the discharge orifice in question, or in one or more directions parallel to the membrane and in one or more directions perpendicular to a normal to the cross-section of the discharge orifice in question.
Le ou les déflecteurs selon l’invention peuvent présenter des géométries différentes de celle du déflecteur 140 décrit précédemment. D’une manière générale, un déflecteur selon l’invention correspond à une pièce qui recouvre un orifice et, par conséquent son arête, débouchant sur la surface interne du moule et qui lui-même débouche dans la chambre d’imprégnation suivant une direction sensiblement parallèle à la membrane.The deflector(s) according to the invention may have geometries different from that of the deflector 140 described above. Generally, a deflector according to the invention corresponds to a part that covers an orifice and, consequently, its edge, opening onto the internal surface of the mold and which itself opens into the impregnation chamber in a direction substantially parallel to the membrane.
On décrit maintenant un procédé de moulage par injection d’une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l’invention. Le procédé débute par l’enroulement de la texture fibreuse 40 sur la partie de la surface interne 110a du moule 110 correspondant à la surface de moulage de l’outillage de moulage par injection 100. La membrane imperméable et déformable 130 est ensuite placée autour du moule 110 en regard de la texture fibreuse 40, l’espace délimité entre la surface interne 110a du moule 110 et une face interne 130a de la membrane 130 définissant la chambre d’imprégnation 160.An injection molding process for a fibrous texture is now described according to an embodiment of the invention. The process begins by wrapping the fibrous texture 40 around the portion of the internal surface 110a of the mold 110 corresponding to the molding surface of the injection molding tool 100. The impermeable and deformable membrane 130 is then placed around the mold 110 opposite the fibrous texture 40, the space delimited between the internal surface 110a of the mold 110 and an internal face 130a of the membrane 130 defining the impregnation chamber 160.
Le moule 110 est ensuite fermé par la virole 120 qui est fixée sur le moule 110. La fixation de la virole 120 sur les extrémités libres 113 et 114 du moule 110 permet de maintenir respectivement les extrémités 131 et 132 de la membrane 130 en contact étanche à la fois avec la virole 120 et le moule 110. L’espace délimité entre la virole 120 et une face externe 130b de la membrane 130 définissant la chambre de compaction 170.The mold 110 is then closed by the ferrule 120 which is fixed to the mold 110. The fixing of the ferrule 120 to the free ends 113 and 114 of the mold 110 makes it possible to maintain the ends 131 and 132 of the membrane 130 respectively in airtight contact with both the ferrule 120 and the mold 110. The space delimited between the ferrule 120 and an external face 130b of the membrane 130 defines the compaction chamber 170.
Comme illustré sur les figures 3 et 4, une fois le moule 110 fermé par la virole 120, une composition d’imprégnation 50 est injectée dans la chambre d’imprégnation 160. A cet effet, l’orifice d’injection 111 est relié à un port d’injection 101 lui-même relié à un dispositif d’injection (non représenté sur les figures 3 et 4) contenant la composition d’imprégnation. L’orifice d’évacuation 112 est relié à un port d’évacuation 103 qui peut être relié à un dispositif de pompage (non représenté sur les figures 3 et 4) pour créer un gradient de pression entre l’orifice d’injection 111 et l’orifice d’évacuation 112 qui facilite la répartition de la composition d’imprégnation dans l’ensemble de la chambre d’imprégnation 160.As illustrated in Figures 3 and 4, once the mold 110 is closed by the shell 120, an impregnation composition 50 is injected into the impregnation chamber 160. For this purpose, the injection orifice 111 is connected to an injection port 101, which is itself connected to an injection device (not shown in Figures 3 and 4) containing the impregnation composition. The discharge orifice 112 is connected to a discharge port 103, which can be connected to a pumping device (not shown in Figures 3 and 4) to create a pressure gradient between the injection orifice 111 and the discharge orifice 112, thus facilitating the distribution of the impregnation composition throughout the impregnation chamber 160.
Lors de son entrée dans la chambre d’imprégnation 160, la composition d’imprégnation est déviée par le déflecteur 140 pour être injectée dans celle-ci suivant la direction D140.Upon entering the impregnation chamber 160, the impregnation composition is deflected by the deflector 140 to be injected into it following the direction D140.
Dans l’exemple décrit ici et comme indiqué ci-avant, l’orifice de sortie 145 du déflecteur 140 est en contact ou quasiment en contact avec un bord 41 de la texture fibreuse 40. Dans ce cas, la composition d’imprégnation circule d’abord par une portion de la texture présente au voisinage du bord 41 pour ensuite se répandre dans l’ensemble de la chambre d’imprégnation 160.In the example described here and as indicated above, the outlet orifice 145 of the deflector 140 is in contact or almost in contact with an edge 41 of the fibrous texture 40. In this case, the impregnation composition first flows through a portion of the texture present in the vicinity of the edge 41 and then spreads throughout the entire impregnation chamber 160.
La quantité de composition d’imprégnation 50 introduite dans la chambre d’imprégnation 160 est déterminée en fonction du volume de la texture fibreuse 40 à imprégner. Lorsque la quantité déterminée de composition d’imprégnation 50 a été injectée dans la chambre d’imprégnation 160, le port d’injection 101 et le port d’évacuation 103 sont fermés.The amount of impregnation composition 50 introduced into the impregnation chamber 160 is determined according to the volume of the fibrous texture 40 to be impregnated. When the determined amount of impregnation composition 50 has been injected into the impregnation chamber 160, the injection port 101 and the discharge port 103 are closed.
Comme illustré sur les figures 7 et 8, un fluide incompressible de compaction 60 est alors introduit dans la chambre de compaction 170 via un port d’injection 102 relié à l’orifice d’injection 121. Le port d’évacuation 103 est ouvert dans un premier temps pour permettre de chasser l’air et éventuellement le surplus de composition d’imprégnation 50 repoussé par le fluide compaction 60, puis est fermé dans un deuxième temps afin de permettre la mise sous pression du fluide de compaction.As illustrated in Figures 7 and 8, an incompressible compaction fluid 60 is then introduced into the compaction chamber 170 via an injection port 102 connected to the injection orifice 121. The evacuation port 103 is opened initially to allow the air and possibly the excess impregnation composition 50 repelled by the compaction fluid 60 to be expelled, and then closed in a second step to allow the compaction fluid to be pressurized.
L’injection du fluide de compaction 60 dans la chambre de compaction 170 a pour effet de repousser la membrane 130 vers la texture fibreuse 40 et la surface interne 110a du moule 110. Au fur et à mesure de l’injection du fluide compaction dans la chambre de compaction 170, la membrane 130 pousse à la fois la composition d’imprégnation 50 dans l’espace libre de la chambre d’imprégnation 160 et dans la texture fibreuse.The injection of the compaction fluid 60 into the compaction chamber 170 has the effect of pushing the membrane 130 towards the fibrous texture 40 and the internal surface 110a of the mold 110. As the compaction fluid is injected into the compaction chamber 170, the membrane 130 pushes both the impregnation composition 50 into the free space of the impregnation chamber 160 and into the fibrous texture.
En fin d’injection, le fluide incompressible de compaction 60 applique une pression isostatique Pi sur la membrane 130 ainsi que sur toute la texture fibreuse 40 par l’intermédiaire de la membrane afin de forcer la composition d’imprégnation 50 à pénétrer dans la texture fibreuse 40 et de mouler cette dernière suivant une forme déterminée. La pression de consolidation du fluide incompressible de compaction appliquée sur la membrane imperméable et déformable est ajustée à une valeur déterminée qui peut être comprise entre 1 et 20 bars.At the end of the injection process, the incompressible compaction fluid 60 applies an isostatic pressure Pi to the membrane 130 and to the entire fibrous structure 40 via the membrane. This forces the impregnation composition 50 to penetrate the fibrous structure 40 and mold it into a predetermined shape. The consolidation pressure of the incompressible compaction fluid applied to the impermeable and deformable membrane is adjusted to a specific value, which can range from 1 to 20 bar.
Conformément à l’invention, la présence des déflecteurs 140 et 150 protège la membrane de tout contact avec les arêtes 1110 et 1120 respectivement des orifices d’injection 111 et d’évacuation 112. Ainsi, même en exerçant une pression importante sur la face externe 130b de la membrane 130, il n’y a pas de risque d’endommagement de celle-ci contrairement aux outillages de l’art antérieur où les orifices débouchant sur la surface interne du moule sont en vis-à-vis de la membrane.According to the invention, the presence of the deflectors 140 and 150 protects the membrane from any contact with the edges 1110 and 1120 respectively of the injection orifices 111 and evacuation orifice 112. Thus, even when exerting significant pressure on the external face 130b of the membrane 130, there is no risk of damage to it, unlike prior art tooling where the orifices opening onto the internal surface of the mold are opposite the membrane.
On obtient alors une préforme fibreuse imprégnée d’un précurseur de matrice. La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. La matrice organique peut être notamment obtenue à partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à hautes performances, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.This process yields a fibrous preform impregnated with a matrix precursor. The transformation of the precursor into an organic matrix, namely its polymerization, is achieved through heat treatment, generally by heating the mold, after the removal of any solvent and crosslinking of the polymer. The preform remains in the mold, which has a shape corresponding to that of the part to be produced. The organic matrix can be obtained from epoxy resins, such as high-performance epoxy resin, or from liquid precursors of carbon or ceramic matrices.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).In the case of carbon or ceramic matrix formation, heat treatment consists of pyrolyzing the organic precursor to transform the organic matrix into a carbon or ceramic matrix, depending on the precursor used and the pyrolysis conditions. For example, liquid carbon precursors can be resins with relatively high coke content, such as phenolic resins, while liquid ceramic precursors, particularly SiC, can be polycarbosilane (PCS), polytitanocarbosilane (PTCS), or polysilazane (PSZ) type resins.
Claims (8)
- un moule (110) présentant une surface interne (100a) sur une partie de laquelle la texture fibreuse (40) est destinée à être placée,
- une membrane (130) en regard de la surface interne (110a) du moule (110), l’espace délimité entre la surface interne du moule et une face interne (130a) de la membrane correspondant à une chambre d’imprégnation (160),
- au moins un élément de fermeture de moule (120) en regard d’une face externe (130b) de la membrane (130), l’espace délimité entre ledit au moins un élément de fermeture de moule et la face externe de la membrane correspondant à une chambre de compaction (170),
- un ou plusieurs orifices d’injection (111) débouchant sur la surface interne (110a) du moule (110), chaque orifice d’injection (111) formant une arête (1110) sur ladite surface interne du moule en vis-à-vis de la membrane (130),
caractérisé en ce qu’il comprend en outre un déflecteur (140) interposé entre chaque orifice d’injection (111) et la membrane (130) et en ce que le déflecteur (140) comporte une cavité interne (141) en communication fluidique avec l’orifice d’injection et débouchant dans au moins une direction (D140) parallèle à la membrane (130) ou perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’injection.Injection molding tooling (100) including:
- a mold (110) having an internal surface (100a) on a part of which the fibrous texture (40) is intended to be placed,
- a membrane (130) opposite the internal surface (110a) of the mold (110), the space delimited between the internal surface of the mold and an internal face (130a) of the membrane corresponding to an impregnation chamber (160),
- at least one mold closure element (120) opposite an external face (130b) of the membrane (130), the space delimited between said at least one mold closure element and the external face of the membrane corresponding to a compaction chamber (170),
- one or more injection ports (111) opening onto the internal surface (110a) of the mold (110), each injection port (111) forming an edge (1110) on said internal surface of the mold opposite the membrane (130),
characterized in that it further comprises a deflector (140) interposed between each injection orifice (111) and the membrane (130) and in that the deflector (140) has an internal cavity (141) in fluidic communication with the injection orifice and opening in at least one direction (D 140 ) parallel to the membrane (130) or perpendicular to a normal to the section of the injection orifice.
- positionnement d’une texture fibreuse (40) une surface de moulage présente sur une surface interne (110a) d’un moule (110) d’un l’outillage de moulage par injection (100),
- placement d’une membrane (130) autour du moule (110) de manière à délimiter une chambre d’imprégnation (160) entre la surface interne (100a) du moule et une face interne (130a) de la membrane (130), la texture fibreuse (40) étant présente dans ladite chambre d’imprégnation,
- fermeture du moule (110) par au moins un élément de fermeture du moule (120), l’espace délimité entre ledit au moins un élément de fermeture de moule et une face externe (130b) de la membrane (130) formant une chambre de compaction (170),
- injection d’une composition d’imprégnation (50) par au moins un ou plusieurs orifices d’injection (111) débouchant sur la surface interne (110a) du moule (110), chaque orifice d’injection (111) formant une arête (1110) sur la surface interne (110a) du moule (110) en vis-à-vis de la membrane (130),
- introduction d’un fluide de compaction (60) dans la chambre de compaction (170) de manière à appliquer via la membrane (130) une pression (Pi) sur la texture fibreuse (40),
caractérisé en ce qu’un déflecteur (140) est interposé entre chaque orifice d’injection (111) et la membrane (130) et en ce que le déflecteur (140) comporte une cavité interne (141) en communication fluidique avec l’orifice d’injection (111) et débouchant dans au moins une direction (D140) parallèle à la membrane (130) ou perpendiculaire à une normale de la section de l’orifice d’injection.Injection molding process for a fibrous texture using an impregnation composition, the process comprising the following steps:
- positioning of a fibrous texture (40) on a molding surface present on an internal surface (110a) of a mold (110) of an injection molding tool (100),
- placement of a membrane (130) around the mold (110) so as to delimit an impregnation chamber (160) between the internal surface (100a) of the mold and an internal face (130a) of the membrane (130), the fibrous texture (40) being present in said impregnation chamber,
- closure of the mold (110) by at least one mold closure element (120), the space delimited between said at least one mold closure element and an external face (130b) of the membrane (130) forming a compaction chamber (170),
- injection of an impregnation composition (50) through at least one or more injection ports (111) opening onto the internal surface (110a) of the mold (110), each injection port (111) forming an edge (1110) on the internal surface (110a) of the mold (110) opposite the membrane (130),
- introduction of a compaction fluid (60) into the compaction chamber (170) so as to apply via the membrane (130) a pressure (Pi) on the fibrous texture (40),
characterized in that a deflector (140) is interposed between each injection orifice (111) and the membrane (130) and in that the deflector (140) has an internal cavity (141) in fluidic communication with the injection orifice (111) and opening in at least one direction (D 140 ) parallel to the membrane (130) or perpendicular to a normal to the section of the injection orifice.
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2006136755A2 (en) | 2005-06-24 | 2006-12-28 | Snecma | Reinforcing fibrous structure for a composite material and a part containing said structure |
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