Development of cost estimating tool for thermoplastic composite aerospace parts manufactured by compression moulding process

Résumé

Afin d’exploiter d’avantage les matériaux composites avancés dans différents secteurs industriels en particulier l’industrie aérospatial tout en assurant la compétitivité et la viabilité économique, il est important d’intégrer l’estimation des coûts dans le processus de conception dès le début de développement du produit. Cependant, les modèles d’estimation de coûts des pièces en matériaux composites thermoplastiques sont presque inexistants. Une équipe de recherche multidisciplinaire composée de nombreuses universités a été formé pour réaliser un projet industriel visant à développer des procédés de moulage par compression des pièces structurales aérospatiales en matériaux composites à matrice thermoplastique fabriquées par deux différents procédés de moulage par compression. Le premier vise à fabriquer trois sortes de pièces avec des imprégnés de fibres discontinus d’orientations aléatoires (ROS), tandis que le deuxième produit une pièce concave faite à partir des feuilles imprégnés des fibres continus unidirectionnels(UD). L’objectif de cette thèse est de développer un modèle paramétrique d’estimation des coûts manufacturiers des pièces basé sur les lois physiques de procédé. À partir des données académiques et industrielles, différentes équations de coûts ont été intégrées dans le tableur Microsoft Excel pour calculer les éléments de coûts tels que les coûts de matériaux, les coûts de main d’œuvre, les coûts d’outillage, les coûts d’équipements, les coûts immobiliers, les coûts de fond de roulement et les frais généraux, puis calculer le coût total par pièce. Cette étude de recherche se concentre d’une part, sur l’estimation des coûts d’énergie de chauffage pour des pièces expérimentales et virtuelles en changeant le volume tout en considérant le même temps du cycle des procédés. La puissance thermique a été déterminée en simulant numériquement le diagramme thermique du procédé par le logiciel d’éléments finis COMSOL et validés avec les données expérimentales. D’autre part, l’étude vise également l’estimation des coûts d’outillage par le logiciel DFMA pour des moules expérimentales et virtuelles en changeant la surface projetée. Ensuite, les lois de dimensionnement d’échelle en termes de coûts d’énergie et d’outillage ont été établies sous forme d’équations linéaires limitées par la superficie des plateaux chauffants. Ces équations linéaires ont été intégrées dans le tableur Microsoft Excel pour calculer les coûts des nouvelles pièces qui n’ont pas été fabriquées. En ce qui concerne les pièces en ROS, il a été trouvé que les coûts d’énergie de chauffage calculés pour les trois formes de pièces sont différents en raison des différents plateaux chauffantes et différents moules utilisés. Par contre pour l’outillage, les coûts estimés ont été comparables aux coûts réels. En général, plus le moule est complexe plus son coût est élevé. Il a été également démontré que le coût de fabrication par pièce en forme L est plus élevé que celui d’une plaque plane et d’une pièce en forme T en raison du cycle de procédé qui est un inducteur de coût élevé. Quant aux pièces en UD, les coûts d’énergie de chauffage calculés pour des pièces à différents tailles ont été indépendants des volumes des pièces correspondants. Pour l’outillage, il n’y a pas de différence significative entre le coût estimé et celui commercial du moule concave. Il été trouvé aussi qu’il n’y a pas de différence significative entre les coûts de fabrication des pièces. D’après les résultats de comparaison entre les coûts des pièces en composites thermoplastiques fabriquées par le procédé de moulage par compression et celles en composites thermodurcissables fabriquées par le procédé autoclave, il a été conclu que le procédé de moulage par compression est plus économique par rapport au procédé autoclave en raison de long cycle de cuisson et des coûts d’investissement autoclave.

Date	28 juin 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Anh Dung Ngô (Directeur(-trice))