Thermoformage de composites thermoplastiques pour la fabrication de composantes de vélos

Résumé

Le projet de maîtrise présenté dans ce document concerne la conception et la fabrication d’un démonstrateur d’une fourche de vélo en matériaux composites à matrice thermoplastique à l’aide du procédé de thermoformage. Les trois sujets principaux abordés sont ceux permettant la fabrication d’une pièce creuse avec le procédé de thermoformage, soit la fabrication de flancs, le thermoformage de deux demi-coques et l’assemblage de ces coques dans un produit creux fini. Pour ce faire, dans le premier objectif spécifique, des plaques planes sont fabriquées à l’aide du procédé de consolidation sous vide. Cette méthode de fabrication permet de produire des flancs qui intègrent des lâchers de plis pour optimiser les épaisseurs dans la demi-coque thermoformée. La qualité des flancs est évaluée par la vérification de la planéité des flancs et la variation d’épaisseur par rapport à l’épaisseur théorique du laminé. Une planéité moyenne de 2,186 mm a été mesurée, ce qui est inférieur au seuil de 3 mm établi. Du côté des épaisseurs, le laminé a été mesuré à 2,476 mm et 3,484 mm respectivement pour les régions d’épaisseur nominale 2,5 et 3,5 mm. L’écart-type de ces mesures se situe sous les 0,02 mm dans les deux cas. Le deuxième objectif spécifique reprend les flancs fabriqués, cette fois-ci pour le thermoformage de demi-coques. Afin de mettre en place le procédé de thermoformage, deux montages expérimentaux ont été conçus afin de soutenir le flanc durant la chauffe et le formage. De plus, deux moules ont été conçus pour mouler les demi-coques avant et arrière de la fourche avec plusieurs configurations et un système de moule autochauffant. Ces moules ont été validés à l’aide d’une simulation du procédé grâce au logiciel Aniform. Puis, pour la fabrication des coques, différentes configurations de moulage ont été évaluées qualitativement par rapport à la présence de défauts sur les pièces. La configuration du poinçon métallique fixe a été retenue, démontrant une meilleure consolidation. Le contrôle de fermeture de la presse par déplacement n’a pas permis de fabriquer des pièces avec une consolidation uniforme. Pour le troisième objectif spécifique, il s’agit d’assembler les deux demi-coques afin de former la fourche. Pour ce faire, le procédé de moulage par vessie est employé d’où la nécessité de concevoir un moule femelle pour fabriquer la vessie et ensuite un deuxième outillage qui permet la consolidation sous pression des deux demi-coques. Dans cette partie du projet, deux configurations de joint sont considérées, soit un joint bout à bout et un joint avec recouvrement interne. Somme toute, la fabrication du joint avec recouvrement ne présente pas de désavantages par rapport à l’autre type de joint et donc celui-ci est favorisé pour ses meilleures propriétés mécaniques. La fourche a été numérisée et une déviation importante de 5,592 mm au niveau des fourreaux a été relevée. Ceci pourrait causer des problèmes dans les essais mécaniques, mais la fourche a pu être installée dans un cadre Argon 18 Krypton lors de l’analyse fonctionnelle. Finalement, les deux demi-coques étant assemblées, des pattes métalliques collées sont conçues afin de pouvoir installer la fourche dans un banc d’essai du partenaire industriel. La fourche sera testée selon la norme ISO 4210 : 2023 chez le partenaire industriel à la suite de ce projet. La masse de la fourche de production du Argon 18 Krypton (294g) a été comparée avec la masse de la fourche fabriquée avec deux configurations de joint et celle-ci s’est avérée plus légère dans les deux cas (234g et 256g). Le coût des consommables est calculé et le temps de main-d’oeuvre est estimé pour la fourche fabriquée dans ce projet.

Date	28 août 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Martine Dubé (Directeur(-trice)) & Louis Laberge Lebel (Codirecteur(-trice))