Moulage de matériaux composites de pointe

Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (002) du programme Solutions innovatrices Canada (EN578-170003/C).

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lire ce défi

Étape 2 : lire l’appel de propositions

Étape 3 : proposer votre solution

TITRE DU DÉFI: PROMOTEUR DU DÉFI : Moulage de matériaux composites de pointe

PROMOTEUR DU DÉFI : Conseil National de recherche du Canada (CNRC)

MECANISME DE FINANCEMENT : contrat

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

Ce défi peut amener la création de plusieurs contrats.

Le financement maximal pour tout contrat de la phase I découlant de ce défi est de 150 000,00 $ CAD (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s’il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à six mois.

Le financement maximal pour tout contrat de la phase 2 découlant de ce défi est de

500 000,00 $ CAD (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s’il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à deux ans. Seules les entreprises admissibles qui ont complété la phase 1 avec succès seront prises en considération dans le cadre de la phase 2.

La divulgation de l’estimation du financement disponible est faite de bonne foi et n’engage aucunement le Canada à payer cette somme.

DÉPLACEMENTS : Pour la phase 1, il est prévu que jusqu'à deux réunions pourraient exiger que le(s) candidat(s) retenu(s) se déplace(nt) aux endroits ci-dessous :

Rencontre de démarrage : Montréal, Qc

Rapport Final : Montréal, Qc

Toutes les autres communications devraient avoir lieu par téléphone ou par vidéoconférence.

Sommaire du problème

L’objectif du défi est de développer une technologie pour la mise en forme de pièces complexes en matériaux composites à base de polyéthylène (i.e. « UHMWPE », « ultra high molecular weight polyethylene ») ayant des doubles courbures.

Énoncé du problème

Le CNRC propose des services de R-D à l’industrie canadienne de la défense, notamment en vue de fournir des données pour la fabrication d’équipement de protection individuelle (ÉPI), mais le CNRC ne possède pas l’expertise voulue pour concevoir des outils qui appliqueront une pression uniforme à des pièces de géométrie complexe, aux parois presque verticales, ni pour concevoir les outils à géométrie variable essentiels pour tester les solutions recourant à différents matériaux. Les matériaux composites légers à haute performance les plus récents, mis au point pour les applications balistiques, sont de type UHMWPE. Ils sont très difficiles à mouler, particulièrement pour la mise en forme de petits objets impliquant une géométrie complexe à double courbure (ex. hémisphère). Ces matériaux exigent également des pressions de moulage extrêmement élevées et un contrôle de la température très précis.

Le défi est donc de développer un outillage modulaire permettant de mouler de petites pièces complexes faites de composites à base de UHMWPE, telle qu’une coque de casque pour soldat (donc presque sphérique), permettant un contrôle précis du processus de fabrication sur un large spectre de pressions et températures, qui peut être reconfiguré à moindre coût pour aider l’industrie à développer des applications spécifiques. L’outillage générique recherché dans le cadre de ce défi, utilisé conjointement avec la presse à fort tonnage du CNRC, permettrait d’étudier les conditions de moulage du UHMWPE, incluant la pression et la température.

Résultats souhaités et éléments à considérer

Le résultat souhaité est le développement d’un outil ou d’une plateforme d’outillage générique dont le CNRC se servira pour mouler des composites à base de UHMWPE (« Ultra High Molecular Weight Poly Ethylene ») de dernière génération en vue de créer de l’équipement de protection individuelle (ÉPI) contre les balles, similaire par la taille et la forme au casque des militaires (e.g. ACH Gen 2). Le moulage s’effectuera à une température et à une pression contrôlées.

Résultats souhaités essentiels

Les solutions proposées doivent :

1. Moulage à diverses températures et pressions

a. plage de températures: 25 degrés Celsius à 150 degrés Celsius

b . Plage de pressions: 0 Psi à 12 000 lb/po2 ou psi (pound-per-square-inch)/ 0 MPa à 83 MPa (megapascal)

2. Contrôle précis de la température sur toute la surface de l’outil (± 2 °C). La température doit demeurer constante et uniforme à la grandeur du moule, et ce, pendant la durée totale du moulage.

3. Application d’une pression uniforme allant jusqu’à 12 000 lb/po2 au matériau. La pression doit être la même sur toute la surface, même sur les parois quasi verticales.

4. Utilisable avec une presse à moulage ordinaire, à compression verticale.

5. Moulage de pièces du même type, mais d’épaisseurs différentes (même géométrie, épaisseur variable). L’épaisseur variera de 5 à 15 mm.

6. L’outil doit résister 500 cycles de moulage avant la maintenance et la réfection de routine.

7. L’outil doit respecter toutes les normes canadiennes en vigueur, notamment la norme CSA pour tout contrôle ou chauffage électrique si présents.

Résultats souhaités additionnels

1. Idéalement, la pression exercée résultera principalement de la fermeture d’un emporte-pièce (c.-à-d., l’enfoncement d’une pièce dans la cavité qui l’accueille). L’assistance d’autres moyens de mise sous pression serait acceptable.

Historique et contexte

Avec son programme Technologies des matériaux de sécurité (TMS), le CNRC a le mandat de soutenir l’industrie canadienne de la défense en vue de l’amener à innover davantage et à rester concurrentielle dans le monde.

L’équipement de protection individuelle (ÉPI) comme les casques et les boucliers pare-balles qu’utilisent les militaires et les policiers constitue un important débouché pour l’industrie canadienne de la défense. Depuis les années 2000, le CNRC a acquis un grand savoir-faire dans la fabrication de casques en aramide. Par contre, ces dernières années, des équipements de protection individuelle haut de gamme sont fabriqués avec les plus récents composites à base de polyéthylène de masse moléculaire très élevée (UHMWPE). Outre leur grande légèreté, ces nouveaux matériaux assurent une protection inégalée contre les balles, mais ils ont la rigidité du carton et sont très difficiles à mettre en forme. On doit leur appliquer une pression de moulage extrêmement élevée et les garder à une température très précise. La fabrication de composants d’ÉPI avec les dérivés de l’UHMWPE nécessite l’emploi de presses très puissantes et d’outils métalliques coûteux. Les lourdes sommes que l’industrie doit investir au départ nuisent à l’adoption des nouveaux matériaux.

Le CNRC a réalisé plus récemment quelques études au niveau des nouveaux matériaux à base d’UHMWPE, mais la pression élevée que requiert le moulage et le réglage ultra précis de la température l’empêchent de poursuivre ses travaux sur les composants ou les systèmes, aspect pourtant primordial pour l’industrie. Un outil générique et modulaire permettrait d’entreprendre des études pour aider l’industrie pendant les stades développement de produit les plus risqués, pour évaluer différents concepts, pour fabriquer des prototypes fonctionnels et pour évaluer la performance de produits.

L’outillage générique et modulaire développé durant le défi permettra au candidat de développer une expertise hautement recherchée dans la conception d’outils pour mouler en formes complexes des composites à base de UHMWPE. Cela permettra aussi au candidat (et au Canada) de devenir un chef de file dans la mise en forme de composites à base de UHMWPE utilisés dans l’équipement de protection personnelle, mais aussi dans d’autres domaines tels que le blindage de véhicules ou la protection spatiale contre les micrométéorites.

DEMANDES DE RENSEIGNEMENTS

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.