Situé à Portland, en Oregon, aux États-Unis, Ruckus Composites est un atelier spécialisé dans la réparation de vélos et dans l’inspection des fibres de carbone dont ceux-ci sont faits. Fondé en 2008, il a évalué plus de 13 000 vélos et en réparé plus de 6000. Cet atelier travaille avec des équipes de course professionnelles et des magasins de vélo de partout dans le monde.
Le propriétaire de l’atelier, M. Shawn Small, détient un diplôme d’études en génie mécanique de l’Université du Wisconsin-Milwaukee. Il a étudié le carbone et travaille avec ce matériau depuis plus d’une décennie.
Il y a environ 4 ans, M. Small a investi dans un mesureur d’épaisseur à ultrasons 45MG d’Olympus en vue de l’utiliser pour l’inspection, l’étude et le contrôle de la qualité de fibres de carbone de pointe. Nous avons discuté avec lui pour en savoir plus sur son processus.
Inspection de vélos haute technologie au moyen d’un mesureur d’épaisseur à ultrasons
Ayant au centre de ses activités la passion pour les technologies du vélo, Ruckus Composites sert de laboratoire hybride de recherche en sciences du vélo, en ingénierie, en conception artistique et en matériaux en fibre de carbone.
Le processus de travail de cet atelier commence par l’utilisation du mesureur d’épaisseur 45MG pour l’inspection par ultrasons et la cartographie des dommages. Cet appareil non destructif est utilisé pour détecter la délamination interne; il peut « voir » la structure interne des couches des matériaux composites d’un cadre de vélo sans qu’il soit nécessaire de couper physiquement le cadre.
Cartographie des zones endommagées sur un cadre de vélo en fibre de carbone
au moyen du mesureur d’épaisseur 45MG
Les vélos en fibre de carbone sont complexes et ont différents niveaux de qualité. Ruckus Composites utilise de la fibre de carbone de qualité aérospatiale pour réparer les cadres des vélos. L’atelier se sert aussi d’une imprimante 3D, ce qui lui permet de créer le modèle de ses propres moules et de fabriquer son propre matériau de carbone tissé ou unidirectionnel pour les réparations de tubes (p. ex. pattes arrière, boîtiers de pédalier et haubans).
En utilisant ses propres matériaux, Ruckus Composites peut renforcer un vélo de façon stratégique afin qu’il soit 10 % plus robuste que l’original. Après la réparation du carbone, on utilise à nouveau le mesureur d’épaisseur 45MG d’Olympus pour analyser le cadre à des fins de sécurité et de contrôle de la qualité.
Hors saison, l’entreprise effectue souvent des analyses internes sur ses matériaux en produisant ses propres tubes de cadre, puis en les brisant et en les réparant de façon répétée.
Ruckus Composites répertorie également chaque vélo qui passe ses portes. Grâce à ces données, l’atelier peut même créer sa propre modélisation statistique.
« Nous pourrions produire un rapport sur un vélo, un modèle et une année en particulier, puis examiner les pièces qui se brisent », a expliqué M. Small dans une entrevue au sujet du processus d’inspection de l’atelier accordée à FOX 12 Oregon.
Le chemin qui a mené Ruckus Composites au mesureur d’épaisseur 45MG d’Olympus
Il peut être difficile de détecter les signes de dommages sur un cadre de vélo en fibre de carbone puisque les fissures qui s’y trouvent se cachent souvent sous la peinture. Avant d’intégrer le mesureur d’épaisseur 45MG d’Olympus à son processus d’inspection par ultrasons, Ruckus Composites inspectait les cadres de vélo au moyen des méthodes classiques et d’autres technologies de contrôle non destructif (CND), dont les suivantes :
Inspection visuelle : Un petit détail comme un éclat de peinture sur le cadre d’un vélo peut indiquer la présence d’une fissure; les inspections visuelles sont donc utiles pour détecter les délaminations à la surface et sur les côtés des matériaux.
Essai de percussion : Cette méthode consiste à frapper doucement un matériau au moyen d’un marteau ou d’un autre objet dur pour trouver une délamination en fonction du son entendu. Un tintement clair dans les composites laminés indique un matériau bien lié. En revanche, un son plus sourd peut indiquer la présence de délamination (puisque le défaut atténue l’impact).
Les inspections visuelles et sonores sont toutefois sujettes à l’erreur humaine et dépendent de l’acuité visuelle et auditive de l’inspecteur.
Contrôle par ressuage : Cette méthode est utilisée pour faire ressortir les défauts débouchants grâce à l’exsudation d’un liquide coloré ou fluorescent. Le liquide pénétrant fluorescent doit être appliqué dans des conditions d’obscurité avec une lumière noire ultraviolette. Il doit ensuite être retiré. Enfin, un révélateur doit être appliqué.
Le matériau à inspecter doit d’abord être bien lavé, car autrement, le liquide pénétrant ne s’infiltrera pas adéquatement dans le défaut. Si le liquide pénétrant en surface n’est pas entièrement retiré avant l’application du révélateur, il en résultera des indications trompeuses.
Aucune de ces méthodes n’offrait la précision nécessaire pour l’inspection et la réparation de vélos en fibre de carbone, et c’est pourquoi Ruckus Composites s’est tourné vers Olympus pour trouver une nouvelle solution.
Surmonter un défi complexe en matière d’ultrasons grâce au mesureur d’épaisseur 45MG
Avant de se procurer le mesureur d’épaisseur 45MG d’Olympus, Ruckus Composites a eu plusieurs discussions avec l’équipe d’ingénierie d’Olympus. L’atelier a aussi envoyé à Olympus des échantillons de pièces de vélo haut de gamme à des fins d’évaluation. Au départ, il n’était pas très facile d’obtenir des lectures utilisables.
« Les vélos représentent un défi particulier et nuancé en matière d’inspection par ultrasons, car il y a d’importantes variations dans les matériaux et la géométrie de ceux-ci, lesquelles ne sont pas connues de l’utilisateur. Il faut donc avoir une connaissance approfondie de la structure des vélos », a indiqué M. Small.
Ruckus Composites a travaillé avec le représentant Olympus de sa région pour obtenir en location prolongée un mesureur 45MG afin de pouvoir faire les essais et les recherches nécessaires.
« La plupart de nos analyses et évaluations sont effectuées à l’interne. Il n’y a pas d’informations disponibles au sujet des vélos en composite. Heureusement, nous pouvons fabriquer nos propres blocs de référence (amplitude, distance, porosité, etc.) pour répondre à tous les besoins qui surviennent en matière de références », expliquait M. Small.
Après une période d’évaluation concluante, le mesureur d’épaisseur à ultrasons 45MG d’Olympus a été adopté et intégré au processus de Ruckus Composites pour la détection non destructive des dommages à l’intérieur de la structure des couches de matériaux composites des cadres de vélos.
Shawn Small, propriétaire et chef mécanicien chez Ruckus Composites, montre une lecture A-scan sur le mesureur d’épaisseur 45MG pendant qu’il effectue une inspection par ultrasons sur le cadre d’un vélo en fibre de carbone. Cette lecture montre la quantité d’énergie ultrasonore reçue en fonction du temps.
Façon dont le mesureur d’épaisseur 45MG détecte les dommages internes dans les cadres de vélos
Pour ceux qui ne connaissent pas bien cet appareil, le mesureur d’épaisseur à ultrasons 45MG fonctionne en mesurant avec précision le temps que prend une impulsion sonore générée par une sonde à ultrasons à traverser un côté d’un matériau.
Dans les matériaux composites, l’énergie sonore se diffuse à partir des joints de grains individuels se trouvant entre les fibres du composite. L’appareil peut détecter les profils de diffusion irrégulière dans le matériau et en aviser l’utilisateur.
Les mesureurs à ultrasons calculent le temps que prend une impulsion sonore générée par une petite sonde à traverser la pièce à inspecter, à frapper une surface interne ou la paroi de fond, et à revenir vers la sonde.
Pour en savoir plus sur les fondements scientifiques de cette technologie, jetez un œil à notre tutoriel sur les mesureurs d’épaisseur ou à notre foire aux questions sur le contrôle non destructif par ultrasons.
Mécanique des matériaux : les avantages et inconvénients des vélos en fibre de carbone
Une potentielle fissure non détectée sur le cadre ou un autre composant d’un vélo en fibre de carbone peut engendrer des conséquences catastrophiques pour un cycliste. Si la structure sur laquelle vous comptez pour soutenir votre corps éclate en morceaux, les lois de la physique feront en sorte que votre corps suivra, causant des blessures potentielles.
Alors, pourquoi se procurer un vélo en fibre de carbone?
Parce que la fibre de carbone est considérablement plus légère que l’aluminium, l’acier et même le titane. De plus, la faible densité des matériaux en fibre de carbone augmente l’absorption des vibrations plutôt que d’en favoriser la transmission. Il en résulte des randonnées beaucoup plus confortables. Les matériaux composites peuvent aussi être façonnés de façon à réduire la résistance aérodynamique. Puisque cette résistance est fondée sur le carré de la vitesse, le cycliste peut rouler considérablement plus vite si on la diminue.
Ruckus Composites affirme qu’un cadre en fibre de carbone est l’un des meilleurs investissements qu’un cycliste peut faire sur son vélo en raison de son endurance apparemment illimitée et de sa réparabilité. Bien qu’il puisse s’agir d’un investissement coûteux, le vélo durera des années.
Par exemple, M. Small a expliqué qu’un vélo en fibre de carbone de 10 000 $ peut durer 20 ans, et qu’on peut restaurer sa structure autant de fois qu’il en est sécuritaire de le faire. Par ailleurs, la réparation des cadres de vélos en métal peut être trop coûteuse en raison des matériaux à travailler.
Analyse des coûts : la valeur du contrôle par ultrasons pour l’inspection de vélos
Après avoir inspecté des milliers de vélos au moyen du mesureur d’épaisseur à ultrasons 45MG, Ruckus Composites continue de trouver qu’il s’agit d’un outil avantageux.
« Nous exploitons notre mesureur 45MG d’Olympus au maximum; l’appareil s’est rentabilisé, a affirmé M. Small. Son utilisation est devenue essentielle dans nos activités quotidiennes. »
Shawn Small inspecte un cadre en fibre de carbone au moyen d’un mesureur d’épaisseur 45MG.
La capacité du 45MG à montrer l’intégrité des structures – invisible à l’œil humain – est un grand avantage et aide Ruckus Composites à assurer un service de qualité.
« C’est stupéfiant de voir à quel point les dommages peuvent ne pas être visibles sur un vélo, a indiqué M. Small. Nous utilisons le 45MG pour évaluer l’intégrité structurelle du composite. Cela nous permet de définir avec précision notre processus de réparation de ce matériau. »
Il a poursuivi : « Cela nous aide à assurer la qualité de nos services. Par exemple, nous pouvons analyser le vélo dans une zone non endommagée pour déterminer l’épaisseur du laminé à des fins de comparaison. Nous utilisons ensuite ces données pour connaître la quantité de matériau dont notre technicien aura besoin pour appliquer les couches de fibres de carbone servant à réparer la zone endommagée. »
Ruckus Composites facture 250 $ pour l’inspection complète du cadre et de la fourche d’un vélo, et redonne un crédit de 100 $ si le client décide de faire réparer le cadre de son vélo après l’inspection. Le coût moyen d’une réparation est de 500 $ et inclut la restauration de la peinture.
M. Small a expliqué son processus de réparation simple.
« Nous cartographions les zones endommagées au moyen du 45MG, puis élaborons un plan de réparation du composite problématique. Nous éliminons toute la fibre de carbone endommagée et appliquons une toute nouvelle fibre en fonction de notre plan d’application. Nous mettons la structure dans un sac sous vide et la cuisons au four pour ensuite restaurer l’ensemble de la peinture et des éléments graphiques à l’interne », a indiqué M. Small.
M. Small aime aussi le mesureur d’épaisseur 45MG pour sa portabilité et sa facilité d’utilisation.
« Le 45MG d’Olympus est une machine simple, et c’est pourquoi il est si avantageux. Il nous évite de trimballer de l’équipement supplémentaire ou plus gros lorsqu’il n’en est pas nécessaire », a-t-il expliqué.
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