Modélisation physique et numérique du procédé de mise en forme par trempage

Physical and numerical modelling of dip-coating

• Auteur / Autrice : Emmanuelle Relot
• Direction : Patrick Navard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Thermodynamique

Surfaces

Rhéologie

Mots clés libres

Trempage

Résumé

Le trempage est un procédé permettant de retirer autour d’un objet ou d’un moule une fine couche de matière après immersion de ce dernier dans un bain de liquide. Ce procédé est largement employé dans diverses industries telles que dans des applications protectrices ou de décorations ou encore pour obtenir des objets de formes creuses (implants mammaires, gants, préservatifs ou gélules). L’avantage du trempage est qu’il est très simple d’utilisation ; cependant, il est difficile de contrôle l’épaisseur extraite et sa répartition autour de l’objet. L’objectif de cette thèse est de modéliser numériquement ce procédé pour ensuite être capable de prédire l’épaisseur extraite et sa répartition autour du moule. Pour cela, la modélisation s’est faite en résolvant les équations mécaniques et thermiques dans le bain à l’aide d’une approche Lagrangienne par éléments finis accompagnée de remaillage. La tension de surface, force importante puisqu’elle permet entre autre d’éviter des instabilités en surface, a été intégrée grâce à une méthode basée sur la reformulation de la courbure à l’aide de l’opérateur de Laplace-Beltrami. Pour enrichir la modélisation, une série d’expérimentation ont également été menées pour caractériser les fluides employés.

Dip-coating is a process allowing the extraction of a thin layer of matter around a mould by dipping it in a bath of liquid. This is a common process extensively used in industries concerned, for example, with the application of protective or decorative coatings and also used to manufacture parts having a thin thickness such as gloves, mammal prostheses, medical capsules and condoms. The advantage of this process is its simplicity and its low cost; but it is difficult to control the thickness and its repartition around the object. The goal of this thesis is to numerically predict the thickness of the layer extracted on the mould. The mechanical and thermal balance equations are solved in the bath using a Lagrangian Finite Element approach with remeshing technique. The liquid/air interfacial tension is taken into account in order to avoid surface instabilities; the method used to implement interfacial tension in the modelling is based on the reformulation of the curvature with Laplace-Beltrami operator. Experimental researchs are also realized in order to characterize physically the liquids used in the bath.