Impression 3D des thermoplastiques hautes performances : Étude expérimentale et modélisation numérique du procédé par dépôt de filament
Auteur / Autrice : | Shahriar Bakrani Balani |
Direction : | Valérie Nassiet, Arthur Cantarel |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Science et Génie des Matériaux |
Date : | Soutenance le 07/06/2019 |
Etablissement(s) : | Toulouse, INPT |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....) |
Jury : | Président / Présidente : Fabrice Schmidt |
Examinateurs / Examinatrices : Valérie Nassiet, Arthur Cantarel, Vincent Sobotka, Gilles Ausias, Matthieu Zinet, Orlando Santana, France Chabert | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Sobotka, Gilles Ausias |
Mots clés
Résumé
La fabrication additive (FA) fait référence à une grande variété de procédés de fabrication pour le prototypage rapide et la production de produits finis et semi-finis. Contrairement aux procédés classiques ou soustractifs, en fabrication additive, le matériau est ajouté progressivement couche par couche pour former les pièces. La fabrication additive permet la fabrication de pièces complexes impossibles ou peu rentables à fabriquer avec les procédés traditionnels. Le procédé FFF (Fused Filament Fabrication) est basé sur la fusion d'un filament polymère ; le filament est ensuite déposé couche par couche pour fabriquer les pièces finales. Malgré l'intérêt croissant des industries et du grand public ces dernières années, ces procédés de fabrication ne sont toujours pas bien maîtrisés, en particulier pour les polymères qui ne sont pas de grande consommation. Dans cette thèse, nous allons nous intéresser à l’imprimabilité du PEEK (Polyétheréthercétone).Dans un premier temps, nous avons déterminé les propriétés du polymère influençant la qualité des pièces imprimées par FFF. Les propriétés rhéologiques, la tension superficielle, la conductivité thermique et la dilatation thermique ont été déterminées expérimentalement. Ensuite,le phénomène de coalescence des filaments polymères a été étudié par des mesures expérimentales, un modèle analytique et par simulation numérique. De plus, la stabilité du filament et ses propriétés d’écoulement lorsqu’il sort de l’extrudeuse dans le procédé FFF ont été déterminées expérimentalement puis par analytique et simulation numérique. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la détermination du gonflement des filaments de PEEK. Enfin, la cinétique de la cristallisation isotherme et non isotherme du PEEK a été étudiée expérimentalement. La cinétique de cristallisation a été appliquée au procédé FFF par simulation numérique afin de déterminer la température d’environnement optimale pour contrôler la cristallisation des pièces imprimées. La cristallisation du PEEK atteint sa valeur maximale (environ 22%) de cristallisation pendant le dépôt. En outre, la cristallisation libère de la chaleur dans le système