Nouveaux mélanges silicone pour la fabrication additive

Silicone formulations for additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Marie Crouillere
• Direction : Claire Barrès, François Ganachaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Polymères
• Date : Soutenance le 12/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : René Fulchiron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Barrès, François Ganachaud, René Fulchiron, Odile Fichet, Claire Longuet, Yves Grohens
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Odile Fichet, Claire Longuet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Orthopédie

Impression 3D

Prototypage rapide

Élastomères

Mots clés libres

Matériaux

Silicones

Polyaddition

Hydrosilylation

Fluide à seuil

Impression 3D

Elastomère silicone

Viscoélasticité

Propriété mécanique

Orthopédie

Materials

Silicones

Polyaddition

Hydrosilylation

Threshold fluid

3D Printing

Silicone elastomer

Viscoelasticity

Mechanical properties

Orthopedics

Résumé

Ma thèse a pour but de développer de nouveaux mélanges silicone pour la fabrication additive donnant des élastomères possédant une bonne résistance à la traction afin de reproduire ensuite un manchon orthopédique. L’impression 3D par dépôt de matière visqueuse non réticulée a été choisie et intrinsèquement les mélanges silicone de polyaddition ont donc été étudiés. Plusieurs mélanges silicone de polyaddition ont été réalisés. Ils donnent des élastomères de duretés s’étalant de 12 à 40 Shore A, avec des propriétés mécaniques en traction et en compression différentes mais avec des valeurs de viscosité proches. Ces mélanges ont ensuite été modifiés pour leur conférer le comportement rhéologique de fluide à seuil, caractéristique nécessaire pour l’extrusion de filaments de silicone non réticulés. Puis, des objets modèles ont été imprimés en 3D et ont permis de valider des propriétés (mécaniques, viscoélastiques et de dureté) similaires à des objets moulés. Enfin, des objets structurés ont été imprimés en 3D pour essayer de reproduire certaines parties importantes du manchon orthopédique de manière innovante.

Additive manufacturing is a rapidly growing technical area within which a wide variety of methods have been developed. These new processes provide a higher degree of geometrical freedom when building specific objects for small series production or for custom-made use. The benefits against traditional processes are reductions of time, of cost and of material consumption, thanks notably to the suppression of specific equipment (e.g. moulds). Nowadays different types of materials are processed in additive manufacturing, like thermoplastic polymers (PLA, ABS, PA), metals or ceramics. However crosslinkable elastomeric materials like silicones have hardly been considered although they are widely used in several industries. This study focuses on 3D printing of new silicone formulations, in a view to creating new structures of light densities. Material extrusion (or fused deposition modelling, FDM) is used as an additive manufacturing process in which material is selectively dispensed through a nozzle. This method, commonly used with thermoplastic materials, requires a number of modifications and improvements with silicone formulations which containing silica nanofillers. In particular, the network, rheology and curing time have been studied to come up with a formulation that both fits perfectly with additive manufacturing and generates good mechanical properties of the finished product. Furthermore enhancement of homemade 3D printer characteristics seems to be obvious to fit also with this kind of new formulation and new design of pieces. Finally, new structured objects have been developed to reproduce the two most important parts of an orthopedic liner.