Etude et développement de résines photopolymérisables pour l'impression 3D de noyaux céramiques

Research and development of photosensitive resins for 3D printing of ceramic cores

• Auteur / Autrice : Justin Chassagne
• Direction : Céline Croutxé Barghorn, Xavier Allonas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 24/11/2020
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photochimie et d'Ingenierie Macromoleculaires (LPIM) - EA 4567

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux céramiques

Photopolymérisation

Impression 3D

Stéréolithographie

Mots clés libres

Stéréolithographie

Impression 3D

Noyaux céramiques

Photopolymérisation

Suspensions céramiques

Stereolithography

3D printing

Ceramic cores

Photopolymerization

Ceramic suspensions

Résumé

L’objectif des industries de l’aéronautique étant de diminuer la consommation en carburant des avions pour des raisons économiques et écologiques, l’augmentation du rendement des moteurs est un enjeu majeur de ce secteur. Il nécessite notamment l’amélioration du refroidissement des aubes de turbine et donc la conception de noyaux céramiques aux géométries plus poussées. La fabrication additive se révèle être un moyen de répondre à ce besoin puisqu’elle permet de créer des objets physiques par ajout successif de matériau, avec de grandes libertés sur le design des pièces.La photopolymérisation en cuve est la technologie de fabrication additive utilisée pour cette thèse. Elle implique cependant plusieurs contraintes puisque la présence de poudres céramiques augmente de façon significative la viscosité de la suspension et change ses propriétés d’absorption de la lumière. De plus, l’utilisation de résines photopolymérisables peut mener à des pièces défectueuses (criques, déformations géométriques, ...). La maîtrise de la rhéologie de la pâte céramique, de la réactivité, du retrait lors de la polymérisation et de l’élimination des liants organiques lors du déliantage est indispensable. Ce sont cependant des paramètres interdépendants et cette thèse met en évidence la nécessité de faire des compromis dans le choix des additifs rhéologiques, des monomères et du système photo-amorceur, ainsi que dans les quantités introduites.

As the main aim of aeronautic companies is to decrease aircraft fuel consumption for economic and ecological reasons, increasing engine efficiency is a major challenge in this sector. In particular, it requires improved cooling of turbine blades during their use, which means that ceramic cores need geometries that are more advanced. Additive manufacturing is proving to be a way of meeting this need, since it makes it possible to create physical objects by successively adding material, with great freedom in the design of the parts.Vat photo-polymerization is the additive manufacturing technology used for this thesis. However, it implies several constraints since the presence of ceramic powders significantly increases the viscosity of the suspension and changes its light absorption properties. Moreover, the use of photosensitive resins can lead to defective parts (cracks, geometric deformations...). To control the rheology of the ceramic paste, the reactivity, the shrinkage during polymerization and the removal of organic binders during debinding is essential. However, these are interdependent parameters and this thesis highlights the need to make compromises in the choice of rheological additives, monomers and photo-initiating system, as well as in the quantities introduced.