Développement d'objets de qualité optique par photopolymérisation frontale

Optical quality object fabrication via frontal photopolymerization

• Auteur / Autrice : Emma Geisler
• Direction : Olivier Soppera
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 02/02/2022
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyaddition

Photopolymérisation

Déchets -- Gestion intégrée

Déchets -- Valorisation

Sous-produits

Matériaux optiques

Verre optique

Mots clés libres

Photopolymérisation

Fabrication additive

Polymérisation radicalaire

Composant optique

Photopolymérisation frontale

Modélisation

Monomère d'acrylate

Matériau transparent

Photopolymerization

Additive manufacturing

Radical polymerization

Optical component

Frontal photopolymerization

Modelization

Acrylate monomer

Transparent material

Résumé

Aujourd’hui, la création d’objets de qualité optique, tels que les verres de lunettes, est gérée par l’utilisation de moule. Ces moules permettent d’obtenir des objets finis ou « semi-finis » qui sont volontairement surdimensionnés. Les semi-finis, après production, sont taillés, usinés, et façonnés pour palier aux différentes corrections et montures existantes. Ces dernières étapes entrainent 90% de déchets qui sont peu valorisés. Afin de limiter cette production de déchets, le concept de fabrication additive a été proposé. L’objectif de cette thèse est de développer un procédé de fabrication additive qui permette la fabrication d’objets de qualité optique. Avec le bon procédé de photopolymérisation, il est possible de former de manière continue un objet 3D sous l’action de la lumière UV. Cette étude s’est décomposée en plusieurs parties distinctes. Une première partie s’articule autour de l’étude de la formulation afin de contrôler le front de photopolymérisation. Une deuxième partie s’intéresse à la modélisation des fronts de photopolymérisation par une équation, en partant d’équations fondamentales utilisées dans le cas de la fabrication additive classique. Finalement, une dernière partie applicative, décrit le problème industriel avec la description d’objets de qualité optique, et le transfert des connaissances sur un système d’irradiation semi-industriel.

Today, optical quality object fabrication, such as ophtalmic lenses, uses a mould process. Those moulds allow obtaining object named “semi-finished” or “finished” voluntarily oversized. Then, those are cut, machined and shaped in order to fit different eyeglasses corrections, and frames. 90% of the initial material used are wasted, and will be hardly recycled The additive manufacturing processes seem to be a good idea to avoid the waste production. This PhD thesis objective is to develop a new additive manufacturing process to obtain optical quality objects. With the good photopolymerization process, it is possible to manage a continuous polymerization front under an UV light beam. This study was organised into several separated parts. The first one is the study of the formulation, and the chemistry, to control the polymerization front propagation. The second one is the equation modelization of the front propagation, using a well-known equation in the additive manufacturing process field. Finally an applicative part describes the industrial problem starting with the optical quality description of the object, and the knowledge transfer on a semi-industrial irradiation system.