Élaboration d’objets en cuivre par fabrication additive par extrusion de matière : Etude de la faisabilité : cas de pâtes chargées utilisant des hydrogels de polysaccarides comme systèmes liants

Fabrication of Copper objects using extrusion additive manufacturing method : Feasibility study : case of metallic pastes using polysaccharide hydrogels as binding systems

• Auteur / Autrice : Alice Ratsimba
• Direction : Jean-François Silvain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 03/04/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Cyril Aymonier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Bourret, Yann Le Petitcorps, Thomas Batigne, Blandine Billet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Gremillard, Pierre-Marie Geffroy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés inorganiques

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication additive métallique

Extrusion de matière

Cuivre

Imprimabilité

Hydrogels

Metallic Additive Manufacturing

Material extrusion

Copper

Printability

Hydrogels

Résumé

Parmi les sept méthodes de fabrication additive appliquées aux métaux, l'extrusion de matière (Extrusion Additive Manufacturing, EAM) apparait comme une technique prometteuse pour la production de d’objets en cuivre. Ce procédé de mise en forme indirect consiste à convoyer un matériau et à le pousser à travers un orifice afin de former des cordons de matière. Ce processus de mise en forme indirecte implique le convoyage d'un matériau à travers un orifice pour former des cordons de matière. Les objets tridimensionnels sont construits par empilement de couches successives à partir d'un mélange de particules de poudre métallique et d'un système liant.Les formulations typiques de ce procédé incluent un liant thermoplastique, et les matériaux sont généralement conditionnés sous forme de filament, dont la manipulation et le convoyage sont complexes. De plus, les étapes de post-traitement sont généralement longues et nécessitent des équipements spécifiques, ce qui peut entraîner des coûts et des délais de production élevés.Dans cette perspective, l’utilisation de formulations utilisant des systèmes liants d'origine biologique semble être une alternative prometteuse, offrant des avantages potentiels en termes de rapidité de production, d’efficacité énergétique et d’impact environnemental. Les matériaux considérés sont des pâtes métalliques à base d’hydrogels de polysaccarides chargés en poudre de cuivre. L'objectif principal de ce travail est l'étude de l'adéquation du comportement de ces formulations avec le procédé de mise en forme par extrusion de matière. La définition de critères d'imprimabilité permet de comprendre les relations entre les propriétés des formulations, le déroulement du processus d'extrusion, et la qualité des objets obtenus.

Among the seven additive manufacturing methods applied to metals, Extrusion Additive Manufacturing (EAM) appears as a promising technique to produce copper objects. This indirect forming process involves conveying a material and pushing it through an orifice to form strands of material. Three-dimensional objects are built by stacking successive layers from a mixture of metal powder particles and a binding system.Typical formulations for this process include a thermoplastic binder, and the materials are usually packaged in filament form, which is complex to handle and convey. In addition, post-processing steps are usually lengthy and require specific equipment, which can lead to high costs and production lead times.In this perspective, the use of formulations using biobased binder systems appears to be a promising alternative, offering potential advantages in terms of production speed, energy efficiency and environmental impact. The considered materials are metal pastes based on polysaccharide hydrogels loaded with copper powder. The main objective of this work is to study the suitability of the behaviour of these formulations with the extrusion additive manufacturing process. Defining printability criteria helps to understand relationships between the properties of the formulations, the course of the shaping process, and the quality of the obtained objects.