Écoulement et comportement en compression de poudres avec des poinçons à rainures profondes

Flow and compaction behaviour of powders with deep grooved punches

• Auteur / Autrice : Gweni Alonso Aruffo
• Direction : Abderrahim Michrafy, Driss Oulahna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 03/05/2022
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....) - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
• Jury : Président / Présidente : Christine Espinosa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderrahim Michrafy, Driss Oulahna, Thierry Ruiz, Vincent Mazel, Tahmer Sharkawi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Ruiz, Vincent Mazel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X

Tomographie

Éléments finis, Méthode des

Compactage

Poudres

Mots clés libres

Compression de poudre

Modélisation éléments finis

Tomographie rayons-X

Compact parallélépipédique rainuré

Calibration hybride modèle DPC

Powder die compression

Finite element modelling

X-Ray Tomography

Parallelepiped grooved compact

Hybrid DPC calibration procedure

Résumé

La fabrication de pièces à géométries complexes, par compression de poudres, peut s’avérer délicate. Le procédé de compression, utilisé dans de nombreux secteurs industriels, consiste à densifier un lit de poudre par l’application d’une charge afin de produire des compacts. Dans certaines situations la présence de défauts (fissures par exemple) dans les compacts est observable suite à la compression. Ceux-ci mènent alors la dégradation des propriétés mécaniques des compacts et donc leurs propriétés d’usage, leur présence entraine alors la-non-conformité de l’échantillon. Les défauts sur des compacts de poudre peuvent trouver leur origine principalement dans l’homogénéité du compact, le comportement mécanique de la poudre ainsi que la complexité de la forme géométrique du compact. Les travaux de cette thèse apportent une contribution dans l’analyse de la compression de poudres pharmaceutiques sur des compacts de grande taille à géométrie complexe (présence de rainures). Plus particulièrement, pour aller plus loin dans la compréhension de l’impact de la géométrie des outillages de compression sur l’état final des compacts, une étude à la fois expérimentale et numérique a été mise en place. Afin de modéliser la réponse mécanique de la poudre en compression soumise à une charge externe, le modèle de Drucker Prager Cap (DPC) a été employé. De manière à pallier à un problème d’échelle une méthode hybride de calibration du modèle de DPC a été mise en place dans le cadre de ces travaux pour obtenir une prédiction du comportement de la poudre en compression plus réaliste. Les résultats numériques obtenus par simulation éléments finis ont été validés par le biais d’analyses tomographiques.

The production of compacts with complex geometries by means of powder die compaction can be a delicate task. The compression process, used in many industrial sectors, is based on the densification of a powder bed by the application of an external load to obtain compacts. In some situations, the presence of defects (for example, cracks) in the compacts can be observed following the compression process. These lead to the degradation of the mechanical properties of the compacts and therefore their properties of use, thus leading to the non-conformity of the sample. Defects in powder compacts can be mainly due to the homogeneity of the compact, the mechanical behaviour of the powder and the complexity of the geometric shape of the sample. The work of this thesis contributes to the analysis of the compaction of pharmaceutical powders on large compacts with complex geometry (presence of grooves). In particular, to further understand the impact of the geometry of the compression tools on the final state of the compacts, both experimental and numerical studies were carried out. In order to model the mechanical response of the powder in compression to an external load, the Drucker Prager Cap (DPC) model was employed. To overcome a scaling problem, a hybrid calibration method of the DPC model was introduced in this work to provide a more realistic prediction of the powder behaviour in compression. The numerical results obtained by finite element simulation were validated by means of tomographic analysis.