Impression 3D et nanocomposites : Étude du comportement de mélanges PLA/argile appliquée à la fabrication additive par extrusion de matériaux

3D printing and nanocomposites : Study of the behavior of PLA/clay mixtures applied to material extrusion additive manufacturing

• Auteur / Autrice : Geoffrey Ginoux
• Direction : Isabelle Vroman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SGM - Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 22/10/2018
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie et Sciences des Matériaux (LISM - EA 4695) (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe Biomatériaux-LISM
• Jury : Président / Présidente : Marie-France Lacrampe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Salaün, Stéphane Marais, Sébastien Alix, Grégory Stoclet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Salaün, Stéphane Marais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éco-matériaux

Polymères -- Rhéologie

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication additive

Fabrication par filament fondu

Matériau biosourcé

Rhéologie

Plan d'expériences

Additive manufacturing

Fused filament fabrication

Biobased material

Rheology

Design of experiments

Résumé

La fabrication additive est un procédé d’élaboration permettant la mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives. Bien que de plus en plus de polymères puissent être mis en œuvre par cette technologie, les polymères chargés en sont quasiment absents, alors qu’ils sont largement utilisés dans les autres types de procédés de mise en forme. Les objectifs scientifiques et technologiques du projet concernent (i) une meilleure compréhension des relations entre le comportement rhéologique de systèmes polymères et leur aptitude à la mise en forme par les technologies de fabrication additive FDM, (ii) le développement de formulations de base de polymères bio-sourcés adaptées à ces technologies et apportant une multifonctionnalité. Le premier objectif nécessitera tout d’abord d’identifier les conditions (température, gradients de vitesse, nature des contraintes, …) imposées par les procédés considérés puis de mettre en place et/ou d’adapter les moyens de caractérisation du comportement rhéologique des systèmes polymères dans ces conditions. Le comportement rhéologique en cisaillement mais aussi en élongation pourra être considéré. Il conviendra en particulier d’identifier les compromis nécessaires entre comportement adapté à l’écoulement en filière ou en buse et aptitude à la fusion et à la consolidation couche par couche. Enfin, l’effet des différentes voies de fonctionnalisation envisagées sur le comportement rhéologique et thermique et donc sur l’aptitude à la mise en forme devra être analysé. De façon à adapter les polymères bio-sourcés à un large panel d’applications, diverses voies de fonctionnalisation seront considérées, basées sur le compoundage avec des charges particulaires.

Additive manufacturing process is a preparation for the forming of a workpiece by the addition of material, by stacking successive layers. Although more and more polymers can be implemented by this technology, the filled polymers are practically absent, so they are widely used in other types of shaping methods. The scientific and technological objectives of the project are (i) a better understanding of the relationship between the rheological behavior of polymer systems and their ability to shaping by additive manufacturing technologies FDM, (ii) the development of polymer-based formulations biosourced adapted to these technologies and providing multifunctionality. The first goal will require first of all to identify the conditions (temperature, velocity gradients, nature constraints ...) imposed by the processes considered then to implement and / or adapt the means of characterization of the rheological behavior of polymer systems under these conditions. The rheological behavior in shear but also in elongation may be considered. It should in particular identify the necessary compromise between behavior adapted to the flow at the die or nozzle and meltability and consolidation layer by layer. Finally, the effect of different ways of functionalization considered on the rheological and thermal behavior and thus on the ability to formatting will be analyzed. In order to adapt the bio-sourced polymers for a wide range of applications, various routes of functionalization will be considered based on compounding with particulate fillers.