Valorisation de sables de pouzzolane en impression 3D polymères-composites

Valorization of pouzzolane sand in polymer-composite 3D printing

• Auteur / Autrice : Nicola Schiavone
• Direction : Vincent Verney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-Physique
• Date : Soutenance le 21/01/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Haroutioun Askanian, Emmanuel Duc, Bernhard Moginger, Roberto Pantani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Bergeret, Sandrine Hoppe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Composites

Pouzzolane -- Industrie

Mots clés libres

Procédé de fabrication par fil fondu

Tomographie aux rayons X

Pouzzolane

Matériaux composites

Fused filament fabrication

X-ray tomography

Pozzolan

Composite materials

Résumé

Cette thèse a pris en considération un contexte socio-économique lié à la gestion des ressources naturelles dans le respect de l'environnement. En particulier, Ce travail a envisagé la valorisation d’un sable de pouzzolane en tant que charge pour composite polymère dans le domaine de l'impression 3D par extrusion de matière. Les différentes étapes de la chaîne de production liées à la fabrication additive par extrusion de matière présentent diverses problématiques critiques par rapport aux comportements thermique, rhéologique et mécanique du matériau polymère. Pour cette raison, il est nécessaire d'optimiser les formulations des matériaux et les paramètres du procédé pour chaque phase de production.Une simulation numérique a été adoptée pour analyser en détail l'effet de l'historique thermique d'impression sur le comportement du matériau polymère. Par la suite, l'étude des composites polymères à base de sable de pouzzolane a été réalisée d'un point de vue thermique / rhéologique. De plus, des prototypes pour l'irrigation de précision avec une structure perméable pour le contrôle du débit d'eau ont été conçus et imprimés en utilisant les composites à base de pouzzolane.Enfin, une étude préliminaire de l'effet du motif d'impression et de la densité de remplissage obtenue par impression 3D sur le photo-vieillissement des composites à base de pouzzolane a été effectuée.

This research work took into consideration a socio-economic context within the framework of the management of natural resources while respecting the environment. In particular, this work considered the valorization of pozzolan sand as a filler for polymer composite in the field of 3D printing by material extrusion process. The different stages of the production chain linked to additive manufacturing by material extrusion process present various critical issues such as thermal, rheological and mechanical material behavior. For this reason, it is necessary to optimize material formulations and process parameters with respect to each phase of production.Numerical simulation was set up to analyze in detail the effect of thermal printing history on the behavior of the polymer material. Subsequently, the study of polymeric composites based on pozzolan sand was carried out from a thermal / rheological point of view. In addition, pressure irrigation prototypes with a permeable structure for water flow control were designed and printed using pozzolan based composites.Finally, a preliminary study of the effect of the printing pattern and the filling density obtained by 3D printing on the photo-aging of pozzolan-based composites was carried out.