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Des thermoplastiques imprimés en 3D beaucoup plus résistants - Par : Hanen Hattab,

Des thermoplastiques imprimés en 3D beaucoup plus résistants


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Le prototypage rapide par impression 3D est de plus en plus utilisé pour la réalisation de produits ou de pièces finies dans diverses industries. Mais certains secteurs ne sont pas à même d’intégrer cette technologie hormis dans la fabrication de prototypes d’usinage ou de maquettes d’essai. Les pièces de thermoplastiques fabriquées par impression 3D, aussi appelée fabrication additive, sont fragiles et ne peuvent pas résister à certaines contraintes physiques.

Brandon Sweeney, un doctorant du Department of Materials Science and Engineering de l’Université Texas A&M, son directeur de thèse, Dr Micah Green, professeur agrégé au Département de génie chimique et Dr Mohammad Saed, professeur assistant au département de génie informatique et informatique au Texas Tech ont découvert un moyen de rendre les pièces de thermoplastiques imprimées en 3D très résistantes et fonctionnelles.

Sweeney s’est familiarisé avec l’impression 3D lorsqu’il travaillait dans l’Army Research Laboratory du Aberdeen Proving Grounds au Maryland. Il a pensé à rendre cette méthode plus efficace afin d’éliminer les phases de production nécessaire pour passer du processus de conception à la production des objets.

Lors de la fabrication, le matériau thermoplastique est imprimé sous forme de couches fines superposées. Ces couches sont fragiles et peuvent facilement s’effriter causant la faiblesse de l’objet et le rendant moins fiable. La fragilité du matériau est en fait causée par le processus d’impression. Lorsque les fils en fusion sont déposés sur le plan d’impression, les couches de polymères ne sont pas bien liées les unes aux autres, ce qui cause le délaminage du matériau et de facto la défaillance mécanique de la pièce.

Les couches des thermoplastiques imprimées peuvent se décoller les unes des autres

Superposition des couches de polymère lors du procédé de fabrication additive

Green avait collaboré avec Dr. Saed sur un projet visant à détecter les nanotubes de carbone à l’aide des micro-ondes. En s’inspirant de cette étude, les trois chercheurs ont pensé à consolider les couches de polymères par des nanotubes de carbone. Or, l’ajout de ce liant, qui nécessite l’action de la chaleur pour assurer l’adhésion des différentes couches de polymères, présentait une problématique importante, à savoir la déformation de l’objet ou carrément la fonte du matériau dans le four. La première solution à laquelle l’équipe a pensé est l’utilisation d’une source de chaleur ponctuelle comme dans le soudage des pièces métalliques.

Processus de fabrication

Afin d’intégrer les nanotubes de carbone au polymère, une pièce a été rajoutée à l’imprimante 3D. Cette pièce permet d’envelopper les filaments du polymère d’impression par une fine couche d’encre hautement conductrice (l’encre CNT). Lorsque l’imprimante commence son travail, les couches de polymères et l’encre CNT se superposent formant une structure stratifiée et solide. Les éléments de chaque couche n’entrent pas en contact à ce stade. Étant donné que l’épaisseur des couches de polymère est très fine, les chercheurs ont utilisé un appareil à micro-ondes spécial pour appliquer minutieusement les points de chaleur après l’impression. La chaleur émise est surveillée par une caméra infrarouge.

Les tests ont démontré que le matériau thermoplastique renforcé est 275 % plus résistant. Selon l’équipe, cette étude ouvre la voie au couplage entre les propriétés diélectriques et la réaction des nanomatériaux exposés aux champs électromagnétiques.

Les chercheurs sont en train de concevoir une nouvelle imprimante 3D avec un système de soudage électromagnétique intégré. Le projet est encore dans la phase bêta. La technologie est sous licence avec Essentium Materials (une entreprise locale).

Cette étude intitulée « Welding of 3-D Printed Carbon Nanotube-Polymer Composites by Locally Induced Microwave Heating » a été publiée dans la revue Science Advances. Les chercheurs Blake A. Lackey, Martin J. Pospisil, Thomas C. Achee, Victoria K. Hicks, Aaron G. et Moran, Blake R. Teipel ont également collaboré à ce travail.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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Domaines d'expertise :

Fabrication additive 

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