2023/01/12
Propriétés mécaniques et stabilité dimensionnelle des biocomposites fabriqués par impression 3D par extrusion de filament
Dammak, Y. (2022). Propriétés mécaniques et stabilité dimensionnelle des biocomposites fabriqués par impression 3D par extrusion de filament (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue.
Actuellement le procédé d’impression 3D avec fabrication par filament fondu (FFF) ne cesse de se développer. Néanmoins, il a été toujours appelé par abus de langage le prototypage rapide. Ainsi, un enjeu d’amélioration des faibles propriétés mécaniques des pièces imprimées est à l’origine de la problématique de ce projet. Auprès de ce défi, la forte tendance à substituer les matières plastiques pour un développement durable attire l’attention sur l’implication des matériaux écologiques dans la vie industrielle. Dans cette perspective, s’inscrit l’objectif de développer des composites biosourcés par impression 3D par FFF. La stratégie suivie pour améliorer les propriétés faibles de la pièce imprimée consiste à créer des biocomposites ayant une matrice en acide polylactique (PLA) chargée par des fibres de (cellulose microcristalline (CMC), biochar (BC), bois d’épinette (EPN)). De ce fait, une série de filaments en biocomposite a été développée et imprimée après une optimisation des paramètres de l’imprimante FFF. Les éprouvettes des différents mélanges sont fabriquées dans le but de tester les facteurs suivants : 1) le type de charge ; 2) la teneur en charge ; 3) l’ajout d’un traitement sur les fibres ; 4) le type de matrice. Puis, on s’est intéressé à une étude compréhensive des effets de ces facteurs sur les propriétés thermiques, physiques et mécaniques des éprouvettes. Les biocomposites à 5 % de BC ont dépassé le module de Young du polymère vierge imprimé, ainsi que la résistance maximale à la traction.
Aussi, l’application d’un traitement sur les fibres a amélioré la résistance à la traction et à la flexion, tout en facilitant le procédé de mise en forme du matériau. L’addition de 15 % de charge de CMC ou EPN, sert à bonifier les modules de Young en traction et en flexion, mais diminue les performances du polymère face aux chocs et à l’humidité. Finalement, on a clôturé par une analyse comparative entre les propriétés mécaniques et physiques des éprouvettes fabriquées par impression 3D et par injection.
Les produits de moulage par injection ont présenté généralement les meilleures performances. Mais, contre les attentes la déformation maximale à la rupture et la ténacité des composites imprimés sont comparables à ceux injectés. Les résultats sont mis en évidence par des observations microscopiques qui ont permis de souligner la structure interne des éprouvettes et la nature des liaisons interfaciales fibre/matrice.