2023/02/08
Conception, fabrication et validation d’une imprimante 3D pour les mélanges poudre-liant
Miclette, O. (2022). Conception, fabrication et validation d’une imprimante 3D pour les mélanges poudre-liant. Thèse.
La fabrication additive par extrusion de polymère hautement chargé (MEAM-HP) est un procédé récent qui permet de fabriquer des pièces métalliques denses en quatre étapes. La mise en forme de la pièce est réalisée par impression 3D où le mélange fondu poudre-liant est déposé par une buse sur un plateau d’impression de façon similaire au procédé de fil fondu pour les polymères. Plusieurs études se sont concentrées sur l’optimisation des paramètres d’impression dans le but d’éliminer les défauts intercouches dans les pièces. Ces défauts situés à la jonction des lignes d’impression sont en réalité des trous qui diminuent la masse volumique des pièces et affectent négativement les propriétés mécaniques. L’optimisation des paramètres d’impression permet de réduire la taille de ces défauts, mais ne permet pas de les éliminer complètement. Peu d’études ont investigué l’utilisation des mélanges à basse viscosité qui ont pourtant le potentiel de réduire l’occurrence des défauts en permettant au mélange de mieux épouser la forme des lignes d’impression précédemment déposées. Ce travail a pour objectif de développer une nouvelle imprimante capable d’imprimer des pièces en utilisant des mélanges poudre-liant à faible viscosité, de démontrer ses performances et d’ultimement confirmer si l’utilisation de tels mélanges à faible viscosité permet de réduire ou même d’éliminer les défauts intercouches. D’abord, une imprimante munie d’un extrudeur à piston a été conçue et fabriquée. Puis, la précision de déplacement du plateau d’impression et le contrôle du débit de l’extrudeur ont été validés. Ensuite, la température d’extrusion et du plateau d’impression ainsi que le volume de retrait de l’extrudeur ont été optimisés pour réduire les défauts d’impression. Pour terminer, six pièces complexes ont été imprimées pour déterminer si les mélanges à faible viscosité peuvent être utilisés pour l’impression de pièces fonctionnelles. Le mélange utilisé dans cette étude est composé de 65 vol. % de poudre d’acier inoxydable 17-4PH, 23 vol. % de cire de paraffine, 10 vol. % d’éthylène-acétate de vinyle et 2 vol. % d’acide stéarique. Durant la préparation du mélange, le brassage sous vacuum d’une minute s’est avéré suffisant pour atteindre la densité relative maximale de 99.8%, soit 1.2% de plus que celle sans dégazage. Le volume de retrait optimal permettant d’éviter l’écoulement naturel du mélange par la buse lorsque l’extrudeur est à l’arrêt et de contrôler précisément les départs et arrêts des séquences d’extrusion est de 3.6 mm3 . Les températures d’extrusion et de la surface d’impression de 85°C et 52.5°C respectivement ont permis d’éliminer les défauts extérieurs et intercouches pour une pièce imprimée simple. Durant ces impressions, une technique de chevauchement des lignes d’impression novatrice a été utilisée pour éliminer la présence de défauts intercouches. Finalement, l’impression de pièces avec des caractéristiques telles que des parois minces, des murs à 45°, des zones non supportées et des surfaces complexes a démontré que les mélanges à faible viscosité peuvent être utilisés dans le procédé MEAM-HP.