2022/05/30
Développement de polymères haute performance (PHP) pour l’optimisation de la fabrication additive par dépôt de filament de polymère fondu (FDM)
COALIA, Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT) (2019-2020)
Objectif visé
Fabriquer un filament haute performance à partir de polymères haute performance (PHP) offrant une bonne adhésion inter-couches et des propriétés mécaniques supérieures au matériau de base.
LE CONTEXTE
L’impression 3D par dépôt de filament fondu (FDM) est un procédé de fabrication couche par couche qui permet d’obtenir des pièces dont le niveau de complexité est élevé, parfois même inaccessible via les procédés de fabrication traditionnels comme le moulage par injection. Ce procédé d’impression 3D est le plus répandu sur le marché du fait de sa simplicité, des nombreux matériaux disponibles et de son faible coût d’utilisation. Il permet d’obtenir rapidement des pièces prototypes ou fonctionnelles à faible coût, tout en évitant les étapes de conception et de fabrication d’un outillage de production.
LE DÉFI
Comparativement aux pièces obtenues par les procédés traditionnels tels que le moulage par injection, les pièces imprimées via la technologie FDM possèdent des propriétés mécaniques inférieures et anisotropes (inégales selon l’axe d’impression), notamment en raison de l’adhésion inter-couches insuffisante. Ces pièces peuvent aussi présenter des caractéristiques dimensionnelles inadéquates en raison du retrait et du gauchissement observés, surtout lors de la fabrication de pièces de grandes dimensions. Ces contraintes restreignent sévèrement l’utilisation du procédé FDM pour des applications de haute technologie incluant celles reliées au secteur de l’aéronautique. Plusieurs stratégies ont été déployées afin de limiter les effets énoncés ci-dessus des PHP, des candidats à fort potentiel pour le secteur aéronautique. Les PHP (PEI, PPS, PEEK, PSU, PPSU, etc.) sont bien connus du secteur de la plasturgie, car ils présentent des propriétés thermiques, thermomécaniques et mécaniques exceptionnelles qui laissent envisager à court terme, une conversion vers ces matériaux polymères pour certaines applications de pièces métalliques notamment. Ces matériaux sont encore peu utilisés par FDM, car ils exigent des procédés d’impression ainsi que des formulations adaptées aux contraintes de la fabrication additive. Pour ce faire, il conviendrait alors : 1) d’optimiser les paramètres d’impression du procédé FDM pour les PHP; 2) limiter le retrait par l’incorporation de charges à faibles coefficient de dilatation thermique linéaire dans les PHP; 3) d’accroître l’adhésion inter-couches par l’optimisation des paramètres d’impression et par l’implantation d’une nouvelle technologie innovante.