2026/06/26
Mechanisms governing mechanical performance in material extrusion additive manufacturing
Shokrollahi, M. (2026). Mechanisms governing mechanical performance in material extrusion additive manufacturing. Thèse.
La fabrication additive polymère par extrusion de matière (MEAM) représente la classe de technologies de fabrication additive la plus largement utilisée, offrant des matériaux polyvalents et abordables, un large éventail d’imprimantes, une facilité de mise en œuvre et une bonne évolutivité. Malgré ces avantages, son adoption dans des applications à hautes performances reste limitée, principalement en raison des difficultés à prédire et à contrôler les propriétés des pièces finales. Ces défis persistent malgré d’importants efforts de recherche, en partie à cause du grand nombre de paramètres de procédé ajustables et d’une compréhension encore incomplète des mécanismes par lesquels ces paramètres influencent les performances des pièces. Cette thèse explore plusieurs mécanismes encore peu étudiés, qui sont influencés par les paramètres de procédé et jouent un rôle déterminant dans les propriétés des pièces. Les contributions incluent une analyse approfondie du procédé d’extrusion et de ses effets sur les propriétés morphologiques, microstructurales et mécaniques des extrudats, qui constituent les éléments fondamentaux des pièces imprimées. Des mécanismes supplémentaires liés à l’adhésion intercouche sont également examinés. En particulier, les encoches d’interface formées naturellement aux jonctions entre extrudats sont identifiées comme une source majeure d’anisotropie, tant pour les impressions à petite qu’à grande échelle. Une méthodologie est développée afin de dissocier les effets de la qualité de l’adhésion intercouche de ceux induits par ces encoches, et les champs de déformation résultants sont quantifiés expérimentalement pour différentes caractéristiques d’encoches. Par ailleurs, l’étude aborde le contact interfacial selon une approche distincte de celles généralement adoptées dans la littérature. Le développement du contact est souvent considéré comme une augmentation de la largeur de liaison, les zones liées étant supposées être en contact complet. Cependant, des microvides sont observés à l’interface, et leur prévalence varie fortement en fonction des conditions de procédé. Des mesures in situ de la pression de contact, combinées à des caractérisations thermiques, rhéologiques et de rugosité de surface, sont réalisées afin de tester expérimentalement les modèles existants de contact intime issus de procédés analogues et d’évaluer leur validité dans le contexte du MEAM. Enfin, l’interaction entre les effets des encoches d’interface et la qualité de l’adhésion intercouche est démontrée, montrant que l’influence relative de chaque mécanisme sur les propriétés mécaniques finales dépend fortement de la présence et de l’ampleur des autres mécanismes. Ces résultats permettent une compréhension plus complète des relations procédé–structure–propriété en MEAM polymère et offrent des indications pour une prédiction et un contrôle plus fiables des performances des pièces imprimées.