Base de connaissances

Strugova, D.; Nourin Sultana, S.M.; Leclair, J.P.; David, E.; Demarquette, N.R.; Paserin, V.; Hof, L.A. (2025). Polymer blends as a tool to improve mechanical properties and printability of metal-filled polymer filaments for material extrusion additive manufacturing in the context of sustainable manufacturing. J. of Manufacturing Processes, 156, 2025, 611-626.

Cette étude rapporte le développement et l’optimisation de filaments composites thermoplastiques fortement chargés en métal, destinés à la fabrication additive par extrusion de matière de composants métalliques. Des poudres de nickel (Ni) et de fer (Fe), présentant des tailles de particules et des morphologies variées, ont été combinées avec du polyéthylène (PE), de l’acide polylactique (PLA) et des mélanges PE/PLA comme liants. L’influence des caractéristiques des particules et de la composition du liant sur la morphologie des filaments, leurs propriétés mécaniques, leur porosité, leur comportement thermique et leur imprimabilité a été étudiée de manière systématique. Des filaments composites contenant jusqu’à 90 % massique de Ni et 80 % massique de Fe ont été extrudés avec succès. La microscopie électronique à balayage a montré que les particules fines de Ni amélioraient la dispersion et réduisaient la porosité, tandis que les particules grossières de Fe entraînaient un empilement hétérogène. Les analyses thermiques ont permis de définir les conditions de déliantage et de frittage, tandis que les essais mécaniques ont démontré que le PE améliorait la flexibilité, que le PLA contribuait à la résistance mécanique et que les systèmes hybrides offraient un compromis équilibré avec une bonne imprimabilité. L’optimisation des paramètres d’impression 3D a permis de fabriquer des pièces vertes de haute qualité, qui ont ensuite été déliantées et frittées avec succès en utilisant de la poudre de graphite afin de limiter l’oxydation. Des structures métalliques denses, présentant un retrait contrôlé et une porosité résiduelle minimale, ont été obtenues. Les échantillons à base de Ni ont montré un retrait plus important et une tendance accrue à la fissuration, en raison de la taille plus fine des particules et d’un coefficient de dilatation thermique plus élevé. Les résultats démontrent une stratégie robuste de conception matériaux–procédés pour la fabrication de métaux par FFF. Contrairement aux méthodes conventionnelles multi-étapes basées sur des solvants, ce travail repose sur une voie simple de mélange à sec et sur un traitement dans un four de laboratoire standard, sans recours au vide ni à des atmosphères inertes. Cette approche simplifiée offre une voie évolutive et respectueuse de l’environnement pour la fabrication additive de pièces métalliques à haute performance.

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