2026/01/08
Reassessing anisotropy in 3D printed structures: The role of extrudate geometry vs interface bonding
Shokrollahi, M.; Smith, A.W.; Levy, A.; Dubé, M.; Tabiai, I. (2025). Reassessing anisotropy in 3D printed structures: The role of extrudate geometry vs interface bonding. Journal of Manufacturing Processes, vol. 149, 2025, 456-472.
Les performances mécaniques des pièces imprimées en 3D par fabrication par dépôt de fil fondu (FFF) et par fabrication par dépôt de granulés fondus (FGF) sont gouvernées par la qualité de l’adhésion interfaciale et par la géométrie des extrudats. Cette étude examine ces facteurs dans des pièces en poly(éthylène téréphtalate) glycolisé (PETG) imprimées à petite échelle (FFF) et à grande échelle (FGF), soumises à des essais de traction selon des directions parallèle et transverse aux extrudats. L’anisotropie des pièces imprimées en 3D résulte d’une adhésion interfaciale incomplète et de la formation de crêtes périodiques (entailles interfaciales) entre les extrudats. Une méthode d’usinage est utilisée pour éliminer ces entailles, permettant une évaluation indépendante de ces deux mécanismes. Les résultats montrent que les entailles interfaciales réduisent la résistance des pièces, la résistance en traction diminuant de 28 % pour les échantillons à petite échelle et de 70 % pour ceux à grande échelle. La corrélation d’images numériques (DIC) permet de quantifier les champs de déformation induits par les entailles lors du chargement, montrant que le facteur de concentration de déformation (Kε) diminue lorsque l’épaisseur de couche est réduite. Une analyse par éléments finis à l’échelle mésoscopique, validée par la DIC, confirme les résultats expérimentaux et met en évidence l’influence critique du rayon à la racine de l’entaille sur Kε. Une fois les entailles interfaciales éliminées, des propriétés isotropes sont obtenues, démontrant une résistance interfaciale complète. Ces résultats soulignent le rôle prépondérant de la géométrie des extrudats dans l’anisotropie et la rupture prématurée des pièces, et fournissent des orientations pour l’optimisation des paramètres d’impression ainsi que pour la conception de la prochaine génération d’équipements d’impression 3D visant à atténuer ces phénomènes.