Développement de polymères haute performance pour l'optimisation de la fabrication additive par dépôt de filaments de polymère fondu

 

Andro Vachon

Cégep de Thetford

 

Domaine : matériaux

Programme de recherche pour les chercheurs de collège

Concours 2019-2020

La fabrication additive par dépôt d'un filament de polymère à l'état fondu (FDM) est une plateforme flexible pour la construction couche par couche d'objets dont la conception est complexe et parfois inaccessible par les techniques traditionnelles de plasturgie. Répandue du fait de sa relative simplicité et de son faible coût d'utilisation, la technologie FDM présente toutefois plusieurs lacunes qui nuisent à son utilisation dans les secteurs hautement technologiques comme celui de l'aéronautique. La faiblesse de l'adhésion inter-couches est une de ces caractéristiques. Ce manque d'adhésion limite la cohésion du matériau imprimé et se traduit par des pièces dont les propriétés mécaniques sont plus faibles que celles obtenues par les procédés d'injection ou de compression. On peut aussi mentionner le retrait et le gauchissement comme causes principales du non-respect des requis dimensionnels. Les travaux de cette proposition de recherche visent à réduire ces impacts négatifs par différentes stratégies pour parvenir à préparer des pièces fonctionnelles de haute qualité pour le secteur de l'aéronautique.

Lors d'une première étape, les filaments seront préparés à partir de polymères haute performance (PHP) par extrusion mono-vis. Les PHP, comme le poly(étheréthercétone) (PEEK), se caractérisent par des propriétés thermiques et mécaniques exceptionnelles. À l'aide d'une imprimante possédant une chambre à température contrôlée, conçue spécialement pour imprimer ce type de polymère, différents paramètres d'impression seront étudiés afin d'optimiser les propriétés. Dans un deuxième temps, de nouvelles formulations seront préparées à partir de PHP vierge afin d'optimiser la mise en oeuvre par impression 3D et les propriétés des filaments et des pièces imprimées. Puis, des modifications seront apportées à l'imprimante en y insérant de nouvelles technologies pour améliorer l'adhésion inter-couches et accroître la stabilité dimensionnelle. Parallèlement, une collaboration Cégep/CTMP/Université de Sherbrooke (UdS) permettra d'affecter un étudiant au doctorat de l'UdS pour approfondir le volet « Optimisation de l'adhésion inter-couches ».

De nombreux travaux relatifs à l'optimisation de l'impression et à la caractérisation physique des échantillons seront réalisés par un minimum de trois étudiants du Programme de plasturgie au collégial. Une étude comparative sera réalisée avec des pièces similaires obtenues via le procédé d'injection ou de compression. Les résultats du projet de recherche seront transférés sous forme de contenus de cours et intégrés à différents cours du Programme de plasturgie et de l'Attestation d'études collégiales en fabrication additive en cours d'élaboration au Cégep de Thetford. Finalement, plusieurs conférences et articles scientifiques sont planifiés pour présenter les résultats de ces travaux de recherche.