Plateau technique composiTIC

Géraldine DESJOYEAUX 3ème année SGM EA Année 2013-2014

Projet tuteuré par : Yves-Marie CORRE Parc technologique de Soye

Bâtiment EUREKA 2 Allée Copernic 56270 Ploemeur

Rubrique stage : Laboratoire Conception/BE Production Qualité

* Tuteur IUT : L.Perrin

* Président : S. Neyertz

* Soutenance le 23-06-2014

à 10 :30

* Jury n°1

* Soutenance publique

* Rapport non confidentiel

IUT de Chambéry, Dépt SGM

Université de Savoie

Campus Scientifique, Bat. IUT

F-73376 Le Bourget-du Lac Cedex

http://www.sgm.univ-savoie.fr

MISE EN ŒUVRE, ET CARACTERISATION DES POLYMERES POUR IMPRIMANTES 3D

X

2

Je certifie que les travaux décrits dans le présent rapport de la page 1 à la page 34 sont originaux et résultent d’un travail personnel. Fait à le Géraldine DESJOYEAUX J’ai pris connaissance du présent rapport et accepte qu’il soit transmis à l’IUT. Fait à le Yves-Marie CORRE

3

Dans le cadre de la recherche sur l’impression 3D, et afin de rivaliser avec les technique

actuelle de mise en œuvre cette étude a été mise en place afin d’améliorer la résistance des

pièces issue de l’impression 3D.

L’objectif principale de ce stage étant de caractériser des éprouvettes de traction, réalisées

en impression 3D, afin d’obtenir des propriétés mécaniques comparables à celles de

l’injection. L’injection et l’impression des éprouvettes en PLA et ABS ont été réalisés, avant

de pouvoir faire des essais de traction dans l’optique d’obtenir leurs propriétés mécaniques. A

été ensuite effectué des mesure de taux de porosité afin d’expliquer les résultats et améliorer

les paramètres d’impression.

Ces différents tests ont permis d’optimiser les paramètres d’impression qui permettent de

réaliser des éprouvettes, dans le cas du PLA, aussi résistantes en injection qu’en impression

3D, avec une contrainte à la rupture de 38MPa pour une déformation de 1.76%. Ce qui n’est

pas le cas pour l’ABS, une contrainte de 19.5MPa pour une déformation de 2.04% en

impression 3D contre une contrainte de 29.6MPa pour une déformation de 60% en injection.

Résumé anglais

4

Sommaire

Lexique..................................................................................................................5 Table des illustrations et tableaux......................................................................6 Introduction..........................................................................................................7 Partie 1 : Présentation de l’entreprise...............................................................8 Partie 2 : Impression 3D......................................................................................9

I. Les principales technologies............................................................................9

II. FDM (Fuse Deposition Modeling)....................................................................9 1) Principe..........................................................................................................9 2) Matériaux.....................................................................................................10 3) Imprimantes..................................................................................................11 4) Logiciel pour impression 3D...........................................................................11

Partie 3 : Caractérisation des polymères.........................................................12

I. Mise en œuvre des polymères.........................................................................12 1) Paramètres d’injection....................................................................................12 2) Paramètres d’impression.................................................................................12

II. Caractérisation du PLA 7001D......................................................................14

1) Essais de traction............................................................................................14 2) Résultats.......................................................................................................15 3) Mesure du taux de porosité.............................................................................21 4) Conclusion....................................................................................................23

III. Caractérisation de l’ABS STYRON noir.........................................................23

1) Essais de traction...........................................................................................23 2) Mesure du taux de porosité.............................................................................29

Conclusion...........................................................................................................31 Annexe.................................................................................................................32 Bibliographie......................................................................................................34

5

Lexique

Buse/Extrudeuse : Tête servant à l'extrusion de plastique. Bed/plateau : Plaque chauffante où est déposée la matière. Slicer : Logiciel de tranchage, il permet de générer un g-code avec les paramètres

d’impression désirés (température de l’extrudeur, du plateau, vitesse d’impression, l’épaisseur des couches, l’infill,..).

G-code : fichier texte que le firmware de l’imprimante va lire ligne par ligne pour décrire les déplacements, les vitesses et accélérations, la température de la buse et de la plaque, pour l’imprimante.

Firmware : micrologiciel Infill : taux de remplissage Layers : couches Bottom/first layer : couche du bas/première couche d’impression Top layer : couche du haut Solid layers : nombres de couches du bas et du haut Perimeter : pourtour extérieur de l’objet shells : couche supplémentaire du perimeter à l’intérieur de l’objet Fill angle : angle de remplissage entre l’axe X et Y Width over Height : largeur du fil déposé par rapport à la hauteur de couche, pour le

périmètre. Width over Thickness : largeur du fil déposé par rapport à la hauteur de couche pour

le remplissage Infill. Brim/Raft: couche périphérique avec une dépose de filament plus épais ayant pour but

d’augmenter l’adhérence de la pièce sur le plateau et donc de diminuer la rétractation de la pièce.

[1], [2] et [3]

6

Table des illustrations, tableaux et figures TABLEAUX Tableau 1 : Paramètres d'injection du PLA et de l'ABS STYRON ........................................................ 12 Tableau 2 : Paramètres d'impression du PLA 7001D ........................................................................... 13 Tableau 3 : Paramètres d’impression de l’ABS STYRON noir ............................................................. 14 Tableau 4 : Propriétés mécanique du PLA en injection ........................................................................ 15 Tableau 5 : Propriétés mécanique du PLA selon les orientations de dépose ........................................ 17 Tableau 6 : Paramètres d'impression du PLA 7001D. .......................................................................... 17 Tableau 7 : Propriétés mécanique du PLA selon la puissance du ventilateur. ...................................... 19 Tableau 8 : Propriétés mécanique du PLA selon les shells ................................................................... 20 Tableau 9: Propriétés mécanique de l'ABS et du PLA en injection....................................................... 24 Tableau 10 : Propriétés mécaniques de l'ABS en fonction de la température de la buse ...................... 25 Tableau 11 : Propriétés mécanique de l'ABS selon le débit .................................................................. 27 Tableau 12: Propriétés mécaniques selon l'orientation des filaments pour l'ABS ................................ 29 ILLUSTRATIONS Illustration 1: Robot pour placement automatisé de fibres continues ..................................................... 8 Illustration 2 : Imprimante Makerbot Replicator X2 ............................................................................ 11 Illustration 3 : Imprimante Printrbot .................................................................................................... 11 Illustration 4 : Éprouvette imprimée avec un débit de 100%. ............................................................... 12 Illustration 5 : Dispositif d’impression avec enceinte thermique sur la Printrbot ................................ 13

FIGURES Courbes de traction Figure 1 : Effet de l'orientation des filaments pour le PLA ................................................................... 16 Figure 2 : Effet de la température et de la vitesse de remplissage pour le PLA .................................... 18 Figure 3 : Effet du ventilateur pour le PLA .......................................................................................... 20 Figure 4 : Effet de la présence de shells pour le PLA ........................................................................... 21 Figure 9 : Effet de la température de l'extrudeur pour l'ABS ................................................................ 26 Figure 10 : Effet du débit pour l'ABS .................................................................................................... 27 Figure 11 : Effet de l'orientation des filaments pour l'ABS ................................................................... 28

Taux de porosité Figure 5 : Taux de porosité du PLA en fonction de l'orientation de dépose ......................................... 22 Figure 6 : Taux de porosité du PLA en fonction de la température et de la vitesse de remplissage...... 22 Figure 7 : Taux de porosité du PLA en fonction du ventilateur ............................................................ 23 Figure 8 : Taux de porosité du PLA en fonction des shells ................................................................... 23 Figure 12 : Taux de porosité de l'ABS selon la température de la buse et le débit ............................... 29 Figure 13 : Taux de porosité de l'ABS selon l'orientation des filaments ............................................... 29

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Introduction

L’impression 3D est en pleine essor, en effet cette technique de mise en œuvre, principalement des polymères, est considérée comme une 3ème révolution industrielle par le magazine anglais The Economist .

Le plateau technique composiTIC travaillant sur les technologies robotisées de mise en œuvre des matériaux m’a confié le projet de caractériser des éprouvettes polymères obtenus en impression 3D et de comparer leurs propriétés mécaniques à celles obtenues par injection. Afin de réaliser cette étude, quatre étapes ont été mise en place :

x L’injection d’éprouvettes de traction. x L’impression 3D d’éprouvettes dédié à des essais de traction. x Les essais de traction des éprouvettes injectées et imprimées, afin

d’obtenir leurs propriétés mécaniques. x La mesure de densité qui à pour but de déterminer le taux de porosité des

éprouvettes. L’étude des paramètres d’impression vise à rapprocher les propriétés

mécaniques des éprouvettes issues des deux procédés de mise en œuvre utilisés.

Dans les derniers temps de mon stage j’ai eu l’occasion de présenter une partie de mon travail à une vingtaine d’initiés faisant partie d’un FABLab (CREPP – Ploemeur).

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Partie 1 : Présentation de l’entreprise

ComposiTIC, plateau technique rattaché à l’université de Bretagne SUD, est situé à Ploemeur dans le Morbihan, dans le parc technologique de Soye. Il à été inauguré le 4 décembre 2013 et créé par Yves-Grohens, directeur adjoint du LIMATB (Laboratoire d'Ingénierie des MATériaux de Bretagne).

Le plateau technique composiTIC est spécialisé dans la mise en œuvre de matériaux

par technologie additive. D’une part, par leur conception, cela va de la bobine de fils polymères pour imprimantes 3D aux bio-composites (fibres et matrices biosourcées), en passant par la réalisation de semi-produits. Et d’autre part, par les procédés de leur mise en œuvre, essentiellement robotisés, avec les technologies de placement de fibres robotisées (Technologie Coriolis : photo ci-dessous), les technologies de plasturgie (Injection, thermoformage, infusion,..), ou encore la technologie de type impression 3D.

Illustration 1: Robot pour placement automatisé de fibres continues

Ces travaux sont réalisés en association avec plusieurs entreprises, dont Coriolis et

Multiplast (technologie TPT).

Ce plateau a pour but également de faire le lien avec les PME/PMI, les laboratoires de recherche et les collectivités territoriales, leur permettant d’évoluer vers des technologies automatisées plus respectueuses de l’environnement. [4]

9

Partie 2 : Impression 3D

I. Les principales technologies [5],[6],[7] et [8] L’impression 3D est un terme général regroupant plusieurs procédés d’impression, ceux-ci

sont réparties dans quatre catégories différentes:

1) La photopolymérisation La technique la plus connue est la SLA (Stéréolithographie), une lumière UV va

solidifier, couche par couche, le polymère liquide pour former la pièce désirée. Les matières les plus utilisées sont la résine liquide (acrylique, époxy) et l’ABS. D’autres techniques de photopolymérisation existent comme le polyjet, le DLP (Digital Light Processing) et le 2PP (Two Photon Polymerization).

2) Liage ou frittage de poudre Les principaux procédés sont basés sur le frittage sélectif par laser, un laser agglomère,

par fusion, une couche de poudre (polyamide, alumide, céramiques, nylon, bronze, acier inoxydable, titane). Le même principe est utilisés dans le SLS (Selective Laser Sintering), le 3D Printing (3DP), le MJM (Multi-Jet Modeling), le E-Beam (EBM) , ou encore le DMLS (Direct Metal Laser Sintering).

3) Lamination Cette technique est appelés LOM (Laminated Object Manufacturing), elle consiste à

empiler des matériaux thermocollants automatiquement découpés par un laser. Les matières utlisées sont le PVC, le papier, et les métaux ferreux et non ferreux.

4) Dépôt de matière fondu Le dépôt de matière fondu ou FDM (Fuse Deposition Modeling) est la création d’une

pièce par dépôt de matière en fusion. Cette technique sera utilisée pour les essais d’impression suivants. II. FDM (Fuse Deposition Modeling)

1) Principe [5], [9] et [10] Cette technique consiste à faire fondre un fil de polymère à travers une buse chauffée à

une température qui dépend de la matière à imprimer. Ce fil en fusion est ensuite extrudé afin d’obtenir un filament d'un diamètre d’environ 0.2mm. Celui-ci va alors sortir de la buse et être déposé en ligne et viendra se coller par re-fusion sur ce qui a été déposé précédemment. Les diamètres standards des fils à extruder sont de 1,75mm ou de 3mm.

10

Le dépôt de matière fondue est utilisé dans de nombreux domaines: l’aérospatiale, l’automobile, l’architecture, le médical, la décoration, l’art et la cuisine, allant du prototypage rapide à la fabrication de pièces fonctionnelles.

2) Matériaux Les matériaux utilisés pour les imprimantes 3D sont de deux types, matériaux de

modélisation et matériaux support. a) Matériaux de modélisation

Le matériau de modélisation constitue la pièce finale. Une large palette de matière est utilisée, les deux principales sont l’ABS (Acrylonitrile butadiène styrène) et le PLA (Acide Poly lactique ou polylactide). Il existe aussi d’autres matières comme le PHA, le PPC (polypropylène carbonate), le PP(polypropylène), la cire calcinable, les aliments, les cellules (médical), les fibres de bois, les algues, les cendres funéraires, les élastoplastique, dont certaines étant purement expérimentales.

b) Matériaux support Les matériaux de support permettent de produire des géométries complexes et des

cavités très difficiles à obtenir dans le cas de fabrication traditionnelles, comme dans le cas d’une demi-sphère creuse, il permet d’éviter l’effondrement de la matière pendant la dépose. Ce matériau peut-être identique à celui de modélisation, ou être un matériau soluble dans un solvant. C’est le cas du PVA (Poly Vinyl Alcool), principalement utilisé en matière support car soluble à l’eau. L’impression d’un matériau support, si il est différent du matériau de modélisation, va nécessiter une imprimante bi-buses ou multi-buses.

Les polymères qui vont êtres étudiés dans le cadre de ce sujet sont l’ABS STYRON noir et le PLA 7001D transparent en tant que matériaux de modélisation. Les fils basés sur ces matériaux sont fabriqués au plateau technique composiTIC. ABS STYRON noir

L’ABS ou acrylonitrile butadiène styrène est un matériau fabriqué en mélangeant un copolymère styrène-acrylonitrile avec un matériau élastomère à base de polybutadiène. La phase élastomère apporte de la résistance aux chocs et de la souplesse. Il nécessite un plateau chauffant pour son impression avec des températures recommandées pour l’extrudeur entre 220°C et 250°C et pour le plateau entre 110°C et 140°C. PLA 7001D transparent

Le PLA aussi appelé acide poly lactique ou polylactide est issu d’amidon de maïs. C’est un polymère biodégradable, sensible à l’humidité engendrant son hydrolyse et peu résistant à la chaleur de par sa température basse de transition vitreuse de 50°C.

(C8H8·C4H6·C3H3N) n

11

Les températures recommandées pour son impression sont entre 200°C et 240°C pour la buse et entre 60°C et 70°C pour le plateau. [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18] et [19]

3) Imprimantes Deux imprimantes sont à disposition au plateau ComposiTIC. La Makerbot Replicator 2X

est une imprimante bi-buses, dont les têtes d'impression se déplacent selon les axes X et Y, tandis que le plateau se déplace suivant l’axe Z et que la couche suivante soit imprimée. Elle comporte aussi une enceinte pour contenir la chaleur.

Illustration 2 : Imprimante Makerbot Replicator X2

La Printrbot dispose d’un système d’axe différent, la tête d’impression se déplace selon les axes Y et Z tandis que le plateau se déplace selon l’axe X. Cette dernière imprimante sera principalement utilisée pour les impressions d’éprouvettes de traction qui vont servir à la caractérisation des polymères.

Illustration 3 : Imprimante Printrbot

4) Logiciel pour impression 3D [20] ,[21] et [22] Afin de pouvoir imprimer une pièce, il faut exporter son modèle 3D sous forme de fichiers

aux formats standards pour des imprimantes 3D : .STL, .PLY (Stanford), OBJ (waveform), le STL étant le plus utlisé. Une fois la pièce au bon format, le slicer (ex :Makerware, Slic3r, Skeinforge) est chargé de découper la pièce en plusieurs couches et de définir les trajectoires d’impression . Il génère le g-code qui, par la suite, peut-être modifié manuellement.

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Partie 3 : Caractérisation des polymères I. Mise en œuvre des polymères

Afin de mesurer le degré de résistance à la rupture des deux polymères, des éprouvettes de

type haltère type IA (norme NF EN ISO 527-2) sont réalisés sur Solidworks, par impression 3D et également en injection. Ces éprouvettes sont ensuite soumises à des essais de traction.

[23] 1) Paramètres d’injection

L’injection des polymères est réalisée au laboratoire LIMATB de l’université de Bretagne Sud.

2) Paramètres d’impression Pour se rapprocher au maximum des propriétés de l’injection, l’infill est mis à 100% et la

meilleure orientation de dépose (0°, 90°, 45°, 0°/90° et 45°/-45°) est recherchée Pour imprimé les différentes orientations, le slicer va permettre d’obtenir les orientations 0°/90° et 45°/-45°, car le logiciel va automatiquement procéder à un croisement des filaments à chaque nouvelle couche. Afin d’imprimé selon 0°, 90° et 45°, la modification manuelle du g-code est nécessaire en supprimant les lignes de commande correspondant aux couches non désirées et en les remplaçant par les couches avec les bonnes orientations. Il faut néanmoins corrigé, à chaque nouvelle couche, la ligne de g-code correspondant à la hauteur à laquelle va se déplacer la buse, c’est-à-dire le chiffre après le Z dans la ligne de g-code suivante : G1 Z0.300 F7800.000.

a) PLA 7001D Un premier test a été réalisé afin d’obtenir préalablement une éprouvette avec un bon

état de surface. L’éprouvette ne correspondant pas à la norme, trop de matière étant déposée engendrant une surface très irrégulière, le débit de matière est baissé de 10% soit à 90%. Pour se rapprocher des propriétés de l’injection plusieurs paramètres sont modifiés de la façon suivante :

Injection Refroidissement (s)

Température moule (°C) Vitesse

(cm/s) Pression

(bars) Température

(°C) PLA 7011D 50 2042 190 20 25

ABS STYRON noir 50 2042 230 20 60

Tableau 1 : Paramètres d'injection du PLA et de l'ABS STYRON

Illustration 4 : Éprouvette imprimée avec un débit de 100%.

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b) ABS STYRON noir Les premiers essais d’impressions sont réalisés avec de l’ABS CHIMEI. La limite de

température du plateau est atteinte à 105°C, ce qui conduit à une mauvaise adhérence de l’ABS au plateau, un phénomène de rétractation est observé au niveau des extrémités de l’éprouvette. La température du plateau étant trop basse, elle est augmentée grâce à une enceinte, créée afin de conserver la chaleur couplée à la présence d’un décapeur thermique réglé à 60°C. La température de plateau atteint 110°C, pour une enceinte à 40°C. Un test avec l’extrudeur à 250°C est réalisé, l’imprimante n’extrude plus au bout de la quatorzième couche. La matière à extruder est trop chauffée dans ces conditions et elle est donc trop molle pour permettre à la roue d’entraîner le fil.

D’autres essais sont réalisés sur l’imprimante Makerbot, principalement configuré pour imprimer de l’ABS car elle possède une enceinte thermique non régulée. Avec la température du plateau à 110°C, sans décapeur thermique, l’extrudeur à 250°C, l’impression de l’éprouvette n’est pas concluante car les bords de celle-ci se décollent et l’état de surface est mauvais. Le décapeur thermique est mis en place, mais on rencontre les mêmes problèmes d’extrusion que pour la Printrbot.

Un autre ABS est donc utilisé, l’ABS STYRON chargé en couleur noir. Afin de permettre la comparaison entre le PLA et l’ABS les impressions sont réalisées sur la Printrbot, la Makerbot n’ayant pas la même précision. Les impressions sont faites sans enceinte, et suivant les paramètres suivants :

configuration

température first layer

(°C)

température others layers

(°C)

température bed (°C)

débit vitesse infill

(mm/s) ventilateur shells

1 220 215 60 90% 60-60-50 ON (50%) 3 2 230 225 60 90% 60-60-50 ON (50%) 3 3 240 235 60 90% 60-60-50 ON (50%) 3 4 220 215 60 90% 80-80-70 ON (50%) 3 5 210 205 60 90% 60-60-50 ON (50%) 3 6 240 235 60 90% 80-80-70 ON (50%) 3 7 220 215 60 90% 60-60-50 ON (100%) 3 8 220 215 60 90% 60-60-50 OFF 3 9 220 215 60 90% 60-60-50 ON (50%) 0

Tableau 2 : Paramètres d'impression du PLA 7001D

Enceinte

Décapeur thermique

Illustration 5 : Dispositif d’impression avec enceinte thermique sur la Printrbot

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II. Caractérisation du PLA 7001D 1) Essais de traction

Appareillage : Les essais sont réalisés sur la machine d’essais dynamique et de fatigue ElectroPuls E10000 d’INSTRON. Les valeurs de déformation sont mesurées grâce à un capteur de déformation, un extensomètre.

Formules :

Les valeurs de déformation sont directement données par le logiciel, ce qui n’est pas le cas pour la contrainte. En effet le logiciel donne la charge (F en kN) que subit l’éprouvette, pour obtenir la contrainte, la formule suivante est utilisée :

Avec σ = Contrainte (MPa) F = charge (kN) S = section de l’éprouvette (mm²) La contrainte à la rupture (σr) et la déformation à la rupture (εr), ainsi que le module de

Young (E) sont obtenus à partir de la courbe de traction, le module de Young étant la pente comprise entre 0.05% et 0.25% de déformation [zone élastique].

configuration

température first layer (°C)

température others layers (°C)

température bed (°C)

Nombre de couche

First layer height (mm)

débit shells

1 250 250 105 19 0,4 100% 3 2 260 260 105 19 0,4 100% 3 3 270 270 105 19 0,4 100% 3 4 260 260 105 19 0,4 110% 3 5 260 260 105 19 0,3 110% 3 6 260 260 95 19 0,4 100% 3 7 260 260 105 18 0,4 110% 3

Tableau 3 : Paramètres d’impression de l’ABS STYRON noir

Extensomètre

Mors de maintient de l’éprouvette

Éprouvette

15

Injection

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Con

train

te (M

Pa)

Déformation (%)

PLA en injection

E

σ r

εr 0,25% 0,05%

2) Résultats a) Injection

L’éprouvette cède au niveau du rétrécissement, du côté de l’injection de la matière dans le moule.

Tableau 4 : Propriétés mécanique du PLA en injection

b) Impression Le temps d’impression, pour ce type d’éprouvette et suivant les réglages précédent, est

d’environ trente minutes. Test sur les différentes orientations :

On cherche d’abord à connaître la meilleure orientation des filaments en conservant les paramètres de la configuration 1 que l’on retrouve dans le tableau 2 : Paramètres d’impression du PLA 7001D (p13)

Orientations des filaments Observations 0° :

On observe une cassure à l’interface coque/infill puis au rétrécissement au niveau du début de l’impression de la pièce.

moyenne

module élastique (MPa) 2,21E+03 Ecart type 1,82E+02 contrainte à la rupture (MPa) 3,83E+01

Ecart type 5,30E+00 déformation à la rupture (%) 1,75E+00 Ecart type 3,18E-01

Début d’impression

16

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Con

train

te (M

Pa)

Déformation (%)

PLA 7001D (215°C - débit 90% - ventilateur 50% - 60mm/s) Effet de l'orientation des filaments

injection

0°

90°

45°

45°/-45°

0°/90°

90° :

On remarque une cassure, aléatoirement d’un côté ou de l’autre de l’éprouvette, au niveau de l’interface des filaments, au rétrécisse-ment de l’éprouvette

45° :

Une cassure observée selon l’interface des filaments à 45°, au rétrécissement.

45°/-45° :

On remarque une cassure aléatoire au niveau de la partie fine de l’éprouvette.

0°/90° :

On observe une cassure aléatoire, au rétrécissement ou dans la partie fine de l’éprouvette.

Après les essais sur différentes orientations, on compare les résultats avec ceux de l’injection :

16 Figure 1 : Effet de l'orientation des filaments pour le PLA

17

Tableau 5 : Propriétés mécanique du PLA selon les orientations de dépose Le croisement des filaments permet d’avoir une déformation plus importante mais

diminue d’environ 15 MPa la contrainte à la rupture par rapport à l’orientation à 0°. On choisit l’orientation des filaments à 0° car cette configuration possède les valeurs, pour les propriétés mécanique les plus proches de l’injection, voir le tableau ci-dessus.

Test avec différents paramètres d’impression : On va ensuite chercher à améliorer ces propriétés mécaniques en faisant varier la

température, on cherche à avoir une cristallisation plus faible avant le passage de la couche suivante afin d’obtenir une adhésion plus grande entre les couches et les filaments. Les éprouvettes sont imprimées selon les configurations 2,3 et 4. (Tableau 6 : Paramètres d'impression du PLA 7001D).

Configurations Observations Configuration 2 (225°C - 60mm/s)

On observe une cassure au niveau du rétrécissement de l’éprouvette, d’un ou des deux côtés, avec cassure au niveau de l’interface coque/infill, toujours du même côté de la pièce.

Configuration 3 (235°C - 60mm/s) :

On remarque que les éprouvettes cèdent aléatoirement à plusieurs endroits, et toujours à l’interface coque/infill.

Lorsqu’on augmente la température, la résistance de la pièce diminue, la température de l’extrudeur est baissée à 205°C, selon la configuration 5. La limite de température d’impression est atteinte, il est impossible d’imprimer des pièces correctes. La température de la buse à 215°C est donc conservée et la vitesse de remplissage est augmentée afin d’analyser son influence sur les propriétés des éprouvettes.

injection 0° 90° 45° 45°/-45° 0°/90°

Module élastique (MPa) 2,21E+03 2,10E+03 1,59E+03 1,83E+03 1,69E+03 1,86E+03 Ecart type 1,82E+02 2,81E+02 1,88E+02 1,89E+02 5,69E+01 1,08E+02 Contrainte à la rupture (MPa)

3,83E+01 3,84E+01 1,48E+01 9,13E+00 2,94E+01 2,99E+01

Ecart type 5,30E+00 5,08E+00 2,24E+00 6,25E-01 3,22E+00 2,33E+00 Déformation à la rupture (%)

1,75E+00 1,77E+00 1,09E+00 4,98E-01 1,98E+00 1,89E+00

Ecart type 3,18E-01 1,54E-01 1,37E-01 1,59E-02 8,07E-02 1,44E-01

18

Configuration 4 (215°C - 80mm/s) :

On observe qu’avant l’essai de traction, les interfaces coque/infill et filament/filament sont déjà fragiles, les fils se décollent. Après les essais, on remarque une cassure au niveau du rétrécissement, de l’interface coque/infill et entre les filaments.

La vitesse de remplissage est trop importante, le filament ne se dépose pas correctement, ce qui entraîne une diminution de la contrainte et de la déformation à la rupture. La vitesse et la température semble liées, si la vitesse est augmentée, il faut augmenter la température.

Configuration 6 (235°C - 80mm/s) :

Les éprouvettes cassent de manière aléatoire, mais toujours au niveau du rétrécissement et dans la majorité des cas à l’interface coque/infill.

Les résultats ne sont pas concluants, en effet sur le graphique suivant on peut voir qu’il y a une diminution de la déformation à la rupture et la contrainte à la rupture par rapport à la configuration 1, ici la courbe bleue.

Figure 2 : Effet de la température et de la vitesse de remplissage pour le PLA

Cela ce confirme dans le tableau suivant avec les valeurs de résistance dans les différentes configurations.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Cont

rain

te (M

Pa)

Déformation (%)

PLA 0° (débit 90%) Effet de la température et de la vitesse

injection

0° (215° C- 60mm/s) 0° (225°C - 60mm/s) 0° (235°C - 60mm/s) 0° (215°C - 80mm/s) 0° (235°C - 80mm/s)

19

Tableau 6 : Propriétés mécanique du PLA selon la température de la buse et la vitesse de remplissage Les propriétés mécaniques les plus proches de l’injection correspondent à la

configuration 1 : température de l’extrudeur à 215°C, vitesse à 60mm/s pour le remplissage, débit à 90%, et ventilateur à 50%.

On teste ensuite cette configuration en mettant le ventilateur à 100% et en OFF, afin de connaître l’influence du refroidissement.

Configuration 7 (ventilateur 100%) :

Après les essais de traction on observe une cassure toujours au même endroit, ainsi que la séparation de l’interface coque/infill sans cassure complète.

La contrainte et la déformation à la rupture sont plus faibles

qu’avec le ventilateur à 50%., voir tableau 7 : Propriétés mécanique du PLA selon la puissance du ventilateur. Configuration 8 (ventilateur OFF) :

On a un aspect, après impression, moins bon qu’à 50% ou 100% de ventilation.On retrouve la présence de cassures au niveau du rétrécissement et de l’interface coque/infill, après les essais de traction.

injection 215°C - 60mm/s

225°C - 60mm/s

235°C -60mm/s

215°C -80mm/s

235°C - 80mm/s

Module élastique (MPa) 2,21E+03 2,10E+03 2,03E+03 2,06E+03 1,67E+03 1,82E+03 Ecart type 1,82E+02 2,81E+02 1,26E+02 1,47E+02 1,76E+02 3,87E+01 Contrainte à la rupture (MPa)

3,83E+01 3,84E+01 3,08E+01 3,74E+01 2,29E+01 3,07E+01

Ecart type 5,30E+00 5,08E+00 3,14E+00 3,70E+00 1,47E+00 3,23E+00 Déformation à la rupture (%)

1,75E+00 1,77E+00 1,44E+00 2,03E+00 1,48E+00 1,89E+00

Ecart type 3,18E-01 1,54E-01 1,63E-01 6,06E-02 6,13E-02 1,62E-01

20

0,00 5,00

10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Cont

rain

te (M

Pa)

Déformation (%)

PLA 0° ( 215°C- 60mm/s - débit 90%) Effet du ventilateur

injection

0° (ventil 50%) 0°(ventil 100%) 0° (ventil OFF)

Tableau 7 : Propriétés mécanique du PLA selon la puissance du ventilateur

Dans les paramètres du slicer, il y a la possibilité de ne pas mettre de coque, c’est-à-dire d’enlever les 3 shells initialement présentent, on compare donc les propriétés mécaniques lorsqu’il y a trois shells et lorsqu’il y en a pas:

Le temps d’impression sans shells est de 20 minutes soit 10 minutes de moins qu’avec la présence de coque.

Configuration 9 (0 shells) : On observe une cassure toujours au même endroit, au niveau du rétrécissement.

Tableau 8 : Propriétés mécanique du PLA selon les shells

injection ventilateur 50% ventilateur 100% ventilateur OFF Module élastique (MPa) 2,21E+03 2,10E+03 1,81E+03 1,71E+03 Ecart type 1,82E+02 2,81E+02 1,37E+02 1,60E+02 Contrainte à la rupture (MPa) 3,83E+01 3,84E+01 2,64E+01 2,60E+01 Ecart type 5,30E+00 5,08E+00 1,07E+00 1,68E+00 Déformation à la rupture (%) 1,75E+00 1,77E+00 1,45E+00 1,52E+00 Ecart type 3,18E-01 1,54E-01 1,20E-01 3,34E-01

moyenne

module élastique (MPa) 1,91E+03 Ecart type 2,15E+02 contrainte à la rupture (MPa) 3,07E+01 Ecart type 3,64E+00 déformation à la rupture (%) 2,26E+00

Ecart type 2,25E-01

Figure 3 : Effet du ventilateur pour le PLA

21

0,00 5,00

10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Con

train

te (M

Pa)

Déformation (%)

PLA 0° (215°C - vitesse : 60mm/s - débit : 90% - ventilateur : 50%) Effet de la présence de shells

injection

0° (shells : 3)

0° (shells: 0)

On obtient une plus grande déformation à la rupture et une contrainte à la rupture plus faible que dans la configuration 1.

Le choix de la configuration dépend des propriétés que l’on veut pour la pièce. Si on veut qu’elle puisse supporter une grande déformation avant de rompre, ne pas mettre de shells donnera de meilleurs résultats, au contraire si on désire une résistance à une plus grande contrainte, la présence de shells est recommandée. Ici, on cherche à se rapprocher des propriétés de l’injection, les trois shells sont gardées.

3) Mesure du taux de porosité [24] Pour expliquer les résultats précédents, on utilise la méthode de la mesure de densité

afin de déterminer le taux de porosité. Les pesés sont faites avec la balance Excellence modèle XS METTER TOLEDO (précision : 10-4). Les mesures sont réalisées sur 5 échantillons par configurations, ils sont d’abord pesés à sec puis dans l’éthanol.

a) Formules de calcul pour le taux de porosité Avec compensation de la masse volumique de l’air :

Avec : m= masse de l’échantillon sec avant immersion (g)

m’= masse de l’échantillon humide en immersion (g) ρéthanol= masse volumique de l’éthanol à la température de mesure (g.cm-3) ρ= masse volumique solide apparente de l’échantillon immergé (g.cm-3) ρair= masse volumique de l’air (0.0012 g/cm3)

Figure 4 : Effet de la présence de shells pour le PLA

22

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

Injection 0° (215°C - 60mm/s)

0° (225°C - 60mm/s)

0° (235°C -60mm/s)

0° (215°C - 80mm/s)

0° (235°C - 80mm/s)

Taux

de

poro

sité

(%)

Taux de porosité en fonction de la température et de la vitesse

( débit: 90% - ventilateur: 50%- shells : 3)

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Injection 0° 90° 45° 0°/90° 45°/-45°

Taux

de

poro

sité

(%)

Taux de porosité en fonction de l'orientation des filaments (215°C - vitesse: 60mm/s - débit: 90% - ventilateur: 50%-

shells : 3)

Le taux de porosité (εf) est donc égal :

b) Résultats On observe que les taux de porosité les plus

élevés sont ceux pour l’orientation des filaments à 45° et 90°. Plus la pièce possèdera de porosité, moins celle-ci sera résistante. Néanmoins on remarque que les orientations 0°/90° et 45°/-45° ont une porosité plus faible que 0°, on peut mettre l’hypothèse que le croisement des filaments suivant les couches permet de mieux combler les défauts. Il faudrait pour la configuration à 0°, réaliser un décalage à chaque couche pour que celles-ci s’emboîte et comble plus efficacement les porosités.

Figure 5 : Taux de porosité du PLA en fonction de l'orientation de dépose

masse volumique

(g/cm³)

air 0,0012 PLA (injection) 1,22 éthanol (à 20,0°C) 0,78934 éthanol (à 20,2°C) 0,78917 éthanol (à 20,4°C) 0,789 éthanol (à 21°C) 0,78849 éthanol (à 21,6°C) 0,78797

Figure 6 : Taux de porosité du PLA en fonction de la température et de la vitesse de remplissage

Décalage des couches :

Porosité

23

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Injection 0° (ventil.50%) 0° (ventil.100%) 0° (ventil.OFF)

Taux

de

poro

sité

(%)

Taux de porosité en fonction du refroidissement (215°C - vitesse: 60mm/s - débit: 90%- shells : 3)

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

Injection 0° (shells : 3) 0° (shells : 0)

Taux

de

poro

sité

(%)

Taux de porosité en fonction du nombre de shells (215°C - vitesse : 60mm/s - débit : 90% -

ventilateur : 50%)

Ces résultats corroborent ceux trouvés en traction avec le taux de porosité le plus faible avec 2,95% et les meilleures propriétés mécanique (E=2100 MPa et σ=38,4 MPa). Ceci confirme le choix de la température de l’extrudeur à 215°C et une vitesse de remplissage de 60mm/s.

Ici, on va choisir de mettre le ventilateur à 50%. En effet la porosité avec un

ventilateur plus fort (100%) ou un ventilateur éteint, est plus élevée d’environ 3%. Avec un ventilateur à 100% la matière se refroidit trop vite et donc les couches n’ont pas le temps d’adhérer entre elles. Tandis qu’avec un ventilateur éteint, la matière ne va pas être suffisamment refroidie et va s’étirer pendant la dépose, créant des porosités.

D’après le graphique ci-dessus, qui met en évidence l’influence des shells sur le taux

de prosité, les mesures réalisées montrent une différence de 3% de porosité entre la présence de coque et l’absence de coque. La dépose de matière selon le périmètre de la pièce permet de diminuer la porosité et d’avoir une meilleur résistance mécanique en traction.

Figure 7 : Taux de porosité du PLA en fonction du ventilateur

Figure 8 : Taux de porosité du PLA en fonction des shells

24

4) Conclusion Les paramètres qui permettent d’obtenir les meilleures propriétés mécaniques en

traction pour le PLA imprimé sont une température de l’extrudeur à 215°C, une vitesse de remplissage de 60mm/s, un débit de 90%, un ventilateur à 50% de puissance, et la présence de 3 shells.

Suite aux essais de traction, quelque soit les paramètres d’impression, on observe principalement le même mode de rupture des éprouvettes. Elles rompent au rétrécissement, au niveau du début de l’impression. On peut mettre l’hypothèse que cela est du à un défaut d’impression lié aux trajectoires d’impression de la buse, qui va fragiliser la pièce à l’endroit de rupture.

D’après les courbes de traction, on peut dire que le PLA à un comportement fragile, que ce soit en injection ou en impression 3D, puisqu’il ne possède pas de domaine plastique.

III. Caractérisation de l’ABS STYRON noir 1) Essais de traction

a) Injection

La limite du capteur de déformation est atteinte lors des premiers essais de traction sur les éprouvettes injectées. Les tests sur les éprouvettes injectées sont donc réalisés au laboratoire LIMATB sur la machine de traction Synergie RT/1000 de MTS qui possède une plus grande possibilité de mesure de déformation.

L’ABS possède une plus grande déformation à la rupture que le PLA, avec un grand domaine plastique, à l’inverse il possède une contrainte à la rupture plus faible. On dit qu’il a un comportement ductile.

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40 50 60 70

Cont

rain

te (M

Pa)

Déformation (%)

ABS injection

injection PLA injection ABS

module élastique (MPa) 2,21E+03 1,02E+03 Ecart type 1,82E+02 5,64E+02 contrainte à la rupture (MPa) 3,83E+01 2,96E+01 Ecart type 5,30E+00 2,57E-01 déformation à la rupture (%) 1,75E+00 6,00E+01 Ecart type 3,18E-01 5,37E+00

Tableau 9: Propriétés mécanique de l'ABS et du PLA en injection

25

b) Impression Le temps d’impression, pour ce type d’éprouvette et suivant les réglages précédent, est

d’environ trente minutes. Test avec différents paramètres d’impression :

Comme dans le cas du PLA on cherche à optimiser les paramètres d’impressions pour obtenir des propriétés mécaniques en traction proches de celles de l’injection. Le premier paramètre modifié est la température de l’extrudeur, en orientant la dépose à 0°.

Configurations Observations Configuration 1 (250°C)

Les éprouvettes ne cassent pas entièrement, mais toujours au même endroit, au rétrécissement suivant la trajectoire de l’impression.

Configuration 2 (260°C)

Même cas de figure que pour la première configuration, les éprouvettes ne se cassent pas totalement et toujours au même endroit.

Configuration 3 (270°C)

On observe que les éprouvettes se cassent entièrement, toujours au même endroit.

Pour faciliter la lecture des graphiques suivants, la courbe de l’injection n’est pas présente. En effet les propriétés mécaniques sont beaucoup plus faibles en impression. La valeur de déformation à la rupture, pour l’injection, est trois fois plus grande que celles trouvées en impression (Tableau 10 : Propriétés mécaniques de l'ABS en fonction de la température de la buse). On n’observe pas de domaine plastique qui est présent en injection. injection 250°C 260°C 270°C Module élastique (MPa) 1,02E+03 1,09E+03 1,14E+03 1,04E+03

Ecart type 5,64E+02 1,60E+02 1,42E+02 6,01E+01 Contrainte à la rupture (MPa) 2,96E+01 1,79E+01 1,95E+01 1,80E+01

Ecart type 2,57E-01 6,12E-01 1,97E+00 1,40E+00 Déformation à la rupture (%) 6,00E+01 1,80E+00 2,04E+00 1,95E+00

Ecart type 5,37E+00 1,17E-01 1,16E-01 2,82E-01

Tableau 10 : Propriétés mécaniques de l'ABS en fonction de la température de la buse

26

Figure 9 : Effet de la température de l'extrudeur pour l'ABS

Pour la suite des essais, la température de l’extrudeur à 260°C est choisie car elle permet d’obtenir les meilleurs résultats. Le deuxième paramètre testé est le débit augmenté de 10%.

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Cont

rain

te (M

Pa)

Déformation (%)

Influence de la température de l'extrudeur (0° - plateau:105°C - pas d'enceinte - débit 100% - vitesse:50mm/s -

ventilateur OFF)

250°C

260°C

270°C

Configurations Observations Configuration 4 (débit : 110% - 19 couches)

Après l’impression, l’éprouvette ne respect pas la norme des dimensions. Elles sont trop large (l=10,25mm) et trop épaisse (e=4.48mm)

Afin de respecter la norme, un premier essai d’impression à été réalisé en diminuant la hauteur de la première couche à 0.3mm, selon la configuration 5. L’éprouvette étant toujours hors norme, une couche d’impression est supprimée, en conservant la hauteur de la première couche à 0.4mm, selon la configuration 7. La configuration 6 à pour but de connaître l’impact de la température du plateau. Elle est baissée à 95°C. L’éprouvette durant l’impression se décolle au niveau des bouts, on observe un phénomène de rétraction dû à une température trop basse du plateau. Configuration 7 (débit : 110% - 18 couches)

Les éprouvettes sont aux bonnes dimensions mais ne sont pas bien imprimées puisque les shells se décollent au niveau de la partie incurvée. Ce défaut d’impression est mis en évidence suite aux essais de traction comme on peut le voir sur la photo.

27

D’après le tableau et le graphique ci-dessous, le débit n’influence pas de manière conséquente les propriétés mécaniques. La configuration 7 (courbe verte) augmente la déformation à la rupture de 0,4%, mais l’état de surface des éprouvettes après impression n’est pas bon avec un décollement des shells. La configuration 2 avec le débit à 100% est donc choisie.

Tableau 11 : Propriétés mécanique de l'ABS selon le débit

Figure 10 : Effet du débit pour l'ABS

Par manque de temps et suite à la demande de mon tuteur de stage d’effectuer des tests sur l’orientation de dépose des filaments, la suite des tests, suivant les paramètres d’impression, n’a pu être effectuée.

Test sur les différentes orientations : Des tests sur les différentes orientations vont permettre de comparer les propriétés

mécaniques entre le PLA et l’ABS. Orientations des filaments Observations

90° :

On observe le même mode de rupture que le PLA, au niveau du rétrécissement et selon l’interface entre les filaments, avec quelques fois des ruptures partielles.

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Cont

rain

te (M

Pa)

Déformation (%)

Influence du débit avec le nombre de couches (extrudeur : 260°C - plateau : 105°C - vitesse : 50mm/s)

débit : 100% - 19 couches

débit :110% - 19 couches

débit : 110% - 18 couches

injection débit : 100% débit : 110% - 19 couches

débit : 110% - 18 couches

module élastique (MPa) 1,02E+03 1,14E+03 1,10E+03 1,13E+03 Ecart type 5,64E+02 1,42E+02 6,38E+01 8,69E+01 contrainte à la rupture (MPa) 2,96E+01 1,95E+01 1,95E+01 1,76E+01 Ecart type 2,57E-01 1,97E+00 2,98E+00 2,00E+00 déformation à la rupture (%) 6,00E+01 2,04E+00 2,26E+00 2,52E+00 Ecart type 5,37E+00 1,16E-01 2,33E-01 4,60E-01

28

45° :

On remarque aussi une cassure selon l’interface des filaments à 45°, mais cette rupture est partielle.

45°/-45° :

On remarque une cassure aléatoire au niveau de la partie fine de l’éprouvette.

0°/90° :

On observe une cassure aléatoire dans la partie fine de l’éprouvette.

Les modes de rupture sont identiques au PLA avec des ruptures partielles.

Suite aux essais de traction, on remarque sur le graphique ci-dessous que la différence de déformation pour les orientations 45°/-45° et 0°/90° est plus marquée que pour le PLA. Ainsi que le choix de l’orientation à 0° de nouveau confirmé avec une contrainte à la rupture la plus élevée (Tableau 12 : Propriétés mécaniques selon l'orientation des filaments pour l'ABS).

Figure 11 : Effet de l'orientation des filaments pour l'ABS

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Cont

rain

te (M

Pa)

Déformation (%)

ABS STYRON noir selon l'orientation (extrudeur : 260°C - plateau : 105°C - débit : 100% - vitesse : 50mm/s)

0°

0°/90°

45°/-45° 45°

90°

29

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

Injection 0° 90° 45° 0°/90° 45°/-45°

Taux

de

poro

sité

(%)

Taux de porosité en fonction de l'orientation de dépose (bed : 105°C - vitesse : 50mm/s - ventilateur : OFF)

Tableau 12: Propriétés mécaniques selon l'orientation des filaments pour l'ABS

2) Mesure du taux de porosité De la même façon que pour le PLA, des mesures de porosité sont réalisées sur les

éprouvettes en ABS suivant les différentes configurations. D’après les graphiques suivants, on remarque que quelque soit les paramètres

d’impression, le taux de porosité ne varie pas énormément, ce qui corroborent les résultats trouvé en traction avec des propriétés mécaniques très proches entre les différentes configurations.

Figure 12 : Taux de porosité de l'ABS selon la température de la buse et le débit

On constate aussi, sur le graphique ci-après, que le taux de porosité ne varie que de très peu suivant l’orientation des filaments. On remarque également que plus les propriétés mécaniques sont fortes moins le taux de porosité est grand avec le taux de porosité le plus faible pour 0° avec 2.86%.

Figure 13 : Taux de porosité de l'ABS selon l'orientation des filaments

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

Injection 250°C 260°C 270°C débit:110% (19 couches)

débit:110% (18 couches) Ta

ux d

e po

rosit

é (%

)

Taux de porosité en fonction de la température de l'extrudeur et du débit

(bed : 105°C - vitesse : 50mm/s - ventilateur : OFF)

injection 0° 0°/90° 45°/-45° 45° 90° module élastique (MPa) 1,02E+03 1,14E+03 1,16E+03 1,09E+03 1,15E+03 1,32E+03

Ecart type 5,64E+02 1,42E+02 1,44E+02 1,41E+02 1,50E+02 9,28E+01 contrainte à la rupture (MPa) 2,96E+01 1,95E+01 1,56E+01 1,45E+01 4,61E+00 1,53E+01

Ecart type 2,57E-01 1,97E+00 3,06E+00 9,05E-01 1,41E+00 1,75E+00 déformation à la rupture (%) 6,00E+01 2,04E+00 2,63E+00 3,82E+00 4,06E-01 1,43E+00

Ecart type 5,37E+00 1,16E-01 9,74E-02 1,39E+00 1,24E-01 1,83E-01

30

3) Conclusion

Les paramètres qui permettent d’obtenir les meilleures propriétés mécaniques en traction pour l’ABS imprimé sont la température de l’extrudeur à 260°C et un débit de 100%. Les autres paramètres étant à déterminé par d’autres tests.

Suite aux essais de traction, on retrouve le même mode de rupture que le PLA, au niveau du rétrécissement et toujours du même côté de l’éprouvette, au début de l’impression. Ce qui confirme l’hypothèse d’un défaut de trajectoire d’impression fragilisant la pièce. Une modification plus poussée du g-code serait à expérimenter.

Grâce aux courbes de traction on observe que l’ABS a un comportement ductile en injection et fragile en impression.

31

Conclusion

Grâce aux différents tests réalisés, la réalisation de pièces en impression 3D, qui soient aussi résistances en traction que l’injection, est possible pour le PLA à 0°. Ce qui n’est pas le cas pour l’ABS. En effet, en injection l’ABS à un comportement ductile, lui permettant d’avoir un grand domaine plastique et par conséquent une grande déformation (58%), à l’inverse en impression 3D, l’ABS a un comportement fragile sans domaine plastique, la déformation à la rupture étant d’environ de 2% pour l’orientation de 0°. Néanmoins tout les paramètres d’impression non pas étés abordés. On retrouve le même mode de rupture pour les deux polymères, au rétrécissement de l’éprouvette, au niveau du début de l’impression de chaque couche. Cela étant du à un défaut de trajectoire d’impression fragilisant la pièce, ce qui nécessite une modification du g-code afin de réaliser un décalage des couches. L’impression 3D permet donc aujourd’hui de parler de composite dans le domaine de la plasturgie avec les stratégies d’orientation de dépose des filaments. La caractérisation des polymères pour imprimante 3D peut encore évoluer et les investigations suivantes pourraient faire suite à ces travaux :

Î Evaluation avec d’autres matières (ex : HIPS, polymères chargé en couleur). Î Test avec d’autres paramètres (ex : recuit, vitesse d’impression suivant l’épaisseur de

la couche, enceinte régulée). Î Superposition de plusieurs couches différemment orientées, comme dans le cas des

composites. Î Test sur différentes imprimante (ex : Makerbot, PRUSA). Î Recherche d’autres propriétés mécaniques (ex : flexion, compression, adhésion).

Remerciements Je remercie tout d’abord Yves Grohens, d’avoir accepté de m’accueillir au sein du

plateau technique composiTIC. Je remercie également Yves-Marie Corre, tuteur de stage, et toutes les personnes que j’ai pu côtoyer durant ces quelques semaines, pour leur collaboration et leur contribution au bon déroulement du stage.

32

Annexes

Fiche Paramètres d’impression pour le PLA: configuration 1

Layers and perimeters : layer height = 0.2mm First layer height = 0.3mm Vertical shells : perimeters =3 Horizontal shells : solid layer top = 3 et bottom = 3 Infill : 100% rectilinear Fill angle : 0° Speed : perimeters = 30mm/s, small perimeters = 30mm/s, external perimeters = 70%

Infill = 60mm/s, solid infill = 60mm/s , top solid infill = 50mm/s travel (non-print moves )= 130mm/s

Skirt and brim : loops = 1, distance from object = 3mm, skirt height = 1 layer Filament : diameter = 1.70mm ou 1.50mm Extrusion multiplier = 1 Temperature : extruder : first layer = 220°C et others layers = 215°C Bed : first layer et other layers = 60°C Cooling : keep fan always on et enable auto cooling (cocher) Ventilateur: 50% Printer settings : Extruder 1 : nozzle diameter = 0.4mm Fiche Paramètres d’impression pour l’ABS : configuration 2

Layers and perimeters: layer height = 0.2mm First layer height = 0.4mm Vertical shells: perimeters =3 Horizontal shells: solid layer top = 3 et bottom = 3 Infill: 100% rectilinear Fill angle: 0° Speed: perimeters = 30mm/s, small perimeters = 30mm/s, external perimeters = 70%

Infill = 50mm/s, solid infill = 50mm/s, top solid infill = 50mm/s Travel (non-print moves) =130mm/s Skirt and brim: loops = 1, distance from object = 3mm, skirt height = 1 layer Advanced: First layer =250% Filament : diameter = 1.70mm Extrusion multiplier = 1 Température : extruder : first layer = 260°C Bed: first layer et other layers = 105°C Cooling: keep fan always on et enable auto cooling (non cocher) Ventilateur: OFF Printer settings: Extruder 1: nozzle diameter = 0.4mm

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Flyer présentation

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Bibliographie Lexique : [1] http://reprapide.fr/vocabulaire-et-notions-d-impression-avec-skeinforge-50 [2] http://siresdo.free.fr/wordpress/?page_id=2 [3] http://trac3d.wordpress.com/category/imprimante-3d-gcode/

Partie 1 : Présentation de l’entreprise [4] http://www-compositic.univ-ubs.fr/

Partie 2 : Impression 3D I- Les différentes technologies

[5] ZAMPROGNO, Christèle. HOURÇOURIGARAY, Pierric.)L’impression 3D, une opportunité dans le nautisme ?.Octobre 2013

[6] http://fr.wikipedia.org/wiki/Impression_tridimensionnelle [7] http://fr.3dilla.com/imprimante-3d/fonctionnement/ [8] http://www.priximprimante3d.com/principe/

II- FDM Principe : [5] ZAMPROGNO, Christèle. HOURÇOURIGARAY, Pierric.)L’impression 3D, une opportunité

dans le nautisme ?.Octobre 2013 [9] http://www.3dnatives.com/depot-de-matiere-fondue-fdm/ [10] http://fr.flossmanuals.net/reprap/ch011_utilisation

Matériaux : [11] http://www.lesimprimantes3d.fr/categorie/consommable/ [12] http://www.priximprimante3d.com/materiaux/ [13] http://reprapide.fr/plastiques [14] http://replica-3d.fr/impression-3d-a-extrusion-de-fil-plastique-quid-des-materiaux/ [15] http://www.manchenumerique.fr/var/storage/imprimante3d/makerware.html7 [16] http://www.filimprimante3d.fr/5-filament-pla [17] http://www.materiautech.org/matiere/8/ABS [18] http://www.filimprimante3d.fr/6-filament-abs [19] http://www.monunivers3d.com/guide/abs-pla/

Logiciels : [20] http://reprapide.fr/impression-3d [21] http://wiki.solidoodle.com/gcode-guide [22] http://reprap.org/wiki/G-code/fr

Partie 3 : Caractérisation des polymères Essais de traction / normes : [23] http://www.atomer.fr/1/1_dimensions-eprouvettes-essais-de-traction.html

Mesure Taux de porosité : [24] Mode d’emploi – balance excellence modèle XS – partie 2 – page 74 – METTER TOLEDO