Séminaire: Modélisation du procédé de fabrication additive par dépôt de fil
12 mars 2020
Le procédé de fabrication additive par dépôt de fil est l’un des plus utilisé dans le domaine des matériaux polymères. Il comporte 3 étapes : (1) la fusion du fil dans un four et son extrusion à travers une buse, (2) le dépôt du polymère entre la tête d’extrusion et le substrat et (3) la soudure avec les couches précédentes. C’est de la bonne maîtrise de ces 3 étapes du procédé que vont dépendre les propriétés des pièces fabriquées.
Le procédé s’est développé depuis une vingtaine d’année par « essais-erreurs » grâce à l’ingéniosité des fabricants de machines. Jusqu’à une époque récente les propriétés mécaniques restaient inférieures à celles des produits fabriqués par des techniques d’injection mais ce n’était pas réellement un problème compte tenu de la production visée (prototypes, objets publicitaires…). Ce n’est plus le cas aujourd’hui et la fabrication additive prend une place importante dans des domaines comme le biomédical, l’aéronautique et le spatial, ou les séries sont limitées, mais les exigences en matière de propriétés très fortes, d’où la nécessité de
maîtriser les étapes du processus.
Le séminaire s’attachera à modéliser les 2 premières étapes du procédé :
- Le chauffage et l’extrusion du polymère dans la tête d’extrusion définit la vitesse de fil maximale permettant d’obtenir une fusion (plastification) du polymère et une bonne homogénéité de température en sortie de buse.
- La phase de dépôt conditionne les dimensions de la couche déposée et son intégrité. La pression et la température engendrées entre la tête et le substrat vont conditionner la qualité du soudage avec les couches précédentes.
Ces modèles mobilisent des techniques numériques sophistiquées, en particulier quand il s’agit de capturer la localisation de la surface libre du dépôt, ce qui les rend d’une utilisation fastidieuse dans un processus d’optimisation. Des modèles thermo-mécaniques analytiques, dont la validité est étayée par les modèles numériques précédents, constituent un véritable outil d’optimisation.
Une étude de cas permettra de montrer comment utiliser ces modèles pour optimiser les paramètres de la fabrication additive par dépôt de fil.
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