Influence des paramètres d’impression sur les propriétés mécaniques et la morphologie d’impression 3D in-situ de filaments continus en lin : une approche par méta-modélis

Résumé :

De nouveaux matériaux issus de la fabrication additive, en particulier par dépôt de filament fondu (Fused Deposition Modeling – FDM), s’inscrivent dans une démarche d’écoconception, alliant durabilité, fonctionnalité, faible coût et réduction des déchets. Le procédé FDM permet de produire, à moindre coût, des pièces complexes tout en offrant un contrôle in situ de la microstructure durant l’impression, ouvrant ainsi la voie à des applications sur mesure et optimisées. L’intégration de fibres naturelles continues, comme le lin, directement pendant l’impression (imprégnation in situ), ouvre notamment des perspectives intéressantes pour la fabrication de biocomposites à faible impact environnemental et aux propriétés mécaniques améliorées. Les travaux de la littérature montrent que la qualité des pièces obtenues par le procédé FDM est fortement influencée par les paramètres d’impression. En effet, d’après les travaux de Duigou et al. [1], il a été observé que des paramètres tels que la hauteur de couche, la distance interfilamentaire et le nombre de couches diminuent le taux de porosité, améliorent le compactage fibre-matrice et renforcent considérablement les propriétés en traction. Ils ont également noté que la distance interfilamentaire joue un rôle crucial dans l’écoulement de la matrice polymère et les propriétés composites résultantes. Dans d’autres travaux [2], il a été souligné que la morphologie géométrique du filament déposé est fortement influencée par la vitesse d’impression. Des vitesses plus faibles (5 mm/s) ont permis de réduire la rétention de chaleur, atténuant cet effet et améliorant ainsi les propriétés en traction          

Le sujet de thèse proposé vise à étudier l'effet de la topologie d'impression – c’est-à-dire l’organisation spatiale du filament extrudé, sur la qualité d'impression ainsi que sur les performances mécaniques des biocomposites lin/PLA obtenus par impression 3D avec imprégnation in situ. Dans un premier temps, des lignes d’impression individuelles seront réalisées afin de mieux comprendre les mécanismes d’imprégnation et de dépôt, en faisant varier plusieurs paramètres clés tels que la température de la buse, la vitesse d’impression, le débit de ventilation, etc. La morphologie et la topologie des dépôts obtenus seront ensuite caractérisées à l’aide d’outils d’analyse d’images couplés à des méthodes d’intelligence artificielle, permettant une évaluation fine et automatisée des structures imprimées.

1. UQTR : L'Institut d'Innovations en Écomatériaux, Écoproduits et Écoénergies, à base de biomasse, place ses chercheurs, étudiants et partenaires au coeur de la formation et de la recherche dans des créneaux stratégiques à l'échelle nationale et internationale pour le progrès du Québec et de ses régions.

2. Institut Clément ader : L’ICA est un laboratoire de recherche qui s’attache à l’étude des structures, des systèmes et des procédés mécaniques. Nos secteurs d’activités s’inscrivent dans ceux des industries mécaniques avec une attention particulière accordée aux projets des domaines de l’aéronautique, de l’espace, du transport et de l’énergie. Nos travaux portent généralement sur la modélisation du comportement, l’instrumentation et l’étude de la durabilité des structures ou produits considérés. 

Le candidat doit être titulaire d’un diplôme d’ingénieur et d’un master (ou équivalent) en génie mécanique ou dans un domaine connexe. Il doit posséder des compétences solides à la fois en méthodes expérimentales, en modélisation numérique et en analyse de données.