Добірка наукової літератури з теми "Fabrication additive par extrusion de métal"

AbstractPolylactic acid has found its way into innovative engineering application in aerospace, defense and drone technologies through its unique characteristics such as high strength, low density and easy availability. Carbon fiber reinforced polylactic acid are polymeric composites with polylactic acid as base matrix that has distinctive properties such as extreme durability and high strength to weight. Fused filament fabrication is a type of additive manufacturing technique that comes under material extrusion. Multi material is an engineering concept that enables fabrication of structure that has varying functional properties along a certain direction. This engineering material combines the seemingly incompatible properties of two different material. The aim of this study is to provide insight on the mechanical behavior of multi material wall manufactured through fused filament fabrication. The coupons were prepared and tested in accordance with American society for testing and materials standards. The mechanical tests revealed that multi material possess better mechanical properties than polylactic acid and was on par with carbon fiber reinforced polylactic acid. The images from optical microscope was used to analyse bonding, buckling and fracture morphologies. These results would provide idea such that this multi material could either replace existing material or have its own new application.

Actuellement, les pièces HTCC et LTCC (High and Low Temperature Co-fired Ceramics) sont élaborées selon deux procédés : le coulage en bande pour le substrat diélectrique en céramique et la sérigraphie pour la réalisation des pistes et vias métalliques. Un procédé de fabrication additive hybride, capable de construire une pièce 3D en céramique / métal, pourrait trouver un intérêt majeur dans la fabrication de composants utilisés en micro-électroniques. En effet, un des principaux avantages de la fabrication additive est de pouvoir réaliser des géométries qui ne peuvent actuellement pas être obtenues en micro-électronique, ce qui permettrait d’obtenir un gain de performances comparé aux circuits actuels. L’objectif de ce travail est de proposer un nouveau procédé d’obtention de pièces monolithiques multimatériaux utilisant le couplage de deux technologies de fabrication additive .Une stratégie combinant la stéréolithographie et la micro-extrusion est proposée pour la fabrication de pièces multimatériaux HTCC et LTCC. Les pièces modèles sont des circuits électroniques dans les trois dimensions de l’espace comprenant un substrat diélectrique ainsi que des pistes horizontales et des vias. Des structures innovantes ont également été construites (blindage continus et vias obliques). La caractérisations de ces composants conduit à des valeurs similaires à celles des HTCC et LTCC réalisés par des procédés conventionnels
Currently, HTCC and LTCC (High and Low Temperature Co-fired Ceramics) parts are produced by two processes: tape casting for the dielectric ceramic part and screen printing for the realization of metal tracks and vias. The main objective of this work is to propose a new process for obtaining monolithic multi-material parts using the coupling of two additive manufacturing technologies. In this respect, a hybrid additive manufacturing process capable of building a 3D ceramic / metal part could be of major interest in the manufacture of such electronic components. Stereolithography and robocasting seem to be complementary processes to achieve this goal. The advantage of using additive manufacturing instead of conventional methods is to be able to achieve forms that can not currently be obtained in microelectronics, which would allow a performance gain compared to current circuits. A strategy combining stereolithography and robocasting is proposed for the simple manufacture of HTCC and LTCC multi-material parts. The model parts are electronic circuits in the three dimensions of the space including a dielectric substrate as well as horizontal tracks and vias. To improve the performance of current circuits new geometries are being studied, such as armored or inclined vias. They will then be characterized in microwave to verify the application of selected materials in these frequency ranges

La fabrication additive est un procédé d’élaboration permettant la mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives. Bien que de plus en plus de polymères puissent être mis en œuvre par cette technologie, les polymères chargés en sont quasiment absents, alors qu’ils sont largement utilisés dans les autres types de procédés de mise en forme. Les objectifs scientifiques et technologiques du projet concernent (i) une meilleure compréhension des relations entre le comportement rhéologique de systèmes polymères et leur aptitude à la mise en forme par les technologies de fabrication additive FDM, (ii) le développement de formulations de base de polymères bio-sourcés adaptées à ces technologies et apportant une multifonctionnalité. Le premier objectif nécessitera tout d’abord d’identifier les conditions (température, gradients de vitesse, nature des contraintes, …) imposées par les procédés considérés puis de mettre en place et/ou d’adapter les moyens de caractérisation du comportement rhéologique des systèmes polymères dans ces conditions. Le comportement rhéologique en cisaillement mais aussi en élongation pourra être considéré. Il conviendra en particulier d’identifier les compromis nécessaires entre comportement adapté à l’écoulement en filière ou en buse et aptitude à la fusion et à la consolidation couche par couche. Enfin, l’effet des différentes voies de fonctionnalisation envisagées sur le comportement rhéologique et thermique et donc sur l’aptitude à la mise en forme devra être analysé. De façon à adapter les polymères bio-sourcés à un large panel d’applications, diverses voies de fonctionnalisation seront considérées, basées sur le compoundage avec des charges particulaires
Additive manufacturing process is a preparation for the forming of a workpiece by the addition of material, by stacking successive layers. Although more and more polymers can be implemented by this technology, the filled polymers are practically absent, so they are widely used in other types of shaping methods. The scientific and technological objectives of the project are (i) a better understanding of the relationship between the rheological behavior of polymer systems and their ability to shaping by additive manufacturing technologies FDM, (ii) the development of polymer-based formulations biosourced adapted to these technologies and providing multifunctionality. The first goal will require first of all to identify the conditions (temperature, velocity gradients, nature constraints ...) imposed by the processes considered then to implement and / or adapt the means of characterization of the rheological behavior of polymer systems under these conditions. The rheological behavior in shear but also in elongation may be considered. It should in particular identify the necessary compromise between behavior adapted to the flow at the die or nozzle and meltability and consolidation layer by layer. Finally, the effect of different ways of functionalization considered on the rheological and thermal behavior and thus on the ability to formatting will be analyzed. In order to adapt the bio-sourced polymers for a wide range of applications, various routes of functionalization will be considered based on compounding with particulate fillers

Ces travaux de thèse concernent la problématique des liaisons bimétalliques acier austénitique/acier martensitique. Cette action de recherche se focalise sur une liaison acier austénitique 316L (X2 CrNiMo 18-12-02) / acier martensitique Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1). L’objectif est de comprendre la problématique métallurgique liée à l’assemblage de ces deux types de nuance et d’évaluer les possibilités de réaliser par métallurgie des poudres et par fabrication additive des transitions aciers austénitiques/aciers martensitiques. Une soudure obtenue par faisceau d’électrons sert de liaison de référence pour cette étude qui se focalise sur l’intérêt de la métallurgie des poudres pour réaliser une transition entre deux aciers. Des matériaux à gradient de composition chimique ont été consolidés par CIC et par SPS et montrent de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente jonction entre les deux types de nuances. Par fabrication additive (DED-LB ou PBF-LB), nous obtenons aussi de très bonnes liaisons entre les deux aciers mais les microstructures sont beaucoup plus complexes. On observe curieusement que plus la vitesse de refroidissement du procédé est importante et plus la présence de ferrite dans l’acier martensitique est importante. Différents calculs basés sur la germination et la croissance de la phase austénitique ont permis de proposer un scénario cohérent pour expliquer les fractions de phases présentes dans les matériaux. La zone de transition entre les deux aciers présente, elle, de fortes variations de duretés. Ces variations sont expliquées par les changements de composition chimique, entrainant des modifications dans les températures de changement de phases, et les cycles thermiques particuliers vus lors de la fabrication. D’un point de vue technologique, les matériaux obtenus par fabrication additive présentent en traction des performances très semblables à ce que l’on obtient par soudage par faisceau d’électrons. Il est montré que la fabrication additive permet aussi de piloter le gradient de composition entre un acier martensitique et un acier austénitique
This PhD work concerns the problem of bimetallic austenitic/martensitic steel connections. This research action focuses on a 316L austenitic steel (X2 CrNiMo 18-12-02) / Fe-9Cr-1Mo (X10 CrMo 9-1) martensitic steel connection. The objective is to understand the metallurgical problems related to the assembly of these two steels and to evaluate the possibilities of using powder metallurgy and additive manufacturing to produce austenitic/martensitic steel transitions. A weld obtained by electron beam is used as a reference for this study which focuses on the interest of powder metallurgy to achieve a transition between two steels. Materials with a chemical composition gradient have been consolidated by HIP and SPS and show very good mechanical properties and an excellent junction between the two steels. By additive manufacturing (DED-LB or PBF-LB), we also obtain very good bonds between the two steels, but the microstructures are much more complex. Curiously, we observe that the higher the cooling rate, the higher the ferrite fraction in the martensitic steel. Different calculations based on the nucleation and growth of the austenitic phase have made it possible to propose a coherent scenario to explain the phase fractions present in the materials. The transition zone between the two steels shows strong variations in hardness. These variations are explained by changes in chemical composition, leading to modifications in phase change temperatures, and the particular thermal cycles seen during building. From a technological point of view, materials obtained by additive manufacturing have tensile performances very similar to those obtained by electron beam welding. It is shown that additive manufacturing also makes it possible to control the composition gradient between a martensitic and an austenitic steel

Ce travail s’intéresse au renforcement des matériaux cimentaire mis en œuvre par fabrication additive à grande échelle. Ce nouveau procédé permet une complexité géométrique importante, généralement fortement consommatrice de moyens matériels et humains. De plus, il rend théoriquement possible l’industrialisation de la fabrication d’éléments constructifs singuliers, par exemple optimisés par répondre à un chargement mécanique donné. Cependant, il n’existe à l’heure actuelle aucune méthode de renforcement standardisée permettant d’obtenir la résistance en traction et la ductilité nécessaire pour leur utilisation dans les structures des bâtiments. Ce qui limite fortement leur utilisation dans la pratique.Si de nombreuses méthodes sont envisagées dans la littérature pour le renforcement des matériaux cimentaires mis en œuvre par impression 3D, celles-ci sont généralement calquées sur les méthodes traditionnelles du renforcement : bétons fibrés, armatures passives et câble de précontraintes. Ce travail de thèse propose un procédé de renforcement alternatif, breveté au cours de ce travail de thèse, qui tire parti de la spécificité du procédé d’extrusion. De nombreux renforts continus sont en effet insérés dans la filière d’extrusion, appelé ici tête d’impression et entrainé par le débit du matériau cimentaire, ce dernier fournissant la force nécessaire aux déroulements des renforts continus. Le matériau extrudé est alors un composite unidirectionnel à matrice cimentaire renforcé par de nombreuses fibres continues alignées selon la direction du parcours d’impression.Ce travail définit alors le cahier des charges du procédé en termes de propriétés rhéologiques de la matrice cimentaire au moment du dépôt et le type de renfort à privilégier permettant l’obtention d’une bonne adhérence des renforts à la matrice cimentaire, nécessaire au développement d’un renforcement significatif en traction. Le comportement mécanique de l’interface est par ailleurs étudié précisément grâce aux développements d’essais micromécaniques dédiées et l'observation de l’endommagement par microtomographie aux rayons X. Les perspective de ce travail sont la caractérisation et la modélisation multi-échelles du comportement du composite à matrice cimentaire et la proposition de systèmes constructifs innovants
This work focuses on the reinforcement strategies for large scale additive manufacturing of cementitious materials. This new process allows an important geometrical complexity for constructive elements, generally consuming a lot of material and human resources. In addition, it makes it theoretically possible to industrialize the manufacture of singular constructive elements, for example optimized to meet a given mechanical load. However, there is currently no standardized reinforcement method for obtaining the tensile strength and ductility required for their use in building structures. This severely limits their use in practice.While many reinforcement methods are considered in the literature for the 3D-printed cementitious materials, they are a direct transcription of the traditional reinforcement methods such as fibre-reinforced concrete, passive reinforcement and post-tension method. This thesis work proposes an alternative reinforcement process, patented during this thesis work, which takes advantage of the specificity of the extrusion process. Many continuous reinforcements can be inserted before the extrusion die and driven by the flow of the cementitious material, the latter providing the force necessary for the unwinding of each individual continuous reinforcements. The extruded material is then a unidirectional cementitious matrix composite reinforced by many continuous fibers aligned in the direction of the printing path.This work then defines the specifications of the process in terms of rheological properties of the cementitious matrix at the time of deposition and the type of reinforcement to be preferred, allowing good cohesion between the reinforcements and the cementitious matrix necessary for the development of a significant tensile reinforcement. The mechanical behaviour of the interface is also precisely studied thanks to the development of dedicated micromechanical tests and the observation of the damage by X-ray microtomography. The perspectives of this work are the characterization and multi-scale modeling of the behavior of the cementitious matrix composite and the proposal of innovative constructive systems

Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet Cigéo (Centre industriel de stockage géologique de déchets radioactifs) et étudie des voies d’optimisation pour les chemisages des alvéoles de stockage des déchets radioactifs de haute activité (HA). Des matériaux composites à matrice et renforts inorganiques sont une des voies d’innovation envisagées en alternative aux matériaux métalliques pour la réalisation du chemisage. L’utilisation de matériaux de type géopolymères renforcés par des éléments non organiques pourrait répondre aux critères souhaités. L’ajout de wollastonite et de fibres de verre à une matrice géopolymère a tout d’abord permis de contrôler la viscosité et de l’adapter à une mise en forme par coulage ou par fabrication additive tout en assurant une tenue mécanique satisfaisante du matériau consolidé. Des résistances mécaniques en compression et en flexion allant respectivement jusqu’à 101 MPa et 20 MPa ont pu être obtenues. Pour tester la solution extrudée à l’échelle ½, un système d’impression 3D a ensuite été développé. Une tête d’extrusion spécifique a été conçue et intégrée à une cellule robotique 6 axes. Le contrôle et l’identification des paramètres d’impression et des paramètres matériaux ont finalement permis la maitrise du pilotage du procédé et l’impression de structures en composite géopolymère à l’échelle ½ (ɸ = 35 cm)
This work is part of the Cigéo project (geological industrial disposal for radioactive wastes) and focuses on studying alternative materials for the elaboration of the lining of the high-level radioactive waste storage cells. Composites materials with inorganic matrix and reinforcements are one of the innovations being considered as an alternative to replace metallic materials in the lining. The use of geopolymers reinforced with inorganic elements could meet the desired specifications. The insertion of wollastonite and glass fibers to a geopolymer matrix allowed to control viscosity suitable for shaping by casting and additive manufacturing while ensuring the mechanical strength of the consolidated material. This allows obtaining flexural and compressive strengths going up to 101 MPa and 20 MPa, respectively. To shape the extruded solution at a half scale, a 3D printing system was then developed. A specific extrusion head has been designed and integrated into a 6-axis robotic cell. The control and identification of printing and materials parameters make it possible to control the process and to print geopolymer composite structures at half scale (ɸ = 35 cm)