Prédiction de la polymération et des propriétés mécaniques de pièces céramiques élaborées par stéréolithographie - Optimisation du procédé

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Modèle Numérique de Simulation, Polymérisation, Module d’Young, Contrainte à la Rupture, Optimisation

Mots-clés

Stéréolithographie,

Matériaux -- Propriétés mécaniques,

Élasticité

Ces travaux de thèse portent sur la maîtrise des caractéristiques dimensionnelles et mécaniques de pièces céramiques obtenues par stéréolithographie. L’objectif est d’être capable de prédire ces caractéristiques afin d’obtenir des pièces conformes dès la première fabrication. La stratégie a été de développer un modèle de simulation numérique capable de prédire l’exposition, la profondeur et la demi-largeur de polymérisation, ainsi que le module d’Young des pièces crues obtenues en fonction des paramètres du procédé. Ce modèle numérique intègre le phénomène de diffusion et est calibré pour chaque système à l’aide d’essais expérimentaux. Afin de pouvoir accéder aux propriétés élastiques effectives des pièces crues, un modèle de simulation par calculs éléments finis couplé à la technique d’homogénéisation a été développé. Ce modèle a été validé en comparant les résultats obtenus par simulation et les valeurs de module d’Young déterminées expérimentalement. Le caractère isotrope des propriétés élastiques dans le plan perpendiculaire à la direction de construction des pièces a ainsi été démontré. Sur la base des données fournies par les modèles numériques, une approche d’optimisation du procédé a été mise en oeuvre pour l’obtention de pièces crues conformes. Ainsi, des expositions élevées sont à privilégier pour assurer la faisabilité de la fabrication, des expositions faibles pour assurer la haute qualité dimensionnelle des pièces et des expositions intermédiaires pour assurer une grande productivité. Les pièces denses ont ensuite été considérées. Les propriétés élastiques et la contrainte à la rupture ont été déterminées avec des mesures ultrasonores et des essais de flexion bi-axiale. Une tendance similaire entre l’exposition maximale globale et les propriétés mécaniques a été mise en évidence, i.e. plus l’exposition maximale globale est élevée, plus les valeurs de module d’Young et de contrainte à la rupture sont élevées. Le travail d’optimisation pour l’obtention de pièces frittées en alumine montre que les expositions élevées sont à privilégier pour assurer de bonnes propriétés mécaniques.