Université Polytechnique des Hauts de France – CERAMATHS-DMP (ex LMCPA) & BCRC
Chen Qirong va soutenir sa thèse de doctorat le mercredi 19 janvier 2022 à 10h00 au campus universitaire de Maubeuge (France).
Encadrement :
Thèse co-dirigée par Fabrice Petit, Enrique Juste du BCRC, Marie Lasgorceix et Anne Leriche pour le CERAMATHS-DMP (ex LMCPA)
Titre de la thèse :
Procédé hybride de fabrication additive par projection de liant sur lit de poudre céramique
Résumé :
Le Binder Jetting (BJ) ou projection de liant est un procédé de fabrication additive dans lequel des poudres sont sélectivement liées par un liant pour reproduire un objet couche par couche. Malgré ses nombreux avantages, le BJ souffre encore de deux limitations principales. Les céramiques imprimées avec cette technologie restent très poreuses après frittage et présentent des états de surface rugueux. La présente thèse est une tentative de contourner ces limitations.
Une première partie de notre travail a été consacrée à l’étude et au développement d’une poudre d’alumine compatible avec un équipement BJ conçu spécifiquement ainsi qu’à l’optimisation des conditions d’impression et de densification. L’objectif de ce travail préliminaire était double : d’une part, reproduire l’état de l’art de la fabrication d’alumine par jet de liant et d’autre part, développer une méthodologie complète pour la préparation de poudres céramiques adaptées à notre machine (mais en fait à toutes les machines technologiquement similaires). Il s’agissait également de constituer un point de référence en comparaison avec tous nos développements ultérieurs.
L’influence des caractéristiques de la poudre (distribution granulométrique, morphologie, fluidité, densité de tassement et rugosité des lits de poudre) et des paramètres d’impression (vitesse de recouvrement, épaisseur de la couche et saturation du liant) a été soigneusement évaluée. Les performances mécaniques des pièces frittées ont également été évaluées et comparées à celles de la littérature. Des densités allant jusqu’à 64% de la densité théorique et des résistances à la compression allant jusqu’à 102 MPa ont été obtenues, valeurs similaires aux résultats précédemment rapportés.
Afin d’améliorer encore la densité, un procédé de traitement impliquant une post-imprégnation des pièces préfrittées avec une suspension céramique a été appliqué. Différents facteurs susceptibles d’influencer le processus ont été soigneusement étudiés, tels que le nombre d’imprégnations successives, l’influence de la température de préfrittage (rarement rapportée), le taux de charge solide, la durée d’imprégnation, etc. Les distributions de densité et de porosité à l’intérieur des échantillons ont également été analysées à l’aide de différents outils combinant MEB, microtomographie à rayons X et mesures de porosité. Grâce à cette approche, les densités de nos pièces frittées ont atteint près de 90% de la densité théorique, soit une augmentation de 33%.
Enfin, la dernière partie de notre travail a porté sur le développement d’un procédé hybride pour améliorer la rugosité de surface et la précision dimensionnelle des pièces fabriquées. L’idée était d’utiliser un laser directement monté dans la machine avec l’objectif d’affiner le contour de chaque couche imprimée et de produire des bords plus nets. Une étude paramétrique a été menée pour évaluer les effets de différents paramètres du laser comme la puissance du laser, la fréquence de répétition et la vitesse de balayage. L’influence du raffinage laser sur la netteté et la rugosité de pièces simples a été étudiée en les comparant avec leurs homologues « seulement imprimés ». Finalement, il a été démontré que les échantillons repris au laser présentent une meilleure rugosité (divisée par 3) et une meilleure netteté (augmentée par 3), démontrant ainsi les avantages de l’hybridation.
