Caractérisation des matériaux obtenus par impression 3D
Résumé
L’impression 3D est de plus en plus utilisée dans la recherche scientifique et les applications d’ingénierie. Ce procédé offre des nouvelles possibilités grâce à la grande liberté de forme qu’il autorise. Les pièces imprimées en 3D sont souvent imprimées de manière architecturée, c’est-à-dire qu’elles comportent des zones creuses disposées de façon périodique pour gagner en coût, en masse et en temps de fabrication. Ces matériaux architecturés constituent une famille de matériaux de plus en plus rencontrée et devant être caractérisée sur la base d’études expérimentales, théoriques, et numériques. En plus des aspects géométriques liés à la géométrie des motifs, le procédé d‘impression 3d a en lui-même une incidence sur les propriétés mécaniques des matériaux obtenus. On peut noter en particulier une anisotropie importante dépendant de l’orientation des couches lors du dépôt, et le comportement à la rupture est également influencé par le procédé d’impression 3D, la rupture ayant lieu plus facilement lorsque la pièce est sollicitée perpendiculairement à l’orientation des couches lors de l’impression. Afin d’étudier l’analyse mécanique et la conception de structures d’impression 3D, des essais expérimentaux ont été réalisés pour lesquels on a cherché à identifier l’influence des phénomènes devant être pris en considération comme la viscosité, l’anisotropie, l’endommagement et l’influence de la température sur des matériaux obtenus par stéréolithographie (SLA). Nous avons utilisé dans un premier temps des éprouvettes standards, conçues selon la norme ASTM D638 (type IV) pour des essais standards de traction. Les éprouvettes ont été imprimées selon des orientations différentes caractérisées par des angles d’Euler. Les essais mécaniques ont été réalisé pour des vitesses et des températures différentes afin d’étudier l’influence de ces paramètres sur le comportement du matériau. Il a été constaté que ces paramètres (vitesse de chargement, température de l’essai et orientation des couches) ont une influence importante sur le comportement du matériau. Par la suite, nous avons développé des essais à partir d’éprouvettes composées de matériaux architecturés en utilisant des motifs classiques en nids d’abeilles, la caractérisation se faisant à l’aide de méthodes de corrélation d’images. Un modèle théorique inspiré du modèle G’SELL a été établi pour prédire le comportement des matériaux obtenus par stéréolithographie. Les résultats des essais standards ont été utilisés pour identifier les paramètres de ce modèle. Par la suite pour des éprouvettes de géométries architecturées sont imprimées et testées afin de comparer des résultats numériques éléments-finis aux résultats expérimentaux.
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