Les effets de la température lors de la fabrication additive par FDM de composites thermoplastiques renforcés et leurs propriétés mécaniques

La Fabrication Additive se développe rapidement dans de nombreux domaines, allant du médical à l'aérospatial, car elle permet la fabrication de pièces aux formes complexes, difficilement réalisables par les méthodes conventionnelles. Cependant, les pièces obtenues, notamment avec la technologie de fabrication par déposition de filaments fondus (FDM), ne sont pas encore aussi performantes que souhaitées. En effet, le procédé implique une perte en propriétés mécaniques comparée à la matière première utilisée, qui plus est limitée aux thermoplastiques. Avec la maturité des matériaux composites, le renforcement des filaments permet d'améliorer ses propriétés et des efforts sont réalisés afin de maîtriser au mieux la technologie. D'autre part, des thermoplastiques hautes températures, résistants à des températures plus élevées que les plastiques techniques, sont désormais disponibles sous forme de filaments. Le défi d'obtenir par FDM des pièces fonctionnelles et idéalement capables de garder de bonnes propriétés à hautes températures, comme le requiert le secteur de l'aéronautique, reste à relever. Ce mémoire présente d'abord une étude de l'effet d'une élévation de la température environnementale d'impression sur les propriétés mécaniques des pièces obtenues à partir d'un thermoplastique et de composite-thermoplastiques. Des filaments de plusieurs teneurs massiques en deux types de fibres de carbones courtes, des milled (m-CF) et des chopped (c-CF), ont été utilisés pour imprimer des éprouvettes dans deux configurations, l'une avec une orientation des filaments dans le sens de la longueur (FL) et l'autre dans la largeur (FW). Une chambre chauffante a permis d'imprimer à une température modérée (35°) et à des températures plus élevées (50°C et 60°C), et des tests en traction assistés par corrélation d'images digitales ont été réalisés. Des gains de 36%, 34% et 68% sur le module d'Young (E), la résistance élastique (σY) et la résistance ultime en traction (Su), respectivement, ont été obtenus en chauffant à 35°C lors de l'impression des échantillons de configuration FW en Nylon renforcé à 35% de fibres m-CF. Chauffer aux plus hautes températures a permis des gains légèrement supérieurs et une meilleure reproductibilité des propriétés. Une tendance similaire a été relevée avec un filament renforcé à 40% des mêmes fibres, ce qui n'a pas été le cas avec du Nylon pur. Les effets de la teneur et du type de fibres sur les propriétés mécaniques ont aussi été étudiés. Les meilleures performances ont été obtenues sur les échantillons imprimés en configuration FL avec le filament de Nylon renforcé à 35% de c-CF, soient les plus longues.