Additive Manufacturing of Low and High Temperature Resistant Thermoplastic Composites and Sandwich Panels for Sound Absorption

Les moteurs d'avion de nouvelle génération ont besoin d'être plus légers et silencieux pour répondre aux règlements sur les émissions de dioxyde de carbone et de pollution acoustique. Comme approche prometteuse, l'industrie aérospatiale a commencé à investiguer la technologie de fabrication additive (FA) par déposition de filament fondu (FDM, de l'anglais Fused Deposition Modeling) des polymères et composites. La possibilité de fabriquer des pièces légères et avec des géométrie complexes représente un de plus grands avantages. La FA des thermoplastiques résistant aux températures élevées (HTRT, de l'anglais high temperature resistant thermoplastic) présente un intérêt particulier en raison des températures de service relativement hautes (> 100°C) et leurs propriétés mécaniques. La flexibilité de fabrication offerte par la FA permet la fabrication de revêtements acoustiques innovants et aussi une conception plus efficace des géométries acoustiques. Le projet a pour objectif de couvrir le traitement et la fabrication des matériaux ainsi que la fabrication de panneaux sandwich pour des applications acoustiques. En premier lieu, des composites HTRT présentant des propriétés thermiques et mécaniques améliorées ont été développés. Du Polyétheréthercétone (PEEK) et de la Polyétherimide (PEI) et des alliages PEKK / PEI ont été utilisés comme matrices polymères et ont été mélangés avec des fibres de carbone (CF, de l'anglais Carbon fiber) découpées avec deux stratégies de mélange différentes. Les composites mélangés ont été traités avec une machine FDM pour obtenir des filaments avec le diamètre souhaité et des éprouvettes d'essais de traction. Des caractérisations thermiques, morphologiques et mécaniques ont été effectuées. Les matériaux composites développés présentent un excellent comportement à haute température. Grâce à la température de transition vitreuse (Tg) plus élevée du PEI, les alliages PEEK/PEI ont montré une augmentation de la température de transition vitreuse jusqu'à 35°C, augmentant ainsi la température de service du matériau. La microscopie électronique à balayage et la micro-tomodensitométrie ont montré une répartition homogène des fibres et une bonne mouillabilité entre les fibres et les matrices polymères. La présence de porosité, probablement des bulles d'air incorporé au cours du processus de mélange, a été également détectée. Le module d'Young des composites HTRT développés a été évalué à l'aide d'essais de traction sur des filaments et sur des éprouvettes imprimées en 3D.