[MUSIQUE] Dans cette vidéo, nous allons aborder les différentes caractéristiques de la matière entrante, l'objectif étant à la fois de pouvoir décrire les différentes caractéristiques de cette matière et comprendre ainsi l'importance de leurs caractéristiques sur les propriétés finales des pièces obtenues. Au sommaire de cette vidéo, nous verrons les différents types de matière entrante, puis nous ferons un focus sur les poudres, les filaments, les résines, et nous terminerons par les granulés. Issus des quatre grandes classes de matériaux, métalliques, organiques, minéraux ou composites, les matériaux les plus présents en fabrication additive sont les polymères, avec 80 % des volumes vendus, et les métaux. Les matériaux minéraux commencent à être de plus en plus présents via les applications en génie civil. Nous allons retrouver dans cette leçon quatre types d'états de matière : les poudres, les filaments, la résine et les granulats ou granulés. Cette approche, via l'état physique des matériaux, peut être utilisée pour classer les procédés via leur état physique, solide ou liquide, puis la dimension pour les solides. On parlera, pour les grains de poudre, de solides de zéro dimension, 0D ; pour les filaments d'une dimension, 1D ; pour les plaques de deux dimensions, 2D. Puis nous aurons les liquides et les suspensions. Par exemple, pour les procédés de pièces en céramique, nous avons un exemple de classement. Ce classement se fait d'abord par la nature du matériau, c'est-à-dire solide ou liquide, puis, pour les solides en fonction de sa dimension. Une fois qu'on a les différentes sous-catégories pour la nature du matériau, on vient ensuite classer la nature du procédé, et enfin le procédé lui-même. Une poudre est définie comme un ensemble de particules solides habituellement inférieures à 1 millimètre. Les propriétés des poudres vont dépendre de leurs procédés de fabrication. Un petit zoom sera fait sur les procédés d'atomisation et de granulation dans ce cours. Les principales caractéristiques des poudres vont être données par la matière de la poudre, les propriétés morphologiques, la distribution des tailles des particules de poudre et l'analyse statistique, et enfin par les propriétés d'écoulement et d'empilement de la poudre. Les procédés de fabrication des poudres peuvent être classés en deux catégories : procédé par voie humide ou par voie sèche, le troisième processus étant le mélange de poudres déjà fabriquées. Le procédé par voie sèche est un procédé de granulation qui ne fait pas appel à une solution liquide. Le procédé consiste à une étape de compression de la poudre, puis une opération de broyage et de tamisage pour obtenir le mélange aux caractéristiques voulues, notamment pour faciliter l'écoulement. Dans le procédé par voie humide initialement sous forme liquide, une étape va permettre un séchage pour obtenir la poudre. Il existe plusieurs techniques de procédés qui existent en fonction de la matière et de la technologie. Généralement, on retrouve l'opération d'atomisation séchage, qui concerne la pulvérisation sous forme de gouttelettes de liquide dans de l'air chaud, ou l'opération de séchage par lit fluidisé, un air chaud qui passe à travers de la matière dans un état déjà divisé. D'un point de vue morphologique, c'est-à-dire d'un point de vue forme ou apparence extérieure, les poudres atomisées auront tendance à être plutôt sphériques, et les poudres granulées plutôt polyédriques et de forme irrégulière. Des grandeurs et des coefficients permettent de caractériser la forme et la taille de ces particules. Par exemple, le diamètre équivalent permettra de donner une indication sur la taille. Le facteur de forme permettra de donner un élancement sur les particules en faisant le rapport entre la plus petite dimension et la plus grande dimension d'une particule. Aussi, on pourra avoir des coefficients appelés la sphéricité, la circularité, ou bien aussi l'angularité. Ces coefficients permettent de rentrer plus en détail sur les formes des particules. À noter que les formules ne sont pas données ici mais pourront être retrouvées soit dans des fiches techniques des produits, ou bien dans des normes ou documents techniques. Pour caractériser les poudres, l'analyse statistique est utilisée pour étudier l'impact du nombre d'entités dans le système. Dans les fiches techniques, on retrouvera des grandeurs moyennées, par exemple le diamètre moyen, la distribution granulométrique, qui est la répartition de la taille des particules. Parmi les principales méthodes de caractérisation, on retrouvera la méthode classique par tamisage, des granulomètres par diffraction laser, et l'observation optique avec analyse statistique. Le choix des valeurs des propriétés granulométriques des poudres va directement dépendre du type de procédé et du type de machine, et va influencer la qualité des pièces finales. La poudre étant un matériau dit aussi pulvérulent, la caractérisation de sa rhéologie est importante. Rhéologie, en grec rhéo pour couler et logos pour étude, signifie l'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière. La coulabilité est l'aptitude d'une poudre à s'écouler librement et de façon régulière. Il existe plusieurs propriétés communes pour caractériser la coulabilité. Dans les fiches techniques des poudres, on va retrouver la densité apparente ou tassée d'une poudre ; pour des comportements quasi-statiques la résistance aux cisaillements et les critères de plasticité, les temps de décharge à travers un entonnoir normalisé, ses angles de repos et des propriétés dites rhéologiques, notamment dans les états dynamiques. La coulabilité des poudres influence le procédé via les propriétés du lit de poudre une fois que l'écoulement a été fait, la densité des poudres, les temps de remplissage et la manipulation des poudres. Le filament est défini comme un élément de forme fine et allongée, destiné à être fondu puis imprimé pour former une pièce couche par couche par dépôt du cordon fondu. Les propriétés des filaments vont dépendre de la composition chimique et de la machine d'extrusion des filaments. Les principales caractéristiques des filaments vont être données par sa matière et la composition, les propriétés rhéologiques et thermiques, les propriétés d'extrusion sur les machines de fabrication additive. Un petit zoom sur les machines d'extrusion de filaments. Une machine d'extrusion permet de mettre en forme les filaments à partir de granulat. Principalement, on va retrouver du PLA, du PA ou de l'ABS. On rencontre souvent aussi du nylon, du polycarbonate, du polyéthylène, et du polypropylène. On voit de plus en plus d'applications de filaments en matériaux composites, c'est-à-dire avec plusieurs composants. Un exemple est la matrice polymère avec du métal, ou une matrice polymère avec de la céramique. On a aussi des filaments biocomposites avec de l'ajout de matériaux agrosourcés. D'un point de vue des propriétés, on va retrouver les propriétés structurelles avec la formulation des composants constituant le filament, et le diamètre du filament, voire sa forme. Nous avons ensuite des propriétés thermiques. On aura entre autres la température de fusion et la température vitreuse, qui permettent d'établir les transitions entre les différents états physiques du filament. La conductivité thermique va désigner la capacité du filament à laisser passer la chaleur, ou au contraire à l'isoler. Enfin, on aura les propriétés rhéologiques avec l'indice de fluidité à chaud, qui va permettre de mesurer la masse écoulée à travers une filière cylindrique d'une matière thermoplastique à l'état fondu, et la viscosité, qui est définie comme l'ensemble des phénomènes de résistance aux mouvements pour une pression et une température données. Les propriétés d'extrusion au niveau de la machine de fabrication additive vont jouer un rôle. Au niveau de la tête, on aura, par exemple, les températures de liquéfaction ou bien les températures de buse, la largeur de couche, la forme de la buse et la vitesse d'impression. Lors de la dépose, la formation de liaison entre les cordons est guidée par l'énergie thermique du matériau extrudé. L'histoire de la température des interfaces joue donc un rôle important pour déterminer la qualité du collage et les propriétés mécaniques finales. Lors du dépôt des nouveaux cordons, on va d'abord avoir contact puis grossissement d'un col et diffusion moléculaire et randomisation. La qualité du collage dépend donc de la croissance du pont formé entre les cordons adjacents, et de la diffusion moléculaire et la randomisation des chaînes polymères à travers l'interface. Ce qui va jouer aussi c'est la trame des cordons, leur trajectoire de dépôt, l'orientation de la construction des cordons, et ceci va jouer sur les propriétés finales des pièces, d'un point de vue comportement et résistance mécanique. Les résines désignent classiquement un produit polymère pouvant présenter un état très fluide ou très visqueux. Dans les procédés, elle fait généralement office de liant sous forme de matrice. Le type de résine va dépendre de leur composition et de la famille de fabrication additive concernée. Par exemple, on aura des résines différentes dans le cas des projections de gouttelettes ou de la photopolymérisation. Les principales caractéristiques des résines vont être données par la composition chimique, les propriétés thermiques et les temps de cure, et les propriétés visco-élastiques. Au niveau de la composition chimique, des ajouts sont ajoutés tels que des agents photoinitiateurs ou des agents de durcissement latent. On pourra avoir l'ajout de charges dans la formulation, tel que de la poudre de céramique ou de métal. Au niveau des propriétés, on va retrouver la conduction thermique, qui va désigner la capacité de la résine à laisser passer la chaleur, les températures de transition vitreuse, les points d'ébullition et les points d'ignition, et des propriétés visco-élastiques telles que la viscosité. Un granulé est défini comme un ensemble de particules solides se présentant sous forme de petits supérieurs à 1 millimètre. Un granulé est plutôt utilisé pour les matériaux polymères appelés pellets aussi en anglais, tandis que les granulats pour les matériaux à base minérale. De même, les principales caractéristiques des granulés vont être données par le type de matière, les propriétés morphologiques, la distribution des tailles de grains, et l'analyse statistique et les propriétés de mise en forme, notamment les caractéristiques à fondre pour les matériaux polymères ou bien des propriétés de liants au niveau des interfaces en génie civil. On retrouve de plus en plus l'utilisation de granulés dans des machines. On appelle ces machines FGF pour Fused Granulate Fabrication, ou bien on parlera aussi d'impression de granulés, pellet printing. Ces technologies sont en plein développement. Elles permettent de mélanger plusieurs matières, sont utilisées aussi dans le cadre du recyclage et des rebuts de production. Les granulés présentent l'avantage d'avoir une meilleure maniabilité. Cette facilité de manipulation permet de viser des matériaux à hautes caractéristiques mécaniques. Par exemple, on voit ici des têtes d'impression pour des granulés à base de titane ou bien d'alliages de titane. Les applications visées ici sont les petites moyennes séries. Et le fait aussi qu'on ait des granulats normés en entrée offre plus de flexibilité par rapport aux matériaux propriétaires. Un petit zoom en génie civil. Un granulat est défini comme un ensemble de grains minéraux. La dimension est comprise entre 0 et 125 millimètres, et on va retrouver les filières pour les particules fines, le sable, les sablons et les graviers. Le matériau imprimé est un mélange d'eau, de liant et de granulat et d'adjuvants éventuels. Le nom du mélange varie en fonction de la taille des granulats en présence. De plus en plus médiatisé via la maison imprimée, faire attention car les applications impression 3D de béton concernent souvent une impression de mortier avec l'utilisation de procédés plus conventionnels pour les parties en béton. Enfin, les principales caractéristiques des granulats. On retrouvera, de la même façon que les poudres, l'influence de la matière, les propriétés morphologiques, la distribution des tailles des granulats et l'analyse statistique. Cependant, les granulés étant de taille plus importante, on peut voir à travers les vidéos que les propriétés d'écoulement vont changer. Aussi, une des résistances à la fragmentation ou à la déformation des granulés est importante dans leurs caractéristiques. Enfin, en fonction du domaine et de l'aspect normatif, d'autres caractéristiques vont dépendre de l'environnement d'application. [AUDIO_VIDE] En conclusion, nous avons vu de façon générale les différentes caractéristiques des matières que nous pouvons rencontrer en fabrication additive. En fonction du procédé que vous pourriez être amené à utiliser, la documentation et les paramètres des données des matières sont importantes à connaître. Effectivement, la qualité de la matière première est un des facteurs qui joue sur le rendu des pièces finales. 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