[MUSIQUE] [MUSIQUE] Bonjour Adam, tu voudrais habiter avec moi ici, sur la lune? >> Mais Eve, il n'y a rien ici! >> Tu sais, il existe des solutions pour construire notre lieu de vie. >> N'importe quoi! Ouh la la! Tu dis n'importe quoi! >> Connais-tu la fabrication additive par extrusion de matière? Elle peut nous aider à construire notre maison et tout ce qu'on peut y mettre dedans. >> Eh oui Adam, Eve a bien raison, et pour vous en convaincre, vous qui regardez cette vidéo, Mouhamadou Amar et moi-même, Sébastien Charlon, tous deux enseignants-chercheurs au CERI Matériaux et Procédés d'IMT Nord Europe, allons vous présenter les différents types de matériaux et de machines existant sur le marché. Ensuite, nous vous présenterons quelques applications possibles et enfin les problématiques à gérer pour espérer fabriquer une pièce de qualité. Commençons tout de suite par la description des différents matériaux et par l'introduction du vocabulaire spécifique à la fabrication additive par extrusion de matière. En fabrication additive par extrusion de matière, le matériau le plus répandu est le polymère, plus couramment appelé plastique. Mais il est tout aussi possible d'imprimer des pièces métalliques, céramiques, composites ou en mortier, par exemple. La matière première peut se présenter sous diverses formes telles que des filaments, des granulés ou des liquides visqueux, en fonction du matériau. Il est donc possible de fabriquer une quantité illimitée de formes et de géométries avec une large gamme de matériaux permettant alors de répondre à de très nombreuses problématiques industrielles. Pour cela, quel que soit le matériau, il est tout d'abord entraîné dans un extrudeur où il est chauffé et/ou malaxé avant de passer au travers d'une buse pour former des joncs cylindriques. Les mouvements de la buse permettent de déposer ces joncs les uns à côté des autres sur une surface de fabrication chauffée ou non, elle-même pouvant être incluse dans une enceinte thermorégulée selon les modèles d'imprimantes 3D, permettant alors de contrôler les phénomènes physiques-clés pour fabriquer une pièce de qualité. Parmi ces phénomènes physiques, la liquéfaction et la solidification sont essentielles. La liquéfaction consiste à fluidifier le matériau afin d'assurer son passage régulier au travers de la buse. Ainsi les matériaux polymères, métalliques, composites et céramiques initialement solides sont chauffés et malaxés alors que les liants géopolymères, mortiers et bétons, déjà initialement visqueux, ne sont que malaxés. Ces paramètres de malaxage et de chauffage doivent être finement contrôlés pour s'assurer de l'obtention d'une viscosité adéquate de la matière, ni trop fluide, ni trop visqueuse, afin d'éviter respectivement des phénomènes néfastes d'écoulement de matière incontrôlé et d'obturation de la buse. Après dépôt, les joncs se solidifient sous l'action du refroidissement pour les matériaux polymères, métalliques, composites et céramiques et sous l'action de l'évaporation de l'eau et des réactions chimiques pour les liants géopolymères, mortiers et bétons. Cette solidification doit être aussi finement contrôlée pour garantir une bonne stabilité géométrique de la pièce ainsi qu'une certaine adhésion entre les joncs. Ces deux phénomènes se retrouvent sur l'ensemble des machines disponibles sur le marché. Voyons donc maintenant quelles sont les différentes technologies disponibles sur le marché. Comme vous pouvez le constater, il existe plusieurs technologies qui possèdent leurs propres avantages et inconvénients. Certaines présentent des contraintes par rapport au ratio volume utile d'impression sur volume d'encombrement à l'instar de la Cartésienne ou de la Delta. Alors que pour d'autres, comme pour la Polar, le volume utile d'impression est quasi égal au volume d'encombrement. D'autres technologies se caractérisent par des avantages plus originaux tels que l'impression de couches courbes pour la Scara ou l'impression sur un tapis roulant permettant d'imprimer des pièces avec une dimension Y quasi infinie pour la Belt. La résolution, la précision, la vitesse d'impression des pièces sont aussi variables selon les architectures. Le choix du modèle d'imprimante 3D est donc dépendant de l'application finale de la pièce à fabriquer. Voyons maintenant ce qu'en pense Adam. >> C'est bien beau tout ça, mais dis-moi à quoi tout cela peut bien servir. >> Ne sois pas impatient, tu vas voir. >> Un peu de patience, Adam, nous allons t'expliquer. En fait, les applications sont quasi illimitées. Aujourd'hui, de multiples typologies de pièces sont réalisées dans divers domaines d'application. Parmi les domaines concernés, citons le médical, l'aéronautique, l'automobile, le sport ou encore le génie civil. Ainsi, comme vous pouvez le voir ici, des prothèses personnalisées au patient peuvent être fabriquées mais aussi des outils spécifiques, des prototypes, des pièces à géométrie complexe. Il est tout aussi possible de réaliser des pièces de plus grande dimension telles que du mobilier, des ponts et des bâtiments. Certains tests sont même aujourd'hui réalisés pour fabriquer des habitations et installations sur la lune et sur Mars. Mais pour cela, il faut résoudre certaines problématiques couramment rencontrées. Listons ces problématiques et voyons comment les résoudre. Nous avons déjà parlé du contrôle primordial de la viscosité du matériau. Celle-ci peut être modulée de par la modification de la structure chimique du matériau, l'ajout d'additifs ou plus simplement en ajustant la température de la buse et le niveau de cisaillement, autrement dit le niveau de malaxage appliqué au matériau. Ensuite, en se solidifiant, les pièces ont tendance à se courber sur leurs extrémités. Ce phénomène est appelé gauchissement. Il est possible de limiter ce phénomène en favorisant une solidification lente des joncs et une bonne accroche de la première couche sur la surface de fabrication. Pour cela, il est possible d'ajuster les paramètres indiqués ici. Enfin, il n'est pas rare d'observer une délamination entre les couches liée à une mauvaise adhésion inter-joncs. Les réglages des paramètres notés ici permettent de favoriser l'adhésion inter-joncs de par une approche thermique et géométrique. La géométrie des joncs étant cylindrique, le dépôt des joncs les uns à côté des autres et les uns sur les autres conduit nécessairement à la formation de pores. Ces pores étant néfastes pour la résistance mécanique de la pièce, il est possible de les réduire en augmentant les températures de buse et de l'enceinte thermique pour favoriser la coalescence entre les joncs. Il est aussi possible d'augmenter le débit d'extrusion pour forcer la matière à combler ces pores de par la pression appliquée par la buse sur le jonc en cours de dépôt. Pour la même raison, les pièces obtenues sont très rugueuses en surface. Il est possible de réduire cette rugosité en fluidifiant la matière de par l'augmentation des températures du procédé, favorisant ainsi la coalescence inter-joncs et son étalement. Aussi, le diamètre des joncs peut être diminué ou encore des solutions de post-traitement peuvent être appliquées telles que le ponçage ou l'application d'un revêtement sur la surface de la pièce. Enfin, pour certaines géométries, les joncs fluides sont déposés dans le vide conduisant à l'échec de la fabrication ou la fabrication d'une pièce possédant de nombreux défauts. Un matériau sacrificiel appelé support est alors souvent employé pour supporter ces joncs. Ces supports sont ensuite retirés de la pièce après sa fabrication. Nous espérons vous avoir convaincus de l'intérêt de la fabrication additive par extrusion de matière pour quasi tous les domaines d'application. Toutes ces technologies sont encore en constante amélioration et promettent de nous faciliter la vie de tous les jours. Nous vous invitons à lire la rubrique Pour aller plus loin pour avoir toujours plus d'informations passionnantes. En attendant, nous vous laissons avec Adam et Eve. >> Alors Adam, es-tu convaincu maintenant? >> Tu as de bons arguments mais je demande à voir ce que cela peut donner. >> Oui, je te montre tout de suite. [MUSIQUE] [MUSIQUE] Et voilà! je [INAUDIBLE] tout de suite [MUSIQUE] [MUSIQUE] [MUSIQUE]
