Offre de stage Master 2 recherche – Mécanique

Titre : Influence du procédé de fabrication sur la réponse mécanique en fatigue d’un élastomère thermoplastique : comparaison impression 3D/injection.

Résumé : Ces dernières années, les techniques de fabrication additive sont en plein essor avec notamment un fort engouement pour l’impression 3D [1]. En ce qui concerne les matériaux polymères, un des procédés les plus couramment utilisés est le FDM (Fused Deposition Modeling) dans lequel le
matériau est fondu dans l’extrudeur puis déposé de manière précise couche par couche sur un plateau. Dans la plupart des cas, les propriétés mécaniques des échantillons obtenus par impression 3D sont moindres que celles obtenues par des techniques de mise en œuvre plus classiques (extrusion, injection …) [2] comme le montre la figure 1.

Ce stage est le fruit d’une collaboration entre le laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Tours) dont les travaux de recherche portent sur le comportement mécanique des élastomères et l’institut Mines Telecom (Lille-Douai) spécialisés dans la mise en œuvre des polymères. Ainsi, l’objectif du présent projet est de caractériser le comportement thermomécanique d’élastomères thermoplastiques obtenus par impression 3D et injection. Ce dernier servira de référence et il sera alors possible de
comparer les performances mécaniques de ce même matériau mis en forme par impression 3D.
L’influence de plusieurs paramètres d’impression comme les températures de buse et de chambre de fabrication ou encore la hauteur de couches sera investiguée. De fait, selon les paramètres d’impression, l’échantillon final peut présenter un certain degré de porosités qui aura un impact sur la tenue mécanique de la pièce finale.

Pour ce faire, la morphologie et les propriétés thermiques des différents échantillons seront caractérisées par différentes méthodes expérimentales complémentaires (observations MEB, tomographie RX, DSC, ATG…). Par exemple, l’analyse par tomographie RX permettra de quantifier les éventuelles porosités induites lors du procédé de mise en forme. Ensuite, une part importante de ce travail sera dédiée à la compréhension du comportement mécanique de ces différents échantillons. Ainsi, des essais statiques, cyclés et de fatigue seront à mener. Le comportement viscoélastique linéaire sera quant à lui caractérisé par des essais DMA. Les comportements mécaniques en statique et en fatigue seront comparés et relativisés par rapport aux procédés et conditions de mise en oeuvre. Le comportement mécanique local pourra être sondé par le biais de l’indentation instrumentée en accordant une attention particulière à la préparation de l’état de surface [3].

Le TPE considéré dans cette étude est un polyuréthane thermoplastique (TPU) à mémoire de forme. Ce matériau est capable de « mémoriser » sa forme originale lorsqu’il est chauffé au-delà de 40°C et donne lieu à un comportement thermomécanique particulier.

Après une partie bibliographique portant sur la technique d’impression 3D par FDM ainsi que sur le comportement mécanique d’élastomères thermoplastiques, l’essentiel de ce stage sera consacré à la caractérisation expérimentale des propriétés thermomécaniques d’un TPE en lien avec la microstructure. Le but étant à terme de faire le lien entre élaboration-structure et propriétés mécaniques de ce type de matériau.

Mots clefs : polymères, impression 3D, propriétés mécaniques, fatigue

Références :
[1]: T.H. Shahrubudin, T.C. Lee, Procedia Manufacturing 35, 2019, 1286 –1296
[2]: M. Lay, N.L.N. Thajudin, Composites Part B, 176, 2019, 107341
[3]: T. Batakliev, V. Georgiev et al, Journal of applied polymer science, 2018, 47260

Lieu.x : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé, 7, Avenue Marcel Dassault 37004 Tours. Cermel (Centre d’Etudes et de Recherche sur les Matériaux ELastomères, 29 rue des Martyrs, 37300 Joué-Lès-Tours

Profil recherché : compétences recherchées en science des matériaux et/ou mécanique. Goût pour la caractérisation expérimentale (machine d’essais mécaniques, DMA, DSC, nanoindenteur…)

Période du stage : 6 mois à compter du 8 mars 2021

Contact : Envoyer votre candidature comprenant CV + lettre de motivation + référence à :
J. PEPIN ( julie.pepin@univ-tours.fr)