Nouveaux Composites 4D à base de lignine par fabrication additive avec performances magnétiques programmables améliorées par intelligence artificielle – MAGNELIN4D

La lignine a été fonctionnalisée à l’aide de réactifs dérivés d’huile végétale via la catalyse homogène. Le greffage de glycérol carbonate préalablement allylé a conduit à des taux de fonctionnalisation supérieurs à 80%. Le méthyl 10-undecenoate, un réactif biosourcée, a été ensuite greffé sur la lignine via une seconde étape de métathèse, avec des paramètres optimaux obtenus à 80°C pendant 6 heures (100% conversion). Une seconde voie de transformation a également a été mise en place par simplification réactionnelle. Le méthyl 10-undecenoate a été époxydé puis greffé sur la lignine avec un taux de substitution des groupements hydroxyles de la lignine très élevé notamment la totalité des phénols. Des analyses thermiques (DSC et ATG) menées sur la lignine modifiée et les mélanges PA/lignine ont révélé la compatibilité améliorée entre PA et lignine. Une analyse comparative a été réalisée pour des filaments contenants la lignine avec PLA, ABS, PA et des filaments magnétiques : PE, ABS, PEEK, TPU/ferrites, néodyme, magnétite, MnAlC. L’étude du composite ferromagnétique commercial PLA/oxide de fer imprimé présentant une magnétisation de saturation de 0,15 T et une perméabilité magnétique de 10-5 H/m, a permis de déterminer la performance en traction avec une résistance mécanique de 45MPa. L’analyse par MEB et tomographie RX a mis en évidence un taux de connectivité de l’oxide de 22% pour 19% de taux de charges, et une porosité générée allant jusqu’à 40%.

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Simon, C.; Dumont, C.; Sauthier, M. Functionalization of lignin for the manufacture of 4D printing filaments, Congrès JNOEJC 2023. Lille, 1-2 juin 2023.

Bouchetara, M.; Belhabib, S.; Weitkamp, T.; Tahlaiti, M.; Nouri, M.; Guessasma, S. Effect of printing temperature on the microstructure and mechanical performance of 3D printed magnetic PLA, to be submitted to Polymers. (en cours de soumission).

MAGNELIN4D est un projet multidisciplinaire visant à développer de nouveaux matériaux intelligents adaptatifs avec des capacités d'actionnement magnétique en utilisant la Fabrication Additive FA et l’Intelligence Artificielle IA. MAGNELIN4D rassemble un consortium de 4 partenaires académiques et 1 PME pour mener une recherche appliquée en formulation et fonctionnalisation des matériaux, mise en forme de polymères chargés, modélisation numérique et contrôle des procédés en utilisant l'IA. MAGNELIN4D a quatre objectifs : 1- Le développement d’un filament magnétique biosourcé avec une charge élevée en lignine 2- Prouver son intérêt économique dans un environnement industriel 3- La construction d’une interface de contrôle à base de réseaux de neurones pour optimiser l'impression 4D et 4- La réalisation de structures 3D avec des capacités d'actionnement magnétique. Les solutions de MAGNELIN4D alimenteront des secteurs industriels comme l'électronique, les services, l'énergie et la santé. MAGNELIN4D aura un impact significatif sur la fabrication additive et ses usages, en impliquant les utilisateurs finaux et en franchissant l’étape d’industrialisation.