Mise à l'échelle industrielle des matériaux fortement chargés – SCALE4MAT

Le laboratoire commun PIMM/4D Pioneers vise à recentrer les activités de R&D de 4D Pioneers sur l’optimisation et le déploiement sur le marché de matériaux innovants. Les travaux du laboratoire sont basés sur la formulation et la mise en forme de nouveaux matériaux innovants caractérisés par des taux de charges élevés. L’objectif est dual, une montée en compétence de l’entreprise par l’apport des expertises du PIMM concernant la mise en œuvre à l’état fondu. Pour le PIMM une montée en compétence sur les technologies hybrides polymères biosourcés pour incorporer des forts taux de charges.
Cette proposition est l’aboutissement d’un partenariat étroit entre les 2 partenaires depuis la création de l’entreprise par le biais de contrat de prestation et de participation à des projets communs et permettra de consolider de manière pérenne le partenariat scientifique.
Ce projet de laboratoire commun, SCALE4MAT a pour objectif de lever les verrous scientifiques et techniques liés à la mise en forme à l’état fondu de polymères fortement chargés en intégrant une approche basée sur des compétences en mise en œuvre, en rhéologie, en caractérisation physico-chimique et structurale des matériaux polymères.
2 matériaux feront l’objet de ce programme initial qui permettra de placer les bases scientifiques du laboratoire commun :
- le 4TUNATA (polymère fortement chargé) développé par 4D PIONEERS qui possède des propriétés de protection contre le feu (certifié aéronautique et ferroviaires) mais de faibles performances mécaniques.
- Les matériaux pour le MIM (Metal injection molding) qui sont des matériaux hybrides polymère-métal qui nécessitent un déliantage et frittage pour obtenir des pièces métalliques pures.
Ainsi, en vue de la réalisation de pièces à partir de ces 2 matériaux, différents verrous feront l’objet d’études du laboratoire commun :
- Lors du passage sur ligne d’extrusion bivis industrielle des formulations des 2 matériaux présentés ci-dessus, les verrous sont identifiés : (i) problèmes de dispersion de charges, (ii) problème d’impuretés, (iii) paramétrage de l’extrudeuse sur ligne industrielle complexe résultant en des débits importants. L’objectif est d’assurer la reproductibilité de la formulation développée en laboratoire vers un environnement industriel. Pour ce faire, 4D PIONEERS souhaite déterminer une loi de similitude pour faciliter le passage entre l’échelle laboratoire et industrielle tout en (i) optimisant la transposition des paramètres et (ii) s’assurant de la dispersion des charges au sein de la matrice polymère
- Une des étapes concerne l’imprimabilité des matériaux. En raison de certaines matrices polymère (semi-cristalline) et des taux de charge élevés, l’impression des matériaux développés est complexe. L’imprimabilité sera optimisée en jouant sur les formulations, les paramètres de mise en forme ou les outils d’extrusion
- L’incorporation d’une fibre continue au sein de la matrice polymère sera étudiée en vue de renforcer et en conséquence étendre l’attrait du matériau par exemple du 4TUNATA pour l’industrie du transport. Le laboratoire PIMM apportera son expertise sur ensimage et compatibilité fibre/matrice assurant ainsi la mise en œuvre de ce matériau thermoplastique
- Un travail sur les formulations MIM en vue de limiter les porosités préjudiciables aux propriétés mécaniques sera le dernier objet du programme. La fatigue giga cyclique sera mise en œuvre pour caractériser la tenue à la fatigue. L’objectif est d’étudier l’influence du taux de charges, l’état de ces charges (i.e. morphologie, taille, nature, oxydation) et leur répartition, afin d’étudier leur influence sur les propriétés des différentes étapes du procédé 3D MIM.
Ces différents travaux poseront les bases scientifiques du laboratoire SCALE4MAT établies sur la meilleure maîtrise des procédés de mélange polymères-charges, de leur mise en forme par fabrication additive et la prise en compte des différentes étapes de mise en œuvre du MIM.