Depuis quelques années, l’ERPI a mis en place une plateforme dédiée à l’accélération des processus d’innovation, le LorraineFabLivingLab. Il combine un “living lab”, ou laboratoire des usages ayant une approche de recherche centrée sur l’utilisateur, avec un Fablab qui permet la matérialisation rapide d’objets et de solutions en 3 dimensions. Dans le cadre d’un enjeu sociétal de développement durable, le Fablab évolue aujourd’hui vers la notion de “GreenFabLab”, c’est-à-dire un Fablab pilote permettant une meilleure utilisation des ressources au niveau local. D’un point de vue scientifique et technique, l’ERPI, en collaboration avec le LRGP, a mis en place et proposé une méthodologie et un procédé de recyclage des polymères thermoplastiques afin qu’ils deviennent une matière première pour les machines d’impression 3D situées dans les Fablabs[1]. La possibilité d’utiliser du PLA recyclé pour l’impression 3D a été prouvée dans les travaux de Fabio Cruz[1]. Par la suite, en collaboration avec Broplast, une entreprise de recyclage et de récupération de plastique, les conditions d’exploitation pour le recyclage des thermoplastiques disponibles en grandes quantités autour des Fablabs, à savoir : PS, PP et ABS ont été développés. Cependant, il apparaît que l’utilisation de thermoplastiques recyclés autres que le PLA pose de nombreux problèmes techniques lors de l’impression (coloration hétérogène, retrait important, qualité de surface, viscosité du polymère mal contrôlée…). Par conséquent, afin de pouvoir proposer des solutions viables de réutilisation en circuit-court, nous devons réfléchir à différents niveaux à l’amélioration des propriétés des structures imprimées. Cette thèse viserait à supprimer une barrière technique et scientifique en permettant la conception de structures ad-hoc réalisées à partir de matériaux recyclés localement. Pour ce faire, il faut aller au-delà de la production de la pièce, c’est-à-dire qualifier le comportement statique et dynamique de ces structures afin de connaître leur potentiel de réutilisation. Depuis plusieurs années, le LEM3 développe des modèles numériques [3] et des approches expérimentales [4] pour la qualification de structures composites généralement obtenues par les méthodes classiques d’assemblage de structures multicouches. Cette thèse prolongera le travail de modélisation réalisé à LEM3 en développant des modèles de structures obtenues cette fois-ci par impression 3D. En effet, nous proposons ici de répondre au problème mentionné ci-dessus en travaillant sur les différents éléments de la chaîne de valeur. Le projet de thèse comprend notamment les étapes suivantes :
1. Elaboration de filaments à partir de matériaux recyclés PS, PP, ABS et TPU.
2. Conception de structures composites à partir de matériaux recyclés.
3. Caractérisation des propriétés mécaniques statiques et vibratoires après impression 3D.
4. Proposition de nouveaux modèles de structures composites imprimées.
A la fin de cette thèse, nous souhaitons d’un point de vue :
– Opérationnel : Évaluer les conditions d’impression 3D et déterminer les meilleures combinaisons de paramètres [5]
pour obtenir des structures composites de qualité.
– Expérimental : Déterminer le comportement statique et vibratoire des structures obtenues par impression 3D de type
FFF.
– Modélisation : disposer de modèles pour simuler le comportement vibratoire des structures composites imprimées.
– Valeur de la recherche : offrir plusieurs publications dans des revues internationales ainsi qu’une distribution
publique plus large pour l’impression de structures composites à base de matériaux recyclés.
Contact : Hakim Boudaoud (hakim.boudaoud@univ-lorraine.fr); Guillaume Robin (guillaume.robin@univlorraine.fr); El Mostafa Daya (el-mostafa.daya@univ-lorraine.fr);
References :
[1] F. Cruz Sanchez, H. Boudaoud, S. Hoppe, M. Camargo “Polymer recycling in an open-source additive manufacturing context: Mechanical issues.” Additive Manufacturing. Volume 17, October 2017, Pages 87-105.
[2] David Stoof, Kim Pickering “Sustainable composite fused deposition modelling filament using recycled pre-consumer polypropylene.”
Composites Part B: Engineering, 135, February 2018, p110-118.
[3] K Akoussan, H Boudaoud, EM Daya, E Carrera “Vibration modeling of multilayer composite structures with viscoelastic
layers“. Mechanics of Advanced Materials and Structures 22 (1-2), p136-149.
[4] S Mahmoudi, A Kervoelen, G Robin, L Duigou, EM Daya, JM Cadou “Experimental and numerical investigation of the damping of flaxepoxy composite plates “. Composite Structures Volume 208, 15 January 2019, p426-433.
[5] F. Cruz Sanchez, H. Boudaoud, L. Muller, M. Camargo. “Towards a standard experimental protocol for open source additive
manufacturing “.Virtual and Physical Prototyping 9 (3), 2014, p 151-167.