Au sein de IRDL; LMS, Mohamed Daly a exploré les matériaux composites de nouvelle génération par impression 3D.
L'Essentiel : Au sein de IRDL; LMS, Mohamed Daly a exploré les matériaux composites de nouvelle génération par impression 3D.
Mohamed Daly, chercheur·e au sein de IRDL; LMS (Institut National Polytechnique de Bretagne).
Thèse soutenue en 2025 à l'école doctorale École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique.
Référencée dans le réseau ABES/STAR, cette thèse répond aux critères de rigueur de l'enseignement supérieur français.
Contexte et Problématique
L'impression 3D transforme les méthodes de fabrication en permettant la conception de géométries complexes et la production rapide de pièces adaptées à divers secteurs, notamment l'aéronautique, l'automobile et le médical. Cette technologie présente des avantages notables, mais elle est également confrontée à des défis, tels que la déformation des pièces imprimées et des cadences de production souvent inférieures à celles des méthodes de fabrication traditionnelles. Dans ce cadre, la thèse de Mohamed Daly se concentre sur l'optimisation des performances mécaniques des matériaux composites, en particulier ceux à base de thermoplastiques renforcés de fibres de carbone et de nanocéramiques. Ce travail de recherche vise à répondre à la nécessité d'améliorer la résistance et la durabilité des matériaux utilisés dans la fabrication additive, tout en limitant les défauts tels que le gauchissement et les contraintes résiduelles.
L'objectif principal de cette recherche est de développer des matériaux composites de nouvelle génération capables de répondre aux exigences mécaniques élevées des applications industrielles. L'optimisation des paramètres d'impression se présente comme une solution pour contrer les limitations actuelles de la technologie d'impression 3D. Les matériaux étudiés incluent des polymères thermoplastiques tels que l'ABS, le CF-PETG et le polycarbonate renforcé d'Aerosil, qui ont été sélectionnés pour leurs propriétés mécaniques et leur aptitude à être imprimés en 3D.
Méthodologie
La méthodologie adoptée par Daly repose sur une approche combinant expérimentations pratiques et modélisation numérique. Des essais ont été réalisés pour évaluer le comportement des matériaux composites sous différentes conditions environnementales, en mettant l'accent sur l'influence de la température sur les propriétés mécaniques. Les techniques d'analyse incluent des essais dynamiques qui permettent d'obtenir des données sur la résistance et la durabilité des matériaux.
L'étude a également intégré des méthodes statistiques pour analyser les résultats expérimentaux. Les paramètres d'impression, tels que le type de renfort, les motifs de remplissage (rectilignes, nid d'abeilles) et les taux de remplissage (20 %, 50 %, 75 % et 100 %), ont été systématiquement variés pour évaluer leur impact sur les performances des pièces imprimées. La microscopie électronique à balayage (MEB) a été utilisée pour examiner la microstructure des matériaux et identifier les défauts potentiels pouvant affecter leur intégrité.
Résultats Principaux
Les résultats de cette recherche révèlent que le choix du type de renfort et la configuration des motifs de remplissage jouent un rôle déterminant dans les propriétés mécaniques des matériaux composites imprimés en 3D. Les configurations de remplissage optimisées permettent de réduire significativement les défauts de fabrication, tels que le gauchissement et les contraintes résiduelles, qui sont des problèmes couramment rencontrés dans l'impression 3D.
L'analyse des matériaux composites a montré que l'utilisation de fibres de carbone renforce la résistance des thermoplastiques, tandis que l'incorporation de nanocéramiques améliore la rigidité et la durabilité. Les essais ont mis en évidence une amélioration notable des performances mécaniques, avec des échantillons présentant une résistance accrue à des conditions de charge dynamique. Ces avancées suggèrent que des matériaux composites optimisés peuvent potentiellement rivaliser avec les matériaux traditionnels utilisés dans les applications les plus exigeantes.
Les données expérimentales indiquent également que l'optimisation des paramètres d'impression pourrait réduire les coûts de production. En améliorant les performances mécaniques des matériaux, les entreprises pourraient bénéficier d'une réduction des déchets et d'une augmentation de la compétitivité sur le marché.
Discussion et Perspectives
La recherche menée par Mohamed Daly contribue de manière significative à l'avancement des connaissances dans le domaine des matériaux composites et de l'impression 3D. Les résultats obtenus ouvrent la voie à des applications potentielles dans des secteurs industriels où la performance mécanique est primordiale. Cependant, la mise en œuvre de ces nouvelles technologies dans les processus de production nécessite une attention particulière.
Les défis liés à l'intégration des matériaux composites optimisés dans les chaînes de production existantes soulèvent des questions importantes. Les entreprises doivent envisager les investissements nécessaires pour adapter leurs infrastructures aux exigences spécifiques de l'impression 3D. De plus, la sensibilisation et la formation des utilisateurs finaux sur les nouvelles techniques de fabrication sont essentielles pour garantir une adoption réussie.
Les perspectives futures de cette recherche pourraient inclure l'exploration de nouveaux types de renforts et de polymères, ainsi que l'évaluation de la durabilité à long terme des matériaux sous des conditions d'utilisation variées. La recherche sur l'impact environnemental de l'impression 3D et des matériaux composites pourrait également devenir un axe prioritaire, en alignant les innovations technologiques avec des objectifs de développement durable.
Les résultats de cette thèse soulignent l'importance d'une collaboration interdisciplinaire entre les chercheurs, les ingénieurs et les industriels pour maximiser le potentiel de l'impression 3D et des matériaux composites dans le futur.
Accéder à l'étude complète
Sources et accès
Mohamed Daly. Design and optimization of next-generation composite materials through additive manufacturing : towards revolutionary mechanical. Materials. École Nationale Supérieure de Techniques Avancées, 2025. English. ⟨NNT : 2025ESTA0016⟩. ⟨tel-05599497⟩