Comportement des mélanges à basse viscosité de polymères hautement chargés en poudre d’acier inoxydable sur les propriétés dimensionnelles et géométriques des pièces obtenues en impression 3D par extrusion

Pelletier, Emmanuel (2024). Comportement des mélanges à basse viscosité de polymères hautement chargés en poudre d’acier inoxydable sur les propriétés dimensionnelles et géométriques des pièces obtenues en impression 3D par extrusion. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La fabrication additive par extrusion de matériau (MEX) utilisant des polymères hautement chargés en poudres métalliques est un procédé permettant de fabriquer des pièces métalliques en quatre étapes. La formulation du mélange, l’impression 3D par extrusion, le déliantage et le frittage mènent à la fabrication d’une pièce métalliquement dense possédant les propriétés mécaniques proches du même métal corroyé. Le présent projet vise à mieux définir les propriétés dimensionnelles et géométriques atteignables en utilisant le procédé MEX avec des mélanges d’acier inoxydable 17-4 PH à basses viscosités. La performance de deux imprimantes a été investiguée, soit une imprimante à base de piston en développement par les étudiants à l’ÉTS ainsi qu’une imprimante commerciale fabriquée par Desktop Metal qui utilise un système de tige acheminé par des cartouches dans les extrudeurs. L’imprimante commerciale utilise un mélange de polymère confidentiel et de poudre 17-4 PH qui est formulé par la compagnie tandis que l’imprimante en développement utilise un mélange à base de cire et de poudre 17-4 PH ayant une plage de viscosité allant de 50 à 120 Pa*s. La caractérisation CMM des propriétés dimensionnelles des pièces à vert (prismes rectangulaires) a permis de quantifier des déviations dimensionnelles maximum 4.1 ± 0.1% par rapport aux dimensions nominales. La quantification de caractéristiques géométriques sur des pièces prismatiques et axisymétriques a aussi permis de conclure qu’il était possible d’imprimer des angles de surplomb supérieur à 70 degrés sans l’utilisation de support avec les deux principes d’imprimante.

Titre traduit

Behavior of low-viscosity blends of polymers highly loaded with stainless steel powder on the dimensional properties of parts obtained in 3D printing by extrusion

Résumé traduit

The additive manufacturing by material extrusion (MEX) using polymers highly loaded with metallic powders is a process that allows the production of metal parts in four stages. The formulation of the mixture, 3D printing by extrusion, debinding, and sintering lead to the fabrication of a densely metallic part with mechanical properties close to those of the same alloyed metal. The present project aims to better define the achievable dimensional and geometric properties using the MEX process with low-viscosity blends of stainless steel 17-4 PH. The performance of two printers has been investigated, one being a piston-based printer in development by students at ÉTS and the other a commercial printer manufactured by Desktop Metal, which uses a rod system fed by cartridges into the extruders. The commercial printer uses a confidential polymer blend and 17-4 PH manufactured by the company, while the developmental printer uses a wax-based blend with a viscosity range of 50 to 120 Pa*s. CMM characterization of dimensional properties on green parts (rectangular prisms) allowed quantifying maximum dimensional deviations of 4.1 ± 0.1% compared to nominal dimensions. Characterization of geometric features on prismatic and axisymmetric parts also concluded that it was possible to print overhang angles greater than 70 degrees without the use of support with both printer principles.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maitrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 71-73).
Mots-clés libres:	fabrication additive, extrusion, caractérisation dimensionnelle, caractérisation géométrique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Demers, Vincent
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	06 août 2024 17:33
Dernière modification:	06 août 2024 17:33
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3486

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