Une percée dans l'impression 3D céramique réalisée par un doctorant d'une université suisse

Jun 07, 2023

Dans le cadre d'un projet de doctorat à l'Université SUPSI en Suisse, Marco Pelanconi a développé un procédé de FA hybride pour les structures céramiques complexes.

par Olivier Johnson

24 mai 2023

15:13

Université SUPSI

Equipe du Laboratoire des Matériaux Hybrides

Un nouveau procédé d'impression 3D hybride pour créer des structures céramiques complexes a été développé dans le cadre de ce que l'on appelle un projet de doctorat « révolutionnaire » à laUniversité des sciences appliquées et des arts de la Suisse méridionale (SUPPLÉMENT). Marco Pelanconi a fait la percée, un doctorant à du professeur Alberto Ortona à laUniversité de Padoue.

LeLaboratoire des matériaux hybrides (HM Lab) de l'Université SUPSI mène des recherches sur les matériaux d'impression 3D en céramique depuis deux décennies. En 2019, le professeur Ortona a démontré le potentiel des impressions 3D poreuses pour les matériaux céramiques. Pelanconi a soutenu avec succès sa thèse de doctorat dans le même domaine de recherche.

Dans le cadre de son projet de thèse, Pelanconi a développé un processus d'impression 3D optimisé pour produire des architectures céramiques complexes. L'approche implique l'impression 3D de préformes polymères à haute microporosité par SLS, combinée à une infiltration avec des polymères précéramiques. La pyrolyse est ensuite utilisée pour obtenir une conversion polymère-céramique à environ 1000°C. Une densification finale est réalisée via une infiltration de silicium fondu pour obtenir des pièces céramiques à haute densité selon l'université.

Le kit Sintratec a été utilisé dans le projet. Selon Pelanconi, les paramètres ouverts du kit ont été utiles pour le projet. Il a déclaré : « Le kit nous a permis de modifier de nombreux paramètres d'impression, notamment la température de surface de la poudre, l'épaisseur de la couche, la vitesse du laser, l'espacement des hachures, etc., ce qui facilite le contrôle de la porosité des pièces imprimées en 3D.

En faisant varier ces facteurs, Pelanconi dit qu'il a pu obtenir une porosité idéale et une qualité de pièce élevée, cruciale pour une infiltration ultérieure.

Pour illustrer comment la méthode pourrait être utilisée pour des formes complexes, Pelanconi a concentré ses recherches sur deux structures poreuses cylindriques avec des topologies différentes : un cube en rotation et un gyroïde. Après impression en PA12 et conversion ultérieure en céramique, les pièces résultantes présentaient "des propriétés mécaniques et thermiques exceptionnelles" selon l'ingénieur en mécanique.

Le kit Sintratec et une des pièces en céramique

Pelanconi affirme que les impressions ont conservé leur forme sans distorsion ni macrofissures malgré un rétrécissement de -25 %. Il a également déclaré que la résistance biaxiale des pièces de 165 MPa pourrait encore être augmentée grâce à une optimisation supplémentaire du processus.

Parlant du potentiel des architectures céramiques complexes, Pelanconi a ajouté : "Ces classes de matériaux offrent des propriétés thermomécaniques inégalées qui ne peuvent pas être fournies par les aciers, telles qu'une résistance à haute température, une résistance élevée à l'oxydation, une résistance élevée aux chocs thermiques et une résistance élevée."

L'université affirme que l'approche, portée par Pelanconi au sein du HM Lab, pourrait être exploitée par l'industrie de pointe grâce aux différents matériaux céramiques pouvant être obtenus à partir d'une gamme de polymères précéramiques.

par Olivier Johnson

24 mai 2023

15:13

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