Printability of ceramics paste : Applications to dense mono and multi materials
Imprimabilité de pâtes céramiques par robocasting : Applications aux matériaux denses et multimatériaux
Résumé
The main goal of this thesis is to elaborate dense single and multi-material ceramic parts with complex architectures. These architectures are realized using an additive manufacturing technology of extrusion of ceramic pastes through a fine syringe (DIW : robocasting). This research work is financed by the ANR CERAPIDE project, which aims to produce ceramic parts more quickly and with less energy consumption, from formulation to post heat treatment stages. Thus, the formulations of the pastes are optimized by adapting the additives and their quantities in order to obtain homogeneous pastes, without defects and having the rheological properties necessary for printing. Among other things, a ceramic paste must have be shear-thinning while having a high yield stress to be able to be printed by successive stacking of layers. The rheological control and the optimization of the formulations allow to print dense parts with improved mechanical properties. The change of additive allows to modify the topography of the dense parts and thus to modify the mechanical properties of the parts. The definition of printability of ceramic pastes is studied to understand the relationships between microstructural, environmental and technological properties. Finally, the printing parameters must be selected according to the final properties desired for the printed part. The understanding of all these parameters allows the development of alumina parts with an average stress at break of 350 MPa without polishing steps.
Ce travail de thèse a pour objectif d'élaborer des pièces céramiques denses mono et multi-matériaux ayant des architectures complexes. Ces architectures sont réalisées à l'aide d'une technologie de fabrication additive d'extrusion de pâtes céramiques à travers une fine seringue (DIW : robocasting). Ce travail de recherche est financé par le projet ANR CERAPIDE qui a pour objectif la réalisation de pièces céramiques plus rapidement et en consommant moins d'énergie, de sa formulation jusqu'aux étapes de post traitements thermiques. Ainsi, les formulations des pâtes sont optimisées en adaptant les additifs et leurs quantités dans le but d'obtenir des pâtes homogènes, sans défauts et ayant les propriétés rhéologiques nécessaires pour l'impression. Une pâte céramique doit entre autres disposer d'un comportement rhéofluidifiant tout en disposant d'une contrainte seuil élevée pour pouvoir être imprimée par empilement successif de couches. La maitrise rhéologique et l'optimisation des formulations permettent d'imprimer des pièces denses avec des propriétés mécaniques améliorées. Le changement d'additif permet de modifier l'état de surface des pièces denses et donc de modifier les propriétés mécaniques des pièces. La définition de l'imprimabilité des pâtes céramiques est étudiée pour comprendre les relations entre les propriétés microstructurales, environnementales et technologiques. Ainsi, les paramètres d'impressions doivent être sélectionnés en fonction des propriétés finales souhaitées pour la pièce imprimée. La compréhension de tous ces paramètres permet d'élaborer des pièces en alumine ayant une moyenne de contrainte à la rupture de 350 MPa sans étapes de polissage.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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