Grant: Discovery Grants Program - Individual

CONTEXTE Depuis les 20 dernières années, la fabrication additive a déclenché une véritable révolution industrielle pour laquelle certains secteurs plus conservateurs, comme l'aérospatiale, démontrent encore aujourd'hui un niveau de confiance faible envers les propriétés de ces nouvelles pièces produites par différentes approches utilisant la fusion des poudres. Afin de répondre à cette préoccupation industrielle, l'impression 3D via l'extrusion de matière polymérique hautement chargée en poudres (nommé en anglais material extrusion, MEX) est une technologie récente qui utilise la même séquence de production que celle développée en moulage par injection des poudres (nommé en anglais metal injection molding, MIM). En substituant l'étape d'injection MIM par une étape d'impression MEX, les pièces sont ensuite déliantées et frittées à l'aide de traitements thermiques matures et bien connus par l'industrie (i.e., routes MIM développées depuis > 60 ans). Bien que l'industrie aérospatiale développe le moulage MIM des superalliages depuis plusieurs années, les approches commerciales d'impression MEX n'offrent pas de mélanges poudre-liant faible viscosité à base de superalliages que les motoristes d'avions voudraient utiliser. OBJECTIFS L'objectif de ce programme de recherche est d'étudier l'impression 3D MEX des mélanges poudre-liant faible viscosité à base de superalliages. MÉTHODOLOGIE L'approche méthodologique proposée vise le développement de modèles numériques et expérimentaux avancés capables de décrire le comportement des mélanges poudre-liant pendant les étapes de fabrication et de prédire les propriétés en services des pièces imprimées. Pendant ce programme une toute nouvelle famille de mélange poudre-liant à base de superalliages sera élaborée puis un modèle rhéologique capable de prédire leurs imprimabilités sera développé. Puisque les modèles fiables de déliantage thermique par agent mèche (nommée en anglais thermal wick-debinding) sont à peu près inexistants, un modèle multiphysique de capillarité 3D (Comsol) sera calibré et validé à partir d'échantillons imprimés et déliantés expérimentalement. Finalement, un modèle semi-empirique (profilomètre 3D Keyence couplé à des analyses numériques Ansys) sera validé avec des essais de fatigue endurance afin de pouvoir prédire les performances en fatigue des pièces métalliques imprimées en plus de quantifier, pour la première fois, l'influence de la forme ondulée des surfaces de pièces MEX. RETOMBÉES Ces efforts de recherche en impression MEX ont le potentiel d'influencer certaines pratiques en génie des procédés. Cette toute nouvelle approche innovante pourrait conduire à de véritables percées dans la fabrication avancée des pièces métalliques hautes résistances, de forme complexe et possédant des propriétés mécaniques et dimensionnelles élevées, ce qui est l'un des principaux objectifs de l'industrie manufacturière canadienne.