Prototypage rapide
Transcript of Prototypage rapide
Ecole Technologique d’Autrans
Du prototypage rapide à la fabrication
directe, les nouveaux enjeux de la
fabrication au CNRS 12-16 oct . 2015
Opportunité pour un recyclage distribué (réduction du coût de transport)
Thermoplastiques ou thermoplastiques élastomères
donc facilement recyclables
DEANS BLUE HOLE
GUILLAUME NERY
www.youtube.com/watch?v=uQITWbAaDx0
Nettoyage de la plage du DEANS BLEU HOLE avant la compétition « VERTICAL BLUE »
« Plastic challenge »
Principe du recyclage en FDM Projets déjà existants Mise en place d’une méthodologie d’étude Perspectives et conclusions
Bobines de filaments ABS, PLA,…
Elaboration du filament
Extrudeuse
Commerciale Artisanale Open source
Fabrication du filament
https://youtu.be/F6ryVn9SL4I
Lyman / Mulier Filament extrudeuse V5 wamungo.fr
Limitations régularité dimensionnelle du filament problème de thermique : contrôle de la température régularité du débit, apparition de bulles Une bobine de 1kg de PLA de 1,75 mm mesure en moyenne 330 mètres et 115 mètres en 3mm.
problème de sécurité : émission de « COV »
Résolutions (en partie ) de problèmes
Extrudeuse inclinée à 45°C Capotage et isolation de l’extrudesue
Utilisation de matière recyclée
Broyage d’objets en matières plastique
Université technologique du Michigan
Bouteilles d’eau PET Objets imprimés FDM
entreprise Cubify/projet ECOCYCLE Kreiger, M. a. et al., 2014.
Life cycle analysis of distributed recycling of post-consumer
high density polyethylene for 3-D printing filament
. Journal of Cleaner Production, 70, pp.90–96.
Recyclage post-production et
Recyclage post-consommation
Projet Green Fablab à Nancy
Utilisation de matière recyclée
Broyage d’objets en matières plastique
InnoCircle, un projet conjoint entre le fabricant de filaments néerlandais Innofil3D et CiorC
Problèmes régularité des éléments broyés problème de thermique : contrôle de la température opérations de tri
problème de sécurité : émission de fines durant le broyage
Sculptify - L'imprimante 3D à pellets
L'impression directe à pellet consiste à sauter l'étape d'extrusion en filament pour imprimer directement à partir de pellets bruts. Sculptify nomme cette technique "FLEX" pour "Fused Layer EXtrusion".
Ce type de machine doit comporter une extrudeuse généralement constitué d'une réserve de granules, d'une vis qui fait avancer la matière et d'une bague chauffante chargée de faire fondre le plastique. Par pression de la vis le plastique fondu ressort par la buse comme une imprimante 3D classique.
Un proposition pour résoudre le problème de l’extrusion de filament
Main goal:
To characterize the degradation of every step in the process of fabrication of 3DP filament.
19 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
• A moisture content of less than 0.025% (250ppm) is recommended to prevent viscosity degradation.
• Typical drying conditions are 4 hours at 175ºF (80ºC)
Characterization of virgin material
• Thermal Properties
• Rheological properties
• Molecular properties
20 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
Parameters to consider:
Feeding rate of extrusion machine
Temperature profile of extrusion
Rotation speed of the extrusion screw
Extrusion pressure
Diameter of nozzle (Swelling phenomena)
Speed of recollection.
Cooling process
21 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
22 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
23 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
FOLDARAP
24 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
25 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
mmmm
GPaE
KN
E
/nDeformatio,
Modulus Elastic ,
strength Tensile ,
26 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
27
12 samples per type of material tested:
- Injection
- Injection + Extrusion
- Injection + 3DP
METHODOLOGY for Degradation studies !!!!
Recycling Polylactic Acid (PLA) -Beta
version-
IIII. Case study
28
Open-Source Additive Manufacturing
Macro
Micro
Main goal: to characterize the degradation of the polymer material in the course of the recycling process.
29 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!
METHODOLOGY for RECYCLING !!!!
Size Exclusion Chromatography (SEC)
Molar Mass distribution
• Number average molar mass (Mn)
• Mass average molar mass (Mw)
• Polydispersity index (Ip)
Melt Flow Index (MFI)
MFI is a measure of the ease of flow of the melt of a thermoplastic polymer.
• Indirect measure of molecular weight,
• The higher MFI, the lower molecular weight is.
30
Rheology
The study fluid characteristics.
• Shear stress
• Shear rate
• Viscosity
201
5
Characterization of virgin material Polylactic Acid (PLA)
Ingeo™ Biopolymer 4043D
Thermoplastic
Semicrystalline
Properti
es
Value
Mass
average
molar
mass (Mw)
110.000
g/mol
Number
average
molar
mass (Mn)
85.000
g/mol
Glass
transition
Temperatu
re
57 °C
Fusion
temperatu
re
147 °C
Degradatio
n
temperatu
re
300 – 370
°C
Density 1,24
g/cm3
GPaE
MPa
NF
t
t
t
09.099.2
81.627,44
312 1904
Mechanical properties
ISO
527 -
B
31 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!
2015 Preliminary results: Mechanical properties
• Evolution of the Mechanical results
PLA 1 vs PLA5
Strength at Break
Strain at Break
• Elastic Modulus remains constant.
32 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!
2015
• Degradation on molecular level
Preliminar results: Molecular properties
33 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!
2015
• The larger the MFI value, the lower its viscosity and therefore, the average molecular weight is lower
Preliminar results: Extrusion properties
34 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!
35
Extension de la méthodologie
d’autres matériaux :
- PLA chargé
- ABS associé à un thermoplastique élastomère
d’autres stratégies
- association de matière vierge et recyclée
comparaison avec d’autres imprimantes FDM
Conclusions –perspectives Technologies existantes adaptées au recyclage ? Recyclage distribué : à quel niveau ? particulier , fablab,….
Adaptation aux objets multimatériaux ?
MERCI A MES COLLEGUES !
Fabio A. CRUZ SANCHEZ – étudiant ERPI-LRGP /Lorraine Fab Living Lab -
Mauricio CAMARGO –professeur ERPI- /Lorraine Fab Living Lab
Hakim BOUDAOUD –maître de conférence ERPI- /Lorraine Fab Living Lab
Emmanuel GILLOZ - entreprise et le fab-lab OpenEdge/
créateur de la Foldarap