Les technologies de fabrication additive sont de plus en plus employées en raison des avantages qu'elles présentent, notamment en matière de complexité géométrique des pièces produites. Le procédé d'impression 3D au sable est reconnu pour son expertise efficace dans la réalisation de pièces poreuses complexes à partir d'un modèle numérique [1]. Cette technique de fabrication additive est basée sur l'utilisation de gouttelettes de liant en résine Furane déposées sélectivement sur une couche mince de sable en silice [2]. Les caractéristiques mécaniques des pièces obtenues par impression 3D au sable sont méconnues en raison des multiples paramètres du procédé qui peuvent en affecter leurs propriétés. En plus, du fait de la nature poreuse des structures imprimées, les résultats obtenus à l'issue des essais expérimentaux présentent une très grande dispersion et sont difficilement reproductibles.

Le but de cette étude est de caractériser les pièces poreuses imprimées en analysant l'impact individuel des différents paramètres du procédé d'impression 3D au sable sur les performances des produits manufacturés sous sollicitation statique. Les propriétés mécaniques quasi statiques des échantillons sont évaluées via des tests de compression uniaxiale. Pour cette étude, un dispositif spécifique a été réalisé pour accéder aux propriétés mécaniques. L'utilisation de ce dispositif anti-flambement lors des essais de compression nécessite des éprouvettes de dimensions spécifiques. Cependant, les éprouvettes imprimées ont été doublement entaillées afin d'initier la fissuration dans une zone prédéfinie. Cette dernière permet de focaliser la zone de rupture et d'améliorer la reproductibilité des résultats. Les caractéristiques mécaniques telles que la résistance en compression, le module d'Young et l'allongement à la rupture sont déterminées via cette technique. Les effets des paramètres de processus comme la direction de construction, la taille moyenne du grain de sable, la vitesse de recouvrement, l'épaisseur de couche (résolution Z), la température de cuisson, la tension de tête d'impression sur les propriétés en compression des éprouvettes imprimées ont été étudiés rigoureusement. De plus, des analyses microstructurales des éprouvettes imprimées ont été effectuées par microscopie électronique à balayage (MEB) pour mieux comprendre la relation entre le processus de fabrication et les propriétés mécaniques finales. La technique microtopographie aux rayons X a été considérée afin d'identifier le taux volumique de porosités des éprouvettes imprimées et présenter la répartition spatiale des pores en fonction des paramètres du procédé. 

Les courbe charge-déplacement des éprouvettes testées indiquent que le montage proposé et la dimension spécifique d'éprouvette améliorent significativement la reproductibilité des résultats mécaniques notamment la résistance en compression. Cette dernière varier entre 2,0 à 2,3 kN pour l'ensemble des éprouvettes testées.

Références

[1] P. M. Hackney, R. Wooldridge, Characterization of direct 3D sand printing process for the production of sand cast mould tools, Rapid Prototyping Journal (2017).

[2] S. Mitra, A. Rodríguez de Castro, M. El Mansori, The effect of ageing process on three-point bending strength and permeability of 3D printed sand molds, The International Journal of advanced Manufacturing Technology (2018).