An important component in understanding the laser sintering process is knowledge of the thermal properties of the processed material. Thermal conductivity measurements of pure polyamide 12 and polyamide11 with multi-wall carbon nanotubes were conducted based on transient plane source technology using a Hot Disk® TPS500 conductivity measurement device. Polyamide powder was packed to three different densities in nitrogen at room temperature. Thermal diffusivity and conductivity were measured from 40°C to 170°C for both fresh powder and previously heated (“recycled”) powder. The fresh powder tests revealed that thermal conductivity increased linearly with temperature whereas for previously heated powder, more constant and higher thermal conductivity was observed as it formed a powder cake. Tests were also performed on fully dense polyamide 12 to establish a baseline. Polyamide 12 powder had a room-temperature thermal conductivity of approximately 0.1 W/mK which increased with temperature, whereas the bulk laser sintered polyamide 12 room-temperature value was 0.26 W/mK and generally decreased with increasing temperature. / text

The purpose of this work is to understand the reasons for varied mechanical properties among three polymer Powder Bed Fusion (PBF) Additive Manufacturing (AM) processes. Parts for this work were manufactured from Polyamide 12 (PA12) using the Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), Multi-Jet Fusion (MJF), and the recently developed Large Area Projection Sintering (LAPS) processes. Previous works have shown that LAPS parts demonstrate significantly higher density, ductility, and toughness than parts from the L-PBF and MJF processes. A hot isostatic pressing (HIP) treatment was developed to reduce porosity in L-PBF and MJF parts and determine if increasing part density would improve ductility for these processes. It is found that density is not strongly correlated with mechanical properties for high density parts (ρ > 0.98 g/cm3) for the L-PBF and MJF processes, and a following study confirms that this is the case for the LAPS process as well. Differential Scanning Calorimetry (DSC) and microtome sectioning are performed on parts from all three processes, and it is found that neither percent crystallinity nor crystalline morphology are strongly correlated with mechanical properties. A heat treatment at temperatures well over the melting point for the material is developed and is shown to improve ductility and toughness for all three processes. It is concluded that the improved ductility observed in the LAPS process stems from long exposure to high temperature, rather than increased density or a specific crystalline structure, and is associated with post-condensation reactions increasing polymer chain length. Work is also presented on the development of a production-scale LAPS system at Ascend Manufacturing. This research focuses on the results of "tiling" and "scanning" methods for producing larger parts than previously possible with prototype LAPS systems. Tensile testing showed that the methods both produced parts with similar properties, though with lower ductility than previous LAPS parts. Analysis of thermal data identifies areas for improvement of the system to attain high strength and high ductility parts. Preliminary work is done to demonstrate avenues for process improvement. Analysis of data from across the entire powder bed shows that process defects can be observed from the thermal data available in the LAPS process, and that weak spots in parts may be related to this data. Finally, the potential for process improvement through a multiple-input, multiple-output (MIMO) control scheme is discussed.

Les nanocomposites suscitent un intérêt croissant depuis leur développement dans les années 90 par Toyota. Par conséquent, l'amélioration des propriétés de ce type de matériaux est un enjeu fort tant d'un point de vue fondamental qu'industriel. Cette amélioration peut passer par un choix pertinent des charges renforçantes ajoutées à la matrice notamment en ce qui concerne le type, la géométrie, la proportion et le traitement de ces charges. L’optimisation des paramètres d’élaboration du mélange y joue aussi un rôle important. L’objectif de ce travail est de contribuer à l’identification et à la compréhension des mécanismes à l'origine du renforcement des matrices thermoplastiques par des nanocharges. Cet aspect est abordé à travers l’étude des propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites formés d’une matrice Polyamide 12 (PA12) chargées par des nanoparticules d’argile organiquement modifiée. Plus précisément, nous avons analysé les effets de la fraction massique des charges et du vieillissement naturel sur les propriétés structurales, thermiques et mécaniques de ces nanocomposites. L’influence des conditions de mélangeage sur ces propriétés ont aussi été examinées. Nous avons particulièrement mis l’accent sur l’identification des liens qui existent entre les propriétés macroscopiques et la structure des nanocomposites. Nous avons aussi fait une étude comparative des propriétés viscoélastiques de ces matériaux à l'état fondu et à l'état solide, ce qui représente une des originalités forte de ce travail. / Nanocomposites are interestingly growing since their development in the 1990s by Toyota Company. Therefore, improving the properties of such materials is a major issue from fundamental and industrial point of view. This improvement can pass through a relevant choice of reinforcing loads added to the matrix particularly regarding the type, geometry, the proportion, and the treatment of these fillers. The processing parameters of the mixture play also a key role. The objective of this work is to contribute to the identification and understanding of the mechanisms at the origin of the reinforcing thermoplastic matrices by nanofillers. This aspect presented through the study of the thermal and mechanical properties of nanocomposites formed by a polyamide 12 matrix (PA12) filled with organically modified clay nanoparticles. More specifically, we analysed the effects of the filler mass fraction and environmental aging on structural, thermal and mechanical properties of these nanocomposites. The mixing conditions on these properties were also examined. A particular attention has been paid to the study of relationships between the macroscopic properties and the structure of nanocomposites. Viscoelastic properties of these materials in both melt and solid states were compared, which represents one of the originalities of this work.

La miniaturisation des pièces est une étape importante pour la progression de la microtechnologie dans plusieurs domaines (connectique, médical, optique, microsystèmes mécaniques). Pour cela, le moulage par microinjection, semble être la solution clé pour la production à grande échelle de micro-composants de polymères. Pour les polymères semi-cristallins, la cristallisation, sous fort taux de cisaillement et sous des vitesses de refroidissement élevées (about 100 K/s), induit des morphologies et des propriétés spécifiques. Elle prend donc une importance considérable dans le processus de microinjection par rapport au moulage par injection classique où les épaisseurs injectées sont généralement supérieures à 1 mm. Ces microstructures ont une grande influence sur les propriétés mécaniques du produit final. La prédiction de ces propriétés à partir de la description de la microstructure est un défi technique et scientifique. Durant cette thèse, deux polymères semi-cristallins ont été microinjectés, le polyéthylène haute densité et le polyamide 12. Les analyses obtenues par la microscopie otiques montrent que les morphologies cristallines varient entre les micro- et les macro-pièces. Tandis que la morphologie de ‘peau-cœur' est présente dans les macropièces, les micropièces présentent une morphologie plutôt particulière. Les analyses combinées de diffusion et de diffraction des rayons X (SAXS et WAXS) avec un microfaisceau synchrotron, nous ont permis de déterminer la microstructure induite par le processus de microinjection dans toute l'épaisseur des pièces. Nous avons constaté que la morphologie et les orientations cristallines induites sont très dépendantes des conditions d'injection ou de microinjection. Une diminution de l'épaisseur, de la vitesse et de la température du moule, augmente l'orientation cristalline en limitant la relaxation des chaînes de polymères. / The components miniaturization is an important step in the evolution of micro technology in several domain (connectivity, medical, optical, mechanical, microsystems). For this purpose, the micro-injection molding seems to be the key solution for the large-scale micro-polymer components production.The crystallization of the semi-crystalline polymers under high shear and cooling rates (about 100 K / s), induces specific properties and morphologies, consequently, it takes a substantial importance in the process of micro-injection compared to conventional injection molding where the usually injected thicknesses is over 1 mm. These micro-structures have a great influence on the mechanical propertie of the final product. The prediction of the final product's properties based on the illustration of the micro-structure is a technical and scientific challenge. In this thesis, two semi-crystalline polymers were micro-injected, the high density polyethylene and the polyamide 12. The obtained analyzes with the use of an optical microscope showed that the Morphology of Crystals vary between micro-and macro-pieces. While the morphology of 'peau-cœur' is present in the macro-pieces, the micro-parts have a particular morphology. The combined analysis of diffusion and X-ray diffraction (WAXS and SAXS) along with the synchrotron microbeam, has allowed us to determined the micro-structure induced by the micro-injection process throughout the thickness of the pieces.We have identified that the morphology and the induced crystal's orientation are very dependent on the conditions of injection or micro-injection. The decrease of the thickness,speed and temperature of the mold will increase the crystal orientation by limiting the relaxation of the polymer chains.

Les procédés de fabrication additive permettent, à partir d’un fichier de CAO, la fabrication de pièces complexes sans outillage, dans des délais de développement très courts et avec une grande flexibilité. Parmi les procédés de fabrication additive employés avec les polymères, le frittage laser de poudre est le plus utilisé. Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude et la compréhension des mécanismes fondamentaux impliqués lors du procédé de frittage laser de poudres de polyamide 12. Au cours du procédé de frittage laser de nombreux paramètres interviennent. Ainsi l’énergie fournie à la poudre par l’intermédiaire du rayon laser dépend de la puissance de celui-ci, de la vitesse de balayage et de l’espacement entre deux balayages successifs. De plus, le matériau subit un cycle thermique sévère : avant d’être frittée, la poudre est préchauffée. Puis, dans le bac de fabrication, la poudre non frittée ainsi que les pièces séjournent pendant toute la durée de la fabrication à des températures élevées. Cette histoire thermique entraîne un vieillissement et donc une modification des propriétés de la poudre ce qui complique sa réutilisation. L’influence de ces différents paramètres sur la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces finales a été mise en évidence. De plus l’utilisation de différentes poudres de polyamide 12 a permis l’identification des paramètres-clés de la matière.Le frittage laser des polymères semi-cristallins est régi par plusieurs mécanismes fondamentaux : la fusion des particules de poudre, l’interdiffusion des chaînes macromoléculaires aux interfaces, la coalescence des particules fondues, la densification et enfin la cristallisation. L’étude et la modélisation de la cristallisation ont été effectuées pour l’un des polyamides 12 employés au cours de cette thèse. De ce traitement théorique ont pu être déduits les temps de maintien du polymère à l’état fondu au cours du procédé. Dans une seconde phase, des analyses rhéologiques menées dans le cadre de la viscoélasticité linéaires des polymères à l’état fondu ont permis de déduire les temps d’interdiffusion des chaînes macromoléculaires. Par ailleurs, le processus de coalescence des particules de poudres à l’état fondu a été suivi expérimentalement et modélisé pour différentes températures. Ces temps ont été confrontés à la durée de maintien du polymère à l’état fondu, confirmant ainsi la bonne consolidation obtenue lors du frittage du polyamide 12. En conclusion, ce travail contribue à la compréhension des différents mécanismes physico-chimiques intervenant au cours du frittage laser : il permet d’expliciter de façon assez approfondie les relations entre les propriétés des poudres, les paramètres du procédé et les propriétés finales des pièces. De nombreuses préconisations relatives à l’optimisation des propriétés des poudres pourront être déduites de ce travail et aideront au développement de nouveaux matériaux adaptés à ce procédé. / Additive processing technologies are aimed at manufacturing parts directly from a computer-aided design (CAD) file, without the need for tooling. Therefore flexibility of production increases and manufacturing of small to mid-size series of very complex or even customized parts becomes possible within reduced development time and expenses. Because of the good mechanical properties obtained in the parts, the most commonly used among additive technologies for polymers is laser sintering (LS). The objective of this work is to contribute to a better understanding of the different physical mechanisms involved during laser sintering of polyamide 12 powders. Many operating variables impact the laser sintering process. Especially, the energy supplied to the powder with the laser beam depends on its power, its displacement velocity and the scan spacing. Moreover, the polymer material undergoes a quite severe thermal treatment : before its sintering, the powder is preheated, then in the build tank the sintered parts and the un-sintered surrounding powder remain until the end of the job at elevated temperatures. This thermal history induces ageing, which modifies some powder features and hinders its future reuse. The influence of the parameters mentioned above on the part microstructure and mechanical properties was investigated. Moreover the use of different polyamide 12 powders enabled to identify the key material characteristics towards the physical processes involved in LS and towards the final properties of parts. The laser sintering of semi-crystalline polymers is governed by several fundamental mechanisms: melting of particles, interdiffusion of macromolecular chains at interfaces, coalescence of molten particles, then densification and finally crystallisation. The study and modelling of crystallisation were carried out with one of the PA12 powders used in the first part of this work. From this modelling, the time during which the polymer remains in the molten state during the process was estimated. Next, a rheological analysis made within the framework of linear viscoelasticity of polymer melts allowed to compute the interdiffusion time of the macromolecular chains. Moreover, the coalescence process of molten particles was observed at different temperatures and modeled. The characteristic times thus estimated for these physical processes were opposed to the time during which the polymer remains in the molten state and confirmed the good consolidation obtained by laser sintering of polyamide 12. In conclusion this work contributes to understand the different physico-chemical mechanisms involved during polymer laser sintering by specifying the relations between powder parameters, process variables and final properties of parts. Many recommendations for the optimisation of powder properties can be derived from this work for the purpose of developing new polymeric materials adapted to this process.

Dans le procédé d'extrusion de tubes en polyamide 12, l'étape de calibration a une influence prépondérante sur les propriétés mécaniques résultantes. Lors de la calibration, le polymère fondu est tiré à travers un manchon cylindrique (calibre) situé dans un bac à eau sous vide. Le niveau de vide (dépression DP) est ajustable. Un débit d'eau (débit de suintement DSU) est appliqué à l'entrée du calibre et permet la formation d'un film d'eau qui lubrifie le contact tube/calibre. La calibration combine une trempe et un étirage des couches extérieures du tube, ce qui conduit à une orientation moléculaire importante dans cette zone (zone de peau). Par ailleurs, l'état de surface du tube est défini par les conditions de contact entre tube et calibre. La vitesse du polymère en entrée de calibre et l'épaisseur du film d'eau entre tube et calibre ont été mesurées. Nous avons ainsi montré qu'augmenter la lubrification dans le calibre amène à une diminution du taux d'étirage dans le calibre, taux noté DrCAL (rapport entre la vitesse de ligne et la vitesse en entrée de calibre). Niveau de lubrification et état de surface ont été corrélés par rugosimétrie. Par ailleurs, l'orientation des couches externes a été évaluée par des mesures de biréfringence. Une corrélation nette a été montrée entre la biréfringence en peau (DnPEAU) et DrCAL: réduire DrCAL conduit à une orientation plus faible en surface. Une modélisation thermomécanique a permis de déterminer la carte de température au cours du refroidissement, et de montrer de quelle manière les forces d'étirage se concentrent en peau lors de la cristallisation et génèrent des contraintes à l'origine de l'orientation dans le produit final. Enfin, DnPEAU et l'état de surface ont été reliés aux propriétés mécaniques: l'allongement à la rupture augmente lorsque l'orientation diminue et que le nombre de défauts de surface est limité. Connaissant les relations entre les paramètres du procédé, la structure des tubes, et les propriétés mécaniques, il est à présent possible d'adapter les paramètres de calibration de façon à augmenter le niveau de lubrification au sein du calibre et à réduire le taux d'étirage dans le calibre pour améliorer systématiquement les propriétés mécaniques résultantes.

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T18:26:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FabioNascimentoda_M.pdf: 13157532 bytes, checksum: a38511af5177cdc18e57a550ec41bfe5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo do presente trabalho consiste em avaliar a degradação térmica de poliamida-12 obtida como resíduo de processos de prototipagem rápida por via pirolítica para obtenção de produtos líquidos e gasosos que possam ser usados como insumos e para a geração de energia em indústrias. Foram utilizadas diferentes configurações no leito fluidizado, alterando parâmetros de temperatura, velocidade de fluidização e altura do leito de inerte. A poliamida-12 é utilizada em máquinas de prototipagem rápida para confecção de moldes e peças. Após cerca de 250 horas de utilização, o material perde suas características originais sendo, então, descartado. O descarte da poliamida é feito armazenando o material em tambores até que seja elaborada uma solução alternativa. O estudo da pirólise de poliamida-12 apontou que o material é convertido em gás e produto líquido, não sendo gerado resíduo sólido após o processo. O gás gerado possui concentrações consideráveis de H2 e N2. Foi demonstrado que baixas velocidades de fluidização e elevadas temperaturas favorecem a formação de gás, contudo, a altura do leito fixo não influenciou de maneira significativa os resultados. O estudo comprova a aplicabilidade da reciclagem de PA-12 por processos de pirólise, gerando basicamente gás de síntese. Palavras Chave: Poliamida-12, pirólise, reciclagem, pirólise de polímeros / Abstract: The aim of this work is to evaluate the thermal degradation by pyrolysis of polyamide-12 obtained as residue from rapid prototyping processes for generation of liquids and gaseous products that should be used as supplies and to energy generation on industries. Were utilized different bed's configurations, changing parameters as temperature, fluidization air speed and inert bed's height. The polyamide-12 is utilized in rapid prototyping machines for the confection of moulds and pieces. After about 250 hours of utilization, the material loses it original characteristics and it is discarded. The discard of used polyamide has been done by saving the material in gallons until another way be elaborated. The study of pyrolysis of polyamide-12 shown the material conversion into gas and liquid product, without production of solid waste after the process. The gas has considerable concentrations of H2 and N2. It was demonstrated that low fluidized gas speed and high temperatures increases the gas formation, however, the fixed bed height did not have several influence in the results. This study confirms the applicability of PA-12 recycling by pyrolysis processes, generating synthesis gas. Key Words: Polyamide-12, pyrolysis, recycling, polymers pyrolysis / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Den additiva tillverkningsindustrin associeras ofta med en hållbar hushållning av resurser. Trots detta har denna industriavfall med stor potential till vidare användning. Detta kandidatexamensarbete undersöker möjligheten att använda Polyamid 12 (PA12) avfall från selektiv lasersintring (SLS) i formen av filament till en annan additiv tillverkningsmetod, friformsframställning. Avfall från olika delar av SLS-processen försågs av life science företaget Cytiva. Olika blandningar av avfallen extruderades till filament. Innan extrudering undersöktes innehåll samt de termiska egenskaperna hos avfallet med hjälp av differentiell skanningskalometri (DSC), termogravimetrisk analys och fourier transform infraröd spektroskopi. Filamenten analyserades med dragprovning, DSC och svepelektronmikroskopi. Rent obearbetat PA12 pulver och ett kommersiellt PA12 filament användes som referenser vid jämförelse. Blandningarna innehållande avfall från SLS-printerns automatiska rengöringsprocess var kontaminerade med glaspartiklar och blev därför spröda och erhöll en skrovlig yta. Dessa filament gick inte att 3D-printa eftersom glaspartiklar ansamlades i munstycket av printern. Flera filament fick en ojäm och liten diameter och kunde därför inte användas i 3D-printern. Ojämn och liten diameter blev resultatet av bekymmer med sensorn som mäter diametern av filamenten. Dessa filament gjordes av granulerade utskrivna prototyper, pulver nära utskrivna delar och silat pulver långt ifrån de utskrivna delarna. Filament gjorda på blandningar innehållande avfall från dammsugaren som används för att rengöra SLS-printern kunde med framgång skrivas ut i 3D-printern. Dessa filament hade en jämn diameter och innehöll inga större kontamineringar. Det är därför genomförbart att tillverka filament av avfall från alla delar av SLS-processen även om inte alla filament kunde 3D-printas. / Additive manufacturing is often associated with sustainable use of resources. However, this industry still has material waste with great potential for further use. This bachelor thesis examines the opportunity of using Polyamide 12 (PA12) waste from Selective laser sintering (SLS) in the form of filaments for another additive manufacturing method, fused filament fabrication. Waste from different parts of the SLS process were provided from the life science company Cytiva. Several blends of the waste were made into filaments. Prior extrusion, the thermal properties and content of the waste were examined with differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis and fourier transform infrared spectroscopy. The filaments were analyzed by tensile testing, DSC and scanning electron microscopy. Pure virgin powder of PA12 and a commercial PA12 filament were used as a reference for comparison. The blends containing waste from the SLS printer’s automatic blasting was contaminated with glass beads which resulted in brittle filaments with a rough surface. These filaments were not possible to 3D print with due to accumulation of glass beads in the nozzle of the printer. Several filaments got an uneven and small diameter and could therefore not be 3D printed with. The small and uneven diameter was a result of issues with the sensor measuring the diameter. This includes filaments made of granulated printed prototypes, powder close to the printed parts and sieved powder further away from printed parts. The filaments made of blends including waste from the vacuum cleaner used to clean the SLS printer could successfully be used in printing. These filaments had an even diameter and did not contain any larger contaminations. It is therefore possible to make filaments from waste from all parts of the SLS process although not all filaments could be 3D printed.

Additive manufacturing methods has been prevailing for several decades and the recent technological advancements brings in the flexibility and consideration for large-scale production in the industries. The components manufactured with these methods have wide variety of applications and therefore, it is crucial to investigate the mechanical performance of the printed parts. There have been many researches done to investigate the mechanical behaviour of polymer material but the studies are limited when it comes to the fatigue performance of the polymer parts printed using multi-jet fusion technology. The aim of the master thesis is to investigate the fatigue behaviour of polyamide12 (PA12) material with the components manufactured using HP’s multi-jet fusion 3D printing machine. Fatigue life is influenced by several factors such as the loading condition, the topology of the specimen, material properties, print quality and the environmental conditions. It is therefore essential to consider all these factors when developing the experiments for fatigue life prediction. The master thesis work can be divided into three sections. The first section focuses on evaluating the mechanical properties of polyamide12. This includes the quasi-static test for determining the tensile properties of specimens with the geometrical influence, the difference in properties in relation to the print directions, the influence of humidity and porosity over the mechanical performance of the material and finally the effect of internal heat generation and the surrounding temperature. The results show that the temperature and the quality of the specimens are the two major factors affecting the mechanical and fatigue performance of PA12. That being said, the next section focuses on setting up the fatigue experiments based on the data obtained from the static tests. When carrying out the experiment, both the test frequency and the surrounding temperature were foundto have a greater impact over the fatigue results. High test frequency showed a dramatic increase in the temperature of the specimen which caused an early failure. Hence, the experiments were developed in such a way that the influence of the thermal fatigue can be ignored by controlling the temperature of the specimen through a compressed air cooling system. The final section presents the findings, the conclusions about the material behaviour and the development of a finite element model to predict the fatigue life of a topology optimised demonstrator part using the data gathered from the experiments. / Additiva tillverkningsmetoder har använts i flera decennier och de senaste tekniska framstegen möjliggör flexibilitet och storskaliga produktionsprocesser. Komponenter tillverkade med dessa metoder har många olika tillämpningar inom industrin och därför är det avgörande att undersöka de tillverkade materialens mekaniska prestanda. Det har gjorts många undersökningar av det mekaniska beteendet hosmaterial som metaller och polymerer, men studierna är begränsade när det gäller utmattnings prestandan hos detaljer som tillverkats med multi-jet fusionsteknik.  Syftet med examensarbetet är att undersöka utmattnings beteendet hos polyamid-12 (PA12) tillverkat med hjälp av HP multi-jet fusion 3D-utskriftsteknik. Utmattnings livslängden påverkas av flera parametrar såsom belastnings tillståndet, provets topologi, materialegenskaper, utskrifts kvalitet och miljöförhållanden. Det är därför viktigt att ta hänsyn till alla dessa faktorer när man utvecklar experimenten för utmattnings karakterisering. Examensarbetet kan delas in i tre avsnitt. Det första avsnittet fokuserar på att utvärdera de mekaniska egenskaperna hos PA12. Detta inkluderar kvasi statisk provning för att bestämma drag egenskaperna hos prover med olika geometrier, skillnaden i egenskaper i förhållande till utskrifts riktningarna, inverkan av fukt och porositet på materialets mekaniska prestanda och slutligen effekten av yttre temperatur. Resultaten visar att temperaturen och kvaliteten på proverna är de faktorer som har störst inverkan på den mekaniska prestandan hos PA12. Med detta som utgångspunkt fokuserar nästa avsnitt på att sätta upp utmattnings experimenten baserat på data som erhållits från de statiska testerna. Under utformningen av experimenten visade sig test frekvensen och den omgivande temperaturen ha en stor inverkan på utmattnings resultaten. Hög test frekvens bidrog till en dramatisk ökning av temperaturen hos provet vilket resulterade i tidigt brott. Experimenten utformades därför på ett sätt så att termisk inverkan kan undvikas, genom att kontrollera provets yttre temperatur med ett trycklufts kylsystem. Det sista avsnittet presenterar resultaten, slutsatser om materialets beteende och utvecklingen av en finita element modell för att förutsäga utmattnings livslängden för en topologioptimerad demonstratören med hjälp av data som samlats in från experimenten.

L'essor des microsystèmes contraint à développer des techniques qui permettent la production de pièces de plus en plus petites. Parmi ces techniques, l'injection de matériaux thermoplastiques dans des micro-moules, nommée microinjection, est un candidat de choix et commence à s'implanter dans le milieu industriel. Mais des verrous techniques et scientifiques empêchent son développement à plus grande échelle. Conscient de ces problèmes, le CEMEF de MinesParisTech, le PIMM de Arts et Métiers ParisTech et la société GETELEC ont déposé un projet ANR Mat&Pro intitulé Micronnect dont le but était à la fois de mettre au point un nouveau concept de machine de microinjection, d'étudier la rhéologie à haut taux de déformation, et pour nous au laboratoire PIMM, de comprendre et déterminer l'influence des hautes vitesses de déformation sur les microstructures et propriétés induites dans les polymères semi-cristallins qui représentent la grande majorité des polymères aujourd'hui utilisés en microinjection. Les études ont été menées sur un PEhD et un PA12 qui ont été injectés dans des plaques de faibles épaisseurs (200, 300 et 500 µm). Les analyses obtenues par la microscopie optique montrent que la morphologie " cœur-peau " n'est constituée que de deux couches visibles, une couche de peau transparente d'épaisseur constante et une couche de cœur assez uniforme. Les analyses combinées de diffusion et de diffraction des rayons X (SAXS et WAXS) avec un microfaisceau synchrotron nous ont permis de déterminer la microstructure induite dans l'épaisseur des pièces. Contrairement à l'injection en plus forte épaisseur, la couche de peau est constituée de shish-kebabs et s'avère la couche la plus orientée. L'épaisseur joue un rôle prépondérant avec des microstructures en shish-kebabs qui se prolongent jusqu'à cœur lorsque l'épaisseur diminue jusqu'à 0,3 ou 0,2 mm. La longueur d'écoulement, le temps d'injection et la température du moule ont également une influence significative. On recherchera des temps d'injection les plus rapides possibles, quelques centièmes de seconde, pour permettre à la fois un bon remplissage des cavités moulantes et une diminution des orientations cristallines, ce qui a pour effet une meilleure relaxation des chaînes de polymères après le remplissage et avant la cristallisation. On comprend alors que les technologies classiques de l'injection doivent évoluer.