Magazine Lundi 5 novembre 2018 - 07:00

Caractérisation en fatigue du matériau Duraform HST

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Dans le cadre de la conception et du développement de drones sous-marins, Mécastyle, bureau d’études en ingénierie mécanique, a été amené à utiliser le matériau DuraForm HST, un PA12-30 % FV. Thomas Péan, dirigeant de Mécastyle, nous explique comment les essais de caractérisation en fatigue du matériau ont été réalisés.

Après des essais en prototypage fonctionnel avec le plastique technique renforcé de fibres DuraForm HST de 3D Systems, Mécastyle a souhaité utiliser ce matériau pour de la production en série. Cependant, en l’absence de retour d’expérience quant à la tenue en fatigue de ce matériau, la création d'un laboratoire d’essais s’est donc imposée. Nous nous devions de proposer à nos clients la conception de pièces issues de fabrication additive validées, notamment par des tests en fatigue par calcul de structure numérique. Ce laboratoire d’essai nous permet maintenant de travailler sur la fatigue des matériaux additifs.

Un laboratoire d’essais sur-mesure

Afin de créer notre laboratoire d’essais, nous avons équipé notre centre de six machines de tests en fatigue alternée, ainsi que de moyens de contrôle de rugosité et de vision, mais aussi de contrôle de reprise d’humidité afin de conditionner les éprouvettes à 50 % d’humidité relative. Nous avons choisi de caractériser en fatigue le matériau DuraForm HST de 3D Systems pour ses caractéristiques mécaniques statiques intéressantes, comparables à celles des polymères techniques largement utilisés dans l’industrie.

Le DuraForm HST est un matériau de la famille des polyamides, extrêmement sensible à la reprise d’humidité. Afin de nous positionner dans le cadre de ces normes, nous avons dû conditionner nos éprouvettes. Dans un premier temps, nous avons déterminé le potentiel total de reprise d’humidité du matériau, puis nous avons défini une procédure permettant de conditionner les éprouvettes à 50 % de ce potentiel. En effet, dans une atmosphère à 50 % d’humidité relative (HR), le PA12 se stabilise à 50 % de son potentiel total de reprise d’humidité.

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Tenue en fatigue en fonction des contraintes et de l’orientation des strates

Le processus d’additivation générant un matériau anisotrope, nous avons caractérisé en statique et en fatigue des éprouvettes synthétisées longitudinalement et transversalement. L’objectif était de définir des critères de tenue intra-couche et inter-couches, et ce pour un objectif fixé à 2.106 cycles. Nous avons actuellement réalisé 315.106 cycles sur 140 éprouvettes et sous différentes contraintes, ce qui nous permet d’avoir une vision précise des critères à utiliser. Nous avons fait le choix de tester des éprouvettes brutes de fabrication. Les niveaux de rugosité ont été mesurés et s’échelonnent de 9 à 20. Pour rappel, un état de surface moyen sur un AlSi9Cu3 Y40 (injection sous pression sans traitement) peut atteindre 8 et un état de surface soigné en décolletage est inférieur à 1,6. Bien entendu, les niveaux de tenue en fatigue sont impactés par ces états de surface. Le processus d’additivation génère entre les couches des amorces de rupture. Celles-ci sont représentées sur les photos ci-dessous.

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Visualisation de l'amorce de rupture entre strates (figure du haut) ou à l'extrémité de strate (en bas).

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