Vers des prothèses imprimées en 3D plus robustes : optimisation de la résistance mécanique des matériaux biosourcés grâce au post-traitement laser

Les matériaux d'origine agricole, dérivés de sources agricoles telles que le PA6 renforcé de fibres de lin, offrent une alternative écologique aux matériaux traditionnels et contribuent ainsi de manière significative à la décarbonisation de l'industrie. Ils peuvent être utilisés dans l'impression 3D à l'aide de la technologie FDM (Fused Deposition Modeling) pour produire, par exemple, des prothèses temporaires pour les membres récemment amputés. La complexité des interrelations entre les propriétés spécifiques de ces matériaux, les paramètres d'impression 3D, les effets thermiques inhérents au processus et les caractéristiques mécaniques des pièces fabriquées constitue un défi majeur [1]. Pour améliorer la résistance des pièces fabriquées avec ce matériau à l'aide de ce processus, il est possible d'intégrer un post-traitement par fusion laser. De plus, des études récentes montrent qu'il est possible d'utiliser l'analyse dimensionnelle volumétrique pour caractériser le comportement mécanique des composites renforcés de textiles [2], malgré la complexité de la caractérisation de ces matériaux due à la présence de fibres [3]. Il est nécessaire de développer des méthodes spécifiques qui tiennent compte de la déformation des fibres au sein du composite [4].

Cette thèse propose d'étudier l'impact de la fusion laser et de ses paramètres de mise en œuvre sur la résistance mécanique des pièces fabriquées à partir de matériaux biosourcés par impression 3D avec la technique FDM. À cette fin, il est prévu d'utiliser la corrélation d'images volumétriques sur des essais mécaniques réalisés dans un tomographe afin de caractériser avec précision la cinématique des fibres dans le matériau lors de la traction, de la compression ou de la flexion. Cette thèse comprendra les étapes suivantes : (i) le développement et la réalisation d'essais in situ, (ii) l'analyse de l'influence des paramètres de fusion laser, (iii) la mise en œuvre d'un modèle du comportement mécanique de ces matériaux, et (iv) l'optimisation des paramètres de fusion afin d'obtenir le matériau composite le plus efficace pour la production de prothèses temporaires. Les résultats de cette thèse devraient déboucher sur la proposition d'un nouveau procédé de fabrication dans le domaine de la santé. Le comportement mécanique du matériau peut être modélisé en collaboration avec une équipe de recherche lettone qui a développé de nombreux outils pour caractériser les matériaux fibreux dans le cadre d'expériences complexes [5].

L'originalité de ce projet réside dans la combinaison de techniques innovantes, la fusion laser et la corrélation d'images volumétriques, afin d'optimiser les propriétés matérielles d'un composite incorporant des fibres naturelles. En effet, la caractérisation mécanique « classique » de ce type de matériau est limitée en raison de la complexité de la cinématique générée par la présence de ces fibres [4]. Une meilleure mesure de ce comportement devrait permettre une meilleure optimisation du matériau.