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La fabrication additive est une technologie émergente qui offre une grande flexibilité de conception aux clients. La modélisation par dépôt fondu (FDM) est une méthode de fabrication additive économique et prometteuse. En raison de ses nombreux avantages, le FDM a suscité une grande attention ces dernières années, et des études approfondies sont entreprises pour examiner les propriétés des polymères et composites polymères imprimés en FDM. En raison de la technologie de fabrication utilisée dans le FDM, les structures internes changent avec différents paramètres de processus, et ainsi, des propriétés anisotropes sont observées. De plus, les filaments composites tels que les polymères renforcés de particules ou de fibres présentent déjà une anisotropie avant l'impression FDM. Dans cette étude, nous examinons l'effet de différents paramètres de processus, à savoir l'épaisseur de couche et la largeur de trame sur le poly(acide lactique) (PLA) renforcé de cuivre imprimé en FDM. Des caractérisations mécaniques avec une caméra haute résolution sont réalisées pour analyser les comportements de déformation. Des caractérisations par microscopie optique sont effectuées pour observer les changements mésostructuraux avec divers paramètres de processus. Une analyse par microscopie électronique à balayage (SEM) et une spectroscopie à rayons X à dispersion énergétique (EDS) sont menées pour examiner la microstructure, spécifiquement, les particules de cuivre dans la matrice de PLA. Un code de correlation d'image numérique 2D avec un algorithme d'apprentissage automatique est appliqué aux images de caractérisation optique et SEM-EDS. De cette manière, les caractéristiques micro- et mésostructurales, ainsi que les ratios de porosité des spécimens sont étudiés. Nous préparons l'homogénéisation multiscale par simulations par la méthode des éléments finis (FEM) pour capturer la réponse du matériau, à la fois à une échelle microscopique et mésoscopique. Nous avons déterminé que la mésostructure et, par conséquent, les propriétés mécaniques changent de manière significative avec les paramètres de processus mentionnés. Une épaisseur de couche plus faible et une largeur de trame plus grande ont entraîné un module d'élasticité et une résistance à la traction ultime (UTS) plus élevés. L'analyse de microscopie optique a vérifié cette affirmation : la diminution de l'épaisseur de couche et l'augmentation de la largeur de trame entraînent des lignes de contact plus grandes entre les couches adjacentes et, donc, une porosité plus faible à l'échelle mésoscopique. Des images CAD réalistes ont été préparées concernant les différences mésostructurales et les ratios de porosité. En fin de compte, tous ces changements sont modélisés avec précision par des simulations mésoscopiques et multiscales. Les résultats de simulation sont validés par des expériences en laboratoire.
Özen et al. (Ven,) ont étudié cette question.