Modélisation et simulation numériques du comportement mécanique et de la résistance des composites à fibres : vers la conception de techniques de traitement optimales

La fabrication additive (AM), également appelée dépôt de fil fondu (FFF), offre un fort potentiel pour la fabrication de structures complexes et personnalisées. Toutefois, son application aux composants structurels reste limitée par une faible adhésion inter-couche et des performances mécaniques insuffisantes. Dans ce travail, des composites en polypropylène renforcés par fibres continues de ramie ont été fabriqués par FFF, et l’influence de l’historique thermique sur l’adhésion interfaciale a été étudiée de manière systématique.Un système de suivi thermique in situ, combinant imagerie infrarouge et acquisition de données, a été développé afin d’enregistrer l’évolution de la température couche par couche. Des températures de buse graduées ont permis d’améliorer le réchauffement inter-couches et l’adhésion. Un modèle thermique bidimensionnel par éléments finis, intégrant à la fois la matrice polymère et les fibres continues, a été établi et validé, montrant que les fibres modifient significativement les champs thermiques locaux et favorisent le réchauffement.L’adhésion inter-couche a été analysée à l’aide de modèles de cristallisation, de coalescence et de cicatrisation interfaciale, mettant en évidence le rôle de la diffusion des chaînes polymères dépendante de la température et de la fusion des cristaux. Une optimisation paramétrique a identifié la température d’extrusion (210-220 °C) et la température du plateau (50-75 °C) comme facteurs clés pour l’amélioration de l’adhésion. Cette étude apporte des éléments de compréhension sur le couplage thermo-mécanique dans le procédé FFF de composites à fibres continues et fournit des orientations pour l’optimisation des procédés.