Brevet FR3101635A1 — publié le 20210409

L’invention concerne une composition pour la construction d’un article tridimensionnel couche par couche, par frittage de la composition provoqué par un rayonnement électromagnétique, la composition comprenant une poudre de polymère thermoplastique semi-cristallin et au moins une cire, la cire ayant un point de goutte supérieur à la température de cristallisation du polymère thermoplastique semi-cristallin, ladite composition comprenant en outre optionnellement un agent d’écoulement. L’invention concerne également un procédé de préparation de ladite composition ainsi que son utilisation pour la construction d’un article tridimensionnel couche-par-couche. Composition de polymère thermoplastique pour construction d’articles 3D DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne une composition pour la fabrication d’article tridimensionnel (3D) couche par couche, par frittage, provoqué par un rayonnement électromagnétique. Plus particulièrement, la présente invention concerne une composition comprenant une poudre de polymère thermoplastique semi-cristallin et une cire, et son procédé de préparation. L’invention concerne également l’utilisation de cette composition et les articles fabriqués à partir de celle-ci. ARRIERE-PLAN TECHNIQUE La construction d’articles 3D est souvent utilisée pour produire des prototypes, des modèles de pièces (« rapid prototyping ») ou pour produire des pièces finies en petites séries (« rapid manufacturing »), par exemple dans les domaines : automobile, nautique, aéronautique, aérospatial, médical (prothèses, systèmes auditifs, tissus cellulaires…), le textile, l’habillement, la mode, la décoration, des boîtiers pour l’électronique, la téléphonie, la domotique, l’informatique, l’éclairage, le sport, l’outillage industriel. Parmi les techniques de fabrication d’articles 3D, le procédé de fabrication par frittage est particulièrement intéressant. Selon ce procédé, une couche de poudre de polymère est sélectivement et brièvement irradiée dans une chambre par rayonnement électromagnétique (par exemple faisceau laser, rayonnement infrarouge, rayonnement UV), le résultat étant que les particules de poudre impactées par le rayonnement fondent. Les particules fondues coalescent et se solidifient pour conduire à la formation d’une masse solide. Ce procédé peut produire, de manière simple, des articles 3D par l'irradiation répétée d'une succession de couches de poudre fraîchement appliquées. La qualité des pièces fabriquées ainsi que leurs propriétés mécaniques dépendent des caractéristiques de la poudre de polymère. Les polymères thermoplastiques sont appréciés pour être utilisés pour les applications contraignantes en température et/ou en mécaniques, voire chimiques. Les polymères thermoplastiques élastomères s’avérèrent particulièrement intéressants : ils combinent dans un même polymère des propriétés mécaniques à une très bonne résistance au vieillissement thermique ou sous UV, ainsi qu’une faible densité, qui permettent ainsi l’élaboration de pièces légères et souples. Cependant, ces poudres de polymère thermoplastique doivent être adaptées pour être mises en œuvre dans les dispositifs de frittage. Par exemple, la poudre doit pouvoir être convoyée et former un lit uniforme, sans s’agglomérer ni former d’amas ou de crevasses. L’ajout d’un additif tel qu’un agent d’écoulement peut améliorer dans une certaine mesure les propriétés d’écoulement. Pour réaliser un frittage, il est connu de maintenir le lit de poudre à une température comprise dans une fenêtre de travail, comprise entre la température de cristallisation (Tc) et la température de fusion (Tf) de la poudre pour assurer une bonne cohésion entre les couches de l’objet en cours de fabrication et éviter les phénomènes de déformation. Il est donc préférable d’utiliser un polymère dont l’écart entre la Tf et la Tc est le plus grand possible, pour élargir la fenêtre de travail, et ainsi rendre sa mise en œuvre dans un procédé de frittage plus aisé. Par « fenêtre de travail » on entend la plage de température du lit de poudre à laquelle le frittage est effectivement possible. Cependant, il a été observé que pour certaines compositions de poudre à base de polymère thermoplastique semi-cristallin, le frittage n’est pas toujours possible même si l’écart Tf-Tc du polymère est suffisamment grand. La fenêtre de travail peut être étroite ( e.g. inférieure à 5°C) ou inexistante. Il existe donc un besoin de fournir une composition à base de poudre de polymère thermoplastique, notamment de polymère thermoplastique élastomère, qui permet de fabriquer des articles de bonne qualité, ayant des bonnes propriétés mécaniques et des dimensions et des contours précis et bien définis, notamment en permettant de travailler avec une fenêtre de travail plus large, et de mettre en œuvre le procédé de manière plus aisée. Par ailleurs, on a observé des problèmes de cohésion du lit de poudre pendant le frittage. Plus spécifiquement, les pièces en cours de fabrication peuvent s’enfoncer à l’intérieur du lit de poudre et remonter sur ses bords, ce qui empêche l’achèvement de leur fabrication. On cherche donc à fournir une composition de poudre qui permet de renforcer la cohésion du lit pour éviter l’enfoncement des pièces dans le lit de poudre lors du frittage. Il existe également un besoin de fournir une telle composition de poudre de polymère thermoplastique ayant une bonne recyclabilité. La présente invention permet de répondre aux besoins exprimés ci-dessus. Composition pour la construction d’un article tridimensionnel (3D) couche par couche, par frittage de la composition, provoqué par un rayonnement électromagnétique, la composition comprenant : - une poudre de polymère thermoplastique semi-cristallin ; - une cire, la cire ayant un point de goutte supérieur à la température de cristallisation (Tc) du polymère thermoplastique semi-cristallin; - et optionnellement un agent d’écoulement. Composition selon la revendication 1, dans laquelle la cire est choisie parmi les cires de polyoléfines, les cires d’origine végétales ou animales ainsi que leurs mélanges. Composition selon la revendication 2, dans laquelle la cire est choisie parmi les cires de polyéthylène et de polypropylène, les cires de polytétrafluoroéthylène, les cires de cétones, les cires d’acide, les cires d’acide partiellement estérifié, les cires d’anhydride d’acide, les cires d’ester, les cires d’aldéhydes, les cires d’amides, leurs dérivés ainsi que leurs mélanges. Composition selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le polymère thermoplastique semi-cristallin est choisi parmi un polyamide, un homopolymère ou copolymère de fluorure de vinylidène (PVDF), un copolymère à blocs polyamides et à blocs polyéthers (PEBA), un polyuréthane thermoplastique (TPU), un copolymère à blocs polyesters et à blocs polyéthers (COPE) et leurs mélanges. Composition selon la revendication 4, dans laquelle le polymère thermoplastique semi-cristallin est élastomère choisi parmi un PEBA, un TPU, un COPE et leurs mélanges. Composition selon l’une des revendications 4 à 5, dans laquelle le polyamide est choisi parmi le polyamide (PA) 11, le PA 12, ou le PA 6. Composition selon l’une des revendications 4 à 5, dans laquelle les blocs polyamides du PEBA sont des blocs de PA 6, PA 11, PA 12, PA 610, PA 1010 ou PA 1012; et/ou dans laquelle les blocs polyéthers du PEBA sont des blocs issus de PEG (polyéthylène glycol), PPG (propylène glycol), PO3G (polytriméthylène glycol) ou PTMG (polytétrahydrofurane). Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la cire est présente à une teneur de 0,1 à 20 %, de préférence de 0,5 à 10 %, et encore de préférence de 0,5 à 5 % en masse de la composition totale. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le point de goutte de la cire est supérieur à la température de cristallisation du polymère thermoplastique semi-cristallin d’au moins 5°C, de préférence d’au moins 10°C, de préférence d’au moins 15°C, et encore de préférence d’au moins 20°C. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le point de goutte de la cire est supérieur de la température de fusion du polymère thermoplastique semi-cristallin d’au plus 30°C, et de préférence d’au plus 20°C. Composition selon la revendication 1, dans laquelle l’agent d’écoulement est présent à une teneur inférieure ou égale à 5% en masse de la composition totale. Composition selon la revendication 11, dans laquelle l’agent d’écoulement est choisi parmi : les silices, notamment les silices précipitées, les silices hydratées, les silices vitreuses, les silices fumées, les silices pyrogénées, les oxydes vitreux, notamment les phosphates vitreux, les borates vitreux, I’alumine, tel que l'alumine amorphe, le TiO2, les silicates de calcium, les silicates de magnésium, comme le talc, le mica, le kaolin, I’attapulgite et leurs mélanges. Utilisation de la composition selon l’une des revendications 1 à 12, pour la construction d’un article 3D couche-par-couche, par frittage de la composition provoqué par un rayonnement électromagnétique, de préférence par un rayonnement laser. Utilisation selon la revendication 13, dans laquelle la composition est réutilisée dans plusieurs constructions successives. Article 3D fabriqué à partir de la composition selon l’une des revendications 1 à 12, de préférence par construction couche-par-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, de préférence par un rayonnement laser. Utilisation d’une cire pour augmenter la cohésion du lit de poudre de polymère thermoplastique semi-cristallin, dans un procédé de frittage par un rayonnement électromagnétique, de préférence par un rayonnement laser. Utilisation d’une cire dans une composition de poudre à base de polymère thermoplastique semi-cristallin pour améliorer la recyclabilité des poudres dans une construction des articles 3D par frittage. Utilisation selon la revendication 16 ou 17, dans laquelle la cire et/ou le polymère thermoplastique semi-cristallin sont tels que définis dans l’une des revendications 1 à 12.