Brevet FR3134334A1 — publié le 20231013

Pièce étanche obtenue par fabrication additive L’invention concerne une pièce formée d’une pluralité de filaments (11) composés d’un matériau polymérique, la pluralité de filaments définissant une porosité (12) dans la direction parallèle aux filaments, la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comprend une solution de remplissage dans la porosité, ladite solution de remplissage comprenant une résine époxy diluée dans un solvant à un taux de dilution compris entre 50% et 80%. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Pièce étanche obtenue par fabrication additive L’invention concerne le domaine des pièces fabriquées par fabrication additive. Les méthodes de fabrication additive ont été largement développées ces dernières années car elles représentent un moyen simple et rapide de former des pièces aux géométries voulues et permettent d’obtenir par des procédés simples des pièces aux géométries complexes. Les méthodes de fabrication additive sont nombreuses et le choix d’une méthode ou d’une autre est généralement réalisé en fonction du matériau voulu et des caractéristiques souhaitées pour la pièce. Parmi ces méthodes de fabrication, le dépôt de fil fondu (ou FFF pour l’acronyme en anglais « Fused Filament Fabrication ») est particulièrement utile pour former des pièces en matériau polymérique. Le dépôt de fil fondu est une méthode qui permet d’obtenir une pièce directement aux dimensions souhaitées par le dépôt successif d’une pluralité de filaments en matériau polymérique. Pour obtenir un plan de la pièce, les filaments sont disposés les uns à côtés des autres. Il est ensuite possible d’obtenir d’autres plans de la pièce en déposant de nouveaux filaments sur ceux déjà déposés pour obtenir une pièce tridimensionnelle à la géométrie désirée. Cette méthode de dépôt crée toutefois une pièce possédant une porosité importante. En effet, les filaments forment des espaces entre deux filaments successifs dans la direction parallèle aux filaments, que la méthode de dépôt ne permet pas de combler. Les pièces ainsi créées ne sont donc pas étanches aux gaz. Ainsi, il demeure un besoin pour une pièce étanche en matériau polymérique et fabriquée par une méthode de dépôt de fil fondu. Selon un premier aspect, l’invention vise à proposer une pièce répondant à ce besoin. Pour cela, l’invention concerne une pièce formée d’une pluralité de filaments composés d’un matériau polymérique, la pluralité de filaments définissant une porosité dans la direction parallèle aux filaments, la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comprend une solution de remplissage dans la porosité formée entre les filaments, ladite solution de remplissage comprenant une résine époxy diluée dans un solvant à un taux de dilution compris entre 50% et 80%, voire entre 55% et 65%. Une telle pièce est étanche aux gaz, car sa porosité est remplie dans toute l’épaisseur de la pièce. De plus, l’étanchéité est conservée même lors d’une utilisation prolongée dans le temps et cela même si la surface est abimée, par exemple si elle subit une déformation ou une rayure par exemple. La dilution de la résine époxy dans la solution de remplissage permet d’assurer une meilleure imprégnation de la porosité de la pièce, et contribue ainsi à faciliter le procédé de fabrication de la pièce. Dans un mode de réalisation, le matériau polymérique de la pièce comprend un polyétheréthercétone, un polyétherimide, un polyéthercétonecétone un mélange de plusieurs polymères choisis parmi une ou plusieurs de ces familles. Dans un mode de réalisation, le matériau polymérique peut comprendre en outre des renforts, les renforts pouvant être choisis parmi les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres de kevlar ou des mélanges de plusieurs fibres de ces familles. Par exemple, la teneur en renfort peut être comprise entre 10 % et 30 % massiques. Dans un mode de réalisation, le solvant de la solution de remplissage comprend de la butanone (aussi dite méthyléthylcétone ou MEK pour l’acronyme anglais « methyl ethyl ketone ») pure ou diluée dans de l’eau. La dilution dans l’eau est particulièrement avantageuse quand la solution de remplissage comprend une résine époxy de base aqueuse, par exemple une résine époxy disponible commercialement sous la référence waterbond SR1900 ®. Dans un mode de réalisation, la porosité de la pièce comprenant la solution de remplissage est généralement comprise entre 8 % et 10 %, s’agissant d’une pièce déposée par dépôt de filament fondu. De préférence plus de 90% de la porosité de la pièce est remplie par la solution de remplissage. Dans un mode de réalisation, la résine époxy de la solution de remplissage peut être choisie parmi la résine époxy disponible sous le nom commercial Loctite ® EA9396, ou une résine époxy de base aqueuse, par exemple disponible sous le nom commercial waterbond SR1900. Dans un mode de réalisation, la pièce est une plaque terminale de pile à combustible. En effet, une pièce telle qu’elle vient d’être décrite présente toutes les caractéristiques nécessaires pour une plaque de pile à combustible et possède en particulier une étanchéité aux gaz et aux liquides jusqu’à des pressions de 4 bars. De plus, l’obtention d’une telle plaque est grandement simplifiée grâce à l’utilisation d’un procédé de dépôt de fil fondu. Des plaques terminales conformes à ce mode de réalisation sont des alternatives moins chères et qui nécessitent moins d’usinage que les plaques terminales de l’art antérieur. Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - Une étape de fabrication de la pièce par dépôt d’une pluralité de filaments formés d’un polymère au moyen d’une méthode de dépôt de fil fondu ; - une étape d’imprégnation de la porosité de la pièce ainsi fabriquée par une solution de remplissage, la solution de remplissage comprenant une résine époxy diluée dans un solvant à un taux de dilution compris entre 50% et 80% voire entre 55% et 65%, cette étape d’imprégnation comprenant en outre l’application d’une pression réduite à la porosité de la pièce. La pièce ainsi obtenue est imprégnée dans toute sa porosité par la solution de remplissage. L’imprégnation dans toute la porosité de la pièce permet d’obtenir des pièces dont les avantages ont été décrits ci-dessus. Notamment, l’imprégnation jusqu’au cœur de la porosité des pièces permet une excellente étanchéité des pièces. Par exemple, la porosité restante d’une pièce ainsi obtenue peut être inférieure à 5%. Une telle porosité représente une diminution d’environ 50% de la porosité d’une pièce obtenue par dépôt de filament fondu. Ainsi qu’il est démontré dans les exemples en fin de cette demande, le remplissage de toute la porosité des pièces par la solution de remplissage est permis par le taux de dilution spécifique choisi de la résine époxy et l’application de la pression réduite à la porosité pendant l’imprégnation par la résine. Si la viscosité de la solution de remplissage est trop importante, c’est-à-dire si le taux de dilution est trop bas, la capillarité ne permet pas une bonne imprégnation à cœur des pièces, même sous pression réduite. Un taux de dilution trop élevé n’est pas non plus satisfaisant, car la quantité de solution de remplissage retenue à l’intérieur de la porosité est trop faible pour permettre une bonne étanchéité. Dans un mode de réalisation, la porosité de la pièce au cours de l’étape d’imprégnation est à une pression inférieure ou égale à 900 mbar. Cette pression réduite permet une très bonne imprégnation de la porosité interne de la pièce par la solution de remplissage. Dans un mode de réalisation, l’imprégnation de la pièce par la solution d’imprégnation est réalisée par immersion au moins partielle de la pièce dans un bain comprenant la solution de remplissage. La représente schématiquement un procédé de fabrication d’une pièce par un procédé de dépôt de fil fondu. La représente une vue en coupe d’une pièce conforme à la pièce 1 de l’exemple. La représente une vue en coupe d’une pièce conforme à la pièce 2 de l’exemple. La représente une vue en coupe d’une pièce conforme à la pièce 3 de l’exemple. Pièce formée d’une pluralité de filaments (11) composés d’un matériau polymérique, la pluralité de filaments définissant une porosité (12) dans la direction parallèle aux filaments, la pièce étant caractérisée en ce qu’elle comprend une solution de remplissage dans la porosité, ladite solution de remplissage comprenant une résine époxy diluée dans un solvant à un taux de dilution compris entre 50% et 80%. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle le matériau polymérique comprend un polyétheréthercétone, un polyétherimide, un polyéthercétonecétone ou un mélange de plusieurs polymères choisis parmi une ou plusieurs de ces familles. Pièce selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le matériau polymérique comprend en outre des renforts, les renforts pouvant être choisis parmi les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres de kevlar ou des mélanges de plusieurs fibres de ces familles. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le solvant de la solution de remplissage comprend de la butanone pure ou diluée dans de l’eau. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la pièce est une plaque terminale de pile à combustible. Procédé de fabrication d’une pièce, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - une étape de fabrication de la pièce par dépôt d’une pluralité de filaments (11) formés d’un polymère au moyen d’une méthode de dépôt de fil fondu ; - une étape d’imprégnation de la porosité de la pièce ainsi fabriquée par une solution de remplissage, la solution de remplissage comprenant une résine époxy diluée dans un solvant à un taux de dilution compris entre 50% et 80%, cette étape comprenant en outre l’application d’une pression réduite à la porosité de la pièce. Procédé de fabrication selon la revendication 6, dans lequel la porosité de la pièce au cours de l’étape d’imprégnation est à une pression inférieure ou égale à 900 mbar. Procédé de fabrication selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l’imprégnation de la pièce par la solution d’imprégnation est réalisée par immersion au moins partielle de la pièce dans un bain comprenant la solution de remplissage.