Brevet FR3128959A1 — publié le 20230512

L’invention vise principalement une composition de poudre de polymère thermoplastique adaptée pour la fabrication additive par fusion sélective, dans laquelle la poudre de polymère présente une granulométrie caractérisée par : un diamètre moyen en volume Dv un span inférieur à 1.20, et telle qu’un ratio d est compris entre 0.40 et 0.55, le ratio d étant de formule suivante : dans laquelle d p est la densité apparente de la poudre mesurée selon la norme ISO 787-11:1981 ; et d m est la densité du matériau mesurée sur la poudre après fusion selon la norme ISO 1183-1. Poudre polymère pour la fabrication de pièces de haute définition et de faible rugosité La présente demande de brevet concerne une poudre de polymère thermoplastique pour la fabrication additive de pièces de haute définition et de faible rugosité. L’impression 3D par fusion sélective de poudres de polymères thermoplastiques (SLS, MJF, HSS…) permet de construire des pièces de géométrie complexe. Néanmoins, la définition des pièces ainsi imprimées ainsi que leur rugosité de surface ne sont pas encore complètement satisfaisantes. Il est connu d’améliorer l’état de surface de pièces construites par fusion sélective par un traitement physique et/ou chimique. Cependant, ces traitements augmentent de manière substantielle le temps de production et donc le coût de fabrication des pièces. Certains procédés ont également été décrits dans lesquels on traite la poudre de polymère à utiliser dans l’impression 3D. Ainsi, le brevet européen EP1742986 B1 enseigne qu’une poudre de polyamide présentant une enthalpie de fusion et une température de fusion éloignée de la température de cristallisation permet d’améliorer la définition des pièces construites par fusion sélective. Le brevet EP 1 413 595 B1 décrit un procédé pour augmenter au moins l'un des deux paramètres suivants d'un polyamide : (i) sa température de fusion et (ii) son enthalpie de fusion ∆Hf dans lequel on met en contact ce polyamide à l'état solide avec de l'eau ou de la vapeur d'eau à une température proche de sa température de cristallisation Tc pendant une durée suffisante pour effectuer cette augmentation, puis on sépare l'eau (ou la vapeur d'eau) du polyamide et on sèche le polyamide. Par ailleurs, les brevets EP 2 115 043 B1 et EP 2 627 687 B1 enseignent que le traitement thermique de poudres de PAEK permet d’améliorer la définition des pièces construites. Néanmoins, ces méthodes sont spécifiques à certains polymères et n’apportent par ailleurs pas toujours une entière satisfaction. L’invention a donc pour but de proposer une poudre de polymère permettant d’améliorer la définition et l’aspect de surface des pièces produites par fusion sélective. En effet, la présente invention repose sur la constatation qu’une poudre de morphologie adaptée et présentant une granulométrie appropriée permet d’améliorer la définition des pièces et réduit la rugosité de surface des articles produits par des méthodes d’impression 3D par fusion sélective. Plus spécifiquement, il a été constaté qu’une poudre à distribution granulométrique resserrée avec peu de particules fines permet d’optimiser la fusion des grains visés, en ce qu’elle réduit le risque de fusion de grains voisins, et améliore dès lors la définition des pièces construites. Par ailleurs, la faible concentration en grosses particules limite la texturation de la surface et de ce fait la perte de définition et la rugosité de la surface qui pourraient en découler. Enfin, il a été constaté que l’utilisation d’une poudre dont la densité apparente est telle que le rapport avec celle du matériau vaut entre 0.40 à 0.55 permet d’optimiser la définition des pièces. La densité apparente de la poudre varie notamment en fonction de la morphologie de la poudre mais aussi selon sa cristallinité. Une telle poudre permet par ailleurs d’éviter les défauts de construction sur les pièces notamment rondes ou penchées tout en conservant une bonne productivité. Aussi, selon un premier aspect, l’invention a pour objet une composition de poudre de polymère thermoplastique adaptée pour la fabrication additive par fusion sélective, dans laquelle la poudre de polymère présente une granulométrie caractérisée par : un diamètre moyen en volume Dv un span inférieur à 1.2, et telle qu’un ratio d est compris entre 0.40 et 0.55, le ratio d étant de formule suivante : dans laquelle d p est la densité apparente de la poudre mesurée selon la norme ISO 787-11:1981 ; et d m est la densité du matériau mesurée sur la poudre après fusion selon la norme ISO 1183-1. Selon un mode de réalisation, le polymère thermoplastique comprend ou est constitué d’un polymère thermoplastique choisi dans le groupe consistant en les polyesters, le chlorure de polyvinyle, le polyacétal, les polyoléfines comme le polypropylène et le polyéthylène, le polystyrène, le polycarbonate, le poly-(N-méthylméthactlumide, PMMI), le polyméthylméthacrylate (PMMA), les ionomères, les polyamides, les élastomères thermoplastiques tels que les polyétherblock amides, les PAEK, et leurs mélanges, et en particulier il comprend ou est constitué de PA 11, PA 12, polyamide semi-aromatique tel que le PA 11/10T, un PEBA ou un PAEK tel que le PEKK, le PEEK, le PEEK-PEDEK et le PEEK-PEmEK. Selon un mode de réalisation, la composition comprend en outre un agent d’écoulement. Avantageusement, la poudre de polymère présente un span inférieur à 1.00, et de préférence inférieur à 0.90. De préférence, la poudre de polymère présente un ratio d compris entre 0.45 et 0.55, et notamment compris entre 0.47 et 0.51. Avantageusement, la poudre de polymère présente par ailleurs une viscosité inhérente de 0.65 à 1.50, préférentiellement de 0.85 à 1.40, et de manière davantage préférée de 1.00 à 1.30. Selon un deuxième aspect, l’invention vise un procédé de fabrication de la composition de la poudre décrite, comprenant les étapes de : Prépolymérisation du ou des monomères du polymère thermoplastique et granulation subséquente ; Broyage en une poudre ; Tamisage subséquent éventuel de la poudre de prépolymère obtenue ; et Soumission de la poudre de prépolymère obtenue à une polycondensation en phase solide pour obtenir une poudre de polymère. Selon un troisième aspect, l’invention vise l’utilisation de la composition décrite ou obtenue selon le procédé ci-dessus pour la fabrication d’articles par fabrication additive au moyen de fusion sélective, notamment choisie parmi le SLS, MJF et le HSS. Selon un quatrième aspect enfin, l’invention vise un article susceptible d’être obtenu par fabrication additive au moyen de fusion sélective de la composition décrite ou obtenue selon le procédé décrit. L’invention sera mieux comprise au regard de la description qui suit et des figures, lesquelles montrent : un dispositif d’impression 3D par frittage de type SLS (acronyme anglais pour « selective laser sintering », frittage sélectif par laser) ; l’évolution de l’épaisseur e de la poudre déposée après fusion par irradiation en fonction du nombre de couches n de 100 µm chacune dans une construction par frittage laser, calculée pour des poudres présentant un ratio d de 0.3 (●), de 0.5 (■) et de 0.7 (♦). Composition de poudre de polymère thermoplastique adaptée pour la fabrication additive par fusion sélective, dans laquelle la poudre de polymère présente une granulométrie caractérisée par : un diamètre moyen en volume Dv un span inférieur à 1.20, et telle qu’un ratio d est compris entre 0.40 et 0.55, le ratio d étant de formule suivante : dans laquelle d p est la densité apparente de la poudre mesurée selon la norme ISO 787-11:1981 ; et d m est la densité du matériau mesurée sur la poudre après fusion selon la norme ISO 1183-1. Composition selon la revendication 1, dans laquelle le polymère thermoplastique comprend ou est constitué d’un polymère thermoplastique choisi dans le groupe consistant en les polyesters, le chlorure de polyvinyle, le polyacétal, les polyoléfines comme le polypropylène et le polyéthylène, le polystyrène, le polycarbonate, le poly-(N-méthylméthactlumide, PMMI), le polyméthylméthacrylate (PMMA), les ionomères, les polyamides, les élastomères thermoplastiques tels que les polyétherblock amides, les PAEK, et leurs mélanges. Composition selon la revendication 2, dans laquelle le polymère thermoplastique comprend ou est constitué de PA 11, PA 12, polyamide semi-aromatique tel que le PA 11/10T, un PEBA ou un PAEK tel que le PEKK, le PEEK, le PEEK-PEDEK et le PEEK-PEmEK. Composition selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un agent d’écoulement. Composition selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle la poudre de polymère présente un span inférieur à 1.00. Composition selon la revendication 5, dans laquelle la poudre de polymère présente un span inférieur à 0.90. Composition selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la poudre de polymère présente un ratio d compris entre 0.45 et 0.55. Composition selon la revendication 7, dans laquelle la poudre de polymère présente un ratio d compris entre 0.47 et 0.51. Composition selon l’une des revendications 1 à8, dans laquelle la poudre de polymère présente une viscosité inhérente de 0.65 à 1.50, préférentiellement de 0.85 à 1.40, et de manière davantage préférée de 1.00 à 1.30. Procédé de fabrication de la composition de la poudre selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant les étapes de : Prépolymérisation du ou des monomères du polymère thermoplastique et granulation subséquente ; Broyage en une poudre ; Tamisage subséquent éventuel de la poudre de prépolymère obtenue ; et Soumission de la poudre de prépolymère obtenue à une polycondensation en phase solide pour obtenir une poudre de polymère. Utilisation de la composition selon l’une des revendications 1 à 9 ou obtenue avec le procédé selon la revendication 10 pour la fabrication d’articles par fabrication additive au moyen de fusion sélective. Utilisation selon la revendication 11, dans laquelle la fabrication additive est choisie parmi le frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering ou SLS), frittage du type Multi Jet Fusion (MJF) et le frittage du type High Speed Sintering (HSS). Article susceptible d’être obtenu par fabrication additive au moyen de fusion sélective de la composition selon l’une des revendications 1 à 9 ou susceptible d’être avec le procédé selon la revendication 10.