FR3134318A1 - Procédé de préparation et de dépôt d’une composition - Google Patents

Procédé de préparation et de dépôt d’une composition Download PDF

Info

Publication number
FR3134318A1
FR3134318A1 FR2203236A FR2203236A FR3134318A1 FR 3134318 A1 FR3134318 A1 FR 3134318A1 FR 2203236 A FR2203236 A FR 2203236A FR 2203236 A FR2203236 A FR 2203236A FR 3134318 A1 FR3134318 A1 FR 3134318A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
channel
particles
suspensions
composition
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2203236A
Other languages
English (en)
Inventor
Gabriel Michaud
Manuella CERBELAUD
Frédéric Dumas-Bouchiat
Fabrice Rossignol
Arnaud VIDECOQ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Limoges
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Limoges
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Limoges filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR2203236A priority Critical patent/FR3134318A1/fr
Priority to PCT/EP2023/058770 priority patent/WO2023194348A1/fr
Publication of FR3134318A1 publication Critical patent/FR3134318A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/10—Pre-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6263—Wet mixtures characterised by their solids loadings, i.e. the percentage of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/6265—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering involving reduction or oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62807—Silica or silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62813—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6026—Computer aided shaping, e.g. rapid prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/665—Local sintering, e.g. laser sintering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

Assemblage de suspensions, de préférence colloïdales, au sein d’un canal (1) de manière à former des agrégats ou agglomérats de particules et expulser de ce canal (1) une composition comportant ces agrégats ou agglomérats en vue de réaliser une pièce par fabrication additive. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de préparation et de dépôt d’une composition
L’invention se rapporte au domaine de la préparation et du dépôt d’une composition, notamment en vue de réaliser une pièce par fabrication additive.
L’invention présente un intérêt particulier pour la fabrication d’une pièce en céramique.
 État de la technique antérieure
Les procédés conventionnels de fabrication additive par écriture directe de pièces en céramique mettent en œuvre une étape de dépôt par couches d’une composition viscoélastique à l’aide d’une tête d’impression.
Cette composition viscoélastique comprend typiquement des additifs tels que des plastifiants et/ou des liants organiques conférant à la composition les propriétés rhéologiques requises pour permettre son écoulement dans la tête d’impression tout en évitant son étalement lors du dépôt.
Entre autres inconvénients, l’utilisation de plastifiants et de liants organiques nécessite de réaliser une étape de déliantage. Le déliantage a un coût en termes de durée et d’énergie et est susceptible d’endommager la pièce, cela d’autant plus que les épaisseurs de parois sont importantes.
De plus, la présence d’éléments organiques dans la composition ne favorise pas les liaisons intimes entre les grains de la poudre en céramique, ni entre les couches successivement déposées par la tête d’impression, ni entre la première couche déposée et le support, ce qui peut affecter la tenue mécanique de la pièce.
L’invention vise notamment à remédier aux inconvénients des procédés de fabrication additive conventionnels par écriture directe ainsi qu’aux inconvénients associés aux compositions utilisées dans ces procédés.
L’invention a pour objet un procédé de préparation et de dépôt d’une composition, comprenant :
– une étape d’introduction dans un canal de deux suspensions comprenant chacune des particules,
– une étape d’assemblage des suspensions au sein du canal de manière à former ladite composition et de sorte que cette composition comporte des agrégats ou agglomérats desdites particules,
– une étape d’expulsion de la composition du canal.
Ce procédé peut typiquement être mis en œuvre pour réaliser une pièce par fabrication additive. Autrement dit, l’étape d’expulsion peut être réalisée de manière à fabriquer une pièce par dépôt d’une ou plusieurs couches de ladite composition.
Contrairement aux procédés de fabrication additive conventionnels par écriture directe dans lesquels la composition est assemblée avant son introduction dans une tête d’impression, le procédé de l’invention met en œuvre une étape d’assemblage des suspensions directement dans le canal en sortie duquel elle est déposée. Autrement dit, l’étape d’assemblage est dans ce cas réalisée directement au sein d’une tête d’impression, juste avant dépôt de la composition formée par cet assemblage.
La formation d’agrégats ou agglomérats de particules dans le canal permet d’initier la structuration de la composition dans le canal avant son dépôt et d’obtenir un matériau cohésif avec une consolidation mécanique en sortie du canal.
Un tel assemblage de suspensions dans le canal permet d’introduire dans le canal des suspensions fluides, ou plus généralement de faible viscosité, par comparaison avec une encre rhéofluidifiante et pseudo-plastique conventionnelle.
Les suspensions peuvent par conséquent être dépourvues d’additif organique du type plastifiant ou liant, ou comporter une quantité réduite d’éléments organiques.
Il en résulte de nombreux avantages, à la fois sur le plan économique et environnemental et en termes de qualité de la pièce ainsi fabriquée.
En particulier, l’absence ou la présence en quantité réduite d’additifs organiques permet de ne pas recourir à une étape de déliantage, ce qui permet de préserver l’intégrité de la pièce et de réduire l’impact économique et environnemental lié à sa fabrication.
Concernant la qualité de la pièce, l‘absence ou la présence en quantité réduite d’éléments organiques tend à favoriser les liaisons intimes des différentes parties de la composition formant la pièce ainsi que son maintien sur le support pendant le dépôt. Il en résulte une amélioration de la tenue mécanique de la pièce et/ou une meilleure accroche de la pièce sur le support, rendant par exemple le procédé compatible avec une application de scellement ou de réparation.
La fluidité des suspensions réduit par ailleurs l’énergie élastique emmagasinée lors de la mise en œuvre du procédé, ce qui permet d’améliorer le contrôle des ralentissements et des accélérations de l’organe de dépôt intégrant le canal.
Par ailleurs, l’assemblage dans le canal permet, en jouant par exemple sur sa géométrie et/ou sa sortie, de réaliser des arrangements particulaires spécifiques, notamment en termes de répartition spatiale, de structuration interne de la composition, ou encore de gradients de concentration.
L’étape d’assemblage peut notamment être mise en œuvre de manière à produire une agrégation/agglomération localisée sélective entre les particules de sorte à générer une interface diffuse entre les deux suspensions assemblées.
L’invention permet ainsi d’améliorer la tenue mécanique de la pièce, par exemple lors d’une étape ultérieure de frittage ou post-consolidation à haute température et/ou de générer des gradients de composition spécifiques.
Dans un mode de réalisation, les particules comprennent un premier type de particules et un deuxième type de particules choisies de manière à pouvoir développer entre elles des liaisons lors de l’étape d’assemblage, afin de constituer lesdits agrégats ou agglomérats.
Lesdites liaisons sont de préférence électrostatiques.
De telles combinaisons de particules permettent d’obtenir des réactions d’agrégation/agglomération rapides.
Cela permet d’augmenter la vitesse de dépôt.
Alternativement, d’autres types de particules peuvent être mises en œuvre, par développement de liaisons de nature électrostatique ou de nature différente.
Dans un mode de réalisation, lors de l’étape d’introduction, l’une des suspensions comprend les particules du premier type et l’autre desdites suspensions comprend les particules du deuxième type.
Dans un mode de réalisation, les particules du premier type et les particules du deuxième type présentent des charges électriques de surface de signe opposé.
Par exemple, les particules du premier type peuvent présenter des charges électriques de surface positives et les particules du deuxième type des charges électriques de surface négatives, ou réciproquement.
De préférence, les particules du premier type et les particules du deuxième type présentent un potentiel zêta de signe opposé.
Le contrôle du potentiel zêta des différentes particules peut être obtenu par toute méthode conventionnelle, par exemple en fonctionnalisant des particules, en modifiant le pH de la suspension, etc.
Dans un mode de réalisation préféré, lesdites suspensions sont des suspensions colloïdales.
De préférence, les particules sont choisies de sorte que la composition expulsée du canal forme un élément en céramique.
A titre d’exemple, les particules du premier type peuvent comprendre des particules de silice. Les particules du deuxième type peuvent comprendre des particules de silice fonctionnalisées par des fonctions amine ou des particules d’alumine défloculées.
Dans un mode de réalisation, l’étape d’introduction comprend une introduction séparée, spatialement et/ou temporellement, des suspensions.
Ainsi, les suspensions peuvent chacune être introduites par une entrée respective du canal, simultanément ou l’une après l’autre.
Le canal peut à cet effet comprendre deux entrées distinctes, situées par exemple en une extrémité du canal opposée à la sortie ou configurée de sorte que les suspensions soient introduites dans le canal de façon coaxiale l’une par rapport à l’autre.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de post-traitement thermique de la composition expulsée du canal.
Ce post-traitement thermique peut comprendre une étape de consolidation/séchage/frittage sélectif par laser.
Le procédé peut être mis en œuvre pour fabriquer de nombreux types de pièces dans de nombreux domaines tels que la santé ou les technologies de l’information et de la communication.
A titre d’exemple, le procédé peut être mis en œuvre de sorte que la pièce forme une partie d’un implant ou d’un composant microélectronique tel qu’un condensateur.
L’absence ou la présence en quantité réduite d’éléments organiques présente notamment un intérêt dans des applications biomédicales.
Le procédé de l’invention n’est pas limité à la réalisation d’une pièce par fabrication additive. De manière non limitative, ce procédé peut aussi être mis en œuvre pour coller, assembler et/ou réparer un objet à l’aide de la composition sortant du canal, ou encore pour encapsuler à l’aide de cette composition un composant afin de réaliser une pièce composite.
L’invention a aussi pour objet un dispositif de préparation et de dépôt d’une composition, comprenant un canal configuré pour mettre en œuvre un procédé tel que défini ci-dessus.
Dans le cadre d’une application en fabrication additive, ce dispositif peut par exemple comprendre une tête d’impression intégrant ledit canal.
Dans un mode de réalisation, le canal est un microcanal, c’est-à-dire un canal ayant au moins une dimension, par exemple un diamètre, inférieure au millimètre.
Dans un mode de réalisation, le canal comprend une sortie configurée pour expulser la composition, la sortie présentant une section ayant une dimension inférieure à 1,5 mm, de préférence inférieure à 1 mm, par exemple 800 µm.
Dans un mode de réalisation, le canal comprend une première entrée apte à introduire dans le canal l’une desdites suspensions et une deuxième entrée apte à introduire dans le canal l’autre desdites suspensions.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue schématique d’un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ;
est une vue schématique d’un dispositif conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de modes de réalisation
Il est schématiquement représenté sur la un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif de la comprend un organe formant un canal 1, des réservoirs 2 et 3, des conduits 4 et 5 et un support 6.
Dans cet exemple, le dispositif est mis en œuvre pour réaliser une pièce par fabrication additive, l’organe formant le canal 1 appartenant à une tête d’impression d’un outil de fabrication additive (non représenté).
Le réservoir 3 contient dans cet exemple une première suspension colloïdale comprenant un premier type de particules de charge électrique de surface négative, tandis que le réservoir 2 contient une deuxième suspension colloïdale comprenant un deuxième type de particules de charge électrique de surface positive.
Le canal 1 comprend deux entrées 8 et 9, une sortie 11 et une portion 12 s’étendant entre les entrées 8 et 9 d’une part et la sortie 11 d’autre part.
Dans cet exemple, la portion 12 du canal 1 a une forme cylindrique de diamètre A1 environ égal à 800 µm et de longueur A2 environ égale à 9 cm.
Le réservoir 2 est fluidiquement relié à l’entrée 8 du canal 1 par le conduit 4 de manière à pouvoir introduire dans le canal 1, et en particulier dans la portion 12 du canal 1, la suspension contenue dans le réservoir 2.
De manière analogue, le réservoir 3 est fluidiquement relié à l’entrée 9 du canal 1 par le conduit 5 de manière à pouvoir introduire dans le canal 1, et en particulier dans la portion 12 du canal 1, la suspension contenue dans le réservoir 3.
Le dispositif comprend des moyens de déplacement (non représentés), tels que des pompes à différentiel de pression ou des pousse-seringues, configurés pour introduire dans le canal 1 la première suspension et la deuxième suspension, respectivement via les entrées 8 et 9, de sorte que ces suspensions pénètrent dans la portion 12 du canal 1 en s’écoulant vers la sortie 11 selon un sens d’écoulement B1.
Les particules des deux suspensions ayant des charges électriques de surface de signe opposé, celles-ci développent entre elles, au sein de la portion 12 du canal 1, des liaisons électrostatiques constituant des agrégats/agglomérats de particules.
Il est ainsi réalisé un assemblage des suspensions au sein de la portion 12 de manière à former, en amont de la sortie 11 relativement au sens d’écoulement B1, une composition qui comporte ces agrégats/agglomérats de particules.
Le déplacement des suspensions le long du canal 1 dans le sens d’écoulement B1 entraîne une expulsion progressive de la composition par la sortie 11.
Le support 6 est disposé en regard de la sortie 11 du canal 1 de sorte que la composition qui en est expulsée se dépose sur ce support 6.
Dans cet exemple, le sens d’écoulement B1 définit une trajectoire comprenant une composante allant verticalement du haut vers le bas, le support 6 étant disposé en-dessous de la sortie 11 du canal 1. La composition sortant du canal 1 par sa sortie 11 s’écoule ainsi en direction du support 6 sous l’action du flux.
De manière connue en soi, le dispositif est configuré pour effectuer un déplacement relatif de la tête d’impression par rapport au support 6 de manière à disposer selon un arrangement préalablement choisi la composition sur le support 6.
Un tel déplacement relatif permet notamment de former avec la composition une succession de couches de manière à constituer une pièce tridimensionnelle.
La illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation d’un dispositif conforme à l’invention, qui se distingue de celui de la en ce qu’il est configuré pour assembler les deux suspensions de manière coaxiale.
Le dispositif de la est décrit uniquement selon ses différences par rapport à celui de la . La description qui précède s’applique par analogie au mode de réalisation de la .
Le dispositif de la se distingue essentiellement de celui de la en ce qu’il comprend un double canal 1, en l’occurrence un premier canal 21 et un deuxième canal 22 imbriqués l’un dans l’autre.
Le canal 21 présente une géométrie globalement parallélépipédique dont une extrémité forme une entrée 23 et une extrémité opposée forme une sortie 24 de ce canal 21.
Le canal 22 présente une géométrie globalement cylindrique dont une extrémité forme une entrée 26 et une extrémité opposée forme une sortie 27 de ce canal 22.
Une portion inférieure du canal 21 s’étend à l’intérieur d’une portion supérieure du canal 22 de manière coaxiale de sorte que la sortie 24 du canal 21 débouche dans le canal 22.
Le canal 22 comprend une portion inférieure s’étendant longitudinalement entre la sortie 24 du canal 21 et la sortie 27 du canal 22.
Dans cet exemple, la portion inférieure du canal 22 présente une forme cylindrique de diamètre A1 environ égal à 800 µm et de longueur A2 environ égale à 9 cm.
Le réservoir 2 est fluidiquement relié à l’entrée 23 du canal 21 par le conduit 4 de manière à pouvoir introduire dans le canal 21 la première suspension contenue dans le réservoir 2.
De manière analogue, le réservoir 3 est fluidiquement relié à l’entrée 26 du canal 22 par le conduit 5 de manière à pouvoir introduire dans le canal 22 la deuxième suspension contenue dans le réservoir 3.
La première suspension peut ainsi s’écouler dans le canal 21 vers sa sortie 24 de manière à pénétrer dans la portion inférieure du canal 22, radialement au centre de ce canal 22.
La deuxième suspension peut quant à elle s’écouler dans le canal 22 en direction de sa sortie 27, tout d’abord radialement autour du canal 21 puis dans la portion inférieure du canal 22 en pénétrant dans cette portion inférieure sous forme d’un anneau dont la géométrie est définie radialement à l’intérieur par la section du canal 21 et radialement à l’extérieur par la géométrie du canal 22.
Les deux suspensions tendent ainsi à s’assembler de manière à présenter une structure du type cœur-coquille, le cœur comprenant principalement la première suspension, la coquille comprenant principalement la deuxième suspension.
Premier exemple :
Il va maintenant être décrit un premier exemple de mise en œuvre du procédé de l’invention à l’aide du dispositif de la .
Dans ce premier exemple, la première suspension contenue dans le réservoir 3 est une suspension aqueuse de particules de silice et la deuxième suspension contenue dans le réservoir 2 est une suspension aqueuse de particules de silice modifiées en surface par des amines.
De manière connue en soi, les particules de silice sont synthétisées selon la méthode décrite dans le document suivant : M. A. Piechowiak, A. Videcoq, F. Rossignol, C. Pagnoux, C. Carrion, M. Cerbelaud and R. Ferrando, Oppositely Charged Model Ceramic Colloids: Numerical Predictions and Experimental Observations by Confocal Laser Scanning Microscopy, Langmuir 2010, 26(15), 12540-12547. La synthèse de ces particules repose sur un procédé connu sous la dénomination « procédé Stöber » permettant d’obtenir des particules cœur-coquille de silice avec un agent fluorescent incorporé au centre.
Les particules de silice ainsi obtenues sont sphériques et présentent un diamètre moyen d’environ 600 nm.
Pour préparer la première suspension, une poudre constituée de particules de silice ainsi obtenues est introduite dans un volume d’eau dé-ionisée de sorte à obtenir la fraction volumique de poudre désirée. Dans cet exemple, la fraction volumique est de 38 v%.
La désagglomération est réalisée de manière conventionnelle par ultrasons, à l’aide d’une sonotrode, en imposant le cycle suivant : 300 W pendant 30 s avec 3 s de pulsation et 1 s de repos.
Les particules de silice de la première suspension ainsi préparée ont un potentiel de surface négatif sur une large gamme de pH.
Pour s'assurer de la stabilité de la suspension, le pH de la silice est ajusté entre 7 et 8 de sorte à avoir un potentiel zêta autour de -40 mV.
Pour la deuxième suspension, des particules de silice obtenues selon la méthode décrite ci-dessus sont modifiées en surface par des amines. La modification de surface de la silice se fait par greffage d'un organosilane, dans cet exemple 3-Aminopropyltriéthoxysilane (APTES). Pour ce faire, une poudre constituée de particules de silice synthétisées est plongée dans de l'eau dé-ionisée puis agitée magnétiquement. L'APTES est ensuite ajouté et l'agitation est maintenue pendant 24 heures à température ambiante. Les particules de silice greffées sont rincées à l'eau puis centrifugées quatre fois à 3500 tr/min pendant 5 min avant d’être séchées à 50 °C pendant une nuit.
Les particules de silice ainsi modifiées plongées dans de l’eau présentent un potentiel de surface positif en dessous de pH 7,5 et négatif au-dessus.
La deuxième suspension est préparée de la même manière que la première suspension, à la différence que le pH est ajusté entre 4,5 et 5 pour avoir un potentiel zêta autour de +40 mV.
La mesure du potentiel zêta peut être réalisée par zêtamétrie ou acoustophorométrie.
Lorsque les deux suspensions sont introduites dans le canal 1 dans des proportions équivalentes, le pH du mélange est de l'ordre de 6 sachant que, sur la gamme de pH allant de 2 à 7,5, les particules de silice et les particules de silice modifiée présentent des potentiels de surface opposés et sont donc susceptibles de s’hétéro-agréger.
Dans cet exemple, les deux suspensions sont individuellement stables et, lorsqu’elles sont mélangées dans la portion inférieure du canal 22, la suspension résultante est fortement agrégée.
Deuxième exemple :
Il va maintenant être décrit un deuxième exemple de mise en œuvre du procédé de l’invention à l’aide du dispositif de la .
Dans ce deuxième exemple, la première suspension contenue dans le réservoir 3 est une suspension aqueuse de particules de silice commercialisées par « Alfa Aesar by Thermo Fisher Scientific » sous la désignation « L16985 », sous forme de poudre amorphe de particules sphériques de diamètre moyen 500 nm. La deuxième suspension contenue dans le réservoir 2 est une suspension aqueuse de particules d’alumine du type « Alumina ceramic (Serie AKP-30) » commercialisées par la société « Sumimoto Chemical advanced technologies » et présentant une taille moyenne de l’ordre de 400 nm.
Des mesures de potentiels zêta réalisées sur cette silice commerciale montrent un comportement similaire à celui obtenu pour les particules synthétisées par voie Stöber (voir ci-dessus). Le potentiel zêta est négatif sur la gamme de pH considérée.
Les particules d’alumine en suspension aqueuse présentent un potentiel zêta positif au-dessous de pH 9 et négatif au-dessus de celui-ci.
Entre pH 2 et 9, les particules d’alumine et de silice utilisées dans ce deuxième exemple ont des potentiels de surface de signe opposé.
Les suspensions sont préparées de la même manière que dans le premier exemple décrit ci-dessus.
Dans ce deuxième exemple, les suspensions ont chacune une fraction volumique de poudre égale à 30 v% et sont préparées à l’aide d’eau osmosée.
Pour assurer la stabilité de la suspension d’alumine, le pH est ajusté autour de 5-6 par ajout d’acide chloridrique de telle sorte que son potentiel zêta soit autour de 45 mV.
Il a été observé que ces suspensions de silice et d’alumine sont stables et que leur mélange entraîne une agrégation/agglomération rapide.
La description du premier exemple s’applique par analogie à ce deuxième exemple.
Troisième exemple :
Il va maintenant être décrit un troisième exemple de mise en œuvre du procédé de l’invention à l’aide du dispositif de la .
Dans ce troisième exemple, la première suspension contenue dans le réservoir 3 est une suspension aqueuse de particules d’alumine modifiées en surface par un dispersant connu sous le nom de « DARVAN (marque déposée) C » et fourni par « Vanderbilt Minerals, LLC ». Ce dispersant entraîne une modification de la charge de surface de l’alumine qui devient progressivement négative sans modifier le pH.
La deuxième suspension contenue dans le réservoir 2 est une suspension aqueuse de particules de silice modifiées en surface par des amines, de la même manière que dans le premier exemple.
Les suspensions sont préparées de la même manière que dans le premier exemple en milieu aqueux avec, dans ce troisième exemple, une concentration volumique de poudre de 35 %.
La description du premier et du deuxième exemple s’applique par analogie à ce troisième exemple.
Dans ces exemples, le débit d’introduction dans le canal 1 de chacune des suspensions est de 2 mL/h et la vitesse d’impression est de 2,2 mm/s.
La vitesse d’impression peut être réglée en fonction du débit des suspensions et de la dimension A1 de la sortie 27 du canal 1.
Les exemples qui viennent d’être décrits permettent de fabriquer une pièce en céramique sans utilisation d’additif organique et sans qu’il soit nécessaire de mettre en œuvre une étape de déliantage.
Les trois exemples de combinaison de suspensions décrits ci-dessus en référence à la s’appliquent par analogie au mode de réalisation de la .
Les paramètres des suspensions peuvent bien entendu être adaptés aux particularités structurelles de leur assemblage qui résultent de la géométrie du canal 1. Par exemple, de manière non limitative, dans le cadre du premier exemple décrit ci-dessus, la fraction volumique de poudre dans chacune des suspensions peut être de 50 v% lorsque le dispositif de la est utilisé.
L’invention n’est pas limitée aux exemples et modes de réalisation particuliers qui sont décrits ci-dessus. Par exemple, le ou les canaux 1 et/ou 21 et/ou 22 peuvent présenter une géométrie et des dimensions différentes de celles indiquées ci-dessus. La dimension A1 peut être inférieure à 800 µm, par exemple environ égale à 400 µm afin d’augmenter la définition de la pièce, ou au contraire être supérieure à 800 µm. La dimension A2 peut être ajustée en fonction des suspensions et de la durée requise pour l’agrégation/agglomération des particules qu’elles contiennent.
D’autres combinaisons de suspensions et/ou une quantité de suspensions supérieure à deux peuvent être mises en œuvre, en fonction des arrangements particulaires et de la structure de la composition souhaités.
L’introduction des suspensions dans le canal 1 et leur expulsion peuvent être réalisées de manière discontinue.
Pour autre exemple, la composition sortant du canal 1 peut être soumise à une étape concomitante de séchage, en fonction par exemple de la dimension A1 de sortie du canal 1 et/ou du débit d’expulsion.
En outre, les principes décrits ci-dessus peuvent être mis en œuvre non pas pour réaliser une pièce par fabrication additive mais pour réaliser une opération de collage, d’assemblage, de réparation ou d’encapsulation d’un objet.

Claims (10)

  1. Procédé de préparation et de dépôt d’une composition, comprenant :
    – une étape d’introduction dans un canal (1, 12, 22) de deux suspensions comprenant chacune des particules,
    – une étape d’assemblage des suspensions au sein du canal (1, 12, 22) de manière à former ladite composition et de sorte que cette composition comporte des agrégats ou agglomérats desdites particules,
    – une étape d’expulsion de la composition du canal (1, 12, 22).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les particules comprennent un premier type de particules et un deuxième type de particules choisies de manière à pouvoir développer entre elles des liaisons, de préférence électrostatiques, lors de l’étape d’assemblage, afin de constituer lesdits agrégats ou agglomérats.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lors de l’étape d’introduction, l’une des suspensions comprend les particules du premier type et l’autre desdites suspensions comprend les particules du deuxième type.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les particules du premier type et les particules du deuxième type présentent des charges électriques de surface de signe opposé, préférentiellement un potentiel zêta de signe opposé.
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdites suspensions sont des suspensions colloïdales.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les particules sont choisies de sorte que la composition expulsée du canal (1, 12, 22) forme un élément en céramique.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape d’expulsion est réalisée de manière à fabriquer une pièce par dépôt d’une ou plusieurs couches de ladite composition.
  8. Dispositif de préparation et de dépôt d’une composition, comprenant un canal (1, 12, 22) configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le canal (1, 12, 22) comprend une sortie (11, 27) configurée pour expulser la composition, la sortie (11, 27) présentant une section ayant une dimension (A1) inférieure à 1,5 mm, de préférence inférieure à 1 mm, par exemple 800 µm.
  10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le canal (1, 12, 22) comprend une première entrée (8, 23) apte à introduire dans le canal (1, 12, 22) l’une desdites suspensions et une deuxième entrée (9, 26) apte à introduire dans le canal (1, 12, 22) l’autre desdites suspensions.
FR2203236A 2022-04-08 2022-04-08 Procédé de préparation et de dépôt d’une composition Pending FR3134318A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2203236A FR3134318A1 (fr) 2022-04-08 2022-04-08 Procédé de préparation et de dépôt d’une composition
PCT/EP2023/058770 WO2023194348A1 (fr) 2022-04-08 2023-04-04 Procédé de préparation et de dépôt d'une composition

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2203236A FR3134318A1 (fr) 2022-04-08 2022-04-08 Procédé de préparation et de dépôt d’une composition
FR2203236 2022-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3134318A1 true FR3134318A1 (fr) 2023-10-13

Family

ID=82693803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2203236A Pending FR3134318A1 (fr) 2022-04-08 2022-04-08 Procédé de préparation et de dépôt d’une composition

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3134318A1 (fr)
WO (1) WO2023194348A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030065400A1 (en) * 2001-04-12 2003-04-03 Beam Heather Ann Method and apparatus for engineered regenrative biostructures such as hydroxyapatite substrates for bone healing applications
WO2019180093A1 (fr) * 2018-03-21 2019-09-26 3 D Minerals Procede de fabrication additive de ceramique par voie liquide et dispositif pour la mise en œuvre dudit procede
US20210268729A1 (en) * 2018-09-27 2021-09-02 Colorado State University Research Foundation Additive manufacturing techniques

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030065400A1 (en) * 2001-04-12 2003-04-03 Beam Heather Ann Method and apparatus for engineered regenrative biostructures such as hydroxyapatite substrates for bone healing applications
WO2019180093A1 (fr) * 2018-03-21 2019-09-26 3 D Minerals Procede de fabrication additive de ceramique par voie liquide et dispositif pour la mise en œuvre dudit procede
US20210268729A1 (en) * 2018-09-27 2021-09-02 Colorado State University Research Foundation Additive manufacturing techniques

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AIMABLE A ET AL: "An experimental and simulation study of heteroaggregation in a binary mixture of alumina and silica colloids", COLLOIDS AND SURFACES A : PHYSIOCHEMICAL AND ENGINEERINGS ASPECTS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 605, 28 July 2020 (2020-07-28), XP086276091, ISSN: 0927-7757, [retrieved on 20200728], DOI: 10.1016/J.COLSURFA.2020.125350 *
M. A. PIECHOWIAKA. VIDECOQF. ROSSIGNOLC. PAGNOUXC. CARRIONM. CERBELAUDR. FERRANDO: "Oppositely Charged Model Ceramic Colloids: Numerical Prédictions and Expérimental Observations by Confocal Laser Scanning Microscopy", LANGMUIR, vol. 26, no. 15, 2010, pages 12540 - 12547
MICHAUD GABRIEL: "Etude expérimentale et numérique de la structuration de particules colloïdales dans un système microfluidique", 31 March 2022 (2022-03-31), XP055977366, Retrieved from the Internet <URL:https://www.theses.fr/2022LIMO0049#> [retrieved on 20221102] *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023194348A1 (fr) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2913261C (fr) Procede de fabrication de membranes de filtration par technique additive et membranes obtenues
EP2540437B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un dispositif comprenant des brasures realisees a partir d&#39;oxalate metallique
EP3180109B1 (fr) Nouvelles geometries d&#39;elements tubulaires multicanaux de separation par flux tangentiel integrant des promoteurs de turbulences et procede de fabrication
FR2789403A1 (fr) Fines particules metalliques revetues d&#39;oxyde et procede pour les produire
CA2957159A1 (fr) Element de separation par flux tangentiel integrant des obstacles a la circulation et procede de fabrication
WO2023194348A1 (fr) Procédé de préparation et de dépôt d&#39;une composition
FR2488597A1 (fr) Composition de liant pour le moulage d&#39;une poudre minerale et son utilisation dans un procede de preparation d&#39;un corps mineral fritte
WO2017099250A1 (fr) Particules de poudre et procédé de production d&#39;une pièce verte utilisant lesdites particules
FR3071245A1 (fr) Procede d&#39;injection d&#39;une barbotine chargee dans une texture fibreuse
WO2020070133A1 (fr) Procede de realisation de contre-forme et procede de fabrication de piece de forme complexe utilisant une telle contre-forme
EP2114841A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un corps poreux ceramique a base de sic
EP3630399B1 (fr) Procédé de fabrication amélioré d&#39;une pièce à microstructure duale
FR2600266A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une membrane minerale poreuse sur un support mineral
EP2666878A1 (fr) Couteau de tondeuse autolubrifiant et son procede de fabrication
EP0484448A1 (fr) Procede de fabrication de poudres ordonnees par pulverisation a partir d&#39;au moins deux populations de particules, et poudres ordonnees ainsi obtenues.
EP1644300B1 (fr) Procede de preparation de couches de zircone dopee a l&#39;oxyde d&#39;yttrium
FR3079230A1 (fr) Procede de fabrication additive de ceramique par voie liquide et dispositif pour la mise en œuvre dudit procede
FR3030296A1 (fr) Filtres a membranes composites sic-nitrure ou sic-oxynitrure
WO2018220213A1 (fr) Procédé de fabrication amélioré d&#39;une pièce a microstructure duale
EP3526368B1 (fr) Procédé de génération d&#39;un jet de nanoparticules
FR3021670B1 (fr) Procede d&#39;assemblage permanent de deux elements par interdiffusion en phase liquide transitoire
WO2023126605A1 (fr) Composition pour la fabrication directe d&#39;un matériau composite à matrice céramique
EP3725432A1 (fr) Procédé et dispositif de fabrication de préformes destinées à la brasure de composants électroniques, photoniques thermiques ou mécaniques
FR3071423B1 (fr) Barbotine de fonderie
EP3245010A1 (fr) Procede de formation d&#39;un film compact de particules a la surface d&#39;un liquide porteur

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20231013

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3