La fabrication automatisée des structures intelligents

Les composites intelligents capables de détecter les changements dans leur environnement sont de plus en plus utilisés dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, de l’énergie éolienne, de la santé et du sport. Par exemple, dans le domaine du sport et de la rééducation, les capteurs intégrés dans les composants composites suivent les progrès individuels et répondent aussi aux besoins individuels et à la vitesse de guérison, respectivement. Ces deux secteurs sont des exemples de composites principalement soumis à des charges cycliques. Les capteurs qui sont très efficaces dans les environnements cycliques sont réalisés en matériaux piézoélectriques ? un type de matériau intelligent qui convertit l’énergie électrique en énergie mécanique et vice versa. De plus, leur capacité de récupération de l’énergie est utile pour obtenir des solutions autoalimentées sans batterie considérées comme un plus dans les appareils portables. Cependant, l’intégration des capteurs présente ses propres défis : i) incompatibilité avec le matériau de base, ii) discontinuité dans le matériau de base et, iii) modifications nécessaires des techniques de fabrication des matériaux composites, entraînant donc la détérioration des performances mécaniques des composites.

Ce projet propose, l’intégration de capteurs piézoélectriques minces et souples à base de polymère dans des matériaux composites afin d’éviter tout effet néfaste sur leurs propriétés mécaniques. L’impression 3D avec direct-write sera utilisée pour intégrer des capteurs piézoélectriques coextrudés avec leurs électrodes en argent (pour le transfert de charges électriques) directement dans les matériaux composites pendant leur phase de fabrication elle-même. Cependant, les effets de l’ajout du capteur dans les matériaux composites et l’interaction entre les deux matériaux à l’interface surtout en cas de chargements multicycliques sont encore inconnus. Par ailleurs, il est essentiel d’établir la dépendance des performances du capteur sur sa forme, sa taille, et les paramètres d’impression.

Ainsi, ce projet vise à i) caractériser les performances d’un capteur en fonction de sa conception et du processus de fabrication ; ii) étudier les conséquences de l’intégration des capteurs sur les propriétés thermiques et mécaniques du matériau composite de base ; iii) et finalement développer des directives de conception dépendant de l’application pour une intégration efficace des capteurs.

Aujourd’hui, alors que les chaînes de processus de la plupart des fabricants de composites s’orientent vers l’automatisation, nous avons l’avantage d’en tirer parti pour intégrer l’ajout automatisé de capteurs dans la phase de fabrication des composites. Cette fabrication automatisée de composites intelligents augmentera l’efficacité de la production en réduisant les temps de fabrication et, par conséquent, les coûts. Cette fabrication automatisée dominée par une approche additive aidera à personnaliser les équipements comme par exemple les prothèses, les aides à la réadaptation, les exosquelettes, et les équipements sportifs. Le savoir-faire acquis dans ce projet peut être directement appliqué pour intégrer des capteurs dans des avions, des voitures, des pales d’éoliennes et d’autres composants composites structurels et fonctionnels.