Matériaux bio-composites intelligents pour l'impression 4D de structures auxétiques

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Le développement de la fabrication additive et les progrès des polymères à mémoire de forme (PMF) ont permis de progresser dans l'impression en 4 dimensions (4D) des structures 3D sensibles aux stimuli. L'impression 3D/4D permet de produire des structures plus complexes, d'un grand potentiel d'applications en aérospatiales et en automobiles. La plupart des structures 4D sont développées en intégrant la mémoire de forme dans la conception structurelle, en raison de la capacité inhérente des PMFs à fixer une forme temporaire et à récupérer leur structure permanente sous l'effet de stimuli externes, ce qui permet de remplacer les interactions humaines, les capteurs et les actionneurs. En plus des propriétés mécaniques et thermiques supérieures, les structures auxétiques possèdent également une autre propriété particulière par rapport à la plupart des structures conventionnelles. Elles présentent un comportement contre intuitif, c'est-à-dire une expansion dans la direction perpendiculaire à la compression (tension). Les structures déployables auxétiques imprimées sont très demandées par les différents domaines de l'ingénierie. Les PMFs peuvent être utilisés afin de remplacer les actionneurs externes pour piloter le déploiement. Malgré leurs avantages, un inconvénient majeur des PMFs est leurs faibles propriétés mécaniques, ce qui limite leurs applications potentielles. Compte tenu de leurs potentiels, les charges inorganiques (fibres de carbone, nanotubes de carbone, etc.) sont les plus utilisées pour produire des composites en polymères à mémoire de forme (CPMFs). Toutefois, ces dernières années, des exigences environnementales, toujours plus strictes, ont orienté les recherches vers le potentiel des fibres naturelles. Le programme de recherche proposé est composé deux axes complémentaires permettant de développer des structures auto-déployables aux propriétés mécaniques autoréglables, propulsées par une approche combinée du développement de nouveaux matériaux intelligents, basés sur des PMFs renforcées en fibres de lin, et de l'impression 4D des structures auxétiques. Les cinq prochaines années seront consacrées à la compréhension fondamentale des propriétés thermomécaniques du matériau extrêmement innovant via une enquête expérimentale et analytique détaillée et méthodique. En plus du développement de modèles prédictifs des propriétés thermomécaniques de ces matériaux, leur potentiel d'application sera évalué non seulement dans des environnements contrôlés du laboratoire, mais également dans des scénarios de fonctionnement réels. La réussite de ces activités de recherche conduira à l'élaboration de directives de conception pour l'impression 4D des structures et à la compréhension de leur comportement thermomécanique dans des applications potentielles réelles. De plus, ce programme de recherche formera plusieurs personnes hautement qualifiées qui soutiendront l'industrie canadienne et le personnel de recherche.