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Composites polymers obtenus par impression UV – modélisation et essais (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR7649-ANDCON-004
Lieu de travail : PALAISEAU
Date de publication : mercredi 15 mai 2019
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 36 mois
Date d'embauche prévue : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2135 Euros brut / mois
Niveau d'études souhaité : Bac+5
Expérience souhaitée : 1 à 4 années

Missions

L'impression 3D est une technique innovante pour la fabrication d'objets microscopiques ou macroscopique aux formes complexes. Selon la technologie employée, les matériaux sont des métaux, des céramiques ou des polymères. Au cours de l'impression, le matériau se transforme d'une phase liquide en une phase solide et le processus est accompagné par des changements de température importants des propriétés thermomécaniques du matériau. Le processus conduit à des gradients dans les propriétés du matériau et des contraintes résiduelles, qui influencent le comportement mécanique et la forme de la structure imprimée d'une manière désirable ou indésirable. Puisque les matériaux traités sont inélastiques, ces phénomènes dépendent des paramètres des processus d'impression et de post-traitement. En raison du manque de compréhension, des lois de comportement ou encore des outils de simulation appropriés, ces problèmes sont résolues avec des méthodes empiriques et coûteuses comportant des séries d'essais et des corrections consécutives. L'objectif de ce projet et de proposer des réponses innovantes et efficaces à ces questions.

Activités

Ce projet est axé sur l'impression 3D de polymères chargés avec durcissement exothermique sous rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde appropriée. Nos principaux objectifs sont de comprendre, de modéliser, de simuler et d'optimiser les processus d'impression et de cuisson post-impression des structures en polymères chargés.

La modélisation théorique sera fondée sur des notions de:
• thermodynamique des milieu continus
• comportement viscoélastique des matériau
• théories des milieu continus multiphysiques
• équations de diffusion thermiques et chimiques
ainsi que sur des méthodes numériques pour l'intégration différentielle ordinaire ou à dérivées partielles correspondantes par différences finies ou éléments finis.

Les expériences prévus vont tester le comportement mécanique et thermique des polymères en présence ou absence des charges sous control de l'exposition UV ou de température :
• expériences calorimétriques ou volumetriques,
• essais mécanique et rhéologiques.

Les données obtenus et les obervations faites lors des expériences vont permettre de construire un modèle de comportement viscoélastique, thermodynamiquement admissible, dépendant des paramètres du processus d'impression, i.e. température, intensité UV, épaisseur de couche ou échelles de temps. La valabilité du modèle sera vérifie par une comparaison directe avec les mesures expérimentales. Si le modèle est validé, la chaine de simulation obtenue permettra de définir par exemple les paramètres optimaux d'impression afin de minimiser les contraintes résiduelles et de garder la forme imprimé entre des tolérances acceptables.

La chaine de simulation complète va être utilisé pour la conception et impression des structures innovantes.

Compétences

Les comptéences et le savoir-faire requises sont:
- connaissance des milieu continus
- manipulation des codes de calcul générales, par exemple Mathematica, Matlab, Scilab, Octave et des éléments finis, par exemple Cast3M, Abaqus, etc
- essais mécaniques et / ou thermiques

Contexte de travail

Le LMS est une UMR (Unité Mixte de Recherche) sous tutelle de l'École Polytechnique, du CNRS. Créé en août 1961 à l'initiative du Professeur Jean Mandel, il rassemble environ 80 personnes annuellement de 15 nationalités différentes dont 17 enseignants chercheurs, 16 ingénieurs et techniciens, 2 chercheurs émérites, des post-doctorants et environ 30 doctorants.

Le domaine de recherche du LMS est la Mécanique des Milieux Continus, étudiée à des échelles multiples, avec un triple point de vue théorique, expérimental et numérique. L'objectif général du laboratoire de Mécanique des Solides est de proposer, construire, analyser et valider des modèles thermodynamiquement consistants dans un cadre multiéchelle et multiphysique et développer des matériaux innovants ou plus performants. En particulier, le laboratoire se veut un acteur majeur en conception, fabrication, calcul et analyse de fiabilité des milieux, structures et matériaux hétérogènes micro ou nanostructurés, des couches minces et nano-objets, ou des tissus biologiques. Il s'agit d'étudier et de comprendre les aspects de fabrication et de comportement mécanique à long terme de ces objets, aspects qui sont de plus en plus fortement liés. La démarche mise en œuvre marie expérimental, modélisation et calcul, et veut se placer dans un cadre résolument international.

Contraintes et risques

- Manipulation de substances organiques, i.e. polymères et solvants utilisées dans la fabrication additive
- Travail avec des machines d'essais mécaniques

Informations complémentaires

Le project de thèse de doctorat fait part d'un projet de collaboration franco-allemand ANR-DFG. Notre partenaire est l'équipe du Prof. A. Lion à l'Institute of Mechanics, Universität der Bundeswehr, Neubiberg, Allemagne, ou un sujet de doctorat complémentaire a été lancé. La collaboration va imposer des discussions et des réunion entre les deux équipes

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