Future gas turbine package design freeform wood fibre composite manufacturing

Résumé

Le bois est un matériau écologique et est largement utilisé sous sa forme brute, cependant il peut aussi être utilisé comme composant pour la création de matériau composite. Avec l’essor ces dernières années de l’impression 3D, les matériaux composites à base de bois peuvent être utilisés pour créer des pièces complexes en termes de géométrie qui ne peuvent être créées avec du bois sous sa forme brute. Ainsi, ce projet repense une pièce de package de turbine à gaz de Siemens et développe un matériau composite imprimable en 3D à base de polyéthylène et de bois convenant pour l’impression en 3D de cette pièce. La pièce choisie pour le projet est le conduit d’entrée d’air de combustion du package, cette pièce a été choisie pour sa géométrie complexe. Une fois que toutes les charges applicables sur la pièce ont été évaluées, un modèle 3D de la pièce est créé sur SolidWorks. Le modèle est alors utilisé pour effectuer des simulations numériques afin d’évaluer l’impact des charges en termes de pression appliquées sur la structure. Les simulations donnent une pression maximale applicable sur la structure de 20□.Dans une deuxième partie, une campagne expérimentale est menée afin de créer différents filaments en matériaux composites à base de bois imprimables en 3D avec différents pourcentages de bois en termes de poids. Les filaments sont ensuite étudiés avec les techniques suivantes : analyse de calorimétrie différentielle à balayage, Analyse thermogravimétrique, mesure de l’indice de fluidité et prise de photo avec un microscope à balayage électronique. Ces techniques nous permettent alors d’avoir une idée de l’imprimabilité des filaments ainsi que leur température idéale d’impression. Après cela, différents échantillons sont imprimés en 3D afin d’évaluer les propriétés mécaniques des différents composites. Des éprouvettes de test sont imprimées afin de réaliser des tests de traction et obtenir le module de Young et la résistance maximale des éprouvettes ; et des cubes de 1□1□ avec un remplissage de 100% sont imprimés afin de mesurer la densité des composites. Les matériaux composites avec 10% et 20% de bois montrent une résistance maximale de respectivement 11□ et 7□. Enfin, une étude environnementale a été menée pour évaluer l’impact sur l’environnement de la pièce étudiée imprimée en 3D et comparer ces résultats avec l’impact sur l’environnement de la pièce actuelle utilisée par Siemens composée d’aluminium. Cette étude a montré en particulier que le matériau composite possédant 20% de bois a un impact 44% moins important en termes d’émissions de CO2 par Kg que l’aluminium.

Date	23 févr. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Lucas Hof (Directeur(-trice)) & Nicole R. Demarquette (Codirecteur(-trice))