Induction welding of 3D-printed core to composite facesheets with new electromagnetic susceptor

Résumé

La survie d’un astromobile – ou rover – sur la Lune dépend de nombreux facteurs, en particulier de sa capacité à résister à la froide nuit lunaire, durant laquelle la température chute à -200°C pendant 14 jours. Afin de garantir une température suffisante à l’intérieure du rover, ce dernier doit être composé d’une structure offrant une grande isolation thermique. Pour cela, le projet PEEKbot propose d’utiliser des panneaux sandwich à base de matériaux composites thermoplastiques qui offrent une grande intégrité structurelle ainsi que les propriétés thermiques recherchées. Les structures suggérées sont composées de coeurs en nid d’abeilles produits par impression 3D et de deux peaux en composites thermoplastiques haute performance, assemblés par soudage thermoplastique. Dans le présent projet, le soudage par induction est choisi, lequel utilise l’application d’un champ magnétique pour générer de la chaleur directement à l’interface de soudage grâce à un suscepteur. Les suscepteurs magnétiques, dans lesquels la dissipation de chaleur se produit grâce au phénomène des pertes par hystérèse, sont sélectionnés pour l’assemblage des panneaux sandwich. Ils sont composés des particules ferromagnétiques dispersées dans un polymère thermoplastique. La première étape consiste à déterminer les propriétés essentielles du matériau et établir une méthodologie de sélection des particules ferromagnétiques en fonction du polymère choisi et du dispositif de soudage par induction utilisé. Ensuite, grâce à cette méthodologie, les particules de Nickel sont choisies pour fabriquer des suscepteurs à base de poly-ether-ether-imide, un thermoplastique haute-performance. La caractérisation des ces suscepteurs révèle leurs bonnes propriétés de chauffe et confirme qu’ils peuvent être utilisé pour le soudage par induction. Le montage expérimental de soudage par induction est adapté aux panneaux sandwich, et l’ajout d’un sac sous vide dans lequel sont placés les échantillons permet une application constante et uniforme de la pression durant le procédé. Grâce à cela, des échantillons sont ensuite assemblés par soudage par induction à l’aide de films de suscepteurs magnétiques précédemment développés. Les soudures réalisées avec les paramètres de procédé optimaux révèlent une résistance supérieure à celle du coeur imprimé en 3D. Par la suite, les films de suscepteur sont remplacés par une couche de suscepteur imprimé en 3D directement sur le coeur en nid d’abeilles, localisant ainsi la chauffe. Une caractérisation complète, du filament de suscepteur jusqu’au panneaux sandwich soudés à l’aide de ce matériau conclut que cette méthode de soudage fonctionne, ce qui est prometteur pour de futures utilisations. Finalement, la méthode d’assemblage par induction sous vide est transférée à des panneaux sandwich à peaux en fibres de carbones, pour lesquels l’utilisation d’une suscepteur n’est pas nécessaire. La modélisation de la chauffe par induction des laminés est confirmée par des mesures expérimentale, et des panneaux sandwich sont soudés par induction. Une nouvelle fois, la résistance maximale des soudures se révèle supérieure à celle du coeur imprimé, confirmant le bon fonctionnement de la méthode de soudage par induction sous vide et sa capacité à être adaptée à différents matériaux et mécanismes de chauffe.

Date	17 juil. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Martine Dubé (Directeur(-trice)), Jason Robert Tavares (Codirecteur(-trice)) & Christer Johansson (Codirecteur(-trice))