L’impression 3D pour développer des applications agricoles

WP5 : Production de bioplastiques (GAIKER, Universitat de Girona et CATAR CRITT Agroressources).

Les processus d'impression 3D, parmi lesquels le FDM (Filament Deposition Modeling), constituent une opportunité pour le développement d'applications agricoles biodégradables en vue d’une utilisation immédiate, avec une conception ad hoc pour l'utilisateur final. Dans le cadre du projet BIOPLAST, des filaments d'impression 3D à base de polyhydroxyalcanoates (PHAs) et de fibres de paille ont été développés, afin d'imprimer différentes pièces prototypes pour le secteur agricole : buses d'irrigation, tuteurs pour maintenir les plantes. Des pièces qui peuvent être réalisées en différentes tailles, adaptées aux usages.

PHASs et paille d’orge

Le développement des filaments et l'impression démarrent avec des compounds fournis par le CATAR CRITT Agroressources et l'Université de Girona, fabriqués à partir de PHAs + 10 % de paille d'orge ayant une granulométrie inférieure à 1 mm. Toutefois, ces composés ont dû être modifiés afin de les rendre imprimables par FDM, car les PHAs – notamment ceux à chaîne courte utilisés dans cette activité – sont des bioplastiques hautement cristallins et à cristallisation lente. Cette caractéristique influence négativement la construction couche par couche caractéristique du FDM, en raison de la contraction qui se produit lorsque des couches sont ajoutées et que la pièce est construite. C'est ce qu'on appelle l'effet "warping". 

Des composés modifiés

Pour cette raison, de nouveaux composés modifiés ont été préparés afin d'optimiser leur comportement en impression 3D, tant du point de vue du matériau que des paramètres du procédé. Une stratégie de mélange avec d'autres bioplastiques a été utilisée pour :

• Améliorer les caractéristiques viscoélastiques (diminution de la résistance à l'écoulement)
• Améliorer l'adhérence entre les couches. Cette propriété affecte significativement les propriétés du matériau dans la direction Z (caractère anisotrope des pièces).
• Augmenter la transmission de chaleur (comportement pendant le chauffage et le refroidissement ; contraction). En général, plus un polymère est cristallin et pur (point de fusion étroit), plus des problèmes de contraction sont observés. 

Tous ces aspects, ainsi que l'optimisation des paramètres d'impression (température, vitesse, type de buse et taille), ont permis d'obtenir des prototypes de pots d'ornement, des buses d'irrigation et des tuteurs de plantes, tous réalisés à partir d’un matériel d'impression à faible coût.

Exemples de pièces en images.