Imprimer 3D avec des coquilles d’œufs

Le professeur Lucas Hof et son équipe de recherche ont développé un matériau composite polymère biosourcé comprenant des particules de coquille d’œuf avec des propriétés thermiques, mécaniques et biodégradables améliorées. Découvrez le résumé de leurs travaux en économie circulaire.   

Résumé

La fabrication additive (FA) est une avenue prometteuse pour soutenir la transition vers un modèle de fabrication plus circulaire.  De ce fait, la recherche visant à développer de nouveaux matériaux durables et performants pour la FA a gagné en intérêt ces dernières années. Cependant, des efforts supplémentaires doivent être déployés pour atteindre cet objectif, car il y a encore beaucoup de place pour l’amélioration. Une méthode courante pour modifier les propriétés mécaniques des matériaux polymériques consiste à leur ajouter des renforts, soit continus ou courts. Différentes fibres, poudres ou particules peuvent être utilisées comme renfort. Dans le cas de particules de renfort, leur taille, leur morphologie, leur état de surface, leur composition chimique et leur proportion dans le mélange jouent tous un rôle important dans les propriétés mécaniques résultantes. En plus d’avoir un impact sur les propriétés mécaniques des pièces produites, le type et la quantité de particules de renfort ajoutées au mélange à un impact sur le procédé de fabrication et le potentiel de recyclage des pièces produites. Comme les différents polymères et les différents renforts ont tous leurs particularités, il est essentiel de procéder par analyses et par expériences pour formuler un mélange idéal. Le mélange acide polylactic (PLA)-coquilles d’œuf a déjà été évalué pour des procédés plus traditionnels tels que le pressage à chaud, le moulage par injection, le moulage par compression et le coulage de films, mais pas pour la FA. Le PLA est un bon candidat puisque c’est un biopolymère et c’est aussi le matériau le plus utilisé dans la FA. 

L’objectif principal de cette recherche est d’évaluer le potentiel d’utiliser un déchet organique, tel que les coquilles d’œufs de poule, en tant que particules de renfort pour améliorer les propriétés mécaniques des échantillons de PLA imprimés en 3D sans compromettre la recyclabilité. 

Afin d’évaluer les propriétés mécaniques, les impacts sur le procédé de fabrication et la recyclabilité des pièces produites additivement avec des composites PLA-coquilles d’œuf, plusieurs essais et analyses ont été réalisés. Jusqu’à présent, ces essais et ces analyses ont permis d’évaluer : 

Ces essais ont été réalisés pour du PLA pur et pour des mélanges ayant respectivement 5, 10 et 20 % (m/m) de coquilles d’œuf broyées en poudre. Des essais de comparaison, soit avec des éprouvettes contenant des particules de calcaire à la place de coquilles d’œufs, ont aussi été réalisés vu la similitude de composition chimique, mais les différences de taille et de morphologie des particules. Les figures 1 et 3 présentent des images obtenues avec un microscope électronique à balayage (MEB). La figure 1 montre les particules de coquilles d’œufs utilisées dans nos composites et le graphique à la figure 2 illustre la distribution de leur taille. La figure 3 montre le faciès de rupture d’une éprouvette composite comprenant 5 % (m/m) de coquilles d’œuf ayant cédé en traction. 

Les échantillons utilisés pour réaliser les essais mécaniques seront broyés pour ensuite être réextrudés en filament et réimprimés en éprouvettes. Ce cycle sera répété à plusieurs reprises dans le but d’évaluer la dégradation des propriétés mécaniques liées au recyclage.