Conclusion générale

Cette étude visait à développer une électrode composite thermoformable, dans le but d'automatiser la finition de moule grâce à un procédé d'usinage par EDM dans l'air. Ces composites sont constitués de poudres conductrices et de polymères thermoplastiques mélangés à l'état solide pour être ensuite moulés par compression. Des composites moulés à différentes températures de moulage, de démoulage, de force de compression avec ou sans actuateur piézoélectrique ont été produits afin d'identifier les paramètres du procédé qui influencent les propriétés des électrodes. Des composites utilisant des poudres micrométriques de graphite et/ou de cuivre, mélangés à du polyethylene à différentes concentrations ont également été produits afin de déterminer de quel façon le type de matériau influence les propriétés des échantillons.

Les échantillons ont été réalisés en deux phases, sur deux montages différents (montage MOCN et EDM-moulage), afin de vérifier différentes propriétés du composite. Dans la première phase, la température de moulage (150 à 200°C), les temps de moulage (1 à 10 min) et de démoulage (1 à 10 min) ont été variés afin d'évaluer l'influence des paramètres de moulage. L'effet de l'utilisation d'un actuateur piézoélectrique en mode oscillant a également été vérifié en faisant varier la fréquence (0 à 550 Hz), ainsi que l'amplitude (5, 10, 20 pm) d'oscillation. L'influence des proportions de poudres conductrices a été vérifiée en utilisant un composite à base de graphite (<pf = 28,0 à 90,0%>) et un à base de cuivre (çf = 49,0 à 80,0%). Les propriétés du

composites pour les essais préliminaires sont la porosité, le retrait radial et l'homogénéité du matériau (microscopie). La deuxième phase (essais finaux) faisait varier les températures de moulage (170 à 210°C), de démoulage (70 à 110°C) et la pression de formage (9,12 et 12,07 MPa) afin d'évaluer l'impact de ces paramètres sur les propriétés de l'électrode. L'effet de l'actuateur piézoélectrique a également été revérifié en variant la fréquence (0 à 1000 Hz) et l'amplitude (4, 12 et 14,4 pm) avec un mélange à base de cuivre et un autre à base de graphite. Finalement, l'effet des matériaux a été évaluée en variant d'abord la proportion de poudre sur un composite de cuivre (çcy= 0 à 71,0%) et sur un composite de graphite (q>f= 0 à 80,0%), pour

ensuite mouler des électrodes hybrides en ajourant du cuivre (q)f= 0 à 35,0%), de la fibre de carbone (<pf = 0 à 20,0%>) ou du noir de carbone (npf= 0 à 30,0%), dans un mélange de graphite et de polymère. Les paramètres observés pour les essais finaux étaient la porosité, l'interaction entre les particules, le retrait radial, la résistivité électrique, l'usure de l'électrode, le taux d'enlèvement de matière et le fini de surface de l'échantillon usiné par EDM.

Les essais expérimentaux ont permis de déterminer que la porosité de l'électrode composite est principalement influencée par le type de matériau et morphologie de la poudre, la proportion de matériau conducteur, la force de moulage, la fréquence d'oscillation et la puissance moyenne de l'actuateur piézoélectrique. La proportion de poudre conductrice fait augmenter la porosité de l'électrode à partir d'une proportion volumique critique, qui est déterminée par la pression de formage et la morphologie des poudres utilisées. Pour une électrode à base de cuivre, le volume critique est d'environ ç>f= 40,0% et pour celui à base de graphite, il est situé entre ç>/= 70,0%> et 80,0% (pression de formage à 12,07 MPa). Une augmentation de la force de moulage, de la fréquence et de la puissance moyenne permet quant à eux, une diminution de la porosité dans l'électrode. Les électrodes à base de cuivre à forte concentration sont très poreuses (46,3%) comparativement à celles composées de graphite (15%>).

La microscopie a permis d'identifier que la température de moulage et la fréquence d'oscillation de l'actuateur piézoélectrique ont un effet important sur l'homogénéité de l'électrode. Une augmentation de ces paramètres permet de diminuer la viscosité du polymère ce qui facilite sa dispersion dans le réseau de poudre. La proportion de matériau conducteur a également un léger effet sur l'homogénéité de l'électrode. Une forte proportion de matériau conducteur diminue l'effet de pression isostatique présent dans un polymère peu ou pas chargé, ce qui produit des zones de pression non uniformes pour des geometries d'électrodes plus complexes. La micrographie a démontré que les particules de graphite en proportion élevée tendent à s'orienter horizontalement et à s'empiler les unes sur les autres, ce qui permet de réduire la porosité de l'électrode et d'augmenter la surface de contact entre les particules.

Le retrait radial de l'électrode composite est principalement influencé par sa proportion de poudre conductrice. Il décroit rapidement avec l'augmentation de la quantité de matériau conducteur dans l'électrode. La nature du matériau influence uniquement la vitesse de

décroissance du retrait, mais le comportement est toujours similaire. La température de démoulage a également un impact sur le retrait radial de l'électrode. Une température de démoulage plus élevée permet un retrait radial plus important.

La résistivité électrique du composite est influencée par les mêmes paramètres que la porosité de l'électrode. Elle peut donc être réduite avec une augmentation de la température de moulage, de la force de moulage, de la fréquence d'oscillation et de la puissance moyenne appliquée à l'actuateur piézoélectrique (dans le cas d'un matériau poreux). La composition du composite est également le paramètre le plus influent. Pour une électrode à base de graphite, la résistivité électrique varie de 1,67 Q-cm (ç>f = 15,0%) à 0,0171 ((pf = 80,0%), ce qui constitue une amélioration importante. Comparativement à une électrode commerciale, l'électrode composite est environ 9 fois plus résistive, causée par de moins bonnes conditions de contact entre les particules de matériau conducteur. Il n'est pas avantageux, au niveau de la conduction électrique, d'utiliser des électrodes hybrides car l'ajout d'un autre matériau augmente la porosité et diminue les surfaces de contact entre les particules de graphite. Une électrode hybride est donc plus résistive qu'une électrode uniquement composée de graphite et de polymère.

Les essais en usinage par EDM ont démontré que l'électrode composite a un meilleur taux d'enlèvement de matière qu'une électrode commerciale, pour des paramètres d'usinage constants. L'électrode commerciale possède cependant une usure et une usure relative moins élevée que l'électrode composite, étant donné une meilleure cohésion des particules la composant.

L'amélioration du fini de surface d'un échantillon usiné par EDM avec une électrode composite est beaucoup plus importante que celle d'un échantillon usiné avec une électrode commerciale. Une forte proportion de débris sous forme de poudre engendré par l'importante usure de l'électrode composite pourrait être la cause principale de cette différence pour l'amélioration du fini de surface.