Carrefour de l`innovation – Forum PLASTIPOLIS
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EN ROUTE VERS HEADING TOWARDS 2020 Carrefour de l’innovation – Forum PLASTIPOLIS zoom sur une sélection de projets collaboratifs Projets carrefour de l’innovation Des projets dans les quatre DAS DAS Matériaux avancés AmoPLA TIPCO Hyplate ACOSITE DAS Produits Intelligents Plastr. & Design Plastronics DAS Ecoplasturgie THALIA ConProMI AERDECO VALEEE PURE DAS procédés à haute VA 3V HOBBIT Fab.additive Composites CRISTAL PROJET AMOPLA « Aptitude à la Mise en Œuvre du PLA » par les procédés industriels d’extrusion gonflage d’injection et de thermoformage Benoît Mallet, Dr. Khalid Lamnawar, Pr. Abderrahim Maazouz Ingénierie des Matériaux Polymères UMR CNRS#5223 - Site de Plasturgie de l’INSA de Lyon (Oyonnax) Contact : [email protected] / Professeur à l’INSA de Lyon OBJECTIF PRINCIPAL : Développement et optimisation de formulations à base de PLA, aptitude aux procédés à l’échelle laboratoire, transposition à l’échelle industrielle Objectifs : • Scientifique : développer des formulations à base de PLA répondant aux exigences de processabilité des transformateurs, de fonctionnalité des acheteurs de l’emballage . •Industriels : lever les verrous rencontrés par les industriels en vue de transformer des matériaux à base de PLA ayant les propriétés d’usage recherchées . • Economiques : élargir la gamme de produits à base de PLA pour diverses applications (emballage, produits de consommation, biocompostables, à faible durée de vie…) Septembre 2011 à Décembre 2013- Budget (volet procédés) : 350 k€ Développements et Résultats Echelle Laboratoire moyens expérimentaux du site d’Oyonnax/INSA de Lyon et du lycée Arbez Carme (Oyonnax) Extrusion-Gonflage : Injection : Développement de formulations (90 à 95% base PLA commerciaux)en vue d’élargir la fenêtre de processabilité du PLA avec une cristallisation rapide lors du procédé. Développement de 3 familles de formulations (85 à 90% base PLA commerciaux) en vue d’optimiser : •La cristallisation du PLA durant le procédé, •Sa résistance aux chocs, •Optimisation de l'alimentation et coût de matière. Thermoformage : PLA Seul : instable PLA « AMOPLA»: Procédé stable avec un taux de gonflage important Développement de 3 familles de formulations (90 à 97% base PLA commerciaux) en vue d’optimiser : •La cristallisation du PLA durant le procédé, •Sa résistance aux chocs, •La largeur de la fenêtre de formage en température. Tests à l’ Echelle Industrielle et Principaux Résultats Injection : Extrusion-Gonflage : Transfert et essai de 5 formulations (500 kg de compounds) : • élargissement important de la fenêtre de processabilité (épaisseur des films jusqu’à 6 µm), •Cristallisation durant le procédé, •Quelques faiblesses thermomécaniques subsistent sur le matériaux (=perspectives de travail), Transfert et essai de 4 formulations (100 kg de compounds testés chez ROVIP) : •Bonne stabilité du procédé, •Cristallisation de la matière durant le procédé, •Propriétés « choc » satisfaisantes, •Satisfaction globale des partenaires. Thermoformage : Esssais industriels chez Barbier et Leygatech 1) Brevets: Transfert et essai de 3 formulations (150 kg de compounds testés chez VELFOR) : •Fenêtre de thermoformage élargie, •Bonne processabilité Bonnes propriétés « chocs ». Antériorités –Brevets- Publications PARTENAIRES INDUSTRIELS Maazouz A., Lamnawar K. 2013. Nouveau procédé d’élaboration de biocomposites à base de PLA et de bioverre, sans dégradation du PLA. Brevet déposé en 2013. FR 1353899. Nos réf. : 246878 D31604 2) Maazouz A., Lamnawar K., Mallet B. 2010 Polymer composition based on poly lactic acid, useful in piece/object, comprises poly lactic acid and additive mixture, for promoting crystallization of poly lactic acid, comprising mineral filler, glycol polyether, and aliphatic amide. International patent: C08L67/00; C08J5/10. FR2941702 (A1); 2) Publications scientifiques: Al-Itry Racha, Lamnawar khalid, Maazouz Abderrahim. 2014 . Rheologica acta 53, 7 (2014) 501-517 DOI: 10.1007/s00397-014-0774-2. (IF1,65; 5 year IF2,05; Cited half-life10) Al-Itry Racha, Lamnawar khalid, Maazouz Abderrahim. 2014 European Polymer Journal 58 (2014) 90–102 ((IF3,5; 5 year IF2,05; Cited half-life10) Mallet Benoit; Lamnawar Khalid.; Maazouz Abderrahim. 2013. IPolymer Engineering and Science. Online first DOI: 10.1002/pen.23610 (IF1,3; 5 year IF1,6; Cited half-life10) Corre Yves-Marie, Abderrahim Maazouz, Joël Reignier and Jannick Duchet. 2013. Polymer Engineering & Science Online first DOI: 10.1002/pen.23595 (IF1,3; 5 year IF1,6; Cited halflife10) Al-Itry R., Lamnawar K., Maazouz A. 2012. Polymer Degradation and Stability, Volume 97, Issue 10, Pages 1898–1914. (IF2,8; 5 year IF3,3; Cited half-life7,1) Corre Y-M, Duchet J., Reigner J. and Maazouz A. 2011 Rheologica acta 50, Numbers 7-8, Pages 613-629 (IF1,65; 5 year IF2,05; Cited half-life10) Mallet B., Lamnawar K., Maazouz A. 2013. Key Engineering Materials 554-557 1751-1756. HYPLATE Développement de plaques bipolaires composites polymères pour piles à combustible E. Planes, N. Albérola, L. Flandin Partenaires du projet : E. Rossinot, H. Trouvé, N. Caqué D. Beaudoux, B. Delamotte M.L. Guegan, J.P. Michaud, Jie Dai Matériaux Introduction Les plaques bipolaires (BPPs) sont des éléments importants de la pile à combustible (PEMFC). Le matériau standard est le graphite mais de nouveaux matériaux doivent être considérés pour satisfaire le cahier des charges. Principales propriétés des BPPs : •Conductivité électrique élevée > 100 S.cm-1 •Bonnes propriétés mécaniques : résistance en flexion > 59MPa → Utilisation de composites polymères en combinant plusieurs types de charges conductrices Optimisation de la formulation OBJECTIFS du Cahier des Charges Conductivité électrique élevée ? Bonnes propriétés mécaniques 1ère voie d’amélioration Taux de renforts élevé Polymères : •Résines thermodurcissables : époxy, phénoliques, vinylester Viscosité faible, Taux de charges élevés Utilisation de solvant, Temps de cycle long •Thermoplastiques : PP, PPS, PVDF Procédé par injection → Temps de cycle court Taux de charges + faibles, Propriétés finales dépendantes des conditions de mise en oeuvre Charges carbonées : Graphite, fibres de carbone, noirs de carbone, nanotubes de carbone Détermination d’un indice de performance : Homogénéité des propriétés macroscopiques Compromis propriétés électriques et mécaniques : → Propriétés proches des exigences du cahier des charges → Optimisation du procédé Dispersion des renforts ? Procédé de mise en œuvre Problèmes de mise en œuvre Interactions physico-chimiques renforts - matrice Formation de porosités 2ème voie d’amélioration Combinaison de renforts M. Girodon, D. Muller, O. Dassonville Qualité du réseau percolant PARAMETRES Taux maximal de renforts Φmax Compacité du réseau de renforts ε et Vm-ε Conductivité intrinsèque des renforts ICI Surface spécifique des renforts Srenforts Energie de surface de la phase polymère γm Optimisation du procédé (Compression) Avant optimisation : Après optimisation du procédé : Compromis propriétés électriques et mécaniques → Amélioration des propriétés électriques → Respect du cahier des charges → Hétérogénéités des propriétés électriques Après optimisation : Conclusions : Développement d’une formulation pour un procédé donné en accord avec le cahier des charges Développement d’une gamme IDIWATT “Conductivité électrique & thermique” chez IDI Composites International Europe CONPROMI Convergences des Procédés de Micro-fabrication de composants plastiques à forte valeur ajoutée ~~~~ FUI (AAP 8) Enjeux Objectifs Chiffres clés du projet •Développer de nouveaux procédés de convergence en micro-fabrication afin de développer des solutions hybrides pour des applications à haute valeur ajoutée. •Réduire les coûts •L’hybridation permettra: - Budget : 7168 K€ - Durée : 42 mois - Date de démarrage : 1er janvier 2010 - Deux Demandes de dépôts de Brevet •réduire le temps de cycle de 50%, •améliorer la fiabilité de la réplication de 40% •augmenter la précision de 30%. Retombées cibles - 4 démonstrateurs avec des applications dans les secteurs de la Santé , de la connectique , … -Un démonstrateur académique sur les procédés Hot Embossing et micro-injection…. Le groupe projet Porteur : Micro-refroidisseur en polymère nano chargé (CEA Liten) Entreprises: Démonstrateur système fluidique Instrumenté par des capteurs (ARaymond) Laboratoires : Complémentarité Démonstrateur système fluidique Micro-isolant surmoulé pour Instrumenté par des capteurs connectique très haute fréquence (CGTec) (Radiall) Démonstrateur académique (LEPMI/LMOPS – P. VUILLERMOZ SA) identification de verrous & Validation de solutions technologiques CONTACT A Raymond : www.araymond.com - [email protected] & [email protected] Technologie d’interconnexion & de report de composants sur pièces plastiques Informations : ARAYMOND – Mohieddine BOUBTANE ([email protected]) - M. MBAYE ([email protected]) Le projet Electronique Conception 3D Moulage Plastic Fournir aux industriels français des solutions de conception et d’industrialisation de systèmes MID à fortes valeurs ajoutées pour des applications représentatives du marché. Plastronique Les résultats Matériaux : 3 axes de développements sur les matériaux pour applications MID Axe 1 : Augmentation de la conductivité électrique Matrice Résultat • Nouvelles formulations pour métallisation de plastiques techniques • Moulage et test métallisation Observation PP 1016 à 1013 Ω/□ PBT 1016 à 1015 Ω/□ PS 1017 à 1014 Ω/□ Augmentation de la conductivité ; les compounds restent isolants PEBAX 1014 à 108 Ω/□ Compounds dissipateurs Axe 2 : Remplacement LCP chargé Pd commercial Matrice non polaire Axe 3 : Polymères haute permittivité Création d’une gamme à haute permittivité, ε entre 3 et 10, Avec différentes matrices, du PE aux plus techniques, Et différentes charges, plus ou moins coûteuses Exemple de trois formulations à base de PEhd Exemple de compound dissipateur Métallisation : 3 Technologies de métallisation des polymères Métallisation par activation Laser (LDS) • Optimisation du procédé LDS sur différents polymères • Bonne adhésion entre métallisation et substrat • Validation de la technologie sur véhicules de tests (filtres, coupleurs antennes,…) Métallisation par jet d’encre Métallisation par µTamponnage • Développement de procédés de traitement de surface avant métallisation • Validation de la technologie sur véhicules de tests (capteur de température, filtres, design d’évaluation de technologie,…) • Développement de protocole de métallisation sélective des polymères par µTP 2D et 3D • Résolution de 100µm validée avec des épaisseurs de 10-15 µm sur LCP et PI Contrainte d'arrachement (en MPa) 4,0 3,5 3,0 PBT 2,5 ABS-PC PC 2,0 PA66 LCP 1,5 PPA 1,0 0,5 0,0 Matériaux Réalisation de fonctions complètes : Méthodologie de Co-conception, métallisation LDS, report de composants Réalisation de quatre fonctions complexes en MID 3D dans les domaines de l’ automobile, de la santé et de la connectique. Co-conception : Système Expert Interconnexion 3D usuel Interconnexion MID 3D Fonctions complètes : Conception/Interconnexion/Report de composants Le projet Plastronics est labellisé et soutenu par le FUI, le FEDER, BPI, et les collectivités territoriales Projet VALEEE Valorisation énergétique des fractions de DEEE non recyclées Consortium du sous-projet Objectifs Innovation / Verrous technologiques Introduction / Contexte • La production des DEEE s’élève à 1,5 Mt/an en France et de 11 Mt/an en Europe • Le recyclage « matière » reste privilégié par rapport à la valorisation énergétique, mais des limitations techniques et réglementaires au recyclage « matière » subsistent • Les Pouvoirs publics ont la volonté forte de réduire drastiquement la mise en décharge ainsi que de favoriser le recyclage de matières stratégiques (terres rares, etc.) • Le coût croissant de facture énergétique pousse la demande des industriels à un accès à des énergies « bon marché », afin de maintenir leur compétitivité • Il n’ y a pas d’offre d’équipements sur le marché pour la valorisation énergétique, en particulier en petites et moyennes puissances (0,5 à 10 MW) • Les DEEE sont des combustibles qui se caractérisent par une très grande hétérogénéité, avec la présence de substances polluantes, parfois peu connues en combustion (comme le brome par exemple), ainsi que par un caractère « collant » pour certaines fractions organiques. Objectifs • Développer une ou des solutions pour la valorisation énergétique des fractions non recyclées des DEEE, notamment dans une approche décentralisée • Préparer une opération de prototypage avec un industriel Résultats scientifiques et technologiques Démarche: Résultats techniques Résultats économiques Résultats marchés • Identification et analyse des meilleurs solutions technologiques pour la combustion des DEEE et l’épuration des fumées • Réalisation d’une enquête de terrain • Elaboration d’un APS et d’un APD • Analyse du cadre réglementaire • 3 solutions retenues : Foyer VALI pour des puissances de 0,3 à 3 MW, combustion sur grille (de 2 à 10 MW), technologie PYROBOX (traitement thermique en atmosphère réductrice) réalisation d’un APD sur la solution VALI • Temps de retour des équipements inférieur à 5 ans • Taille des gisements peu élevée (100 à 1000 t/an) •Forte attente des industriels pour des solutions décentralisées • Les producteurs de DEEE ont souvent des besoins en chaleur limités mais sont d’avantage consommateurs d’électricité Prototype VALI Résultats réglementaires • 2 voies sont possibles pour la valorisation des DEEE Voie classique de l’incinération des déchets (rubrique 2771) Procédure de sortie de statut de déchets (rubrique 2910 B) Illustration de DEEE stockés en attente de traitement Conclusions - Perspectives Bilan : • Fourniture de moyens pour permettre à une TPE de développer de nouveaux produits • Subsistance de freins réglementaires considérables au développement de solutions de traitement de déchets décentralisées • Besoins de développements complémentaires : solution PYROBOX, gestion des polluants comme le fluor ou le brome, mise en place d’unités pilotes Perspectives : • Discussions en cours avec des industriels en vue de réaliser des opérations de prototypage • Participation à des actions visant à développer l’usage des déchets, notamment polymériques, en production d’énergie (caractérisation des déchets, développement de nomenclature pour SSD, etc.) • Besoin de soutiens financiers incitatifs Fabrication additive Du prototypage à la fabrication directe? Niveau de détail élevé Bel état de surface final Technologie la plus mature Niveau de détail élevé Digitial Light Processing Bel état de surface final (DLP) Plus rapide que la stéréolithographie Supports : certaines géométries non accessibles Vieillissement des pièces Supports : certaines géométries non accessibles Vieillissement des pièces Frittage laser (SLS) Etat de surface Stéréolithographie (SLA) Un des principaux brevets liés au SLS « Apparatus for producing parts by selective sintering” de Deckard Carl R tombe dans le domaine public – Février 2014 3DPrint: 1er salon B to B de la fabrication additive en France – Juin 2014 Srati : 1ere voiture entièrement imprimée 3D (hors moteur et pneus) – Sept. 2014 Nouveau procédé: Arburg FreeFormer - Fabrication sans structure de support couche par couche, à partir d’infimes gouttelettes ( EP2611596) – Oct 2013 Qualité mécanique des pièces (rigidité) Meilleure disponibilité des matériaux Pas de supports: toute géométrie possible Grande surface d’impression possible Plus rapide que le frittage laser Frittage par flashage IR Qualité mécanique des pièces (rigidité) (SMS) Forte disponibilité des matériaux Pas de supports Coût Dépose de fil fondu Pièces fonctionnelles rigides (FDM) Poly-couleur Supports solubles Pièces multicolores Projection de liant Coût Impression Couleur Rapidité Pas de supports Niveau de détails Encrassage du masque Etat de surface Niveau de détails Pièces anisotropiques Qualité mécanique très faible Comparatif de quelques technologies Faits marquants Etude brevets « Fabrication additive & matériaux polymères2 » Evolution globale des brevets Distribution géographique Pays de priorité Pays d’extension Pays du déposant •Note : Compte tenu du délai de latence de 18 mois pouvant exister entre le dépôt et la publication d’un brevet nous ne pouvons affirmer l’exhaustivité des données. Les années 2012, 2013 et 2014 ne sont pas complètes. Principaux acteurs Académiques 1 2 Rapport sur la fabrication additive disponible sur demande Mots-clés utilisés pour l’étude disponibles sur demande Industriels Pour plus d’informations: [email protected] New generation of bioactive implant Development of a new generation of resorbable implant : biomimetic and bioactive for bone repair using Composite Technology * and plastic processing techniques Elodie Pacard1,Marilys Blanchy2, Konstantin Sipos2, Marie Pierre Foulc2 Contact : [email protected] Website : www.rescoll-medical.com 1 RESCOLL, 43 bd du 11 novembre 1918 - 69100 Villeurbanne ; 2 RESCOLL, 8 Allée Geoffroy Saint-Hilaire - 33600 Pessac * Patent : « method for preparing a composite material, resulting material and use thereof - WO2008116984 – Rachid ZENATI and Elodie PACARD,2008». Introduction : inert to bioactive Biomaterial evolution : INERT RESORBABLE + BIOACTIVE RESORBABLE METAL COMPOSITE POLYMER Interest to combine biomaterials The Bioactive ceramic does not allow access to plastic processing techniques The Polymer alone has no bioactivity. Possibility of producing simple or complex shapes HOBBIT product Clinical applications: Neurosurgery : to develop electrode support for diagnosis epilepsy on young children Diagnosis and treatment of epileptogenic zones by implanting depth electrodes using stereoencephalography (SEEG) procedures Number of children showing a drug‐resistant epilepsy forms requiring SEEG : 4 000 to 8 000 Number of children requiring surgical excision : 2 000 to 4 000 / year. Number of children operated per year in France : 50. Early treatments give better results due to larger brain plasticity HOWEVER due to excessive bone malleability and fragility of cranial bones of young children, the procedure is less common for children under the age of 6 years Real clinical need to develop a support system for the electrodes using composite material to better integrate and solidify the area of implantation Low number of indications but real innovation with a major medical challenge: fixation plate interference screw Interbody cage Products or Prototypes from Composite Technology: Bioactive Ceramics / copolymer of lactic acid Plastic processes (co-extrusion, co-injection) To manufacture an implant with a gradient of properties (mechanical and resorption) To remove the solvent in the manufacturing process. Composite Composite Significant cognitive and behavior consequence on children Brain plasticity of children make the consequences of the surgery minor Cranio Maxillo Facial (CMF) : To develop bone plate Manufacturing of an innovative osteosynthesis maxillo-facial plate in a growing market Orthopedics market in Europe (2012): 7.4 M€ Of which 168K€ for CMF market. Orthopedics market In France 866K €, (12% of the European market), of which 21K€ for CMF with 40% of absorbable internal fixators Polymer fixation plate Polymer interference screw Osteointegration improved by using gradient of the property (biomimetic) Bioactivity: Formation of hydroxyapatite after immersion in biological fluid → SEM: presence of crystals as needles → DRX: presence of the HAP peak for 2θ = 33 ° Laying of bone plate : 30 000 units Several units are used for surgical intervention Internal fixator market Not absorbable 60% 40% Absorbable +35% in 5 years Growing market, few competitors and real clinical need to develop a system to stimulate bone and avoid to remove plate especially for children Conclusion : Advantages of osteosynthesis: Reduce the risk of complications and infections Stimulate the bone regeneration Avoid a second operation to remove medical device Advantages of composite technology in Neurosurgery: Hold electrodes & stimulate bone regeneration Treat younger patients SEEG procedures in children are expected to significantly grow with the marketing of electrode support for the epilepsy diagnosis SEM image of the composite granules (50% bioactive glass) after 14 days immersion at 37 ° C in SBF. Consortium: XRD analysis of various composite materials of bioactive glass composition (0, 20, 30, 50 and 100% by weight) after 14 days immersion at 37 ° C in SBF. New generation of bioactive materials that interact with the body to speed up the healing process and to improve the integration of the implant in the living environment Label and funding : Project supported by FUI 8, 092906353 CRISTAL Carbone FoRgé Improved ProceSs for Technical Advanced Level Projet FUI n°7 12 Partenaires 5400 k€ Juillet 2009 à mars 2013 Labellisé 3 Pôles de Compétitivité Résultats et retombées Enjeux Pour l'aéronautique, les pièces de liaison (petite taille) restent métalliques peu compétitives avec les procédés classiques des composites (autoclave, RTM, …) Technologie: développements outillages, presse, périphériques Matériaux ½ produits haute déformabilité TPFL® Schappes Techniques Procédé Carbone Forgé ® Base de données "matières / procédé" avec composites fibres longues à matrices TP (PPS, PEEK, PEI) et TD epoxy Capacité à associer Fibres longues Taux élevés de renforcement Réalisation de géométries complexes Modélisations Procédé Formes, température, vitesse, Lois de comportement rhéologique Positionnement Performances mécaniques Compounds fibres courtes Autoclave Moulage compression Multi plis, contacts outillages Punch "PlastCRISTAL – INSA" Fibres longues Die Analyses mécaniques Compression Injection Coûts - Réduction des pertes matières, - Réduction des cycles, temps et coûts de fabrication - Innovant et Compétitif pour pièces composites de petite ou moyenne taille Objectifs pour le domaine aéronautique Développement d’une filière Française production de petites pièces complexes en matériaux composites hautes performances Contrôles Non Destructifs A² Scan C² Scan Développement de méthodes innovantes de caractérisation des ondulations de fibres Démonstrations Développer le procédé Carbone Forgé ® et les matériaux associés (formabilité, classe de température d’utilisation, recyclabilité, …) Développer la connaissance: base de données matériaux, modélisation procédé, prédiction des propriétés mécaniques Développer des méthodes de Contrôles Non destructives appropriées aux géométries complexes, en rapport avec les coûts Intégrer des contraintes de développement durable Positionnement concurrentiel pour pièces 3D complexes Des applications industrielles validées et en série Domaines Aéronautique, Défense et Industriel Projet conduit avec les soutiens financiers : FUI, DGCIS, Région Rhône Alpes, Conseils Généraux de l'Ain et des Alpes maritimes, FEDER CONTACT: Gérard Saussereau - [email protected] Nos partenaires / Our partners : PLASTIPOLIS Maison des Entreprises BP 10029 – Bellignat 01115 OYONNAX Cedex Tél. : +33 (0)4 74 12 19 23 Fax : +33 (0)4 74 12 19 24 BESANÇON TEMIS AGORA 17F, rue Alain Savary 25002 BESANÇON CEDEX GRENOBLE 155, cours Berriat 38028 GRENOBLE tratec .:: création et impression ::. 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